500kV主变压器知识及瓦斯继电器工作原理讲解ppt课件.ppt

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1、500kV主变压器知识及瓦斯继电器工作原理讲解,张利雄 2017年4月12日,课前思考内容,1、晋耀在巡检500kV主变室时发现主变呼吸器内油封处不间断的冒出“气泡”，请对此现象做出合理的解释，发现此现象晋耀有没有必要向值班负责人汇报？2、为什么变压器的低压绕组在里面，而高压绕组在外面？,重点学习内容,500kV主变压器概述,变压器是一种静止的电器，借电磁感应，把一种交流电的电压和电流，变为另一种或几种频率相同但数值不同的电压与电流。它的主要作用是将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二次侧，同时根据输配电的需要将电压变高或变低。用来升高电压的变压器叫升压变压器，用来降低电压的变压器叫降压变

2、压器。,500kV主变压器概述,乌弄龙水电站500kV主变压器及其附属设备、（包括备用变压器）均布置在地下厂房EL1824.00m高程主变室内，相邻单相变压器间设置防爆隔墙。变压器低压侧与封闭母线相连，高压侧与SF6 GIS管道母线相连。变压器中性点穿墙套管（或支柱绝缘子）、横担绝缘子安装在相邻变压器隔墙上，用铝管母线相连。变压器中性点采用铝绞线与铝管母线连接成“Y”形，并直接接地。主变压器可通过交通洞汽车运输至安装场（1824.00m高程），拟采用主厂房桥机卸车。,乌弄龙水电站主变压器技术参数：,里底水电站550/15.75kV主变压器为三相变压器。主变压器及其附属设备一字型布置在尾水平台1

3、792.60m高程。变压器与机组一一对应。相邻变压器之间设置防火隔墙，变压器器身下设有油槽。变压器低压侧与封闭母线相连，高压侧与SF6管道母线相连。主变压器可通过平板车运输至副安装间（1792.80m高程），拟采用主厂房桥机卸车。主变下游侧布置有搬运轨道，直通主厂房副安装间，作为主变压器安装、检修的运输通道。,里底水电站主变压器技术参数：,下图是主变压器：,变压器介绍,油浸式变压器,变压器主要包括以下部件:变压器主要由：铁芯、绕组、油箱、油枕、瓦斯气体继电器、呼吸器、压力释放阀、冷却系统、套管、温度计等附件等组成。器身（包括铁芯、绕组、绝缘件等）；油箱（含有装于油箱上的气管、油管，各种阀门，旋

4、塞，铭牌，接地端子，吊环、牵引点、顶起垫、梯子等）；无励磁开关；高压套管（油/SF6套管）及附件（包括检漏设备）；低压套管及附件；中性点套管及附件；中性点套管CT；,一、500kV主变压器基本结构,500kV主变压器基本结构,铁芯及夹件接地用小套管；储油系统（包括储油柜，吸潮器，瓦斯继电器集气器、过滤器、阀、油气管路、阀门、旋塞等）变压器绝缘油（每台变压器油量加上5%的裕度）；瓦斯继电器；压力释放装置；测量装置（包括油位计及油位信号器、油温温度计及温度信号器、测温电阻、绕组温度信号器、变送器等）；各种连接件、密封垫圈；冷却系统（包括水冷却器、管路、阀门、仪表，油管路，油管路逆止阀及附属设施，联

5、结波纹管，油管路上的监测设备等）；连接电缆；主变端子箱；冷却器控制柜等；,变压器的附件：1-铭牌； 2-信号式温度计；3-呼吸器； 4-油标；5-储油柜； 6-安全气道 7-气体继电器； 8-高压套管；9-低压套管； 10-分接开关；11-油箱； 12-放油阀门；13-器身； 14-接地板；15-小车,500kV主变压器基本结构,1、铁芯,铁芯是变压器的主磁路，电力变压器的铁芯主要采用芯式结构 ，它是将绕组分别绕铁芯柱上，铁芯柱由上、下用两个铁轭连接起来，构成闭合磁路。主要作用是导磁。在油浸是变压器中其重量占了总重量的40%.为了提高磁路的导磁性能，减小铁芯中的磁滞、涡流损耗，铁芯一般采用高磁

