变压器基础知识.ppt
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1、12第八章 变压器第八章 变压器电力变压器按相数来区分,可分为三相变压器和单相变压器。电力变压器按其每相绕组数分,有双绕组、三绕组或更多绕组的等型式。大容量机组的厂用变压器,为安全起见,常采用“分裂低压绕组变压器”,简称“分裂变”。3分裂变有一个高压绕组和两个低压绕组,高压绕组采用两段并联,其容量按额定容量设计;两个低压绕组其容量分别按 50 额定容量设计。其运行特点是,当一个绕组的低压侧发生短路时另一个低压绕组仍能维持较高的电压,以保证该低压侧母线上的设备能继续正常运行,并能保证该母线上的电动机紧急启动,这是一般结构的三绕组变压器所不及的。4此外,连接电压级差不大的两个高压系统,常用自耦变压
2、器。自耦变压器的高压绕组以抽头为界分为两段,抽头以上部分称串联绕组,抽头以下部分称公共绕组,三相自耦变压器常连接成星一星形。星一星形连接的变压器,由于铁芯的磁饱和特性,在绕组的感应电动势中有较大的三次谐波出现。为了消除三次谐波,以及减小自耦变压器的零序阻抗以稳定中性点电位,5在三相自耦变压器中,除公共绕组和串联绕组外,一般还增设了一个接成三角形的第三绕组。第三绕组与公共绕组、串联绕组之间只有磁的联系,没有电路上的直接联系。第三绕组通常制成低压 6 35kV,除用于消除三次谐波外,还可用于对附近地区供电,或连接调相机或补偿电容器等。6电力变压器除了油浸式变压器外,还有适用于防火需要、电压不高、无
3、油的干式变压器。在 600MW 机组厂房内的厂用低压变压器,就出于防火要求而普遍采用干式变压器。电压互感器和电流互感器,统称仪用互感器,其原理和变压器一样,所以也看作为变压器。7 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 原理图 2.46,与电源相联的绕组称为原绕组或一次绕组,与负载相联的绕组称为副绕组或二次绕组。原、副绕组的匝数分别为 N1 和N2。当原绕组接上交流电压 u1 后,便有电流 i1,磁动势 i1N1,在闭合的铁心中产生交变的磁通 ,该磁通与原副绕组相交链,产生感应电动势 e1、e2,如果副绕组接有负载,那么副绕组中就有电流 i2流过,这时,副绕组中的磁动势 i2N2也会产生出沿
4、铁心闭合的磁通,所以铁心中的磁通 是由原、副绕组的磁动势共同作用产生的,称为主磁通。8 原、副绕组中的磁动势也要产生少量的漏磁通。上述电磁关上述电磁关系可表示如下:系可表示如下:91)电压变换 主磁通1011 K 称为变压器的变比,近似等于原、副绕组的匝数之比,当电源电压一定时,只要改变变比 K,就可得到不同等级的输出电压。12供电。131415 1617简化相量图简化相量图(迟迟后后)1819变压器的结构变压器的结构较大容量的油浸式变压器一般是由铁芯、绕组、油箱、冷却装置、绝缘套管、绝缘油以及其他附件所构成20一、铁芯 铁芯是变压器的磁路部分。为了降低铁芯在交变磁通作用下的磁滞和涡流损耗,铁
5、芯采用厚度为 0.35mm 或更薄的优质硅钢片叠成。目前广泛采用导磁系数高、单位损耗小的冷轧晶粒取向硅钢片,以缩小变压器的体积和质量,节约铜材、钢材,降低损耗。为充分利用这种硅钢片的导磁方向性,铁芯常采用全斜接缝叠装法。21一般三相变压器铁芯为三相三柱式,而大容量三相变压器,常受运输高度限制,多采用三相五柱式。三相五柱式是在三相三柱式外侧加两个旁轭构成,两个旁轭上不设绕组。0303I0I0I0I(b)22由于三相五柱式铁芯各相磁通可经旁轭而闭合,故三相磁路可看作是彼此独立的,宛如三台单相变压器组成的变压器组。因此当有不对称负载时,各相零序电流产生的零序磁通可经旁轭而闭合,故其零序励磁阻抗与对称
