第3章电力变压器.ppt

第一节 变压器的工作原理与结构,第二节 变压器运行,第三节 其它变压器,第四节 互感器,变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.,第二章 电力变压器,第一节 变压器的基本工作原理和结构,一、基本工作原理,变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。变压器在传递电能的过程中，一、二次侧的电功率基本相等。当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，故在改变电压的同时，也改变了电流。,根据电磁感应定律可以导出：,二、变压器的结构,1.铁心,铁心结构 铁心是变压器的磁路部分，由铁心柱和铁轭两部分组成。铁心结构一般分为心式和壳式两类，我国电力变压器主要采用心式铁心。近年来，大量涌现的节能性配电变压器均采用卷铁心结构。铁心材料 为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的冷轧硅钢片叠成。,是变压器的电路部分，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。为了使绕组便于制造且具有良好的机械性能，一般把绕组做成圆筒形。高、低压绕组同心地套装在铁心柱上，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组再套在低压绕组外面。,2.绕组,油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。油箱结构，根据变压器的大小分为：吊器身式多用于6300kVA及以下的变压器，其箱沿设在顶部。吊箱壳式多用于8000kVA及以上的变压器，其箱沿设在下部，上节箱身做成钟罩形，故又称钟罩式油箱。,3.油箱及变压器油,用于调整变压器输出电压，使输出电压稳定。分接开关一般安装在高压绕组上。原因是：一是高压绕组常套在外侧，引出分接方便；二是高压侧电流小，分接引线和分接开关的载流布分截面小，开关接触触头也较容易制造。调压分为：无励磁调压（二次不带负载，一次也与电网断开）和有载调压,4.分接开关,它是一种油保护装置，水平地安装在变压器油箱盖上，用弯曲联管与油箱连通，柜内油面高度随变压器油的热胀冷缩而变动。储油柜的作用是保证变压器油箱内充满油，减少油和空气的接触面积，从而降低变压器油受潮和老化的速度。,5.储油柜（又称油枕）,6.吸湿器 通过它使大气与储油柜连通。当变压器油因热胀冷缩而使油面高度发生变化时过吸湿器进出。吸湿器内装有硅胶或活性氧化铝，用以吸收进入储油柜中空气的水分。7.安全气道（又称防爆管）它装于油箱顶部，是一个长钢圆筒，上端口装有一定厚度的玻璃板或酚醛纸板，下端口与油箱连通。它的作用是当变压器内部因发生故障引起压力骤增时、让油气流冲破玻璃或酚醛纸板，以免造成箱壁爆裂。,8.气体继电器 它装在储油柜和油箱的连通管中间，当变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁心事故等)产生气体或油箱漏油使油面降低时，气体继电器动作，发出信号以便运行人员及时处理，若事故严重，可使断路器自动跳闸，对变压器起保护作用。9.绝缘套管 变压器套管是将线圈的高、低压引线引到箱外的绝缘装置，它是引线对地(外壳)的绝缘，又担负着固定引线的作用。套管大多装于箱盖上，中间穿有导电杆，套管下端伸进油箱与绕组引线相连，套管上部露出箱外，与外电路连接。低压引线一般用纯瓷套管，高压引线一般用充油式或电容式套管。,三、电力变压器的型号及技术参数,1.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，表示方法为,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。,2.额定值,此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。,指长期运行时所能承受的工作电压,指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。,指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流,连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。,三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。,理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点，作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。,3.三相变压器的联结组,连接组别可以用相量图来判断：,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8连接组别。,1、Y，y连接,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 也同相位，连接组别为Y，y0。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2连接组别。,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7连接组别。,2、Y，d连接,同理，若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1连接组别。,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，连接组别为Y，d11。,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差300，连接组别为Y，d1。,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9连接组别。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3连接组别。,总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。,变压器的连接组别很多，为了便于制造和并联运行，国家标准规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接组别。,其中前三种最为常用：Y,yn0 连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y,d11连接用于低压侧电压超过400V的线路中。YN,d11连接主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。,为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节变压器的二次电压。,4.电压调整,分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关-这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-这种调压方式称为有载调压。,中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN 5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%。,5.空载电流,1）作用与组成,2）性质和大小,性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；,空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通和一次侧绕组漏磁通无功分量；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量。,大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：,3）波形,由于磁路饱和，空载电流 与由它产生的主磁通 呈非线性关系。,当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。,当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈平顶波形。,实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。,6.空载实验,1)目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。,2)接线图,空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；,若要得到高压侧参数，须折算；,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,求出参数,3)要求及分析,低压侧加电压，高压侧开路；,7.短路（负载）实验,1、目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。,2、接线图,3、要求及分析,1）高压侧加电压，低压侧短路；,3）同时记录实验室的室温；,4）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为。,5）参数计算,6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。,8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。,7）若要得到低压侧参数，须折算；,4、短路电压（阻抗电压）：,当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作,短路电压常用百分值表示：,Z,I,短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。,从正常运行角度看，希望它小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些,相应的短路电流就小些。,8.电压变化率（调整率）,用相量图可以推导出电压变化率的表达式：,定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即,电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。,由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。,9.损耗、效率及效率特性,铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。,1、变压器的损耗,铜损耗也分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。,变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。,铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。,铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。,2、效率及效率特性,效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。,效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。,其中,变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。,效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系=f(),称为变压器的效率特性。,即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大：,或,为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。,10.温升和冷却方式,1）温升 对于空气冷却变压器是指测量部位的温度与冷却空气温度之差；对于水冷却变压器是指测量部位的温度与冷却器入口处水温之差。详见P332)冷却方式,一、并联运行的条件,并联运行的优点：1、提高供电的可靠性；2、提高供电的经济性。,并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。,并联运行的理想情况是：1、空载时各变压器绕组之间无环流；2、负载后，各变压器的负载系数相等；3、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。,为了达到上述理想运行情况，并联运行的变压器需满足以下条件：,1、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；2、各变压器的连接组别相同；3、各变压器的短路阻抗（短路电压）的标么值相等，且短路阻抗角也相等。,第二节 变压器的运行,二、变比不等时并联运行,变比不等的两台变压器并联运行时，二次空载电压不等。折算到二次侧的等效电路如图所示。,由等效电路可以列出方程式：,当变压器的变比不等时，在空载时，环流 就存在。变比差越大，环流越大。由于变压器的短路阻抗很小，即使变比差很小，也会产生很大的环流。环流的存在，既占用了变压器的容量，又增加了变压器的损耗，这是很不利的。,为了保证空载时环流不超过额定电流的10%，通常规定并联运行的变压器的变比差不大于1%。,四、短路阻抗标么值不等时并联运行,由等效电路可知：,等效电路如图所示。,可见，各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比。,为了充分变压器的容量，理想的负载分配，应使各台变压器的负载系数相等，而且短路阻抗标值相等。,三、连接组别不同时并联运行,连接组别不同时，二次侧线电压之间至少相差300，则二次线电压差为线电压的51.8%，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的空载环流，会烧毁绕组，所连接 组别不同绝不允许并联。,变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行。又规定：阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。,为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过3：1。,