6、导率的铁磁材料0.350.5mm厚的硅钢片叠成。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。,铁芯,变压器的主体构造： 1）、铁芯 2）、绕组,铁芯,2、绕组,绕组是变压器的电路部分，它是由铜或铝的绝缘导线绕制而成。低压绕组靠近铁芯柱，高压绕组套在低压绕组外面。线圈在电力变压器中是最重要、最复杂的部件，因为它基本上决定了变压器的容量、电压、电流和使用条件。它是由铜（铝）扁导线绕制，再配以专门的绝缘部件组成。线圈的结构型式是根据线圈的电压等级和容量大小来选择，并按照线圈的匝数、尺寸和截面形状以及并联的导线根数多少来确定的。如饼式其中包括连续式

7、、纠结式、纠结连续式、内屏蔽连续式和各种螺旋式等。,绕组：绕组是变压器的电路部分铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。,绕组,绕组是变压器的电路部分，采用铜线或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在铁芯柱上。为便于绝缘，一般低压绕组在里，高压绕组在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。,绕组,第一、绝缘（经济）考虑：变压器的铁心是接地的，低压绕组靠近铁芯，容易满足绝缘要求。若将高压绕组靠近铁芯，由于高压绕组的电压很高，要达到绝缘要求就需要很多的绝缘材料和较大的绝缘距离，既增加了绕组的体积，也浪费了绝缘材料。,第二、工艺安装需要：高压绕组安置在外面也便于其

8、高压侧引出线引接至分接开关。,3、油箱,油浸式变压器均要有一个油箱，装入变压器油后，将组装好的器身装入其中，以保证变压器正常工作。变压器绝缘油用作加强变压器内部绝缘强度、散热和灭弧的作用。变压器油箱内部绝缘油介质流向：油箱本体上部绝缘油变压器外部输油管油管油泵主变冷却器热交换器变压器外部油管油箱本体下部绝缘油油箱本体上部绝缘油。,油箱,油箱介质,原因分析：变压器油箱内部绝缘油受热后（油分子膨胀，油质量变轻）上升，变压器油箱本体上部集聚绝缘油温度最高，中部绝缘油温度次之，下部绝缘油温度最低。上部温度较高的绝缘油在自身膨胀和油泵的共同作用下，轻松地进入到主变冷却器热交换器，被冷却后的绝缘油（油分子

9、收缩，油质量加重），再加之油泵的外力作用下，较省力地将冷却后的绝缘油注入变压器油箱底部。,4、储油柜,全封闭式胶囊储油柜：变压器在运行中，随着油温的变化，油的体积会膨胀和收缩，为了减少油与外界空气的接触面积，减小变压器受潮和氧化的概率，通常在变压器上部安装一个储油柜（俗称油枕）。,弹性（波纹）油箱：箱壁薄（1-1.5mm），波纹翅能顺从变压器油箱本体体检变化而自身发生相应容积变化，对主变压器热胀冷缩体积变化起到很好的调节作用，防止主变本体油箱不收损坏。全封闭式的弹性油箱无呼吸器、隔膜，维护起来方便。,4、储油柜,5、呼吸器,变压器随着负荷和气温变化，各变压器油温不断变化，这样油枕内的油位随着整

10、个变压器油的膨胀和收缩而发生变化，为了使潮气不能进入油枕使油劣化，将油枕用一个管子从上部连通到一个内装硅胶的干燥器（俗称呼吸器），硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用，干燥状态状态为钴蓝色，吸潮饱和后变为粉红色。吸潮的硅胶可以再生。调度规程规定，更换变压器呼吸器硅胶必须退出主变重瓦斯保护。但从专业角度来看，分析油枕结构，主变在正常运行时，呼吸器连管并没有直接通向主变本体绝缘油，没有必要退出重瓦斯。,油箱及储油柜,油箱,油枕,6、冷却器,强迫油循环水冷变压器，热油从变压器油箱上部流出，由油泵送入管式冷却器本体，在冷却器内被水冷却后，回入油箱下部。出油连管按对角线布置，以减少循环油流死区，油泵在冷却

11、器入口侧，以加大油水压差。冷却器启动前，要遵循“先启动油泵，再开启冷气器水阀” 的原则。绝缘油具有很好的运动粘度，先启动油泵对油水分离面起到一定的缓冲作用，防止突然启动的水压对冷气器油水分离的薄铜管壁造成变形、损伤，减少油混水的风险。,冷却器,冷却器,7、绝缘套管,变压器绕组的引出线从油箱内部引到箱外时必须经过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电压等级。1kV以下采用实心磁套管，1035kV采用空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式套管。为了增大外表面放电距离，套管外形做成多级伞形裙边。电压等级越高，级数越多。,8、分接开关,变压器常用改变绕组匝数的方法来

