1、12第八章第八章 变压器变压器电力变压器按相数来区分，可分为三相变压器和单相变压器。 电力变压器按其每相绕组数分，有双绕组、三绕组或更多绕组的等型式。 大容量机组的厂用变压器，为安全起见，常采用“分裂低压绕组变压器”，简称“分裂变”。 3分裂变有一个高压绕组和两个低压绕组，高压绕组采用两段并联，其容量按额定容量设计；两个低压绕组其容量分别按50额定容量设计。其运行特点是，当一个绕组的低压侧发生短路时另一个低压绕组仍能维持较高的电压，以保证该低压侧母线上的设备能继续正常运行，并能保证该母线上的电动机紧急启动，这是一般结构的三绕组变压器所不及的。4此外，连接电压级差不大的两个高压系统，常用自耦变压
2、器。自耦变压器的高压绕组以抽头为界分为两段，抽头以上部分称串联绕组，抽头以下部分称公共绕组，三相自耦变压器常连接成星一星形。星一星形连接的变压器，由于铁芯的磁饱和特性，在绕组的感应电动势中有较大的三次谐波出现。为了消除三次谐波，以及减小自耦变压器的零序阻抗以稳定中性点电位，5在三相自耦变压器中，除公共绕组和串联绕组外，一般还增设了一个接成三角形的第三绕组。第三绕组与公共绕组、串联绕组之间只有磁的联系，没有电路上的直接联系。第三绕组通常制成低压635kV，除用于消除三次谐波外，还可用于对附近地区供电，或连接调相机或补偿电容器等。6电力变压器除了油浸式变压器外，还有适用于防火需要、电压不高、无油的
3、干式变压器。在600MW机组厂房内的厂用低压变压器，就出于防火要求而普遍采用干式变压器。 电压互感器和电流互感器，统称仪用互感器，其原理和变压器一样，所以也看作为变压器。7 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 原理图2.46 ，与电源相联的绕组称为原绕组或一次绕组，与负载相联的绕组称为副绕组或二次绕组。原、副绕组的匝数分别为N1和N2。 当原绕组接上交流电压 u1后，便有电流 i1，磁动势i1N1，在闭合的铁心中产生交变的磁通，该磁通与原副绕组相交链，产生感应电动势e1、e2，如果副绕组接有负载，那么副绕组中就有电流 i2流过，这时，副绕组中的磁动势 i2N2也会产生出沿铁心闭合的磁通，
4、所以铁心中的磁通是由原、副绕组的磁动势共同作用产生的，称为主磁通。 8 原、副绕组中的磁动势也要产生少量的漏磁通。上述电磁关系可上述电磁关系可表示如下：表示如下：91)电压变换 主磁通1011 K称为变压器的变比，近似等于原、副绕组的匝数之比，当电源电压一定时，只要改变变比K，就可得到不同等级的输出电压。12供电。131415 1617简化相量图简化相量图(迟后迟后)1819变压器的结构变压器的结构较大容量的油浸式变压器一般是由铁芯、绕组、油箱、冷却装置、绝缘套管、绝缘油以及其他附件所构成20一、铁芯 铁芯是变压器的磁路部分。为了降低铁芯在交变磁通作用下的磁滞和涡流损耗，铁芯采用厚度为0.35
5、mm或更薄的优质硅钢片叠成。目前广泛采用导磁系数高、单位损耗小的冷轧晶粒取向硅钢片，以缩小变压器的体积和质量，节约铜材、钢材，降低损耗。为充分利用这种硅钢片的导磁方向性，铁芯常采用全斜接缝叠装法。 21一般三相变压器铁芯为三相三柱式，而大容量三相变压器，常受运输高度限制，多采用三相五柱式。三相五柱式是在三相三柱式外侧加两个旁轭构成，两个旁轭上不设绕组。0303I0I0I0I(b)22由于三相五柱式铁芯各相磁通可经旁轭而闭合，故三相磁路可看作是彼此独立的，宛如三台单相变压器组成的变压器组。因此当有不对称负载时，各相零序电流产生的零序磁通可经旁轭而闭合，故其零序励磁阻抗与对称运行时励磁阻抗(正序)
