电力变压器培训幻灯片

电力变压器,一、变压器概述,变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。它是一种静止的电气设备，利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。,在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及负载功率因数cos 一定时：,电能损耗小,节省金属材料（经济）,U I,P = I² r,I S,所以远距离输电采用高电压是最为经济的。,发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV、18 kV、20 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能实现远距离经济输送。电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。目前，我国交流输电的电压最高已达750kV。,变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。,二、变压器的分类,按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器；,按相数分类：单相变压器和三相变压器；,按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自 耦变压器；,按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；,按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器；,按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；,按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。,1、变压器的原理模型 接交流电源的绕组称为原绕组或称一次绕组，该侧是通入交流电流侧，即吸收电能侧，输入电能侧,也称一次侧。接负载的绕组称为副绕组或称二次绕组，该侧是接负载侧，即输出电能侧，也称二次侧。,三、变压器的工作原理,2、工作原理 当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组中分别产生感应电动势。,其感应电动势大小可分别表示为： 式中 、 一、二次绕组的匝数; 磁通变化率。 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。,（1）空载运行情况,3. 电磁关系,一次侧接交流电源，二次侧开路。,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。,漏磁通主要经过空气或其他非导磁性物质而闭合。,由于漏磁通不经过铁心，所以励磁电流与漏磁通为线性关系。,铁心线圈是一个非线性电感元件，所以励磁电流与主磁通不是线性关系。,磁动势,(2) 带负载运行情况,一次侧接交流电源，二次侧接负载。,有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。,4. 电压变换（设加正弦交流电压）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦规律变化，设为 则,(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势,根据KVL：,变压器一次侧等效电路如图,由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计， 则,(2) 一次、二次侧电压,式中 R1 为一次侧绕组的电阻; X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。,对二次侧，根据KVL：,结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。改变匝数比，就能改变输出电压。,式中 R2 为二次绕组的电阻; X2=L2 为二次绕组的感抗； 为二次绕组的端电压。,变压器空载时:,式中U20为变压器空载电压。,故有,5. 电流变换,(一次、二次侧电流关系),有载运行,即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时基本是恒定的。,不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有,当U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。,空载：,有载：,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,或：,可得磁势平衡式：,空载磁势,有载磁势,一般情况下，由于 ，所以 ，如果忽略一、二次绕组本身的阻抗压降这个次要因素时， ， 。则 。这就实现了改变电压等级的目的。若二次绕组接上负载，就有电流流过，变压器就向负载输出电能，从而实现了不同电压等级的电能传递。 由分析显而易见，变压器能够改变电压等级的条件是：（1）由铁芯闭合同时交链于一、二次绕组的磁通必须交变；（2）一、二次绕组的匝数应不相等。,四、变压器的结构,图9-3 油浸式电力变压器结构图 1-绕组；2-铁芯；3-油箱；4-分接开关；5-低压套管；6-高压套管；7-气体继电器；8-安全气道；9-油位计；10-储油柜；11-呼吸器；12-铭牌；13-信号式温度计；14-放油阀门,变压器的结构,变压器的磁路,变压器的电路,铁心和绕组是变压器中最主要的部 件，他们构成了变压器的器身。 1、铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料硅钢片叠成。其厚度为0.350.5mm，两面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。,变压器的结构,功率损耗,交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。,1. 铜损(Pcu),在交流铁心线圈中, 线圈电阻R 上的功率损耗称铜损，用Pcu 表示。,Pcu = RI2,式中：R是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。,2. 铁损(PFe),在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe 表示。,铁损由磁滞和涡流产生。,（1）磁滞损耗（Ph）,由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗(Ph ) 。,磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。,减少磁滞损耗的措施： 变压器和电机中选用硅钢等材料制作铁心，降低磁滞损耗。,磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于 外磁场变化H（磁场强度）的性质。,(2)涡流损耗（Pe）,涡流损耗: 由涡流所产生的功率损耗。,涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。,涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。,减少涡流损耗措施：,提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。,2.变压器的效率(),变压器的损耗包括两部分：,铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。,铁损(PFe )：,变压器的效率为,一般 95% ,负载为额定负载的(5075)%时,最大。,输出功率,输入功率,2、绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或 铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能 它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。 其中，两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。,为了绝缘布置方便，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，使绕组有效地散热。 从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。,三、油箱及其他附件 1.油箱 变压器油的作用：加强变压器内部绝缘强度和散热作用。 要求：用质量好的钢板焊接而成，能承受一定压力。 形式：大型变压器油箱均采用了钟罩式结构；小型变压器采用吊器身式。 2.储油柜 作用：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。 在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特殊的空气胶囊，它通过呼吸器与外界相通，空气胶囊阻止了储油柜中变压器油与外界空气接触。,3.呼吸器 作用：内装硅胶的干燥器，与油枕连通，为了使潮气不能进入油枕使油劣化。 硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用，干燥状态状态为兰色，吸潮饱和后变为粉红色。吸潮的硅胶可以再生。 4.冷却器 作用：加强散热。 装配在变压器油箱壁上，对于强迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中，这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去，经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。,5.绝缘套管 (分为高压绝缘套管和低压绝缘套管) 作用：使绕组引出线与油箱绝缘。 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。,6.分接开关 作用：用改变绕组匝数的方法来调压。 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，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。,7.压力释放阀 作用：为防止变压器内部发生严重故障而产生大量气体，引起变压器发生爆炸。 压力释放装置在变压器油箱顶盖上，压力释放装置在保护电力变压器方面起重要作用。充有变压器油的电力变压器，如果内部出现故障或短路，电弧放电就会在瞬间使油汽化，导致油箱内压力极快升高。如果不能极快释放该压力，油箱就会破裂，将易燃油喷射到很大的区域内，可能引起火灾，造成更大破坏，因而通过压力释放装置使油箱内减压防止上述情况发生。,8.气体继电器（瓦斯继电器） 作用：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。,1、变压器的型号:型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。,五、变压器的铭牌和技术数据,2、额定值,额定运行情况：制造厂根据国家标准和设计、试验数据规定变压器的正常运行状态。 表示额定运行情况下各物理量的数值称为额定值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有： 额定容量 ：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。 原边额定电压 ：正常运行时规定加在一次侧的端电压，对于三相变压器，额定电压为线电压。 副边额定电压 ：一次侧加额定电压时，二次侧空载时的端电压。,原边额定电流 ：变压器满载运行时，一次侧绕组允许的电流值。对于三相变压器， 为原边额定线电流。 副边额定电流 ：变压器满载运行时，二次侧绕组允许的电流值。对于三相变压器， 为副边额定线电流。 单相变压器额定值的关系式： 三相变压器额定值的关系式： 额定频率 ：我国工频：50Hz； 还有额定效率、温升等额定值。,六、三相变压器的极性和连接组别,一、绕组的端点标志与极性 首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号,同极性(名)端：由于变压器高、低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应的端点上用符号“”标出。 注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。规定绕组相电动势的正方向为从首端指向末端。如高压A相绕组的相电动势为 （简写为 ），其正方向为从A指向X。规定绕组线电动势的正方向为从下表中第一个字母指向第二个字母，如 即表示A、B两相间线电动势的正方向为从A指向B。,对一相绕组首尾端有两种标志的方法，一种是把高、低压绕组的同极性端都标为首端（或尾端），即当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极性相