第十二章 电力变压器的运行与维护.ppt

第十二章电力变压器的运行,第一节变压器的外形与结构第二节变压器的负荷能力第三节变压器的并列运行思考题与习题,,,第一节变压器的外形与结构特点,一、油浸式110kV电力变压器▉概括▉主要参数▉线圈▉铁芯▉油箱及附件▉组部件二、干式电力变压器▉总则▉特点▉铁芯▉线圈▉温控系统▉防护外壳▉特大型35kV干式电力变压器三、组合式10kV变压器▉结构概述▉结构特点▉高压柜▉低压柜,,▉油浸式110kV电力变压器概括,电力变压器种类很多，110kV及以下的电力变压器各厂家生产的产品，型号规格各不相同，但主要参数基本相近。现以华鹏牌110kV电力变压器为例加以介绍。华鹏牌110kV级低损耗系列变压器是在消化吸收国内外先进技术的基础上，自行研制开发的性能可靠的低局放、低损耗、低噪音、高可靠性、具有很强的抗突发短路能力的换代产品，其卓越的性能赢得了广大用户和有关专家的高度评价。全密封免吊罩的产品销世界各地。如图12-1110kV油浸式电力变压器外观结构图。图12-4110kV油浸式电力变压器内部结构图。,,▉油浸式110kV电力变压器主要参数,,局放量1.5倍的额定电压下，产品的视在放电量小于80pC；噪音63MVA及以下的产品噪音在58dB以下AN；损耗空载损耗比IEC标准低30左右；可靠性所有在役产品未发生损伤事故和渗漏油的现象；抗短路能力SZ9-31500/110，SSZ10-50000/110一次性通过国家变压器质量监督检测中心和意大利CESI实验室承受短路的能力试验。,▉油浸式110kV电力变压器线圈,,（1）高压线圈采用纠结-连续式结构，以改善冲击电压下的电压特性，使能得到较均匀的电压分布。（2）变压器绕组内部有曲折油导向结构，能使绕组内部各区域都能得到充分的冷却，降低了绕组的温升和绕组热点温升，延长了绝缘寿命。（3）高压和中压调压部分设置单独的调压绕组，使各绕组的安匝更趋平衡，有效降低变压器短路时的轴向电动力，提高变压器抗突发短路的能力。绕组辐向采用“0”裕度的设计，铁芯与低压绕组纸筒之间，低压、高压、调压绕组之间及撑条和围板套装前均充分干燥、紧密配合，保证整个绕组具有极好的紧密度和同心度。,▉油浸式110kV电力变压器铁芯,,,（1）铁芯材料为高导磁晶粒取向优质冷轧硅钢片，并采用先进的德国“GEORG”公司和比利时“SOENEN”公司出品的自动剪切线下料，控制剪切口的毛刺小于0.02毫米。（2）硅钢片采用不叠上铁轭工艺，硅钢片叠接接缝为45全斜接缝，铁芯片叠好后采用整体加压和环氧胶粘合使铁芯三柱二轭成为坚固、平整、垂直精度高的整体，有效地提高了空载性能，同时降低了噪音。（3）铁心柱和内线圈之间用撑板将铁心柱撑紧，铁轭由浸有环氧树脂的玻璃丝带拉紧，下铁轭与下节油箱之间由反压钉螺栓顶紧。上铁轭与上节油箱之间有三处固定。如图12-3110kV油浸式电力变压器铁芯结构图。,▉油浸式110kV电力变压器油箱及附件,,（1）油箱箱壁采用宽幅钢板不拼焊，折成“瓦楞结构”，减少了焊缝，增加了机械强度，同时瓦楞形箱壁有发散效应，从而起到降低噪音的作用。二次回路走线槽板和控制柜全部采用不锈钢制作，变压器整体美观简洁。（2）所有密封表面采用精加工处理，全部采用优质的密封材料。（3）箱沿采用双道密封槽，利用外层密封材料遮挡大气和紫外线对内层密封材料的破坏，以最大限度的提高密封件的使用寿命，保证密封的可靠性。如图12-5110kV油浸式电力变压器油箱及附件结构图。,▉油浸式110kV电力变压器组部件,,（1）拥有和各大知名变压器组部件生产商良好的合作关系，可以根据不同用户的要求定制不同的组部件。（2）我公司自行生产享有国家专利技术的风冷设备，可以使风冷变压器的噪音小于63dB。（3）降低变压器的损耗，提高散热效果。采用我公司自主开发生产的散热器，该散热器配套供应日本东芝（日本名古屋公司）生产的110kV产品。如图12-6110kV油浸式电力变压器组部件结构图。