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1、电力变压器,5.1变压器的工作原理、结构和联结组别5.2变压器的运行及维护5.3变压器的检修和试验5.4变压器的经济运行5.5技能训练,5.1变压器的工作原理、结构和联结组别,5.1.1概述1.电力变压器的作用电力变压器是应用电磁感应原理，在频率不变的基础上将电压升高或降低，以利于电力的输送、分配和使用。2.电力变压器的分类电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。在电力系统中，发电厂用升压变压器将电压升高；工厂变配电所用降压变压器将电压降低。二次侧为低压的降压变压器，则称为“配电变压器”。电力变压器按容量系列分，有R8系列和R10系列两大类。所谓R8系列，是指容量等级是按R8=倍数
2、递增的。在我国，旧的变压器容量等级采用此系列，如100、135、180、240、560、750、1000kVA等。所谓R10容量系列，是指容量等级是按R10=倍数递增的。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，这是国际电工委员会（IEC）推荐的，我国新的变压器容量等级均采用此系列，如100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000kVA等。,电力变压器按相数分，有三相变压器和单相变压器。电力变压器按结构型式分，有心式变压器和壳式变压器。如果绕组包在铁心外围，则为心式变压器。如果铁心包在绕组外围，则为壳式变压器。电力变压器按调压方式分，有无励磁调压和有载调
3、压变压器两大类。电力变压器按绕组数目分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器三大类。电力变压器按冷却介质分，有干式、油浸式和充气式等。而油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环风冷（或水冷）三种类型。电力变压器按其绕组导体材料分，有铜绕组和铝绕组两种类型。由于铜绕组变压器在运行中损耗低，现在被广泛应用，如S9系列。,电力变压器的全型号的表示和含义如下：,5.1.2变压器的工作原理和结构,1.变压器的工作原理,一次绕组的感应电动势的有效值为：E1=4.44fN1m（5-1）二次绕组的感应电动势的有效值为：E2=4.44fN2m（5-2）,式中f为电源的频率（HZ），N1、N2分别
4、为一、二次侧绕组的匝数，m为主磁通的最大值。,由式（5-1）、（5-2）可得：（5-3）由式（5-3）可知：变压器一、二次侧的感应电动势之比等于一、二次绕组的匝数之比。若忽略变压器一、二次侧的漏电抗和电阻，可以近似的认为：（5-4）式（5-4）中，K为变压器的变比。可见，变压器一、二次侧的匝数不同导致一、二次绕组的电压高低不等，改变变压器的变比就可以改变变压器的电压。,2.变压器的主要结构,1-高压套管 2-分接开关 3-低压套管 4-气体继电器5-防爆管 6-储油柜 7-油位表 8-呼吸器 9-散热器 10-铭牌 11-接地螺栓 12-油样阀门 13-放油阀门14-蝶阀 15-绕组 16-信
5、号温度计 17-铁心 18-净油器 19-油箱 20-变压器油,变压器,小型变压器,小型变压器,配电变压器,干式变压器,干式变压器,干式变压器,（1）铁心,变压器的铁心结构有两种：壳式和心式。心式又叫内铁式是变压器最常采用的结构，目前绝大多数变压器都是心式。铁心是变压器的磁路部分，为了提高磁路的导磁率和降低铁心的涡流损耗，铁心采用了高导磁率的冷轧硅钢片，其厚度一般为0.250.35mm。硅钢片表面涂有绝缘漆，主要是为了降低涡流损耗。铁心截面的形状，如图5-3所示。,小容量变压器一般做成方形或长方形，而大型变压器为了节省材料和充分利用线圈内圆空间，铁心的截面都做成多级阶梯形，并在铁心中设计了散热
6、油道，将铁心运行时产生的热量通过绝缘油循环带走，达到良好的冷却效果。,图5-3 铁心柱截面（a）矩形截面（b）多级阶梯形,注意,变压器在运行中，必须将铁心及各金属零部件可靠地接地，与油箱同处于地电位。铁心及固定铁心的金属结构、零部件均处在强电场中，在电场作用下，它们具有较高的对地电位。如果不接地，它与接地的夹件及油箱之间有电位差产生，在电位差的作用下，易引发放电和短路故障，短路回路中将有环流产生，使铁心局部过热。另外，在绕组周围铁心及各零部件几何位置不同，感应出来的电势大小不同，若不接地，也会存在持续性的微量放电。持续的微量放电及局部放电现象将逐步使绝缘击穿。因此，通常是将铁心的任意一片及金属
