1、電力變壓器的結構及工作原理電力變壓器的結構及工作原理 2017年8月電力變壓器的結構及工作原理電力變壓器的結構及工作原理主要內容：主要內容：第三節第三節電力變壓器的故障分析和處理電力變壓器的故障分析和處理第二節第二節 電力變壓器的結構電力變壓器的結構第一節第一節 電力變壓器的用途和分類電力變壓器的用途和分類第一節第一節 電力變壓器的用途和分類電力變壓器的用途和分類變壓器是傳輸電能而不改變其頻率的、靜止的電能轉換器。 變壓器是電力系統中數量極多且地位十分重要的電氣設備，變壓器的總容量大約是發電機總容量的9倍以上。其功能是將電力系統中的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。 在電力

2、系統中，輸送同樣功率的電能，電壓越高，電流就越小，輸電線路上的功率損耗也越小；輸電線的截面積也可以減小，這樣就可以減少導線的金屬用量。 由于制造上的困難，發電機電壓不可能很高（目前在20KV以下），所以在發電廠中要用升壓變壓器將發電機電壓升到很高，才能將大量的電能送往遠處的用電地區，如35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。而在用電負荷處，再用降壓變壓器將電壓降低到適當的數值供用戶電氣設備使用。電力變壓器在傳輸電能的時候，本身也有一些有功損耗，但數量不大，因而傳輸效率很高。中小型變壓器的效率不低于95，大型變壓器效率可達到98以上。 1、按功能分：、按功能分： 電

3、力變壓器按功能分，有升壓變壓器和降壓變壓器兩大類。工廠變電所都采用降壓變壓器。終端變電所的降壓變壓器，也稱配電變壓器。2、按容量分、按容量分： 電力變壓器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列兩大類。 R8容量系列指容量等級是按R81.33倍數遞增的，我國老的變壓器容量等級采用此系列，如：100kVA、135kVA、180kVA、240kVA、320kVA、420kVA、560kVA、750kVA、1000kVA等。 R10容量系列 指容量等級是按R10 1.26倍數遞增的。R10系列的容量等級較密，便于合理選用，是IEC（國際電工委員會）推薦采用的。我國新的變壓器容量等級采用此系列，如

4、：100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA。3、按相數分：、按相數分： 電力變壓器按相數分，有單相和三相兩大類。工廠變電所通常都采用三相電力變壓器。4、按調壓方式分：、按調壓方式分：電力變壓器按調壓方式分，有無載調壓（又稱無勵磁調壓）和有載調壓兩大類。工廠變電所大多數采用無載調壓變壓器。5、按繞組結構分：、按繞組結構分： 電力變壓器按繞組結構分，有單繞組自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器。工廠變電所大多采用雙繞組變壓器。6、按繞組絕緣及冷卻方式分類：、按繞組絕緣及冷卻方式分類：

5、 電力變壓器按繞組絕緣及冷卻方式分，有油浸式、干式和充氣式（SF6）等。其中油浸式變壓器，又有油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環冷卻式等。工廠變電所大多采用油浸自冷式變壓器。 所謂充氣式變壓器是指變壓器的磁路（鐵芯）與繞組均位于一個充有絕緣氣體的外殼內的變壓器。以往，一般情況下是采用SF6氣體，所以又稱氣體絕緣變壓器7、按繞組導體材質分：、按繞組導體材質分： 電力變壓器按繞組導體材質分，有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器兩大類。工廠變電所過去大多采用鋁繞組變壓器，但低損耗的銅繞組變壓器現在得到了越來越廣泛的應用。特殊使用環境代號額定電壓額定容量特殊用途和特殊結構代號設計序號調壓方式導線材

6、料繞組數油循環方式冷卻方式相數產品類別1、產品類別代號、產品類別代號O-自耦變壓器，通用電力變壓器不標H-電弧爐變壓器C-感應電爐變壓器Z-整流變壓器K-礦用變壓器Y-試驗變壓器2、相數、相數D-單相變壓器S-三相變壓器3、冷卻方式、冷卻方式F-風冷式W-水冷式注：油浸自冷式和空氣自冷式不標注4、油循環方式、油循環方式N自然循環O強迫導向循環P強迫循環5、繞組數、繞組數S三繞組注：雙繞組不標注6、導線材料、導線材料L鋁繞組注：銅繞組不標注7、調壓方式、調壓方式Z有載調壓注：無載調壓不標注8、性能水平代號（設計序號）、性能水平代號（設計序號）性能水平代號電壓等級kV性 能 參 數空 載 損 耗負