如图12-7110kV油浸式电力变压器风机结构图。,▉110kV油浸式电力变压器外观和线圈结构图,,图12-1110kV油浸式电力变压器外观结构图,图12-2110kV油浸式电力变压器线圈结构图,▉110kV油浸式电力变压器铁芯和内部结构图,,图12-3110kV油浸式电力变压器铁芯结构图,图12-4110kV油浸式电力变压器内部结构图,▉110kV油浸式电力变压器油箱和组部件结构图,,图12-5110kV油浸式电力变压器油箱及附件结构图,图12-6110kV油浸式电力变压器组部件结构图,▉110kV油浸式电力变压器风机结构图,,图12-7110kV油浸式电力变压器风机结构图,▉干式电力变压器的总则,,华鹏公司生产的SCB9、SCB10为国内首家领有产品型号证书的低噪声低损耗树脂浇注线圈干式变压器。本产品采用GB1094、GB6450-86、GB/T10228-1997标准，符合DIN42523、IEC726标准，按GB6450-86、GB/T10228-1997标准进行出厂试验、型式试验和特殊试验。如图12-8干式电力变压器外观结构图（一）。,▉干式电力变压器的特点,,（1）抗短路、雷电冲击水平高，损耗低，节能效果好，运行经济，可免维护。（2）冷却方式一般采用空气自然冷却（AN）。对于任何防护等级的变压器，都可配置风冷系统（AF），以提高短时过载能力，确保安全运行。（3）体积小，重量轻，占地空间小，安装费用低，防火消防措施简单。,,▉干式电力变压器的特点,,（4）因无火灾、爆炸之虑，可分散安装在负荷中心，充分靠近用电点，从而降低线路造价和节省昂贵的低压设施费用。（5）虽然标准的树脂绝缘干式变压器已能满足大多数用户要求，但是对于某些特殊的应用场合与使用条件仍需进行特殊设计。诸如单相、双电压变换、隔离、整流、接地以及有特殊出线排列的变压器。我们将根据用户的需求，提供最佳的设计和产品。如图12-9干式电力变压器外观结构图（二）。,▉干式电力变压器的铁芯,,（1）选用日本优质冷轧晶粒取向硅钢片，硅钢片本身的磁滞振动小；设计时合理选择磁通密度，保证正常工作电压下有一定的裕度，在系统电压为1.1UN时不出现磁饱和。（2）进口德国GEORG公司和比利时SOENEN公司全自动硅钢片剪切线，保证了剪片精度并有效控制毛刺；叠片采用全斜多阶梯迭接，无孔绑扎，叠积端面平整，接缝小。（3）应用我公司独具的“整体铁芯”工艺，合理控制铁芯夹紧力，使整个铁芯成为一个牢固的整体，保证了铁芯具有良好的垂直度和平整度，有效地降低了噪音。如图12-10干式电力变压器铁芯结构图。,▉干式电力变压器的线圈,,（1）高压绕组用铜线，低压绕组用铜线或铜箔绕制，玻璃纤维毡填充包绕，真空状态下用不加填料的环氧树脂浇注，固化后形成坚固的圆筒形整体，机械强度高，局部放电小，可靠性高。（2）阻燃、防爆、不污染环境。缠绕线圈的玻璃纤维等绝缘材料具有自熄特性，热值小，不会因短路产生自持性火灾，高热下树脂不会产生有毒有害气体。,,▉干式电力变压器的线圈,,（3）线圈不吸潮，铁心夹件有特殊的防蚀保护层，可在100相对湿度和其他恶劣环境中运行。间断运行无须去潮处理。（4）线圈内外侧树脂层薄，散热性能好。（5）环氧树脂为进口瑞士Vantico公司产品，并采用德国HEDRICH公司全自动真空浇注设备。确保环氧树脂在玻璃纤维及铜导体间隙中彻底浸润，固化后线圈无“夹花”状浇注缺陷。如图12-11干式电力变压器线圈结构图。,▉干式电力变压器的温控系统,,温控系统由温度控制器和安装在产品热点位置的Pt100铂电阻测温传感器构成。温度控制器具有温度显示和控制的功能，对变压器的各相温度巡回显示和控制，若由于过载运行或故障引起变压器绕组温度过高，温度控制器能发出报警信号；当绕组温度超过安全值时能自动跳闸。采用强迫风冷时则由温度控制器根据绕组温度高低自动启停风机。如图12-12干式电力变压器温控系统结构图。