7、构件经油箱接地。硅钢片之间的绝缘是限制涡流的产生，其绝缘电阻值很小，不均匀的电场、磁场产生的高压电荷可以通过硅钢片从接地处流向大地。铁心不允许多点接地，多点接地会通过接地点形成回路在铁心中造成局部短路，产生涡流，使铁心发热，严重时将使铁心绝缘损坏甚至导致变压器烧毁。,（2）绕组,绕组是变压器的电路部分，它一般用绝缘的铜或铝导线绕制。绕制线圈的导线必须是包扎绝缘，最常用的是纸包绝缘，也有采用漆包线直接绕制的。电力变压器的绕组采用同心式结构，如图5-4所示。同心式的高、低压绕组同心地套在铁心柱上，在一般情况下，总是将低压绕组放在靠近铁心处，将高压绕组放在外面。高压绕组与低压绕组之间，以及低压绕组与
8、铁心柱之间都留有一定的绝缘间隙和散热通道（油道或气道），并用绝缘纸筒隔开。绝缘距离的大小，取决于绕组的电压等级和散热通道所需要的间隙。当低压绕组放在靠近铁心柱时，因为低压绕组与铁心柱所需的绝缘距离比较小，所以绕组的尺寸也就可以缩小，整个变压器的体积也就减小了。,（a）单相（b）三相图5-4 变压器的绕组采用同心式结构,（3）油箱与冷却装置,变压器的器身浸在充满变压器油的油箱里。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，变压器油受热后形成对流，将铁心和绕组的热量带到箱壁及冷却装置，再散发到周围空气中。变压器油箱分为吊器身式（平顶式）和吊箱壳式（钟罩式）两种形式。由于钟罩式油箱结构合理，体积小、质量轻，
9、现场安装检修不需要重型起吊设备和运输工具等优点，现在大型变压器广泛采用钟罩式油箱，平顶式油箱只在容量较小的变压器中使用。,钟罩式油箱的结构,钟罩式油箱分为上节油箱和下节油箱两部分。在上节油箱的拱顶及箱壁上焊有装设各个附件的结构件，如高、中、低压套管升高座；高、中压分接开关的升高座；散热器管接头及挂钩、风扇支持件及进线盒底板、储油柜连接法兰及柜脚固定板、端子箱及配线底板、铭牌底板、吊拌等，如图5-5所示。,图5-5 钟罩式油箱（110KV三绕组变压器用）,下节油箱有槽形和盘形两种，为了节省油量，现多采用槽形油箱，其外形见图5-6。在下节油箱上布置有器身定位件、放油阀门管接头、密封胶条护框、吊轴及
10、吊轴槽钢、小车底板、接地螺栓等。在下节油箱底部还焊有4或8块千斤顶底板，作为顶起变压器用。,图5-6 钟罩式油箱的下节油箱（用于110kV级）1-放油门管接头2-千斤顶底板3-器身定位件4-密封胶条护框5-槽底6-箱底7-吊拌槽钢8-小车底板9-吊轴10-槽壁11-定位钉12-地字牌13-接地螺栓,变压器的冷却装置和冷却的方式,变压器的冷却装置是将变压器在运行中产生的热量散发出去，以保证变压器安全运行。变压器的冷却介质有变压器油和空气，干式变压器直接由空气进行冷却，油浸变压器通过油的循环将变压器内部的热量带到冷却装置，再由冷却装置将热量散发到空气中。变压器线圈及铁心通过油流进行冷却的方式有三种
11、：自然循环冷却强迫油循环冷却强迫油循环导向冷却。,自然循环冷却是依靠油的温差形成自然循环带走热量的一种冷却方式：铁心和线圈产生的热量将油加热，温度高的油向上流动，温度低的油向下流动，热油流上升经散热器冷却后又降到底部，如此往复循环，不断带走线圈和铁心的热量，使其冷却。这种冷却方式效果一般，只适用于小型变压器。强迫油循环冷却方式是通过潜油泵使油产生压力，在油道中加速流动，把线圈和铁心中的热量带走，进行冷却。这种冷却方式虽大大地提高了冷却效果，但由于油流是按自然阻力进行分配，方向性不强，冷却效果还不算最好。强迫油循环导向冷却方式针对以上问题，在强迫油循环的基础上增设了油流的导向装置，使油流按照指定
12、的路线快速流过线圈和铁心的冷却油道，迅速带走热量，进一步提高了冷却效果。目前大型电力变压器都是采用这种冷却的方式。,散热器和冷却器,冷却装置一般可以拆卸，不强破油循环的称为散热器，强破油循环的称为冷却器。自然冷却装置，又称不吹风散热器，用于小容量变压器，分片式和扁管式两种，如图5-7所示。扁管式散热器一般为可拆卸型，散热容量较小时，散热片或管也可直接焊在变压器上。片式散热器省料、质量轻，节省变压器油，但机械强度较差，焊接工艺要求高。,图5-7 散热器（a）片式（固定）（b）扁管式,吹风冷却装置，又称风冷散热器，用于中等容量的变压器中。在不吹风散热器的基础上增加风扇就成为风冷散热器，管式风冷散热
