1、1电力变压器基本知识和运行维护一、电力变压器的概述、结构电力变压器是根据电磁感应原理制造出来的电气设备，先将电能转换为磁能，再将磁能转换为电能，以实现电压变化的电磁装置。电力变压器的主要部分是铁心和线圈统称为变压器的器身。油浸式变压器的器身放在灌满油的油箱内。变压器的结构名称：钟罩、油箱、绝缘套管（电流互感器）、调压开关、冷却装置、防爆筒、瓦斯继电器、散热器（油浸自冷）、中性点电流互感器、间隙保护装置等。1、铁心铁心是最基本最重要的部件，由铁心柱、铁轭和加紧志煌 z等组成。对于变压器的电磁性能、机械强度、和变压器的噪音起决定性的作用。铁心的作用是构成电力变压器耦合磁通的磁路，用 0.35mm
2、厚的磁性 钢片叠装而成。为 避免铁心结构件电位悬浮引起放电，铁心必须接地，同时为避免环流引起涡流损耗，运行铁心只允许一点接地。对铁心材料的要求是单位质量的损耗低、磁导率高，变压器生产企业几乎无一例外地使用晶粒取向磁性钢片作为铁心材料，也就是通常说的硅钢片或矽钢片，在制作工艺上采用斜接缝无孔帮扎铁心，这些选材和制作工艺都是为了降低空载损耗和空载电流，保证变压器过载能力强、损耗低、温升低、噪音小。目前，日本新日铁和川琦钢铁公司生产的磁性钢片占据世界主要市场，法国生产的磁性钢片主要供应欧洲市场，我国武钢生产的磁性钢片主要用于生产中小型电力变压器。钢片生产技术美国最先进。2、（线圈）绕组是进行电能变化
3、用，是变压器的电路部分。它一般用绝缘2纸包的铜线或铝线绕制而成。用 0.45mm、1.35mm 等绝缘纸包扁铜线绕制成圆形，绕制成圆形是为了绕组在电磁力的作用下受力均匀以及良好的机械性能。绕组套装在铁心柱上，低压绕组靠近铁心，高压绕组在外，中压绕组在中间，这么做有利于铁心绝缘。绕组结构一般分为两大类：层式和饼式结构。3、电力变压器分类1. 变压器按铁心结构可分为心式变压器和壳式变压器。心式变压器的绕组是圆筒形的，壳式变压器的绕组是扁平矩形的。目前，绝大多数变压器生产厂家生产的是心式变压器。按用途可分为升压，降压变压器。2. 按绕组数目可分为双绕组变压器，三绕组变压器。3. 按相数可分为单相变压
4、器，三相变压器。4. 按磁路系统可分为芯式变压器，组式变压器。5. 按冷却方式可分为干式变压器，油浸式变压器。油浸式变压器包括油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、油浸强迫油循环变压器。新疆特种变压器厂生产的一种干式变压器在一个正方形的箱体内，装有有载调压的开关，人为用专用摇把进行操作。6. 按用途可分电力变压器、调压变压器、仪表互感器和其他变压器（整流用变压器和高压试验变压器）。电力变压器按调压方式可分为：无励磁调压变压器和有载调压变压器，变压器的调压方式不同，其电压调整范围也不一样，无励磁调压变压器电压调整范围为：22.5%，81.25%。4、变压器的保护装置（机械式变压器自带）1）储油柜也叫油
5、枕。它的作用有 2：调节油量，保证变压器油箱内经常充满变压器油；减少或避免油和空气的接触，降低变压器油受潮和劣化速度。过去老式变压器油枕放一个耐油尼龙橡胶薄膜囊，简称油囊，囊外是油，囊内是空气，靠薄膜将油和空气隔离。目前大型变压器，广泛采用波纹膨胀式储油柜，波纹膨胀器内3有变压器油，波纹膨胀器的体积随变压器油体积的变化而变化。碧口电厂 4 号主变采用波纹膨胀式储油柜。2）吸湿器也叫呼吸器。通过它使大气与油枕连通，变压器油热胀冷缩时，气体经它进出，以保持油箱内压力正常。吸湿器内装有硅胶，用以吸收进入油枕中空气的潮气。波纹膨胀式储油柜已不需要吸湿器。3）安全气道也叫防爆筒。作用是当变压器内部发生严