,▉干式电力变压器的防护外壳,,防护外壳的防护登记为IP20和IP23，IP20可以防止直径大于12mm的固体异物进入壳体，IP23外壳除具有IP20的防护功能外，还可以防止与垂直位置成60度角范围以内淋水进入壳体。该防护外壳外壳外形美观，易于拆卸，并可根据用户的不同要求配套各种形式的低压出线。如图12-13干式35kV电力变压器防护外壳结构图。,▉特大35kV干式电力变压器,,华鹏公司生产的35kV大容量树脂浇注绝缘干式电力变压器，具有低损耗、低噪音、低温升、低局放、短时超铭牌运行能力大，承受短路能力强的特点，很好地解决了城区企事业单位供用电中的消防压力。华鹏公司生产的SC9-20000/35为目前亚洲最大容量产品。在上海等地方已有20台以上的成功运行经验，目前最长运行记录已达4年。如图12-14特大35kV干式电力变压器外观结构图。,▉干式电力变压器的外观结构图,,图12-8干式电力变压器的外观结构图（一）,图12-9干式电力变压器的外观结构图（二）,▉干式电力变压器铁芯和线圈结构图,,图12-10干式电力变压器的铁芯结构图,图12-11干式电力变压器的线圈结构图,▉干式电力变压器的温控系统结构图,,图12-12干式电力变压器的温控系统结构图,▉干式电力变压器防护外壳和35kV变压器,,图12-13干式电力变压器的防护外壳结构图,图12-14特大干式35kV电力变压器外观结构图,▉组合式电力变压器的结构概述,,组合式变压器是将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低压连线放置在全密封的油箱内，用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质的一种新型配电设备。由于组合式变压器具有成套性强、体积小、占地少，能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗，缩短送电周期，选址灵活、对环境适应性强，且能美化城市环境、安装方便、运行可靠及投资少、见效快等一系列优点，所以组合式变压器有着广阔的使用范围，它适用于城市公共配电、高层建筑、住宅小区、公园、高速公路等，还适用于油田、工矿企业及施工场所等，是城市电网建设与改造的必需设备。,▉组合式电力变压器的结构特点,,（1）全绝缘、全密封结构、可免维护、安装方便。（2）体积小，占地面积少，美化城市环境。（3）低损耗，性能水平为11型，低噪音，低温升，超铭牌容量负载能力大，抗突发短路能力强，性能优越。（4）采用高品质钢板制作配电柜，极大地提高了产品的防腐能力，可确保产品30年不生锈。如图12-15组合式电力变压器的外壳结构图。,▉组合式电力变压器的高压柜,,（1）高压部分采用了全绝缘的高压进出线端子和电缆附件，使高压间隔内没有任何裸露的带电部分，具有安全可靠的运行特点。（2）压双熔丝保护，插入式熔丝具有温度、电流双敏保护特性，后备熔丝对变压器故障进行保护；同时，具有齐全的运行检视仪器仪表，如压力表、压力阀、油位计、油温表等。（3）高压电器元件全部采用进口件。图12-16组合式电力变压器的高压柜结构图。,▉组合式电力变压器的低压柜,,（1）装设综合参数测试仪，可在线调看或离线抄录35天配变运行参数，即定点测量电压、电流、有功电度、无功电度、温度等参数；装设用户自动抄表装置，可通过载波或有线方式，自动抄录本变压器所有低压用户的用电量。（2）低压配电加装缺相保护功能，可检测缺相，并分励各用户，防止非全相运行带来的危害。（3）低压柜加装风扇，根据温度自动投启排热，45℃启动，40℃返回。如图12-17组合式电力变压器的低压柜结构图。