6、相等。 大容量单相变压器铁芯，有壳式(也称外铁式)和心式(也称内铁式)两种。23 壳式铁芯有一个中间铁芯柱和两个分支铁芯柱(也称旁轭)，中间铁芯柱的断面积约为两个分支铁芯柱断面积之和。绕组放在中间的铁芯柱上，有时亦称其为单相三柱式变压器。心式铁芯则呈“口”字形，两柱面积相等，绕组对称安装于两柱上。 在大容量变压器中，为了使铁芯损耗发出的热量能被绝缘油在循环时充分地带走，从而达到良好的冷却效果，通常在铁芯中还设有冷却油道。冷却油道的方向可以做成与硅钢片的平面平行，也可以做成与硅钢片的平面垂直。2425 二、绕组 变压器的绕组一般都采用同心式绕组，高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，但圆筒的直径不同，
7、然后同轴心地套在铁芯柱上。为了绝缘方便，通常低压绕组装得靠近铁芯，高压绕组则套在低压绕组的外面，低压绕组与高压绕组之间，以及低压绕组与铁芯之间都留有一定的绝缘间隙和散热油道，并用绝缘纸筒隔开。在三绕组变压器中，为了满足短路阻抗的要求，也有把中压绕组装在靠近铁芯柱。 同心式绕组根据绕制特点又可分为圆筒式、螺旋式、连续式和纠结式等几种型式。261。圆筒式绕组 圆筒式绕组是最简单的一种绕组，它是用绝缘导线沿铁芯高度方向连续绕制，绕制完第一层后，垫上层间绝缘纸再绕第二层、第三层。绕制适当层数后，用绝缘撑条隔出纵向油道，以利散热。这种绕组一般用于小容量变压器。 2螺旋式绕组 螺旋式绕组，是由多根绝缘扁导
8、线沿着径向并联排列，然后沿铁芯柱轴向高度，像螺纹一样一匝跟着一匝地绕制而成，一匝就像一个线盘。当螺旋式绕组并联导线太多时，可把并联导线分成两排或多排，绕成双螺旋式或多螺旋式。27 28 3连续式绕组 连续式绕组是用扁导线连续绕制成若干线盘(也称线饼)构成，线盘问用绝缘垫块隔出径向油道，以利散热。294纠结式绕组 纠结式绕组的外形与连续式相似，主要不同是，连续式绕组的每个线盘中电气上相邻的线匝是依次排列的，而纠结式绕组电气上相邻的线匝之间插入了绕组中的另一线匝，其导线排列如图8-2所示。纠结式绕组使实际相邻的匝间电位差增大，焊头多、绕制费时。其目的是为了增加绕组的纵向电容，在雷电波入侵时，使起始
9、电压比较均匀地分布于各线匝之间，提高匝间绝缘的安全性。30 为了减少大型电力变压器在采用多股导线并绕时所产生的附加损耗，绕组往往需要作换位处理， 为了使绕组有效地散热，绕组设有散热油道。在双绕组变压器强迫油循环导向冷却系统中，压力油在高、低压绕组之间有各自的流通路线，绕组中有纵向和横向油道，使绕组得到有效地冷却。因此， 目前大型变压器几乎都采用这种强迫导向冷却的方式。31 1油箱 油浸式变压器的器身装在充满变压器油的油箱中，油箱用钢板焊成。中、小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成，变压器的器身就放在箱壳内，将箱盖打开就可吊出器身进行检修。大、中型变压器，由于器身庞大和笨重，起吊器身不方便，都做成箱
10、壳可吊起的结构。这种箱壳好像一只钟罩，当器身要检修时，吊去较轻的箱壳，即上节油箱，器身便全部暴露出来了。322储油柜(俗称油枕或油膨胀器)、油位计及呼吸器33第五节第五节 变压器的主要附件变压器的主要附件 一、隔膜式储油柜 主要用于大型电力变压器(电压110kV以上)。它是利用柜内隔膜将变压器油和大气隔离的，可防止油老化和吸收水分，因而保证了变压器油的绝缘强度。 隔膜式储油柜由两个半圆桶体组成，储油柜中间装有半圆形橡胶隔膜，隔膜周边均由柜沿上下密封垫压紧，使其隔膜浮在油面上，并随着油面的上升或下降而上下浮动。 在储油柜上装有磁针式油位表，油位表在最高和最低油位均装有报警信号。 储油柜的上边设有
11、视察窗孔，在储油柜下面设有集污盒物。管接头用于注油或放油。在储油柜柜沿处设有放水，为排放隔膜上凝结水之用。34二、吸湿器二、吸湿器 吸湿器清除和干燥，由于变压器的温度变化而进入变压器(或互感器)储油柜的空气中的杂物和潮气。进而保持变压器(或互感器)内变压器油的绝缘强度。35三、压力释放阀三、压力释放阀 用于以变压器油为冷却介质的大、中型电力变压器，安装在变压器油箱上，或侧壁上。压力释放阀在变压器正常工作时，保护变压器油与外部空气隔离，使油箱内保持正压，确保油箱外部的空气、灰尘和水份不能进入变压器油箱内。变压器一旦发生短路时，变压器线圈将产生电弧和火花，使变压器油在瞬间产生大量气体，油箱内的压力