6、重故障压力骤增时，让油气流冲破向外喷出，以降低油箱内压力，防止油箱爆破。现在大型变压器采用压力释放器，当油箱压力达到设定值时，可自动释放压力。4）瓦斯（气体）继电器气体继电器安装在油箱和储油柜的连管中间，作为变压器内部故障的保护设备。5）净油器利用油的自然循环或强迫循环，使油通过吸附剂进行过滤、净化，以改善运行中变压器油的性能，防止油老化。6）温度计温度计用以测量变压器油箱内的油温，监视变压器运行温度。大型变压器安装上层和下层油温两支温度计，还接有温控仪。除了变压器本身的保护装置外，运行中的变压器还需要配置避雷器、间隙保护、以及二次保护等，也就是我们常说的电气量保护，才能保证变压器的安全运行。
7、变压器的非电量保护有重瓦斯、轻瓦斯、主变冷却全停、压力释放。剩下的全部是电气两保护。5、变压器的主要技术参数电力变压器的主要技术参数有：额定容量、额定电压、额定4电流、绝缘水平、空载损耗和空载电流、负载损耗和短路阻抗、总损耗、变压器油温升、变压器绕组温升、绕组连接标号等。总损耗：变压器总损耗包括负载损耗和空载损耗。变压器的空载损耗主要是铁心损耗，由磁滞损耗和涡流损耗组成。5 变压器的冷却装置变压器用冷却器按冷却介质分为风冷却器和水冷却器。选择变压器冷却方式的原则是尽可能选用风冷却器，因为尽管水冷却器油压始终大于水压，从理论上说可以保证水不进入变压器，但毕竟有此安全隐患，目前生产的变压器绝大多数
8、的风冷却变压器（除投产较早的水电厂）。6 变压器的调压装置无励磁分接开关：在变压器不施加电压的条件下，变换变压器的分接头，用来改变变压器的电压比。调压范围：5%，22.5%，分接位置数 3 和 5。无励磁分接开关按调压方式分为：中性点调压、中部调压、线端调压，中部调压应用较多。有载分接开关：在变压器励磁或负载状态下进行操作，来调换绕组的分接位置。由一个带过渡阻抗的切换开关和一个分接选择器组成。调压范围：81.25%。7 变压器的油，有#25、#40 变压器油，在我国北方地区由于气温较低，一般选择#40 变压器油，其凝点为40。8.变压器的铭牌型号字母代表的含义变压器的铭牌型号字母有新旧两种，我
9、们国家从 1965 年开始使用汉语拼音字母的新型编号。SFPSL1-50000/110，S- 在第一位代表三相，F-代表油浸 风冷，Z- 代表有 载调压，J-代表油浸自冷，L- 代表 铝线圈或防雷， P-代表强油循 环风冷，D-代表单相，在末位表示移动式，O-代表自藕，在第一位表示降压，在末位标示升声压，X- 表示消弧 线圈。例如 4B 是 OSSPS-90000/220。SFPSL1-50000/110 解释为三相、油浸风冷、强油循环风冷、三线圈、铝线圈第一次改进、容量为 5 万千伏安、高压5侧电压是 110 千伏。二、变压器的工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的，先将电能转换为磁能，再将
10、磁能转换为电能，以实现电压变化。改变一次绕组与二次绕组的匝数比，可以改变一次侧与二次侧的电压比，这是假定一次绕组和二次绕组的阻抗为零，铁心无损耗，铁心磁导率很大的前提下，是理想变压器的工作原理，一次绕组和二次绕组的匝数比等于电压比。实际工作的变压器，一次绕组和二次绕组由电阻和漏抗，铁心有损耗，漏磁通不与一次和二次绕组全部交链，一次绕组和二次绕组的匝数比约等于电压比。三相双绕组电力变压器：磁路系统，每相的主磁通都要借另外两相的磁路闭合，磁路系统是彼此相关的。由于三相的磁路长度不相等，B 相最短，因此，空载时 B 相控在电流最小，在负载时，由于空载电流的差别带来的影响很小，可予以忽略不计。三相三绕