13、器使用比较普遍，要求风冷扁管散热器在不吹风时的散热能力达到额定散热量的60%。散热器的风扇有不自动控制和自动控制两种方式，自动控制方式可按变压器负载电流或上层油温来控制风扇的的启停。强油风冷冷却装置，简称风冷却器，用于大容量变压器中。它与风冷散热器的区别就是增加了强迫油循环系统，使油流速度加快，冷却效率提高。该冷却器由冷却管、上下集油室、潜油泵、风扇、油流继电器和净油器等组成，如图5-8所示。为增大散热面积，冷却管上装有金属片或缠绕金属带，与集油室焊接成一整体。集油室内设有隔板，将冷却管分为3或5个部分，以使油流折流，增强冷却效果。净油器内装活性氧化铝吸附剂，装于冷却器下部，与下集油室联接。运
14、行时潜油泵将变压器顶层的高温油送入冷却管内经几次折流后将热量传给冷却管壁，再由管壁向空气中散发。同时由风扇强制吹风，带走放出的热量，加速冷却，冷却后的油从冷却器下端进入变压器油箱。,图5-8 强油风冷冷却装置,强油水冷却器，简称水冷却器，是以水作为冷却介质的强迫油循环冷却装置，用于大容量变压器且冷却水源较好的场所。水冷却器本体外形为一圆钢筒，钢筒上、下部为水室，水室之间连着若干冷却水管，其余空间为油室，油室有许多隔板，用以增加油的折行路径。,（4）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，它起到引线对地（外壳）绝缘和固定引线的作用。套管装于箱盖上，中间穿有导电杆，套管下端伸
15、进油箱与绕组引线相连，套管上部露出箱外，与外电路连接。套管一般有瓷绝缘套管、冲油式套管、电容式套管等。瓷绝缘套管以瓷作为套管的内外绝缘，用于40KV及以下的电压等级。充油式套管以纸绝缘筒与绝缘油作为套管的主绝缘，瓷套为外绝缘的一种套管，用于60KV及以上的电压等级。电容式套管以绝缘纸绕制的电容芯子为主绝缘，配以瓷套及其他附件组成，用于110KV及以上电压等级。,（5）保护装置,变压器的保护装置包括：储油柜、吸湿器、净油器、气体继电器、防爆管、事故排油阀门、温度计、油标等。储油柜。储油柜安装在变压器顶部，通过弯管及阀门等与变压器的油箱相联。储油柜侧面装有油位计，储油柜内油面高度随变压器油的热胀冷
16、缩而变动。储油柜的作用保证变压器油箱内充满油，减少了油与空气的接触面积，适应绝缘油在温度升高或降低时体积的变化，防止绝缘油的受潮和氧化。储油柜的大小根据变压器的油量来确定，一般为变压器油箱容积的810%左右。,吸湿器。吸湿器又称呼吸器，作用是清除和干燥进入储油柜空气的杂质和潮气，呼吸器通过一根联管引入储油柜内高于油面的位置。柜内的空气随着变压器油位的变化通过呼吸器吸入或排除。呼吸器内装有硅胶，硅胶受潮后会变成红色，应及时更换或干燥。,净油器。净油器是用来改善运行中绝缘油的性能，防止绝缘油继续老化的装置，其外形见图5-9所示。主体是一个用钢板焊成的圆筒形净油罐，内装活性氧化铝吸附剂，通过联管和阀
17、门装在变压器油箱上，靠上下层油的温差使油通过净油器进行环流，同时吸附剂将油中的水分、渣滓、酸和氧化物等进行吸附，使油保持清洁和延缓老化。,图5-9 净油器结构图,1-容器 2、3-法兰 4-上盖 5-底盖 6、7-阀门 8-滤网 9-除酸硅胶10-吊环 11-支撑架,防爆管（压力释放器）,防爆管是变压器的安全装置，作为变压器内部故障时的过压力保护，安装在变压器的油箱盖上，规定800kVA以上的变压器必须装设。防爆管的主体是一根长的钢质圆管，其端部管口装有3mm厚玻璃片密封，当变压器内部发生故障时，温度急剧上升，使油剧烈分解产生大量气体，箱内压力剧增，当压力超过0.5Pa时，玻璃片破碎，气体和油
18、从管口喷出，流入储油坑，防止了油箱爆炸起火或变形。防爆管下面有一小联通管与储油柜相通，目的是达到油面一致、压力一致，防止气体继电器误动。图5-10是变压器防爆管、呼吸器、气体继电器的安装位置。压力释放器在全密封变压器中替代防爆管，作用相同，结构较为复杂，安装后不得随意打开，否则油将溢出。压力释放器带有信号接点，动作时会发出信号。,图5-10 变压器防爆管、呼吸器、气体继电器的安装位置示意图1-储油柜 2-防爆管 3-联通管 4-呼吸器 5-防爆膜 6-气体继电器 7-蝶阀 8-箱盖,气体继电器又称瓦斯继电器，安装在储油柜与变压器的联管中间，作为变压器内部故障的主保护。当变压器内部发生故障产生气