7、 載 損 耗76、10符合GB/T 6451組符合GB/T 645135符合GB/T 645186、10符合GB/T 6451組35比GB/T 6451平均下降10%96、10配電變壓器符合表A26、10電力變壓器比GB/T 6451組平均下降10%比GB/T 6451平均下降10%35比GB/T 6451平均下降20%106、10比GB/T 6451組平均下降20%比GB/T 6451平均下降15%35比GB/T 6451平均下降30%116、10比GB/T 6451組平均下降30%35比GB/T 6451平均下降40%9、特殊用途或特殊結構代號、特殊用途或特殊結構代號Z低噪聲用；L電纜引出

8、X現場組裝式；J中性點為全絕緣；CY發電廠自用變壓器10、變壓器的額定容量、變壓器的額定容量變壓器的額定容量，單位為kVA。11、變壓器的額定電壓、變壓器的額定電壓變壓器的額定電壓，單位為kV。例例1：一臺三相、油浸、風冷、雙繞組、無勵磁調壓、鋁導線、20000 kVA、110 kV級電力變壓器產品，其性能水平符合GB/T 6451規定，該產品的型號為：SFL720000/110例例2： 一臺三相、油浸、水冷、強迫油循環、雙繞組、有載調壓、銅導線、360000 kVA、220 kV級低噪聲用電力變壓器的產品，其性能水平符合GB/T 6451規定，該產品的型號為： SWPZ7Z360000/22

9、0第二節第二節 油浸式電力變壓器的結構油浸式電力變壓器的結構油油浸浸式式電電力力變變壓壓器器油浸式電力變壓器的結構油浸式電力變壓器的結構器身器身油箱油箱冷卻裝置冷卻裝置保護裝置保護裝置出線裝置出線裝置鐵芯、繞組、絕緣結構、引線、分接開關油箱本體（箱蓋、箱壁、箱底）和附件（放油閥門、油樣活門、接地螺栓、銘牌散熱器和冷卻器儲油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全氣道）、吸濕器(呼吸器)、溫度計、凈油器、氣體繼電器（瓦斯繼電器）高壓套管、低壓套管2.分接開關1.高壓套管4.瓦斯繼電器3.低壓套管6.油枕5.防爆管8.吸濕器7.油位表10.銘牌9.散熱器12.油樣活門11.接地螺栓14.活門13.放油閥門

10、16.溫度計15.繞組18.凈油器17.鐵芯20.變壓器油19.油箱油浸式電力變壓器的結構油浸式電力變壓器的結構1 . 鐵芯鐵芯鐵芯在電力變壓器中是重要的組成部件之一。它由高導磁的硅鋼片疊積和鋼夾件夾緊而成，鐵芯具有兩個方面的功能。在原理上，鐵芯是構成變壓器的磁路。它把一次電路的電能轉化為磁能，又把該磁能轉化為二次電路的電能，因此，鐵芯是能量傳遞的媒介體。在結構上，它是構成變壓器的骨架。在它的鐵芯柱上套上帶有絕緣的線圈，并且牢固地對它們支撐和壓緊。變壓器鐵芯渦流的形成變壓器鐵芯渦流的形成 當成塊的金屬放在變化的磁場中或者在磁場中運動時，金屬內將產生感應電流。這種電流在金屬內自成閉合回路，猶如水

11、的旋渦故稱渦流，由于成塊金屬的電阻很小，所以渦流很強，使成塊金屬大量發熱，同時電能遭到大量的浪費。1 . 鐵芯鐵芯 為了減少鐵芯的磁滯和渦流損耗，鐵芯用厚度為0.30.5mm的硅鋼片沖剪成幾種不同尺寸，并在表面涂厚為0.010.13mm的絕緣漆，烘干后按一定規則疊裝而成。 由于硅鋼片比普通鋼的電阻串大，因此利用硅鋼片制成的鐵芯可以進一步減小渦流損耗。1 . 鐵芯鐵芯鐵芯的絕緣與變壓器其他絕緣一樣，占有重要的地位。鐵芯絕緣不良，將影響變壓器的安全運行。鐵芯的絕緣有兩種，即鐵芯片間的絕緣以及鐵芯片與結構件件的絕緣。1 . 鐵芯鐵芯鐵芯片間的絕緣是把芯柱和鐵軛的截面分成許多細條形的小截面，使磁通垂直