12、调压。一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外。乌弄龙、里底水电站主变分接开关属于无载调压式。,分接开关,调压装置,9、压力释放阀,当变压器内部发生严重故障而产生大量气体时，油箱内压力迅速增加，为防止变压器发生爆炸，油箱上安装压力释放阀。,压力释放阀,压力释放阀是用来保护油浸电气设备的装置。即在变压器油箱内部发生故障时，油箱内的油被分解、气化，产生大量气体，油箱内压力急剧升高，此压力如不及时释放，将造成变压器油

13、箱变形、甚至爆裂。安装压力释放阀可使变压器在油箱内部发生故障、压力升高至压力释放阀的开启压力时，压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低。当压力降到关闭压力值时，压力释放阀便可靠关闭，使变压器油箱内永远保持正压，有效地防止外部空气、水份及其他杂质进入油箱。,套管,10、气体继电器,气体继电器又称为瓦斯继电器，是变压器的一种保护装置，安装在油箱与储油柜的连接管道中，当变压器内部发生故障时（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油箱漏油使油面下降较多等）产生的气体和油流，迫使气体继电器动作。轻者发出信号，以便运行人员及时处理。重者使断路器跳闸，以保护变压器。,气体继电器,瓦斯保护作用,

14、瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作。轻瓦斯投信号，重瓦斯投跳闸。,基本结构,轻瓦斯动作原理,在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上

15、浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；,重瓦斯动作原理,当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用,瓦斯继电器动作

16、的四种状态,瓦斯保护的原理接线图,附变压器瓦斯保护原理电路图,轻瓦斯动作发信号回路： 瓦斯继电器信号继电器KG，起动轻瓦斯信号继电器,发出动作信号。 重瓦斯动作跳闸回路： 瓦斯继电器信号继电器KS、出口中间继电器KOM，起动重瓦斯信号和出口中间继电器，一方面发出重瓦斯动作信号，同时启动跳闸回路将变压器退出运行。 重瓦斯动作信号回路： 当重瓦斯保护动作因某些原因由作用于跳闸改为发信号时，将XE跳闸压板退出，则变压器只发信号不跳闸变压器。,瓦斯继电器保护动作的主要原因,1.空气进入运行中的变压器有三种途径： 一是变压器在换油、补充油时，被换或补加的油未彻底进行真空脱气处理，或者未严格按真空注油工艺

17、进行，使油中的空气附着在铁心、绕组、附件表面上及有机固体绝缘材料孔隙中，这些气体在变压器投入运行后通过油的对流循环、变压器铁心的磁滞现象，逐渐汇集、上升到瓦斯继电器内，引起信号动作。,二是变压器呼吸器更换吸附剂（如硅胶）后，静置时间较短，空气未彻底排净，由呼吸器进入本体循环，进而进入瓦斯继电器引起信号动作。 三是热油循环的变压器潜油泵密封不良，因油泵工作时产生的微负压导致空气进入变压器本体循环，聚集在瓦斯继电器内造成瓦斯信号动作。,2.环境温度骤然下降，变压器的本体油很快冷缩造成油位降低，或者变压器本体严重漏油引起变压器内油位降低，即所谓油流引起瓦斯继电器信号动作。3.瓦斯继电器二次信号回路故

18、障，包括信号电缆绝缘损坏短路、端子排接点短路，个别在信号回路中所接信号等原因引起触点闭合，造成瓦斯信号动作。,4.变压器内部存在放电或过热故障，引起固体绝缘材料分解，变压器油分解，并产生氢气、一氧化碳、二氧化碳，低分子烃类气体，这些气体随油的对流循环逐渐变成大气泡并上升聚集在瓦斯继电器上部，迫使继电器内油面降低，引起瓦斯信号动作。,瓦斯信号动作的原因判断及处理方法,瓦斯继电器内有无气体聚集点燃试验做色谱分析。分析诊断的基本原则与处理方法瓦斯信号动作后继电器内是否有气体聚集，是区别信号动作原因的最基本原则。因二次回路故障和油位降低引起瓦斯信号动作不可能产生气体，所以当继电器内无气体聚集时，应逐步