11、组电力变压器：三绕组变压器有高、中、低三个绕组。一般铁心为心式结构，三个绕组同心地套在一个心柱上。对升压变压器，高压绕组在外，低压绕组在中间，中压绕组在里；对降压变压器，高压绕组在外，中压绕组在中间，低压绕组在里。这主要是考虑到便于绝缘两个互相传递功率多的绕组靠近的原则。三绕组变压器的容量可以设计的不同，变压器铭牌上的额定容量是其中最大的一个绕组的容量，三绕组的容量仅代表每个绕组通过功率的能力，并不是说运行时按此容量传递功率。三相自耦电力变压器：自藕变压器的特点不仅在于一、二次绕组之间有磁的联系，还有电的联系，传递功率的方式，不仅可以像普通变压器通过电磁感应关系，还可以从一次绕组直接传到二次绕
12、组，因此，自藕变压器由于有穿越功率，在变压器的容量相同时，自藕变压器的容量较双绕组变压器容量小。变压器的连接组别：变压器的连接组别反映了绕组的连接6关系以及相位关系，常用的连接标号有：YYN12，YNY12，YY12，Yd11，YNd11。对自藕变压器表示为：YNa0d11，其含义：高压绕组星形接法，自藕连接的低压绕组与高压绕组相相同，低压绕组三角形接法，并滞后高压绕组 330三、变压器的运行分析1、变压器空载运行空载是指变压器一次绕组接电源，二次绕组开路的状态，空载是变压器运行的一种极限状态。当一次绕组施加交流电压后，该绕组就有电流流过，这个电流称之为空载电流，空载电流包含两个分量：无功分量
13、，起激磁作用；有功分量，供给变压器空载时的损耗，空载电流用百分数表示，即 I0=I0/Ie100%,其范围为 210% ，空载电流基本上是感性无功性质的，其大小主要取决铁心的饱和程度，以及铁心尺寸、铁心材料、加工工艺等。变压器的空载损耗：主要包括空载电流流过一次绕组时在电阻中产生的损耗（习惯称铜耗因为绕组一般是铜线圈）和铁心中产生的损耗（习惯称铁耗）。铁耗由涡流损耗和磁滞损耗。相对说，空载时铜耗和涡流损耗都较小，变压器的损耗主要是铁耗。2、变压器负载运行变压器的二次侧接上负载，二次绕组将有电流流过，变压器便处于负载状态，也就是变压器的正常运行状态。四、变压器的允许运行方式1、温度和温升的有关规
14、定变压器运行时各部分的温度是不相同的，绕组温度最高，其次是铁芯，绝缘油的温度最低。为了便于监视运行中变压器各部分温度的情况，规定以上层油温来确定变压器运行中的允许温度。变压器的允许温度主要决定于绕组的绝缘材料。我国电力变压器大部分采用 A 级绝缘，即浸渍处理过的有机材料，如纸、木材、棉纱等。对于 A 级绝缘的变压器在正常运行中，当7周围空气温度最高为 40时，变压器绕组的极限工作温度为105。由于绕组的平均温度比油温高 10，同时为了防止油质劣化，所以规定变压器上层油温最高不超过 95，而在正常情况下，为使绝缘油不致过速氧化，上层油温不应超过 85。当变压器绝缘的工作温度超过允许值后，由于绝缘
15、的老化过程加快，其使用寿命缩短。使用年限的减少一般可按“八度规则“计算，即温度每升高 8，使用年限将减少 1/2。强油循环风冷和强油循环水冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行 20min。如果 20min 后顶层油温未达到 75，则允许上升到 75，但在这种状态下运行的最长时间不得超过 1h。2、变压器的过负荷对变压器过负荷能力的要求如下：运行电流 /额定电流（倍） 1.2 1.3 1.45 1.6 1.75 2.00允许 持续运行时间（min） 240 120 60 30 15 5五、变压器合闸时的励磁涌流变压器的稳态空载电流仅占额定电流的 210%，但当变压器空载接