12、通過這些小截面時，感應出的渦流很小，產生的渦流損耗也就很小。鐵芯片間無絕緣時，磁通垂直通過的截面很大，感應的渦流大，截面厚度增加1倍，渦流損耗將增大至4倍。鐵芯片間絕緣過小時，片間電導率增大，穿過片間絕緣的泄漏電流增大，將增加附加的介質損耗。1 . 鐵芯鐵芯鐵芯必須接地。鐵芯是其金屬結構件在線圈的電場作用下，具有不同的電位，與油箱電位又不同。雖然它們之間電位差不大，也將通過很小的絕緣距離而斷續放電。放電一方面使油分解，另一方面無法確認變壓器在試驗和運行中的狀態是否正常。1 . 鐵芯鐵芯接地片為0.3mm厚的紫銅片，寬度為20、30mm或40mm，銅帶表面要搪錫，以減少接觸電阻。 1 . 鐵芯鐵

13、芯變壓器鐵芯多點接地的故障特征變壓器鐵芯多點接地的故障特征 油中氣體不斷增加并析出(電弧放電故障時，氣體析出量較之更高、更快)，可能導致氣體繼電器動作發信號，甚至使變壓器跳閘。 鐵芯局部過熱，使鐵芯損耗增加，甚至燒壞； 過熱造成的溫升，使變壓器油分解，產生的氣體溶解于油中，引起變壓器油性能下降，油中總烴大大超標；1 . 鐵芯鐵芯 繞組是變壓器最基本的組成部分，它與鐵芯合稱電力變壓器本體，是建立磁場和傳輸電能的電路部分。電力變壓器繞組由高壓繞組，低壓繞組，對地絕緣層（主絕緣），高、低壓繞組之間絕緣件及由燕尾墊塊，撐條構成的油道，高壓引線，低壓引線等構成。 2.2.繞組繞組變壓器高低壓繞組的排列方

14、式，是由多種因素決定的。但就大多數變壓器來講，是把低壓繞級布置在高壓繞組的里邊。這主要是從絕緣方面考慮的。理論上，不管高壓繞組或低壓繞組怎樣布置，都能起變壓作用。但因為變壓器的鐵芯是接地的，由于低壓繞組靠近鐵芯，從絕緣角度容易做到。如果將高壓繞組靠近鐵芯，則由于高壓繞組電壓很高，要達到絕緣要求，就需要很多多的絕緣材料和較大的絕緣距離。這樣不但增大了繞組的體積，而且浪費了絕緣材料。 再者，由于變壓器的電壓調節是靠改變高壓繞組的抽頭，即改變其匝數來實現的，因此把高壓繞組安置在低壓繞組的外邊，引線也較容易。 2.2.繞組繞組變壓器調壓是在變壓器的某一繞組上設置分接頭，當變換分接頭時就減少或增加了一部

15、分線匝，使帶有分接頭的變壓器繞組的匝數減少或增加，其他繞組的匝數沒有改變，從而改變了變壓器繞組的匝數比。繞組的匝數比改變了，電壓比也相應改變，輸出電壓就改變，這樣就達到了調整電壓的目的。 2.2.繞組繞組在一般情況下是在高壓繞組上抽出適當的分接頭，因為高壓繞組常套在外面，引出分接頭方便；另外高壓側電流小，引出的分接引線和分接開關的載流部分截面積小，開關接觸部分也容易解決。2.2.繞組繞組調壓方式有無勵磁調壓和有載調壓兩種。無勵磁調壓時，不是變壓器二次不帶負載，而是把變壓器各側都與電網斷開，在變壓器無勵磁情況下變換繞組的分接頭；有載調壓時，變壓器是在不中斷負載的情況下進行變換繞組的分接頭。2.2