12、因此猛增。这种过压全靠压力释放阀来保护。当压力一旦达到阀门动作压力时，阀门在2ms内开启，变压器油箱内压力下降，油箱不致变形和爆裂。36 4气体继电器 气体继电器俗称瓦斯继电器。它装在油枕与主油箱之间的连接管路上。当变压器发生故障时，内部绝缘物气化，产生的气体，从油箱上升进入油枕前，先在气体继电器内积聚，当积聚到相当数量时，上浮筒下沉，触点闭合，发出信号，此为轻瓦斯。当油流速度达到整定值时，推动挡板，使跳闸触点闭合，断路器跳闸，此为重瓦斯。37 5分接开关 变压器分接头切换开关，简称分接开关，是变压器为适应电网电压的变化，用来调节绕组(一般为高压绕组)匝数的一种装置。如果切换分接头必须将变压器
13、从电网切除后进行，称为无载调压，这种分接开关称为无载分接开关。楔形分接开关与变压器绕组的连接如图319所示。38 为了保证接触良好，不论变压器是否需要改变电压，每年必须对开关至少转动一次，以清除接触表面上的氧化膜及油污等，每次应连续转动2周。如果变压器不需要改变电压，在转动后应返回到原来位置上。分接开关操作完毕后，为判断其接触是否良好，应测量绕组的直流电阻。对变压器进行检修时，必须对分接开关进行检查。 六、有载调压分接开关六、有载调压分接开关 有载调压分接开关也称带负荷调压分接开关，其基本原理是在变压器的绕组中引出若干分接抽头，通过有载调压分接开关，在保证不切断负荷电流的情况下，由一个分接头切
14、换到另一个分接头，以达到变换绕组的有效匝数，即改变变压器变比的目的。在切换过程中需要过渡电路。切换开关装在油箱内，切换在油中进行。39 有载调压分接开关的工作原理如图3110所示。负载电流开始由分接抽头1输出，若要从分接抽头1调到由分接抽头2输出。有载调压时，抽头1与抽头2之间必须接人一个过渡电路(又称限流电阻)，即将一个阻抗跨接在抽头1与抽头2之间。有了过渡阻抗，抽头1与抽头2之间不会造成短路，起着限流作用。有载调压分接开关主要由选择开关、切换开关、限流电阻以及操作机构组成。现分述如下：401选择开关选择开关 选择变压器分接头的开关叫选择开关。 选择开关在切换分接头过程中是不带负载电流的。
15、2切换开关切换开关 带负载切换分接头位置的开关叫切换开关，带有负载电流的切换开关的动触头在工作中只是滑动而并不切换分接点。切换开关一般采用扇形滚动式结构，通过齿轮组的导向，使扇形滚动件按照滚转的方式，有规则地动作，于是动触头依既定的程序与定触头接触和分离，完成电路的切换。 3限流电阻限流电阻 切换开关的弧触头之间并联着限流电阻， 目的是使切换开关在带负荷切换过程中，有效地限制开断时的电弧电流。 41 4，机械传动部分，机械传动部分 调压分接开关机械部分主要由电动传动机构和快速机构组成。 电动机轴的转动经蜗轮、螺杆降速之后，通过一对锥齿轮传递到垂直轴，再经过齿轮盒引入变压器油箱，与选择开关的水平
16、轴相递接。在水平轴锥齿轮的转动下，使垂直主轴转动，主弹簧储能，在摆杆的作用下过死点，弹簧收缩，释放能量，从而带动切换开关主轴，达到快速切换的目的。42 绝缘套管绝缘套管将内部的高、低压引线引到变压器油箱的外部， 60kV及以上电压等级，目前采用电容式绝缘套管，这种绝缘套管的高电位引线与接地的末屏之间，是一个多层紧密配合的绝缘纸和铝箔交错地卷制成的电容芯子，胶纸电容式芯子在户外使用时，需用瓷套作外绝缘，电容芯子与瓷套之间的空隙注入变压器油，在头部设有适应油热胀冷缩用的储油柜，图315为胶纸电容式套管结构。43 变压器冷却方式，变压器冷却方式， 油浸式电力变压器的冷却方式，按其容量的大小大致有油浸
17、自冷式、油浸风冷式、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却等方式。一、油浸自冷式 油浸自冷式冷却系统没有特殊的冷却设备，容量很小的变压器采用结构最简单的、具有平滑表面的油箱；容量稍大的变压器采用具有散热管的油箱，即在油箱周围焊有许多与油箱连通的散热管或片；容量更大些的变压器，则在油箱外加装若干散热器。二、油浸风冷式 油浸风冷式冷却系统，也称油自然循环、强制风冷式冷却系统。44三、强迫油循环风冷式 强迫油循环风冷式冷却系统用于中、大容量变压器。这种冷却系统，是在油浸风冷式的基础上，在散热器下部与油箱连接的管道上，装了一台潜油泵。当油泵运转时，加快了油的流动速度，提高了冷却效果，故称“强迫油循环”。4