19、判断：首先巡视检查变压器是否有严重漏油点，若是，应立即向上级调度和主管领导汇报，采取堵漏措施；,若不是，则应判断是否因环境温度骤然下降引起油位降低，此时必须观察变压器油枕油位指示位置是否正常，油道是否阻塞，若不正常，应采取相应措施。若不是上述原因引起，则二次信号回路故障的可能性较大，必须检查消除二次回路缺陷。,继电器内聚集的气体是空气还是可燃性气体。若继电器内的气体是空气，则应依次判断：是否因换油或补加油时空气进入变压器本体后没有排净；是否因更换变压器呼吸器吸附剂时静置时间较短使得空气未彻底排净。若是，则采取从继电器放气嘴排气，变压器监视运行；是否因空气从潜油泵进入本体引起信号动作，若是，要用

20、逐台泵停运试验的方法，判断是从那台泵处空气进入，申请停泵检修。,若继电器内的气体是可燃性气体，则变压器内部存在过热、放电性故障，或过热兼放电性故障。此时应分别取继电器气样、油样和本体油样做色谱分析，根据变压器油中溶解气体分析和判断导则判断故障的性质、发展趋势、严重程度，根据分析结论采取继续监视运行或停运处理。,鉴定继电器内的气体是空气，还是可燃性气体的方法是收集这些气体，并做点燃试验和色谱分析。点燃试验：是将用注射器收集到的气体，用火柴从放气嘴点火，若气体本身能自燃，火焰呈浅兰色，则是可燃性气体，说明变压器内部有故障；若不能自燃，则是空气，说明信号动作属空气进入造成。色谱分析：是指对收集到的气

21、体用色谱仪对所含氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等气体进行定性和定量分析，根据所含组分名称和含量准确判断故障性质、发展趋势、严重程度。,11、铁芯及荚件接地,铁芯及荚件接地是为了防止变压器在运行或试验时，由于静电感应而在铁芯和其他金属构件上产生悬浮电位造成对地放电，所以铁芯及其金属构件都必须可靠接地。,变压器的铁芯及其金属夹件处在绕组的不均匀电场当中,铁芯及其金属夹件必然会产生感应电压,而由于铁芯各部位在这个电场中的位置不一样,产生的感应电压也不一样,当铁芯对地电压或者铁芯不同两点之间的压差达到绝缘的击穿电压时就会发生变压器的内部放电现象.如果将铁芯接地,则铁芯对地电容被短接,

22、绕组之间的寄生电容由于三相对称,所以流过铁芯接地线的电容电流基本为0。,如果铁芯多点接地,则铁芯,多个接地点与大地组成的回路与绕组磁通相交链,从而产生感应电流,在铁芯内部形成环流,铁芯会局部过热.主变铁芯多点接地后,铁芯接地扁铁流过的电流增大很多,变压器变损也会增大,油色普分析显示总氢,C2H2等超标。简单的说，铁芯及荚件只允许一点接地，如果有两点以上接地，则接地点之间可能形成回路。当主磁道穿过此闭合回路时，就会在其中产生循环电流，造成内部过热事故。,二、变压器的工作原理,变压器的工作原理：变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能变压器原理的主要部件是一个铁芯和套在铁芯上

23、的两个绕组。,与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组 用U1 ，I1，E1，N1表示;与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组 用U2，I2，E2 ，N2表示;同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 Fm ,该磁通量称为主磁通;,变压器工作原理,变压器原理图（图3-1）,若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有不计铁芯损失，根据能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系：令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则,变压器工作原理,额定容量SN：它是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，是额定视在功率，单位有：伏安（VA）或千伏安（kVA）或兆

24、伏安（MVA）。一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器；8006300kVA的为中型电力变压器；800063000kVA为大型电力变压器； 90000kVA及以上的为特大型电力变压器；,额定电压U1N/U2N 均指线值电压。原边额定电压U1N是指电源加在原绕组上的额定电压；副边额定电压U2N是指原边加额定电压副边空载时副绕组的端电压，单位有：伏（V）或千伏（kV）。,额定电流I1N/I2N 均指线值电流。原、副边额定电流是指在额定容量和额定电压时所长期允许通过的电流，单位有：安（A） 额定频率fN 指工业用电频率，我国规定为50Hz。,变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系为：单