16、.繞組繞組當變壓器油的體積隨著油的溫度膨脹或減小時，油枕起著調節油量，保證變壓器油箱內經常充滿油的作用。如沒有油枕，油箱內的油面波動就會帶來以下不利因素：一是油面降低時露出鐵芯和線圈部分會影響散熱和絕緣；二是隨著油面波動空氣從箱蓋縫里排出和吸進，而由于上層油溫很高，使油很快地氧化和受潮。油枕的油面比油箱的油面要小，這樣，可以減少油和空氣的接觸面，防止油被過速地氧化和受潮。三是油枕的油在平時幾乎不參加油箱內的循環，它的溫度要比油箱內的上層油溫的低的多，油的氧化過程也慢的多，因此有了油枕，可以防止油的過速氧化。 3.3.油枕油枕3.3.油枕油枕1油位計；2氣體繼電器連通導管的法蘭；3吸濕器連通管；

17、4集污盒；5注油孔；6與防爆管連通的法蘭；7吊環；8端蓋；9、10閥門3.3.油枕油枕吸濕器又名呼吸器，常用吸濕器為吊式吸濕器結構。吸濕器內裝有吸附劑硅膠，油枕內的絕緣油通過吸濕器與大氣連通，內部吸附劑吸收空氣中的水分和雜質，以保持絕緣油的良好性能。 4.4.吸濕器吸濕器為了顯示硅膠受潮情況，一般采用變色硅膠。變色硅膠原理是利用二氯化鈷（CoCL2）所含結晶水數量不同而有幾種不同顏色做成，二氯化鈷含六個分子結晶水時，呈粉紅色；含有兩個分子結晶水時呈紫紅色；不含結晶水時呈藍色。4.4.吸濕器吸濕器呼吸器的作用是提供變壓器在溫度變化時內部氣體出入的通道，解除正常運行中因溫度變化產生對油箱的壓力。呼

18、吸器內硅膠的作用是在變壓器溫度下降時對吸進的氣體去潮氣。油封杯的作用是延長硅膠的使用壽命，把硅膠與大氣隔離開，只有進入變壓器內的空氣才通過硅膠。4.4.吸濕器吸濕器5.防爆管防爆管又名安全氣道，裝在油箱的上蓋上，由一個喇叭形管子與大氣相通，管口用薄膜玻璃板或酚醛紙板封住。為防止正常情況下防爆管內油面升高使管內氣壓上升而造成防爆薄膜松動或破損及引起氣體繼電器誤動作，在防爆管與儲油柜之間連接一小管，已使兩處壓力相等。防爆管的作用是當變壓器內部發生故障時，將油里分解出來的氣體及時排出，以防止變壓器內部壓力驟然增高而引起油箱爆炸或變形。容量為800kVA以上的油浸式變壓器均裝有防爆管。1-儲油柜2-連

19、接小管3-防爆管4-油箱 散熱器分為片式散熱器和扁管散熱器片式散熱器是用板料厚度為1mm的波形沖片，靠上下集油盒或油管焊接組成。20kVA以下的油浸式電力變壓器，平頂油箱的散熱面已足夠，50200kVA的油浸式電力變壓器可采用固定式散熱器；200300kVA油浸式電力變壓器，可采用可拆式片式散熱器，散熱器通過法蘭盤固定再油箱壁上。 油浸式變壓器冷卻裝置包括散熱器和冷卻器，不帶強油循環的稱為散熱器，帶強油循環的稱為冷卻器。 當變壓器上層油溫與下部油溫產生溫差時，通過冷卻器形成油溫對流，經冷卻器冷卻后流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。 冷卻器有強油風冷卻器、新型大容量風冷卻器、強油水冷卻器 大型

20、變壓器都裝有測量上層油溫的帶電接點的測溫裝置，它裝在變壓器油箱外，便于運行人員監視變壓器油溫情況。絕緣套管是油浸式電力變壓器箱外的主要絕緣裝置，變壓器繞組的引出線必須穿過絕緣套管，使引出線之間及引出線與變壓器外殼之間絕緣，同時起到固定引出線的作用。 第四節第四節 變壓器的故障處理變壓器的故障處理油浸式電力變壓器的故障分為內部故障和外部故障油浸式電力變壓器的故障分為內部故障和外部故障內部故障：變壓器油箱內發生的各種故障，其主要類型有：各相繞組之間發生的相間短路、繞組的線匝之間發生的匝間短路、繞組或引出線通過外殼發生的接地故障等。 外部故障：變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發生的各種故障，其主要