16、通电源的瞬间，则可能出现很大的冲击电流。该电流称为励磁涌流，可能达到变压器额定电流的 5倍。励磁涌流很大的原因有：一是 t=0 时铁心中的磁链不能突变，产生磁通的自由分量使铁心中磁通最大，最严重的情况下，磁通可达稳态最大值的 2 倍；二是由于铁心深度饱和使电流急剧增加。电流增大的程度与合闸时电压的相角及铁心的饱和程度有关。在电压的相角为 0 时合闸，励磁涌流最大。励磁涌流衰减很快，小容量变压器仅几个周波就可达到稳态，大容量变压器衰减的慢，约 20s 才衰减完。励磁涌流对变压器本身没有什么危害，但有可能引起继电保护装置误动，因此继电保护装置在设计与整定时，均考虑躲过励磁涌流的影响。8变压器全电压
17、冲击合闸试验，即是变压器空载投入的过程。新安装及大修后的电力变压器在正式投入运行前一定要做冲击合闸试验。这是为了检查变压器的绝缘强度和机械强度，检验差动保护躲过励磁涌流的性能。新安装的设备应冲击 5 次，大修后设备应冲击三次。分级绝缘的变压器,进行冲击闸时,其中点性必须接地。措施：发电机出口刀闸断开、变压器保护和冷却投入，母差保护中的启动失灵保护投入，有故障跳不开时，失灵保护动作，不影响系统。六、变压器的并列运行变压器并列运行的理想情况：1、数台变压器并列运行时，没有环流；2、负载能按变压器容量大小成比例分配；3、变压器二次电流同相位。这样才能避免并列运行引起的附加损耗，充分利用变压器的容量。
18、变压器并列运行的条件：1、变压比相等，且一、二次额定电压分别相等；2、短路电压的标幺值相等，且其电阻分量压降和电抗压降也分别相等；3、连接组别相同。七、变压器的异常运行及分析处理变压器运行时出现的异常情况主要有：上层油温超限，油色油位异常，气体继电器报警，冷却系统故障及色谱分析不正常等。运行人员发现变压器异常运行时，应及时分析其原因，性质及影响，采取适当的处理措施，以防故障扩大，保护变压器的安全运行。（一）上层油温超限。上层油温升高时，应从以下几个方面进行分析。1. 检查变压器的负荷和冷却介质的温度是否发生了较大幅度的变化，并根据有关技术记录，与该负荷和冷却介质温度应有的油温进行比较。2. 检
19、查变压器的冷却装置是否发生故障，如风扇，油泵是否运行正常，冷却水压是否正常，冷却装置电源是否投入或切换正常。93. 核对表计及其回路是否正常。将现场表计数值与遥测量进行比较，比较的结果应以温度较高者作为控制变压器温度的依据。4. 若发现油温较平时同样负荷和冷却条件下高出510且不断上升，冷却器运行正常，则认为变压器已发生故障，应立即联系调度将变压器停运。5. 单相变压器的任一相油温异常时，应同样视为异常，必须迅速进行分析处理。（二）油位异常。正常情况下，变压器的油位随温度的变化而变化。而油温则取决于变压器所带负荷的多少，周围环境温度和冷却系统的运行情况。如果变压器有关部分发生渗漏时，油位将会相
20、应降低。变压器油位异常主要有两种情况：1. 油位过高。原因为变压器长期受高温的影响，受热膨胀，使油位上升;加油时 油位偏高; 变压器进 水。油位太高时会引起溢油，因此，发现油位高时，应及时通过检修人员进行放油处理，但应控制油位与当时的油温相对应。2. 油位过低。主要原因有变压器漏油;变压器负荷突然降低或外界环境温度明显降低时;强迫油循环导向冷却变压器的冷却渗油，导致变压器油渗入水中较长时间。一般来说，变压器的油位不会在很短的时间大量渗漏。运行人员应随时监控变压器油位的变化情况。当油位低于气体继电器时将报警。油位太低时，可能使铁芯绕组直接与空气接触，后果相当严重。主变油位异常降低时要全面检查，有