,▉组合式电力变压器的外壳和低压柜结构图,,,图12-15组合式电力变压器的外壳结构图,图12-17组合式电力变压器的低压柜结构图,▉组合式电力变压器的高压柜结构图,,,图12-16组合式电力变压器的高压柜结构图,第二节电力变压器的负荷能力,一、额定容量和负荷能力的基本概念二、变压器发热时的特点三、变压器的绝缘老化四、变压器的正常过负荷能力五、变压器的事故过负荷,,▉变压器额定容量和负荷能力的基本概念,,变压器的额定容量（即铭牌容量）是指在规定的环境温度下，变压器能获得经济而合理的效率和具有正常的预期寿命（约20～30年）时所允许长期连续运行的容量。变压器的负荷能力系指在短时间内所能输出的功率，在一定条件下，它可能超过额定容量。负荷能力的大小和持续时间决定于①变压器的电流和温度不要超过规定的限值。②整个运行期间，变压器的绝缘老化不超过正常值，即不损害正常的预期寿命。,,▉变压器额定容量和负荷能力的基本概念,,为保证变压器的安全和正常的预期寿命，国际电工标准（IEC）规定了变压器过负荷运行时不要超过表12-1的限值。,▉变压器发热时的特点,,（1）发热元件如铁芯、高、低压绕组等所产生的热量都传递给油，其发热过程是独立的，只与其本身的损耗有关。（2）在散热过程中，引起的各部分温度差别很大。沿变压器的高度方向，绕组的温度最高，最大热点大约在高度方向的70～75处；沿截面方向（径向），温度最高处位于线圈厚度的1/3处。（3）变压器主要有两个散热区段。一段是热量由绕组和铁芯表面以对流方式传递到变压器油中，这部分约占总温升的20～30；另一段是热量由油箱壁以对流方式和辐射方式扩散到周围空气中，这部分约占总温升的60～70。,▉变压器的绝缘老化,,变压器的绝缘老化是指绝缘受热或其他物理、化学作用而逐渐失去其机械强度和电气强度的现象。其主要原因是温度、湿度、氧气以及油中劣化产物的影响，其中高温是促成绝缘老化的直接原因。在实际运行中，绝缘介质的工作温度越高，氧化作用及其他化学反应进行得越快，引起机械强度及电气强度丧失得就越快，即绝缘老化速度越快，变压器的使用寿命也越短。在80～140℃的范围内基本按指数变化。,▉变压器的正常过负荷能力,,变压器正常运行时，日负荷曲线的负荷率大多小于1。根据等值老化原则，只要使变压器在过负荷期间所多损耗的寿命和在欠负荷期间所少损耗的寿命能相互补偿，则仍可获得规定的使用年限。变压器的正常过负荷能力就是以不牺牲其正常寿命为原则而制定的。即在整个时间间隔内，只要做到变压器绝缘老化率小于或等于1即可，且满足以下条件（1）过负荷期间，绕组最热点的温度不得超过140℃，上层油温不得超过95℃；（2）变压器的最大过负荷不得超过额定负荷的50。,,▉变压器的正常过负荷能力,,在某些情况下，若选择的变压器额定容量小于它的最大负荷时，往往必须判断该变压器的过负荷能力是否在其正常过负荷能力的允许范围以内。这时，可根据实际负荷曲线和变压器的数据，来计算变压器绝缘的老化率λ，如果λ1，说明过负荷在允许范围以内，否则，应重新选择较大容量的变压器。为简化计算，国际电工委员会（IEC）根据上述原则，制定了各种类型变压器（自然油循环和强迫油循环）的正常允许过负荷曲线，如图12-1所示。,▉变压器的正常过负荷能力,,▉变压器的事故过负荷,,当系统发生故障时，首要任务是设法保证不间断供电，而变压器绝缘的老化加速则是次要的，事故过负荷是以牺牲变压器的寿命为代价的。绝缘老化率允许比正常过负荷时高得多。事故过负荷也称急救负荷，是在较短的时间内，让变压器多带一些负荷，以作急用。为保证可靠性，在确定变压器事故过负荷的允许值时，一般事故过负荷时绕组最热点的温度也不得超过140℃，负荷电流不得超过额定值两倍。事故过负荷允许值和允许时间由制造厂规定，或参考表12-3。,第三节变压器的并列运行,一、变压器并列运行的优点二、变压器并列运行的条件三、变比不同的变压器并列运行四、短路电压不同的变压器并列运行五、绕组连接组别不同的变压器并列运行,,▉变压器并列运行的优点,,在发电厂和变电所中，通常将两台或数台变压器并列运行，并列运行与一台大容量变压器单独运行相比优点有（1）提高供电可靠性，当一台退出运行时，其他变压器仍可照常供电。