6、运行时励磁阻抗(正序)相等。大容量单相变压器铁芯,有壳式(也称外铁式)和心式(也称内铁式)两种。23 壳式铁芯有一个中间铁芯柱和两个分支铁芯柱(也称旁轭),中间铁芯柱的断面积约为两个分支铁芯柱断面积之和。绕组放在中间的铁芯柱上,有时亦称其为单相三柱式变压器。心式铁芯则呈“口”字形,两柱面积相等,绕组对称安装于两柱上。在大容量变压器中,为了使铁芯损耗发出的热量能被绝缘油在循环时充分地带走,从而达到良好的冷却效果,通常在铁芯中还设有冷却油道。冷却油道的方向可以做成与硅钢片的平面平行,也可以做成与硅钢片的平面垂直。2425 二、绕组 变压器的绕组一般都采用同心式绕组,高压绕组和低压绕组均做成圆筒形,
7、但圆筒的直径不同,然后同轴心地套在铁芯柱上。为了绝缘方便,通常低压绕组装得靠近铁芯,高压绕组则套在低压绕组的外面,低压绕组与高压绕组之间,以及低压绕组与铁芯之间都留有一定的绝缘间隙和散热油道,并用绝缘纸筒隔开。在三绕组变压器中,为了满足短路阻抗的要求,也有把中压绕组装在靠近铁芯柱。同心式绕组根据绕制特点又可分为圆筒式、螺旋式、连续式和纠结式等几种型式。261。圆筒式绕组 圆筒式绕组是最简单的一种绕组,它是用绝缘导线沿铁芯高度方向连续绕制,绕制完第一层后,垫上层间绝缘纸再绕第二层、第三层。绕制适当层数后,用绝缘撑条隔出纵向油道,以利散热。这种绕组一般用于小容量变压器。2 螺旋式绕组 螺旋式绕组,
8、是由多根绝缘扁导线沿着径向并联排列,然后沿铁芯柱轴向高度,像螺纹一样一匝跟着一匝地绕制而成,一匝就像一个线盘。当螺旋式绕组并联导线太多时,可把并联导线分成两排或多排,绕成双螺旋式或多螺旋式。27 28 3 连续式绕组 连续式绕组是用扁导线连续绕制成若干线盘(也称线饼)构成,线盘问用绝缘垫块隔出径向油道,以利散热。294 纠结式绕组 纠结式绕组的外形与连续式相似,主要不同是,连续式绕组的每个线盘中电气上相邻的线匝是依次排列的,而纠结式绕组电气上相邻的线匝之间插入了绕组中的另一线匝,其导线排列如图 8-2 所示。纠结式绕组使实际相邻的匝间电位差增大,焊头多、绕制费时。其目的是为了增加绕组的纵向电容
9、,在雷电波入侵时,使起始电压比较均匀地分布于各线匝之间,提高匝间绝缘的安全性。30 为了减少大型电力变压器在采用多股导线并绕时所产生的附加损耗,绕组往往需要作换位处理,为了使绕组有效地散热,绕组设有散热油道。在双绕组变压器强迫油循环导向冷却系统中,压力油在高、低压绕组之间有各自的流通路线,绕组中有纵向和横向油道,使绕组得到有效地冷却。因此,目前大型变压器几乎都采用这种强迫导向冷却的方式。31 1 油箱 油浸式变压器的器身装在充满变压器油的油箱中,油箱用钢板焊成。中、小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成,变压器的器身就放在箱壳内,将箱盖打开就可吊出器身进行检修。大、中型变压器,由于器身庞大和笨重,起
10、吊器身不方便,都做成箱壳可吊起的结构。这种箱壳好像一只钟罩,当器身要检修时,吊去较轻的箱壳,即上节油箱,器身便全部暴露出来了。322 储油柜(俗称油枕或油膨胀器)、油位计及呼吸器33第五节 变压器的主要附件第五节 变压器的主要附件 一、隔膜式储油柜 主要用于大型电力变压器(电压 110kV 以上)。它是利用柜内隔膜将变压器油和大气隔离的,可防止油老化和吸收水分,因而保证了变压器油的绝缘强度。隔膜式储油柜由两个半圆桶体组成,储油柜中间装有半圆形橡胶隔膜,隔膜周边均由柜沿上下密封垫压紧,使其隔膜浮在油面上,并随着油面的上升或下降而上下浮动。在储油柜上装有磁针式油位表,油位表在最高和最低油位均装有报