18、5 四、强迫油循环水冷式 强迫油循环水冷式冷却系统，实际上和风冷系统相同，只是把风冷却器换成了水冷却器。46五、干式变压器 发电厂的室内变压器，为了满足防火要求，一般都采用干式变压器。 干式变压器的铁芯和绕组不浸在可燃的绝缘油中，而用气体或固体作绝缘介质。按不同的绝缘介质和结构，一般可分为密封型、全封闭型、封闭型、非封闭型、包封绕组型等。 (1)密封型，具有密封的保护外壳，内部充空气或其他气体(如SFs气体)，内部气体不与外界交换不设呼吸器； (2)全封闭型，具有保护外壳但不密封，内部空气能与大气通过呼吸装置进行交换，但不用与大气循环的方式进行冷却；47(3)封闭型，与全封闭型的不同点是内部空
19、气与外界空气进行循环，以对流的方式冷却铁芯和绕组； (4)非封闭型，没有保护外壳，铁芯和绕组直接暴露在空气中，但需经专门的防潮、防霉处理； (5)包封绕组型，变压器绕组用固体绝缘树脂包封(如树脂浇注型变压器)，一般不加保护外壳。 不同绝缘耐热等级的干式变压器，其温升限值如表81所示。 干式变压器的温升限值与其绝缘材料的耐热等级有关，表81中列出了部分数值。对于干式变压器，在运行中必须保证任何情况下不得出现使铁芯本身、其他金属部件和相邻材料受损害的温度。4849二、变压器的额定数据二、变压器的额定数据 额定数据大都标注在铭牌上。主要额定数据如下。 1，额定容量，额定容量SN 在额定使用条件下：额
20、定电压、额定频率、额定电流，温升也不超过极限值时变压器的容量叫额定容量，用SN表示。对三相变压器而言，额定容量为三相额定容量之和。单位为kVA、 MVA 。 2额定电压额定电压U1N、U2N 在三相变压器中，额定电压是指线电压。单位为kV。高压侧一般都安装有供调压用的分接头。 3额定电流额定电流1N、2N 单位为A。在三相变压器中，如没有特殊说明，指线电流。 50五、额定温升tN及额定冷却介质温度 变压器的额定温升是指：在额定负荷下，绕组平均温度或上层油温与变压器外围空气的温度(对空冷变压器)或冷却水入口温度(对水冷变压器)之差的限值。我国国家标准规定：当在额定冷却介质温度(环境最高气温为+4
21、0C，冷却水进水最高温度为30C)时。绕组温升的限值为65C，上层油温升的限值为55C。但当正常设计的空冷变压器在海拔超过1000m运行时，其温升限值应予相应减少。当变压器的温升限值不是标准规定值时，应在铭牌上标明。51六阻抗电压百分值六阻抗电压百分值Ud 阻抗电压百分数，在数值上与变压器的阻抗百分数相等，表明变压器内阻抗的大小。阻抗电压百分数又称为短路电压百分数，它可以通过短路试验得到。对双绕组变压器，当一个绕组短接时，在另一个绕组中为产生额定电流所需要施加的电压称为阻抗电压或称短路电压，用Uk表示。常以额定电压的百分数来表示。52 8 变压器的联结组别变压器的联结组别一、联接法为了说明联接
22、方法，首先对绕组的首端、末端的标记作如表3.1的规定。单相变压器单相变压器53545556SFP10-720000/50057SFP10-720000/5005859603.1 我厂主变主要参数和性能要求我厂主变主要参数和性能要求3.1.1型式： 三相，户外，双绕组，无励磁调压，油浸式变压器。3.1.2冷却方式：强迫油循环风冷 。3.1.3额定频率：50Hz。 额定容量(绕组平均温升65K时)： 720 MVA 额定电压：高压侧： 24222.5Kv 低压侧： 20kV 调压方式： 无载调压 调压位置： 高压中性点 调压范围： 22.5 61分接位置电压最小分接位置主分接位置最大分接位置分接位