（2）提高运行经济性，在低负荷时，可停运部分变压器，从而减少能量损耗，提高系统的运行效率，并改善系统的功率因数，保证经济运行。（3）减小备用容量，为了保证供电，必需设置备用容量，变压器并列运用可使单台变压器容量较小，从而做到减小备用容量。,▉变压器并列运行的条件,,变压器并列运行时，通常希望它们之间无平衡电流；负荷分配与额定容量成正比，与短路阻抗成反比；负荷电流的相位相互一致。要做到上述几点，并列运行的变压器就必须满足以下条件（1）具有相等的一、二次电压，即变比相等；（2）额定短路电压相等；（3）绕组连接组别相同，即要求极性相同，相位相同。上述三个条件中，第一条和第二条往往不可能做到绝对相等，一般规定变比的偏差不得超过0.5，额定短路电压的偏差不得超过10。,▉变比不同的变压器并列运行,,因变比不同，变压器二次侧的电动势不相等，并在变压器二次绕组和一次绕组的闭合回路中产生平衡电流。,当变压器有负荷时，平衡电流叠加在负荷电流上。这时一台变压器的负荷减轻，另一台变压器的负荷则加重。所以变比不同的变压器并列运行时，有可能产生过负荷现象，如果增大后的负荷超过其额定负荷时，则必须校验其过负荷能力是否在允许范围内。,▉短路电压不同的变压器并列运行,,当数台变压器并列运行时，如果短路阻抗不同，负荷并不按其额定容量成比例分配。负荷分配与短路阻抗的大小成反比，短路阻抗小的变压器承担的负荷比例大，容易出现过负荷。如果改变变比，使短路阻抗大的变压器的二次电动势抬高，则可减少过负荷。这是因为对于短路阻抗较小的变压器，平衡电流可以减轻其过负荷（因为平衡电流的方向与负荷电流的方向相位相反），而对于短路阻抗较大的变压器，平衡电流可以使其负荷增加。,▉绕组连接组别不同的变压器并列运行,,绕组连接组别不同的变压器并列运行时，同名相电压间出现位移角，其大小等于连接组号NⅠ与NⅡ之差乘以30，即φ（NⅠ-NⅡ）30o当并列运行变压器的容量和短路电压都相同，其绕组连接组别不同，相角差φ30，短路电压标幺值u*d0.055时，则变压器间的平衡电流为ⅠP4.7ⅠN。因此，变压器是不允许长期在同名相电压间存在位移角的情况下并列运行的。一般情况下，需采用将各相易名、始端与末端对换等方法，将变压器的连接组别化为同一连接组别后，才能并列运行。,第四节变压器的运行与维护,一、变压器的投运与停止二、采用胶装的油枕密封变压器的运行与维护三、变压器分接开关的运行与维护▉无载分接变压器▉有载分接开关和有载调压变压器,,▉绕组连接组别不同的变压器并列运行,,绕组连接组别不同的变压器并列运行时，同名相电压间出现位移角，其大小等于连接组号NⅠ与NⅡ之差乘以30，即φ（NⅠ-NⅡ）30o当并列运行变压器的容量和短路电压都相同，其绕组连接组别不同，相角差φ30，短路电压标幺值u*d0.055时，则变压器间的平衡电流为ⅠP4.7ⅠN。因此，变压器是不允许长期在同名相电压间存在位移角的情况下并列运行的。一般情况下，需采用将各相易名、始端与末端对换等方法，将变压器的连接组别化为同一连接组别后，才能并列运行。,▉绕组连接组别不同的变压器并列运行,,绕组连接组别不同的变压器并列运行时，同名相电压间出现位移角，其大小等于连接组号NⅠ与NⅡ之差乘以30，即φ（NⅠ-NⅡ）30o当并列运行变压器的容量和短路电压都相同，其绕组连接组别不同，相角差φ30，短路电压标幺值u*d0.055时，则变压器间的平衡电流为ⅠP4.7ⅠN。因此，变压器是不允许长期在同名相电压间存在位移角的情况下并列运行的。一般情况下，需采用将各相易名、始端与末端对换等方法，将变压器的连接组别化为同一连接组别后，才能并列运行。,▉第十二章电力变压器的运行,思考题与习题1.什么是变压器的额定容量什么是变压器的负荷能力2.变压器的发热有什么特点3.变压器的正常过负荷能力是根据什么原则制定的4.变压器的并列运行有什么优点5.变压器并列运行的条件是什么不满足这些条件时可以并列运行吗,,第十二章电力变压器的运行与维护,内容结束再见,