11、警信号。储油柜的上边设有视察窗孔,在储油柜下面设有集污盒物。管接头用于注油或放油。在储油柜柜沿处设有放水,为排放隔膜上凝结水之用。34二、吸湿器二、吸湿器 吸湿器清除和干燥,由于变压器的温度变化而进入变压器(或互感器)储油柜的空气中的杂物和潮气。进而保持变压器(或互感器)内变压器油的绝缘强度。35三、压力释放阀三、压力释放阀 用于以变压器油为冷却介质的大、中型电力变压器,安装在变压器油箱上,或侧壁上。压力释放阀在变压器正常工作时,保护变压器油与外部空气隔离,使油箱内保持正压,确保油箱外部的空气、灰尘和水份不能进入变压器油箱内。变压器一旦发生短路时,变压器线圈将产生电弧和火花,使变压器油在瞬间产
12、生大量气体,油箱内的压力因此猛增。这种过压全靠压力释放阀来保护。当压力一旦达到阀门动作压力时,阀门在 2ms 内开启,变压器油箱内压力下降,油箱不致变形和爆裂。36 4 气体继电器 气体继电器俗称瓦斯继电器。它装在油枕与主油箱之间的连接管路上。当变压器发生故障时,内部绝缘物气化,产生的气体,从油箱上升进入油枕前,先在气体继电器内积聚,当积聚到相当数量时,上浮筒下沉,触点闭合,发出信号,此为轻瓦斯。当油流速度达到整定值时,推动挡板,使跳闸触点闭合,断路器跳闸,此为重瓦斯。37 5 分接开关 变压器分接头切换开关,简称分接开关,是变压器为适应电网电压的变化,用来调节绕组(一般为高压绕组)匝数的一种
13、装置。如果切换分接头必须将变压器从电网切除后进行,称为无载调压,这种分接开关称为无载分接开关。楔形分接开关与变压器绕组的连接如图 319 所示。38 为了保证接触良好,不论变压器是否需要改变电压,每年必须对开关至少转动一次,以清除接触表面上的氧化膜及油污等,每次应连续转动 2 周。如果变压器不需要改变电压,在转动后应返回到原来位置上。分接开关操作完毕后,为判断其接触是否良好,应测量绕组的直流电阻。对变压器进行检修时,必须对分接开关进行检查。六、有载调压分接开关六、有载调压分接开关 有载调压分接开关也称带负荷调压分接开关,其基本原理是在变压器的绕组中引出若干分接抽头,通过有载调压分接开关,在保证
14、不切断负荷电流的情况下,由一个分接头切换到另一个分接头,以达到变换绕组的有效匝数,即改变变压器变比的目的。在切换过程中需要过渡电路。切换开关装在油箱内,切换在油中进行。39 有载调压分接开关的工作原理如图 3110 所示。负载电流开始由分接抽头 1 输出,若要从分接抽头 1 调到由分接抽头 2 输出。有载调压时,抽头 1 与抽头 2 之间必须接人一个过渡电路(又称限流电阻),即将一个阻抗跨接在抽头 1 与抽头 2 之间。有了过渡阻抗,抽头 1 与抽头 2 之间不会造成短路,起着限流作用。有载调压分接开关主要由选择开关、切换开关、限流电阻以及操作机构组成。现分述如下:401 选择开关选择开关 选
15、择变压器分接头的开关叫选择开关。选择开关在切换分接头过程中是不带负载电流的。2 切换开关切换开关 带负载切换分接头位置的开关叫切换开关,带有负载电流的切换开关的动触头在工作中只是滑动而并不切换分接点。切换开关一般采用扇形滚动式结构,通过齿轮组的导向,使扇形滚动件按照滚转的方式,有规则地动作,于是动触头依既定的程序与定触头接触和分离,完成电路的切换。3 限流电阻限流电阻 切换开关的弧触头之间并联着限流电阻,目的是使切换开关在带负荷切换过程中,有效地限制开断时的电弧电流。41 4,机械传动部分,机械传动部分 调压分接开关机械部分主要由电动传动机构和快速机构组成。电动机轴的转动经蜗轮、螺杆降速之后,