19、体或油箱漏油使油面降低时，气体继电器动作，发出信号，若事故严重，可使断路器自动跳闸，对变压器起保护作用。,气体继电器。,温度计,变压器的温度计直接监视着变压器的上层油温，可分为水银温度计、信号温度计、电阻温度计三种类型，所有油浸变压器均设有水银温度计；1000kVA及以上增装信号温度计；8000KVA及以上再增装电阻温度计。信号温度计如图5-11所示。信号温度计的测温管插入箱盖上的注油管座中，而温度计安装在箱壁上，以便于观察。信号温度计上设有电接点，当油温达到整定值时会发出信号或者自动启动冷却装置风扇。,图5-11 信号温度计（a）结构图（b）线路图1-管接头 2-金属软管 3-测温管 4-接
20、线盒 5-指针 6-固定孔 7-外壳8-调节孔 9-上下限触点指针10-表盘 11-齿轮传动机构 12-弹簧管 13-下限触点14-动触点,油位计。油位计又称为油标或油表，是用来监视变压器油箱油位变化的装置。变压器的油位计都装在储油柜上，管式油位计应用比较广泛，为便于观察，在油管附近的油箱上标出相当于油温-30、+20和+40的三个油面线标志。,（6）分接开关。,为了使配电系统得到稳定的电压，必要时需要利用变压器调压。变压器调压的方法是在高压侧（中压侧）绕组上设置分接开关，用以改变线圈匝数，从而改变变压器的变压比，进行电压调整。抽出分接的这部分线圈电路称为调压电路，这种调压的装置，称为分接开关
21、，或称调压开关，俗称“分接头”。变压器的调压电路设在高压线圈上是因为高压线圈套在中低压线圈的外面，引出分接抽头相对简单，且高压线圈电流较小，技术上难度小、节省材料、较易制造。,变压器的调压方式分为无励磁调压和有载调压两种。当二次不带负载，一次又与电网断开时的调压是无励磁调压（无载调压）。适用于电压较稳定，调整范围和频度都不大的地方；有载调压可在变压器带负荷运行的情况下进行调压，这种调压方式效果好，不受条件限制，但变压器价格较贵。对应以上两种调压方式，变压器的分接开关也分为两大类：无励磁分接开关和有载分接开关。,按照高压线圈抽头方式的不同，无励磁分接开关可分为中性点调压、中性点反接调压、中部调压
22、、中部并联调压四种方式。其调压电路的原理图如图5-12所示。调压范围均为5%（分接开关有三个分接位置：-5%、0%、+5%）或22.5%（分接开关有五个分接位置：-5%、-2.5%、0%、+2.5%、+5%），0%挡即一次绕组是接在额定电压的电源上，二次绕组则输出额定电压。如果电源电压比一次绕组的额定电压低时，可以把分接头移到-5%、或-2.5%挡。如果电源电压比一次绕组的额定电压高时，可以把分接头移到+5%、或+2.5%挡。因为变压器的主磁通幅值，当电源电压升高（降低）时，匝数增加（减少），才能保证主磁通不变，才能保证二次侧的输出电压为额定值不变。调压的原则是“低往低调，高往高调”。,无励磁
23、分接开关。,图5-12 无励磁调压接线原理图（a）中性点调压（b）中性点反接调压（c）中部调压（d）中部并联调压,图5-13 无载调压变压器的分接开关（a）分接头接线（b）分接开关外形1-帽 2-密封垫圈 3-操动螺母 4-定位钉 5-绝缘座 6-静触头 7-动触头,有载调压分接开关。,有载调压分接开关是在变压器带负荷（励磁）的状态下，切换分接头位置的。因此，切换分接头的过程中必然要在某一瞬间同时连接两个分接头（桥接），以保证负载电流的连续性。但是，在桥接的两个分接头间，必须串入阻抗以限制循环电流，保证不发生分接间短路，使分接切换顺利进行。在短路的分接电路中串接阻抗，开关就可由一个分接头过渡到
24、下一个分接头，因此，该电路称为过渡电路，串接的阻抗称为过渡阻抗。若这个阻抗是电抗性的，则为电抗式有载分接开关；若这个阻抗是电阻性的，则称为电阻式有载分接开关。通常采用电阻式有载分接开关。,图5-14 有载调压分接开关示意图（只示一相）调压电路中：A-线圈端，19-分接头；选择电路中：09-静触头，S1、S2-动触头；过渡电路中：K1、K2-静触头，J-动触头，R-过渡电阻，X-电流引出线,图5-15给出了有载分接开关由4分接切换到3分接的整个过程。图5-15只画出了变压器的A相绕组。整个切换过程可归纳为：接通某一分接选择下一分接选择结束切换开始桥接两分接切换结束接通下一分接。,图5-15 有载
25、调压分接开关选择电路和过渡电路切换分接的工作程序（a）接通4分接（b）向3分接选择（c）选择到3分接（d）向单数侧切换（e）桥接4、3分接（f）切换到单数侧（g）切换结束，接通3分接,5.1.3电力变压器的联结组别,电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因联结方式不同而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间的不同相位关系。为了形象地表示一、二次绕组线电压之间的关系，采用“时钟表示法”，即把一次绕组的线电压作为时钟的长针，并固定在“12”上，二次绕组的线电压作为时钟的短针，短针所指的数字即为三相变压器的联结组别的标号，该标号也是将二次侧绕组的线电压滞后于一次侧绕组线电压的相位差除以30所得的