21、无漏油，事故排油阀是否被误打开或漏油，并及时制止。如漏油而一时制止不了时，应立即联系停电。不得将重瓦斯保护改投“信号” 位置。如系油温低，可 调整冷却器和冷却水，提高油温，并联系检修人员加油，加油时重瓦斯保护应投“ 信号” 位置，待运行 24小时以上，瓦斯 继电器再无气体排出后，才允许投至“ 跳闸” 位置。（三）冷却系统故障。冷却系统故障时，可能迫使变压器降低出力，严重时可能使变压器被迫停运甚至烧坏。1. 冷却系统故障的原因。有冷却系统电源故障;单台冷却器开关故障跳闸;油泵 、风扇故障; 连接管路漏油; 冷却水压偏低或无水压。2. 冷却系统故障的处理。对于油浸风冷变压器，发生风扇10电源故障时
22、，应立即调整负荷，使之不超过额定容量70%，单台风扇故障时，可不降低变压器的负荷。3. 强迫油循环冷却的变压器，如果其冷却装置电源全部中断，应在10分钟内将其恢复，在处理的同时，要密切注意变压器的上层油温，适当降低负荷运行。若10分钟无法恢复时，则立即将变压器停运。部分冷却器损坏，则应该根据冷却器台数和相应负荷的关系，调整变压器负荷。同时，可适当投入备用冷却器或辅助冷却器，无需调整变压器负荷。（四）我厂变压器冷却系统故障情况及处理1. 电源故障。如系厂用电中断，要迅速恢复厂用电。如系工作电源故障，而备用电源切换不良时，应立即手动帮助。冷却器全停保护出口压板可短时退出，并减少有功负荷。2. 备用
23、冷却器投入。应先检查备用冷却器投入良好。然后再检查故障冷却器的故障原因，并处理。3. 冷却水中断。检查水压指示或阀门位置，及时切换水源。如系误发信号，则通知检修人员处理。4. 断线。一般为电源保险熔断，可更换。如再熔断，则回路及潜油泵可能有短路，停电做措施，通知检修处理。八、变压器运行中的严重异常现象分析1. 变压器的油箱内有强烈而不均匀的噪声及放电的声音。噪声是由于铁芯的穿心螺丝夹的不紧，使铁芯松动，造成硅钢片间产生振动。放电吱吱声是由于绕组或引出线对外壳闪络放电，或铁芯接地线断线，造成铁芯对外壳（地）感应而产生的高压发生放电引起的。2. 变压器油枕或防爆管喷油。这时表明变压器发生严重故障。
24、由于油位的降低，气体继电器可能动作，使变压器两侧开关跳闸。3. 变压器在正常负荷和冷却方式下油温不断升高。变压器在正常负荷和冷却方式下油温不断升高说明变压器内部有故障，如铁芯着火或绕组匝间短路。4. 油质老化过甚。油质老化过甚，在取油样化验时，可以发现油内含有碳粒或水份，油的闪点降低，绝缘强度降低，这说明油质已急剧下降，很容易引起绕组与外壳间发生击穿事故。5. 套管有严重破损和放电现象。在套管上有大的碎片和裂11纹或表面有放电及电弧的闪络痕迹时，会引起套管的击穿，这时套管发热很剧烈，表面膨胀不均，可能会使套管爆炸。变压器发生上述严重异常现象时，应立即将变压器停用检修，若有备用变压器，应尽可能将
25、备用变压器投入运行。九、变压器的事故处理（一）轻瓦斯保护动作1.变压器内产生气体的原因1) 滤油、加油或冷却系统不严密导致空气进入变压器，聚集在气体继电器内。2) 变压器油位下降，并低于瓦斯继电器，使空气进入气体继电器。3) 变压器内部轻微故障，产生小量气体。4) 对于新投运或经过检修处理的变压器出现这些情况是正常的，但对正常运行中的变压器若出现上述异常现象则应立即进行分析处理。2.轻瓦斯保护动作的处理1) 如果是由于变压器油位过低引起的，应设法消除并恢复正常油位。2) 若无气体，则考虑二次回路故障引起的，这时将瓦斯保护投信号位置，检查正常后再将瓦斯保护投入跳闸。3) 经检查轻瓦斯保护动作是由