16、通过一对锥齿轮传递到垂直轴,再经过齿轮盒引入变压器油箱,与选择开关的水平轴相递接。在水平轴锥齿轮的转动下,使垂直主轴转动,主弹簧储能,在摆杆的作用下过死点,弹簧收缩,释放能量,从而带动切换开关主轴,达到快速切换的目的。42 绝缘套管绝缘套管将内部的高、低压引线引到变压器油箱的外部,60kV 及以上电压等级,目前采用电容式绝缘套管,这种绝缘套管的高电位引线与接地的末屏之间,是一个多层紧密配合的绝缘纸和铝箔交错地卷制成的电容芯子,胶纸电容式芯子在户外使用时,需用瓷套作外绝缘,电容芯子与瓷套之间的空隙注入变压器油,在头部设有适应油热胀冷缩用的储油柜,图 315 为胶纸电容式套管结构。43 变压器冷却
17、方式,变压器冷却方式,油浸式电力变压器的冷却方式,按其容量的大小大致有油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却等方式。一、油浸自冷式 油浸自冷式冷却系统没有特殊的冷却设备,容量很小的变压器采用结构最简单的、具有平滑表面的油箱;容量稍大的变压器采用具有散热管的油箱,即在油箱周围焊有许多与油箱连通的散热管或片;容量更大些的变压器,则在油箱外加装若干散热器。二、油浸风冷式 油浸风冷式冷却系统,也称油自然循环、强制风冷式冷却系统。44三、强迫油循环风冷式 强迫油循环风冷式冷却系统用于中、大容量变压器。这种冷却系统,是在油浸风冷式的基础上,在散热器下部与油箱连接的管道上,装了一台潜油泵
18、。当油泵运转时,加快了油的流动速度,提高了冷却效果,故称“强迫油循环”。45 四、强迫油循环水冷式 强迫油循环水冷式冷却系统,实际上和风冷系统相同,只是把风冷却器换成了水冷却器。46五、干式变压器 发电厂的室内变压器,为了满足防火要求,一般都采用干式变压器。干式变压器的铁芯和绕组不浸在可燃的绝缘油中,而用气体或固体作绝缘介质。按不同的绝缘介质和结构,一般可分为密封型、全封闭型、封闭型、非封闭型、包封绕组型等。(1)密封型,具有密封的保护外壳,内部充空气或其他气体(如 SFs 气体),内部气体不与外界交换不设呼吸器;(2)全封闭型,具有保护外壳但不密封,内部空气能与大气通过呼吸装置进行交换,但不
19、用与大气循环的方式进行冷却;47(3)封闭型,与全封闭型的不同点是内部空气与外界空气进行循环,以对流的方式冷却铁芯和绕组;(4)非封闭型,没有保护外壳,铁芯和绕组直接暴露在空气中,但需经专门的防潮、防霉处理;(5)包封绕组型,变压器绕组用固体绝缘树脂包封(如树脂浇注型变压器),一般不加保护外壳。不同绝缘耐热等级的干式变压器,其温升限值如表 81 所示。干式变压器的温升限值与其绝缘材料的耐热等级有关,表 81 中列出了部分数值。对于干式变压器,在运行中必须保证任何情况下不得出现使铁芯本身、其他金属部件和相邻材料受损害的温度。4849二、变压器的额定数据二、变压器的额定数据 额定数据大都标注在铭牌
20、上。主要额定数据如下。1,额定容量,额定容量 SN 在额定使用条件下:额定电压、额定频率、额定电流,温升也不超过极限值时变压器的容量叫额定容量,用 SN表示。对三相变压器而言,额定容量为三相额定容量之和。单位为 kVA、MVA。2 额定电压额定电压 U1N、U2N 在三相变压器中,额定电压是指线电压。单位为 kV。高压侧一般都安装有供调压用的分接头。3 额定电流额定电流1N、2N 单位为 A。在三相变压器中,如没有特殊说明,指线电流。50五、额定温升 tN及额定冷却介质温度 变压器的额定温升是指:在额定负荷下,绕组平均温度或上层油温与变压器外围空气的温度(对空冷变压器)或冷却水入口温度(对水冷