26、值。,（1）Y yn0联结的配电变压器。Y yn0联结示意图如图5-16所示。图中“”表示同名端，其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位差为0。联结组别的标号为零点。,图5-16 变压器Y yn0联结的接线、相量图,（2）D ynl l联结的配电变压器。D yn11联结示意图如图5-17所示。其二次侧绕组的线电压滞后于一次侧绕组线电压330，联结组别的标号为11点。,图 5-17 变压器D yn11联结的接线、相量图,（3）采用Y yno和D yn11联接的特点,采用D yn11联接的变压器，其3n次（n为正整数）谐波电流在其三角形接线中的一次绕组内形成环流，因此比采用Y yn0联接的变压器
27、有利于抑制高次谐波电流。由于采用D yn11联接的变压器的零序阻抗比采用Y yn0联接的变压器小得多，导致二次侧单相接地短路电流比Y yn0联接的变压器大得多，因此采用D yn11联接的变压器更有利于低压侧单相接地保护动作。由于采用D yn11联接的变压器的中性线允许通过的电流达到低压侧额定相电流的75%以上，比采用Y yn0联接的变压器的中性线允许电流大得多。因此采用D yn11联接的变压器承受不平衡负荷电流的能力比采用Y yn0联接的变压器大得多。Y yn0联接的变压器中性线允许电流不能超过低压侧额定相电流的25%。由于采用Y yn0联接的变压器一次绕组的绝缘强度要求比采用D yn11联接
28、的变压器低，因此制造成本也低于采用D yn11联接的变压器,5.2变压器的运行及维护,5.2.1变压器的允许运行方式1.变压器的技术参数额定容量SN（KVA）。指在额定工作状态下变压器能保证长期输出的容量。由于变压器的效率很高，规定一、二次侧的容量相等。额定电压UN（KV或V）。指变压器长时间运行时所能承受的工作电压。一次额定电压U1N是指规定加到一次侧的电压；二次侧的额定电压U2N是指变压器一次侧加额定电压时，二次侧空载时的端电压，在三相变压器中，额定电压指的是线电压。额定电流IN（A）。变压器的额定电流是变压器在额定容量下允许长期通过的电流。三相变压器的额定电流指的是线电流。对于单相变压器
29、；对于三相变压器。,额定频率fN（Hz）。我国规定的标准频率50 Hz。短路电压Ud。将变压器二次侧短路，一次侧施加电压并慢慢升高电压，直到二次侧产生的短路电流等于二次侧的额定电流I2N时，一次侧所加的电压称为短路电压Ud，用相对于额定电压的百分数表示：。空载电流I0。当变压器二次侧开路，一次侧加额定电压U1N 时，流过一次绕组的电流为空载电流I0，用相对于额定电流的百分数表示：。空载电流的大小主要取决于变压器的容量、磁路的结构、硅钢片质量等因素，它一般为额定电流的35。,空载损耗P0。指变压器二次侧开路，一次侧加额定电压U1N时变压器的损耗，它近似等于变压器的铁损。空载损耗可以通过空载实验测
30、得。短路损耗Pd。指变压器一、二次绕组流过额定电流时，在绕组的电阻中所消耗的功率。短路损耗可以通过短路实验测得。额定温升。变压器的额定温升是以环境温度为40作参考，规定在运行中允许变压器的温度超出参考环境温度的最大温升。我国标准规定，绕组的温升限值为65，上层油面的温升限值为55，以确保变压器上层油温不超过95。冷却方式。为了使变压器运行时温升不超过限值，通常要进行可靠地散热和冷却处理，变压器铭牌上用相应的字母代号表示不同的冷却循环方式和冷却介质。,2.变压器额定运行的允许温度和温升,变压器在额定使用条件下，全年可按额定容量运行。为了保证变压器的安全运行，在运行中必须监视变压器的允许温度和温升
31、。允许温度。变压器的允许温度，是根据变压器所使用材料的耐热强度而规定的最高温度。油浸式电力变压器的绝缘属于A级，即浸渍处理过的有机材料，如纸、木材和绵纱等，其允许温度为105。变压器在运行中温度最高的部件是线圈，其次是铁心，变压器的油温最低。线圈的匝间绝缘是电缆纸，超过允许温度，在几秒钟内就会烧毁。所以线圈的允许温度，就是电缆纸的允许温度。能测量的是线圈的平均温度，运行时线圈的温度不超过95。变压器上层油的温度一般比线圈温度低10。为了便于监视变压器运行时各部件的平均温度，我们规定以变压器上层油温来确定变压器允许温度。在正常情况下，为了使变压器油不过快氧化，规定上层油温不超过85。为了防止油质