26、于气体继电器内聚集气体所产生的，则应记录气体数量和报警时间，收集气体做鉴定，然后根据鉴定结果作出相应的处理。3.瓦斯气体的判断处理1) 气体无色无味，不可燃，则认为是空气。2) 气体可燃且色谱分析不正常，说明变压器内部有故障，则应停运变压器。3) 气体为淡灰色，有强烈臭味且可燃时，可能为变压器内部绝缘材料故障，应停运变压器。4) 气体为灰黑色或黑色或燃，可能是变压器油分解引起或变压器铁芯烧坏，应停运变压器。5) 气体为微黄色，有燃烧困难，可能是变压器内本质材料故障，也应停运变压器。6) 变压器的瓦斯取气方法。使用专用的瓦斯集气瓶；集（取）12气瓶内大约有3分之2的水，保证取气瓶倒放时，长管不能
27、被水淹没；使用前两个管子用小夹子夹住；集气瓶长管接瓦斯继电器放气阀，集气瓶短管打开小夹子排水；收集完毕将两小夹子夹好，在安全地点做点燃试验。（二）重瓦斯保护动作的处理 当变压器内 部发生短路故障时，故障点的电弧引起高温，造成绝缘物和变压器油分解，产生大量气体，造成油的快速流动，使重瓦斯继电器动作。重瓦斯保护动作时，应同时检查差动，速断保护是否同时动作，防爆门是否已经动作。并对变压器进行外部检查，检查变压器的油位，油温，防爆门，呼吸器，套管等，同时检查变压器内部有无爆裂声和喷油现象，具体处理如下： 1. 立即检查变压器有无喷油、着火损坏等异常情况。2. 检查变压器外壳有无异常变形。油枕油面是否正
28、常。3. 检查变压器引线有无烧伤或短路现象。4. 如检查后均未发现异常，且瓦斯为空气，测量变压器绝缘良好，则应检查二次回路。5. 若判明是瓦斯继电器误动作，应将重瓦斯保护停运，用递升加压的办法恢复送电，但差动保护必须投运。6. 取油样做色谱分析。7. 检查变压器温度有无急剧上升现象。8. 取瓦斯气体，判明气体性质，取油进行化验，测绝缘，分析事故性质，找出跳闸原因，经生产厂长或总工程师同意后，可递升加压送电。（三）差动保护动作的处理1. 检查差动保护范围内一次设备详细情况。首先检查有无着火，如着火应立即灭火。2. 检查保护是否由于保护误动或有人误碰。3. 检查差动回路和继电器。4. 停机后测量变
29、压器绝缘电阻。5. 如检查未发现不良现象，在取得生产副厂长或总工程师同意后 ，启动机组 。慢慢进行递升加压，并联系检修测量继电器差压，加强监视，发现异常，立即灭磁停机。6. 递升加压试验良好后。可恢复送电。137. 重瓦斯、差动保护同时动作时，未查明原因和消除故障前，不得将变压器投入运行。（四）变压器后备保护动作的处理1. 在后备保护动作的同时，若未发现电压下降或冲击短路现象，可不经检查将变压器投入运行，通知检修人员进行检查。2. 过流保护动作的同时有明显的短路冲击现象或其它明显，则对变压器，母线等一次系统进行外部检查，在查明原因消除故障，测量变压器绝缘合格后，将变压器重新投入。若确定由由于外
30、部短路故障引起，且故障设备已隔离，而且系统要，则变压器可不经外部检查，重新投入运行。（五）变压器着火的处理1. 将起火变压器停电。2. 停运冷却系统或风机电源。3. 若变压器油溢在顶盖上着火，则应打开下部的油阀放油至适当油位，用二氧化碳、四氯化碳灭火。4. 火势较大时可用水灭。5. 如果油箱破裂，喷油燃烧，外部火势很大时，才可将油放入事故排油廊道。地上油火宜用大量泡沫灭火剂扑救。6. 着火后要防止着火的油流入电缆沟和其它生产场所。十、运行变压器的应注意事项 1. 因变压器大修、事故检修、滤油、加油、换油或冷却器及油泵有检修而可能进入空气时，送电前将重瓦斯保护投信号位置24小时，待油中空气全部排尽后，按厂长或总工令将重瓦斯保护连片投跳闸位置。2. 严禁在轻瓦斯动作后，不作任何检查，就采取排气的处理方法。3. 检验瓦斯的可燃性时，严禁直接在瓦斯继电器的排气管上进行，或在瓦斯继电器附近进行。4. 在收集瓦斯继电器内的气体时，应注意人身安全，弄清气体继电器内检验按钮和放气按钮的区别，以免使瓦斯继电器误动跳闸。91B有人误动瓦斯继电器的探针，引起重瓦斯保护动作。