25、相变压器：三相变压器：,变压器三相绕组接线有两种： 1、星形联结 星形联结记作：“Y”或“y” 2、三角形联结 三角形联结记作：“D”或“d”,三、变压器运行及案例分析,1.变压器运行注意事项；2. 变压器日常巡回检查项目；3.变压器日常巡回检查项目；4.变压器特殊巡回检查项目；5. 8号主变高压侧气室SF6气室泄漏和9号主变高压侧接地电气事故停机。,1、变压器运行注意事项,变压器正常情况下必须在规定的设备技术参数内运行。 1.电厂一般变压器在任何情况下都不允许从低压侧进行全压充电运行。 2.主变压器及机端高压厂用变压器大修后或其主保护动作而无明显故障点时， 必须随机组进行零起升压试验，其它变

26、压器经试验合格后，可以直接合闸充电。 3.变压器检修或停用，当停运时限达到时，投运前应测量变压器的线圈绝缘电阻，干式变压器停用时限7 天，油浸变压器停用时限30 天。,4.主变压器应避免从低压侧全压充电，特殊情况下，需由低压侧进行充电时，必须在征得生产副厂长或总工程师的同意后，方可执行；变压器的外加一次电压可以高于额定电压，但不得超过分接头相应额定电压的5%。 5.新投运或大修更换过绕组的变压器，投运前应先零起升压试验，结果无异常后进行五次冲击试验，试验合格后，方可投入运行。 6.变压器过负荷运行时，应适当增加其工作冷却器数量，并每15分钟记录一次上层油温，每1小时测量记录一次外壳温度；当上层

27、油温大于等于105时，应立即停止过负荷，并降低负载运行；,7.当变压器满负荷运行超过6小时，则该变压器不宜作过负荷运行； 8.厂用变压器（特别是干式变压器）在任何情况下均不得过负荷运行； 9.变压器遇有下列情况之一者，应增加检查次数： 新安装或大修后投入运行72小时内的变压器； 有严重缺陷的变压器，特别是受较大短路电流冲击后； 因系统需要过负荷运行或长时间满负荷运行的变压器； 高温高热、气象突变或雷雨后的户外油浸变压器,a) 有关工作结束，工作票全部收回，安全措施全部拆除，现场清洁无杂物，人员撤离； b) 变压器本体清洁，铭牌及表计清晰，顶部无遗留工具器材，各部无渗漏现象（干式变的外罩完好紧固

28、）； c) 分接头位置与运行方式相符，且三相一致； d) 外壳接地线紧固完好，铁芯和夹件的接地可靠牢固； e) 油枕油位应与油温相对应，允许偏差为5、3。呼吸器内的吸潮剂（硅胶晶体）无变色饱和；,2、变压器投运前的检查项目,f) 气体继电器、防爆膜（压力释放阀）、油泵、表计、CT以及主保护、报警信号和控制回路正确完好； g) 变压器本体及其防爆膜（压力释放阀）完好，相色漆清晰正确（三相交流母线A相涂黄色,B相涂绿色,C相涂红色.中性点接地扁铁涂黑色）； h) 变压器冷却系统运行正常、各阀门锁紧、控制柜内无故障信号； i) 变压器各连接油阀位置正确； j) 变压器预防性试验数据满足相关规程规定。

29、,3、变压器日常巡回检查项目,1)变压器电压、电流正常；2)变压器的音响正常；3)油枕和充油套管内的油色、油位正常，无渗漏油现象；4)变压器套管无破裂、漏气、漏油或放电现象；5)变压器油温、油位正常；6)瓦斯继电器内无气体，各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮现象；7）压力释放器或安全气道及防爆膜完好无损；8)吸湿器完好，吸附剂干燥；9)变压器各连接油阀应全开；,10)变压器冷却系统运行正常；11)变压器引线及接头无松动、发热、变色现象，各部联接良好；12)变压器各接地线接地良好；13)贮油池和排油设施保持良好状态；14)消防设施齐全、完好。,4、变压器特殊巡回检查项目,1)过负荷时，应监视负荷、油温和油位的变化，接头接触应良好；2)下雾天气瓷套管有放电打火现象，重点监视污秽瓷质部分；3)雷雨天气瓷套管有无放电闪络现象，避雷器放电记录器无动作；4)短路后，应检查有关设备及各接头有无异状。,5. 8号主变高压侧气室SF6气室泄漏和9号主变高压侧接地电气事故停机。 详见附件1。,课后思考题,1、500kV主变压器呼吸器硅胶更换工作，必须退出主变压器重瓦斯保护压板吗？2、请阐述主变绝缘油在冷却过程中油介质流向是怎样的，为什么要这样流动？,谢谢大家!,