32、劣化，规定变压器上层油温最高不超过95。,测变压器线圈温度是用电阻法，测出的是平均温度。变压器运行中线圈的最高温度较其平均温度高10左右。因此，规定变压器运行时线圈温度不超过95，就是为了保证线圈最高温度不超过105。根据变压器运行经验，变压器线圈温度连续地维持在95时，可以保证变压器具有适当的经济上合理的寿命（约20年），影响这个寿命的主要原因就是温度。变压器油的温度，由油箱下部至箱盖是逐渐升高的。下层和中层的油温要比上层油温低，规定的油温是指上层油的允许温度。上层油温最高不超过95，是为了在周围介质温度为40时，线圈的温度不超过105。油温超过85时，油的氧化加快。试验认为，油温在85的基
33、础上温度增高10，氧化速度增加一倍。油的氧化速度越快，油老化的越快，其绝缘性能和冷却效果降低。因此在运行中要严格控制油的温度。,允许温升。变压器的允许温度与周围空气最高温度之差为允许温升。周围空气最高温度规定为+40。同时还规定：最高日平均温度为30，最高年平均温度为20，最低气温为-30，并且海拔高度不超过1000米。由于变压器内部热量传播不均匀，因此变压器内部各部位的温差很大，这不但对变压器的绝缘强度有很大影响，而且温度升高时，绕组的电阻还会增加，使其损耗增加。因此，要对变压器在额定负荷时，各部分温升做出规定：绕组（A级绝缘油浸自冷或非导向强迫油循环）温升限值为65，上层油的温升限值为55
34、。,允许温度与允许温升的关系。,允许温度允许温升40（周围空气的最高温度）。当周围空气温度超过40后，就不允许变压器带满负荷运行，因为这时变压器温度与周围空气温度之差减少了，散热困难，会使线圈发热。当周围空气温度低于40时，尽管变压器温度与周围空气温度之差增大，有利散热，但线圈散热能力受结构参数的限制，提高不了。例如：一台油浸自冷式变压器，当周围空气温度为32时，其上层油温为60，这时变压器上层油温度没超过95，上层油的温升为：60-3228，没超过允许温度值55，变压器可正常运行。若周围空气温度为44，上层油温为99，虽然上层油的温升99-44=55，没有超过允许值，但上层油温度却超过了允许
35、值，故不允许运行。若周围空气温度为-20，上层油温为45，这时上层油温虽未超过95最高允许值，但上层油的温升为45-（-20）=65，却超过了允许的温升值，也不允许运行。因此，只有变压器的上层油温及其温升值均不超过允许值时，才能保证变压器安全运行。,3.变压器的允许过负荷运行方式,变压器有一定的过负荷能力，允许变压器可以在正常和事故的情况下过负荷运行。所谓变压器的过负荷能力是指变压器在较短的时间内所输出的最大容量。即在不损坏变压器的线圈绝缘和不降低变压器使用寿命的条件下，变压器的输出容量可大于变压器的额定容量。变压器的过负荷能力可分为正常过负荷能力和事故过负荷能力。,变压器的正常过负荷。,根据
36、国家标准（GB 1094-1996）规定，变压器正常使用的最高年平均气温为20。如果变压器的安装地点的平均气温Q0.av 20时，则每升高1，变压器的容量就要减少1，因此变压器的实际容量ST为：（5-5）应该指出，一般所说的平均气温是指户外温度，而户内温度对变压器来说，由于它运行时发热，一般户内温度按高于户外8考虑。因此户内变压器的实际容量ST为：（5-6）,油浸式电力变压器在必要时可以过负荷运行而不致影响其使用寿命。变压器的正常过负荷与下列因素有关：（a）由于昼夜负荷不均衡而允许过负荷。变压器因昼夜负荷不均衡而允许的过负荷系数KOL，可根据日负荷率和最大负荷持续时间t去查图5-18的曲线求得
37、,图5-18 油浸式变压器允许过负荷系数与日负荷率及最大负荷持续时间的关系曲线,如果缺乏负荷率资料，也可根据过负荷前变压器油箱上层油温升值，参照表5-1来确定变压器允许过负荷系数及允许过负荷的持续时间,表5-1 自然冷却或风冷却油浸电力变压器的过负荷允许时间（时：分）,（b）由于夏季负荷轻而允许冬季过负荷。,根据变压器的典型负荷曲线，如果在夏季（6、7、8三个月）最大负荷低于变压器的实际容量时，则夏季负荷每降低1%，在冬季（11、12、1、2四个月）可过负荷1%，但以15%为限。其允许过负荷倍数可按下式计算：（5-7）上述两种过负荷规定可以叠加使用，但总的过负荷倍数对于室外的变压器不超过30%