21、類型有：絕緣套管閃絡或破碎而發生的解體短路，引出線之間發生相間故障等而引起變壓器內部故障或繞組變形。 油浸式電力變壓器的故障分為內部故障和外部故障油浸式電力變壓器的故障分為內部故障和外部故障 變壓器內部故障變壓器內部故障從性質上一般又分為熱故障和電故障兩大類。熱故障通常為變壓器內部局部過熱、溫度升高。根據其嚴重程度，熱故障常被分為輕度過熱（低于150），低溫過熱（150300 ）；中溫過熱（300700 ）、高溫過熱（一般高于700 ）四種故障情況。電故障電故障通常指變壓器內部在高電場的作用下，造成絕緣性能下降或劣化的故障。根據放電的能量密度不同，電故障又分為局部放電、火花放電和高能電弧放電三

22、種故障類型。 主要指變壓器出口短路，以及內部引線或繞組間對地短路、及相與相之間發生的短路而導致的故障。 短路電流引起絕緣過熱故障短路電流引起絕緣過熱故障變壓器突發短路時，其高、低壓繞組可能同時通過為額定值數十倍的短路電流，它將產生很大的熱量，使變壓器嚴重發熱。當變壓器承受短路電流的能力不夠，熱穩定性差，會使變壓器絕緣材料嚴重受損，而形成變壓器擊穿及損毀事故。1.1.短路故障短路故障 短路電動力引起繞組變形故障短路電動力引起繞組變形故障 變壓器受短路沖擊時，如果短路電流小，繼電保護正確動作，繞組變形將是輕微的， 如果短路電流大，繼電保護延時動作甚至拒動，變形將會很嚴重，甚至造成繞組損壞。對于輕微

23、的變形，如果不及時檢修，恢復墊塊位置，緊固繞組的壓釘及鐵軛的拉板、拉桿，加強引線的夾緊力，在多次短路沖擊后，由于累積效應也會使變壓器損壞。 1.1.短路故障短路故障 放電故障對變壓器絕緣的影響放電故障對變壓器絕緣的影響 放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質點直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴大，點直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴大，使絕緣擊穿。另一種是放電產生的熱、臭氧、氧化使絕緣擊穿。另一種是放電產生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學作用，使局部絕緣受到腐蝕，氮等活性氣體的化學作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質損耗增大，最后導致熱擊穿

24、。介質損耗增大，最后導致熱擊穿。 2.2.放電故障放電故障. .固體絕緣故障固體絕緣故障 固體紙絕緣是油浸式變壓器絕緣的主要部分之一，包括：絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷、絕緣綁扎帶等，其主要成分是化纖素，一般信紙的聚合度為13000左右，當下降至250左右，其機械強度已下降了一半以上，極度老化致使壽命終止的聚合度為150200,絕緣紙老化后，其聚合度和抗張強度將逐漸降低，并生成水、CO、CO2,這些老化產物大都對電氣設備有害，會使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介質增大、抗拉強度下降，甚至腐蝕設備中的金屬材料。3.3.絕緣故障絕緣故障 液體絕緣的油浸變壓器特點：l 大大提高了電氣絕緣強度，

25、縮短了絕緣距離，減小了設備的體積；l 大大提高了變壓器的有效熱傳遞和散熱效果，提高了導線中允許的電流密度，減輕了設備重量，它是將運行變壓器器身的熱量通過變壓器油的熱循環，傳遞到變壓器外殼和散熱器進行散熱，從而提高了有效的冷卻降溫水平。l 由于油浸式密封而降低了變壓器內部某些零部件和組件的氧化程度，延長了使用壽命。 3.3.絕緣故障絕緣故障 變壓器油劣化的原因變壓器油劣化的原因按輕重程度可分為污染和劣化兩個階段按輕重程度可分為污染和劣化兩個階段污染污染是油中混入水分和雜質，這些不是油氧化的產物，污染的絕緣性能會變壞，擊穿電場強度降低，介質損失角增大。劣化劣化是油氧化后的結果，當然這種氧化并不僅的產物，污染油的絕緣性能會變壞，擊穿電場強