21、变压器)之差的限值。我国国家标准规定:当在额定冷却介质温度(环境最高气温为+40C,冷却水进水最高温度为 30C)时。绕组温升的限值为 65C,上层油温升的限值为 55C。但当正常设计的空冷变压器在海拔超过 1000m 运行时,其温升限值应予相应减少。当变压器的温升限值不是标准规定值时,应在铭牌上标明。51六阻抗电压百分值六阻抗电压百分值 Ud 阻抗电压百分数,在数值上与变压器的阻抗百分数相等,表明变压器内阻抗的大小。阻抗电压百分数又称为短路电压百分数,它可以通过短路试验得到。对双绕组变压器,当一个绕组短接时,在另一个绕组中为产生额定电流所需要施加的电压称为阻抗电压或称短路电压,用 Uk表示。
22、常以额定电压的百分数来表示。52 8 变压器的联结组别 变压器的联结组别一、联接法为了说明联接方法,首先对绕组的首端、末端的标记作如表 3.1 的规定。单相变压器单相变压器53545556SFP10-720000/50057SFP10-720000/5005859603.1 我厂主变主要参数和性能要求我厂主变主要参数和性能要求 3.1.1 型式:三相,户外,双绕组,无励磁调压,油浸式变压器。3.1.2 冷却方式:强迫油循环风冷 。3.1.3 额定频率:50Hz。额定容量(绕组平均温升 65K 时):720 MVA 额定电压:高压侧:24222.5 Kv 低压侧:20kV 调压方式:无载调压 调
23、压位置:高压中性点 调压范围:22.5 61分接位置电压最小分接位置主分接位置最大分接位置分接位置电压(kV)229.9242254.1接地方式:可接地或不接地运行 额定电流:高压侧:1717.7 A 低压侧:20785 A 短路阻抗:14(在额定电压和频率下温度为 75);(在各分接情况下短路阻抗误差不超过 7.5%)变压器联接组标号:Yn,d11。变压器相序:初步定为面对变压器高压侧从左到右,高压侧为 A,B,C,低压侧为 a,b,c。最终相序在第一次设计联络会确定。绕组绝缘耐热等级:A 级62每台变压器供给下述套管电流互感器:装设位置 电 流 比(A)准确级额定输出(VA)组 数 高 压
24、 出 线 侧2500/1A5P205012500/1A5P205012500/1A0.2SFs10301高压中性点侧2500/1A5P20501631、我厂厂高变设备的主要参数、我厂厂高变设备的主要参数1.1 型式:双分裂铜绕组无载调压油浸式三相变压器。1.2 额定容量 63/38-38MVA(绕组温升 65K 时)在绕组平均温升 65 K 时连续额定容量:冷却方式高压绕组(MVA)低压绕组(MVA)油浸风冷油浸自冷以上容量的 75%以上容量的 75%1.3 绕组额定电压高压:20 kV,低压:6.3-6.3 kV调压方式:无载调压调压位置:中性点调压范围:2022.5%641.4 额定频率:
25、50Hz1.5 联接组别标号:D、yn1-yn1。1.6 中性点接地方式:低压侧经电阻接地1.7 短路阻抗(在额定电压和频率下温度为 75,以高压绕组额定容量 63MVA 为基准)半穿越阻抗:19.5%(尚需待联络会上确认)(在各分接情况下短路阻抗允许偏差 7.5%)。65b.高压厂变中性点接地电阻柜参数:电 压:kV阻 值:36.4 短时电流 100A(10S)功 率:350kW66第五节 变压器允许温升在变压器运行时,绕组和铁芯中的电能损耗都转变为热量,使变压器各部分的温度升高。在油浸式变压器中,绕组和铁芯热量先传给油,受热的油又将其热传至油箱及散热器,再散人外部介质(空气或冷却水)。67
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