38、，对于室内的变压器不超过20%。即变压器总的过负荷能力可用下式表示：（5-8）式中系数1.2适用于室内的变压器，系数1.3适用于室外的变压器。干式变压器一般不考虑正常过负荷,事故过负荷。,当电力系统或工厂变、配电所发生事故时，为保证对重要车间和设备的连续供电，故允许变压器短时间过负荷，即事故过负荷。此时变压器效率的高低，绝缘损坏率的增加等已退居次要地位，主要考虑是不造成重大经济损失，确保人身和设备安全。因此在确定过负荷倍数和允许时间时要对绝缘的寿命做些牺牲，但也不能使变压器有显著的损坏。事故过负荷的规定，只允许在事故情况下使用，对于自然和风冷的油浸式变压器，允许的事故过负荷倍数和时间可参考表5
39、-2。若有制造厂家的规定的资料时，应按制造厂规定执行。,表5-2 变压器允许事故过负荷的倍数和时间,变压器过负荷运行时的注意事项。,变压器正常过负荷运行前，应投入全部工作冷却器，必要时投入备用冷却器；事故过负荷时，工作冷却器和备用冷却器应全部投入。变压器出现过负荷时，运行人员应立即汇报当值调度员，设法转移负荷。变压器过负荷期间应每0.5h抄表一次，并加强监视。变压器过负荷运行后，应将过负荷的大小和持续时间等作详细记录。对事故严重过负荷，还应在变压器技术档案内详细记载。,4.变压器电源电压允许变化范围,变压器的外加一次电压可以比额定电压高，但不得超过相应分接头电压值的105%，无论分接头在何位置
40、，如果所加一次电压不超过相应额定电压的5%，则变压器二次侧可带额定负荷。有载调压变压器在各分接位置的容量，应遵守制造厂的规定，并在变电站现场运行规程中列出。无载调压变压器在额定电压5%范围内改变分接头位置，其额定容量不变。当电源电压低于变压器所用分接头的额定电压时，将使变压器的输出电压降低，影响电压的质量，对变压器本身没有什么危害。但是，当电源电压高于变压器所用分接头的额定电压太多时，对变压器的运行将产生不良影响。因为变压器电源电压升高时，变压器的主磁通增加，可能使铁心饱和，使变压器铁损耗增加，使变压器的温度升高，对变压器的运行不利。因此规定变压器的外加一次电压不得超过相应分接头电压值的105
41、%。就变压器本身来讲，解决电源电压高的唯一办法是利用变压器的分接头进行调压。,5.2.2变压器运行中的检查和维护,1.变压器的检查与维护（1）检查周期。在有人值班的变电所，所内变压器每天至少检查一次，每周应有一次夜间检查；无人值班的变电所至少每周检查一次；室外柱上变压器应每月巡视检查一次；新设备或经过检修的变压器在投运72h内、在变压器负荷变化剧烈、天气恶劣（如大风、大雾、大雪、冰雹、寒潮等）、变压器运行异常或线路故障后，应增加特殊巡视。,（2）变压器的定期外部检查,变压器的油温、油位和油色应正常，储油柜的油位应与温度相对应，各部位无渗油、漏油；变压器上层油温不应高于85，但若发现变压器油温突
42、然增高，可能是由于内部有故障或散热装置有堵塞所致。油温升高可导致油面过高。若油面过低，有两种可能：一是漏油严重，二是油表管上部排气孔或吸湿器排气孔堵塞而出现的假油面。油枕内油的颜色应是透明微带黄色和半蓝色，如呈红棕色则有两种可能：一是油面计本身脏污，二是由于变压器油老化变质所致。一般变压器油每年应进行一次滤油处理，以保证变压器油在正常状态下运行。检查变压器的声音是否正常。当变压器正常运行时，有一种均匀的“嗡嗡”电磁声，如果运行中有其他声音，则属于声音异常。,检查套管是否清洁，有无破损裂纹和放电痕迹，套管油位应正常。各冷却器手感温度应相近，风扇、油泵运转正常，油流继电器工作正常；检查引线是否过松
43、、过紧，接头的接触应良好不发热，无烧伤痕进。检查电缆和母线有无异常情况，各部分电气距离是否合乎要求，无发热迹象；检查变压器的接地线，是否接地良好。呼吸器应畅通，吸湿剂干燥，不应饱和、变色。压力释放器或安全气道防爆膜应完好无损。瓦斯继电器的油阀门应打开，应无渗漏油。变压器的所有部件不应有漏油和严重渗油，外壳应保持清洁。室内安装的变压器，应检查门、窗、门闩是否完整，房屋是否漏雨，照明和温度是否适宜，通风是否良好。,（3）新装或检修后变压器投入运行前的检查的项目,各散热管、净油器及瓦斯继电器与油枕间阀门开闭应正常；要注意安全排除内部空气，强油循环风冷变压器在投运前应启用全部冷却设备，使油循环运转一段
44、时间，将残流气体排出，如轻瓦斯连续动作，则不得投入运行；检查分接头位置正确，并作好记录；呼吸器应畅通，油封完好，硅胶干燥未变色，数量充足；瓦斯继电器安装方向，净油器进出口方向，潜油泵风扇运转方向正确；变压器外壳接地、铁心接地、中性点接地情况良好，电容式套管电压抽取端应不接地。,2.变压器的负荷检查,（1）应经常监视变压器电源电压的变化范围应在土5%额定电压以内。以确保二次电压质量，如电源电压长期过高或过低，应通过调整变压器的分接开关，使二次电压趋于正常。（2）对于安装在室外的变压器，无计量装置时，应测量典型负荷曲线。对于有计量装置的变压器，应记录小时负荷，并画出日负荷曲线。（3）测量三相电流的
45、平衡情况。对Y yno接线的三相四线制的变压器，其中线流不应超过低压线圈额定电流的25%，超过时应调节每相的负荷，尽量使各相负荷趋于平衡。,3.变压器的投运和停运,（1）在投运变压器之前，运行人员应仔细检查，确认外部无异物，临时接地线已拆除，分接开关位置正常，各阀门状态正确。变压器及其保护装置在良好状态具备带电运行条件。（2）新安装或停用2个月及以上的变压器投运前，应进行试验，合格方可投运。（3）新投运的变压器必须在额定电压下做冲击合闸试验，新安装的变压器做五次；大修后的变压器做三次。（4）变压器投运或停运操作顺序应在变电站现场运行规程中加以规定，并须遵守下列各项：强油循环风冷变压器投运前应先
46、启用冷却装置；变压器的充电应当在装有保护装置的电源侧进行；新装、大修、事故检修或换油后的变压器，在施加电压前静置时间不应少于以下规定：35KV及以下：35h；110kV及以下：24h；220kV：48h；待消除油中的气泡后，方可投入运行。（5）在110kV及以上中性点直接接地的系统中，投运和停运变压器时，操作前必须先将中性点接地。正常运行时中性点运行方式由调度确认。,4.瓦斯保护装置的运行,（1）变压器运行时，本体和有载分接开关的重瓦斯保护装置均应投入，动作于跳闸。（2）变压器在运行中滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂时，应将重瓦斯改投信号。（3）当油位计的油面异常升高或呼吸系统有异常现
47、象，需要打开放气或放油阀门时，应先将重瓦斯改投信号。,5.变压器分接开关的运行维护,（1）无载调压变压器，当变换分接头位置时，应先正反方向转动五圈，再调至所需位置，测量直流电阻合格后，方可运行。对运行中不需要改变分头位置的变压器，每年应结合预防性试验将分接头正反方向转动五圈，并测量直流电阻合格，方可运行。（2）有载调压开关的运行与维护运行人员应根据调度下达的电压曲线，自行调压操作。操作后应认真检查分头动作和电压电流变化情况，并作好记录。每天操作次数不准超过10次（每调一个分接头为一次），每次间隔最少1min。当变压器过负荷1.2倍及以上时，禁止操作有载分接开关。,运行中调压开关重瓦斯应投跳闸。
48、当轻瓦斯信号频繁动作时，应作好记录，汇报调度，并停止进行调压操作，分析原因及时处理。有载调压开关应每半年取油样进行试验，其耐压不得低于30kV，当油耐压在25kV30kV之间，应停止调压操作，若低于25kV时，应立即安排换油。当运行时间满一年或调压次数达4000次时应换油。新投入的调压开关，第一年需吊心检查一次，以后在切换次数达5000次或运行时间达3年者，应将切换部分吊出检查。两台有载调压变压器并列运行时，允许在变压器85%额定负荷下调压，但不得在单台主变上连续调节两挡，必须在一台主变调节一挡完成后再调节另一台主变一挡，每调一挡后要检查电流变化情况，是否过负荷。对于降压时应先调节负荷电流大的
49、一台，再调节负荷电流小的一台；升压时与此相反。调节完毕应再次检查主变分接头在同一位置，并注意负荷分配。,（3）变压器有载调压开关巡视检查项目：,电压表指示应在变压器规定的调压范围内；位置指示灯与机械指示器的指示应正确反映调压挡次；记数器动作应正常，并及时做好动作次数的记录；油位、油色应正常，无渗漏。瓦斯继电器应正常，无渗漏。（4）有载调压开关电动操作出现“连动”（即操作一次，调节二个及以上分头）现象时，应在指示盘上出现第二个分头位置后立即切断电机电源，然后用手摇到适当的分头位置，汇报并组织检修。,5.3变压器的检修和试验,5.3.1变压器常见故障及处理,1.变压器内部的异常声音,变压器在正常运
50、行时，由于周期性变化的磁通在铁心中流过，而引起硅钢片间的振动，产生均匀的“嗡嗡”声，这是正常的，如果产生不均匀的其他声音，均是不正常现象。变压器运行发生异音有以下几种可能：（1）因过负荷及大负荷起动造成负荷变化大引起。变压器由于外部原因，像过电压（如中性点不接地系统中单相接地，铁磁共振等）均会引起较正常声音大的“嗡嗡”声，但也可能随负载的急剧变化，呈现“割割割”突击的间歇响声，同时电流表，电压表亦摆动，是容易辨别的。（2）个别零件松动。铁心的夹紧螺栓或方铁松动，可发出非常惊人的锤击和刮大风之声。如“叮叮叮”或“呼呼”之声。此时指示仪表和油温均正常。（3）内部接触不良放电打火。铁心接地不良或断线