23、置电压（kV）229.9242254.1接地方式：可接地或不接地运行 额定电流：高压侧： 1717.7A 低压侧： 20785A 短路阻抗： 14 （在额定电压和频率下温度为75）；(在各分接情况下短路阻抗误差不超过7.5%)变压器联接组标号： Yn, d11。 变压器相序：初步定为面对变压器高压侧从左到右，高压侧为A,B,C，低压侧为 a,b,c 。最终相序在第一次设计联络会确定。绕组绝缘耐热等级：A级62每台变压器供给下述套管电流互感器：装设位置电 流 比(A)准确级额定输出(VA)组 数高 压 出 线 侧2500/1A5P205012500/1A5P205012500/1A0.2SFs1
24、0301高压中性点侧2500/1A5P20501631、我厂厂高变设备的主要参数、我厂厂高变设备的主要参数1.1 型式: 双分裂铜绕组无载调压油浸式三相变压器。1.2 额定容量 63/38-38MVA（绕组温升65K时）在绕组平均温升65 K时连续额定容量：冷却方式高压绕组(MVA)低压绕组(MVA)油浸风冷油浸自冷以上容量的75%以上容量的75%1.3 绕组额定电压高压: 20 kV，低压: 6.3-6.3 kV调压方式：无载调压调压位置：中性点调压范围：2022.5%641.4 额定频率: 50Hz1.5 联接组别标号: D、yn1-yn1。1.6 中性点接地方式: 低压侧经电阻接地1.7
25、 短路阻抗(在额定电压和频率下温度为75，以高压绕组额定容量63MVA为基准)半穿越阻抗：19.5%（尚需待联络会上确认）(在各分接情况下短路阻抗允许偏差7.5 %)。65b. 高压厂变中性点接地电阻柜参数：电 压： kV阻 值：36.4 短时电流100A（10S） 功 率：350kW66第五节 变压器允许温升在变压器运行时，绕组和铁芯中的电能损耗都转变为热量，使变压器各部分的温度升高。在油浸式变压器中，绕组和铁芯热量先传给油，受热的油又将其热传至油箱及散热器，再散人外部介质(空气或冷却水)。67二、变压器各部分允许温升变压器的允许温升决定于绝缘材料。油浸电力变压器的绕组一般用纸和油作绝缘，属
26、A级。我国电力变压器允许温升的国家标准是基于以下条件规定的：变压器在环境温度为+20C下带额定负荷长期运行，使用期限20一30年，相应的绕组最热点温度为98C。 对于自然油循环和一般的强迫油循环变压器，绕组最热点的温度高出绕组平均温度约13C；而对于导向油循环变压器，则约高出8C。68因此，对于自然油循环和一般强迫油循环变压器，在保证正常使用期限下，绕组对空气的平均温升限值为98201365 ()；同理可得出，导向强迫油循环变压器的绕组对空气的平均温升限值为9820870C。 在额定负荷下，绕组对油的平均温升，设计时一般都保证：自冷式变压器为21，一般强迫油循环冷却和导向强迫油循环冷却变压器为
27、30C。69表82列出我国标准规定的，额定使用条件为：最高气温+40C；最高日平均气温+30；最高年平均气温+20；最低气温一30C。时变压器各部分的允许温升。70第六节 变压器的绝缘老化 变压器的绝缘老化，是指绝缘材料受到热或其他物理化学作用而逐渐失去机械强度和电气强度的现象。只按电气强度并不能判断绝缘的老化程度。因为绝缘材料失去机械强度、变得干燥脆弱时，电气耐压强度仍可能很高；但在变压器运行时，若受振动和电动力的作用就可能很快损 坏。因此，绝缘材料的老化程度，不能由电气强度的降低来定，还必须考虑机械强度的降低程度，而且主要由机械强度降低程度来确定。71一、绝缘老化与温度的关系 一般认为，当
28、变压器绝缘的机械强度降低至15一20时，变压器的寿命就算终结。现在还没有一个简单的准则来判断变压器的真正寿命，因此工程上通常用相对寿命和老化率来表示变压器老化的快慢。 如果一台标准变压器，在一直保持额定负荷和额定环境温度下运行时，相应的绕组最热点温度为98C，变压器的寿命(约为2030年)，定为正常使用年限。绕组最热点维持在任意温度下的寿命与额定的98C下的正常寿命之比，称为相对寿命。ZZZAZAZPP/9872相对寿命的倒数称为相对老化率，以表示任意温度下绝缘老化的相对速度。老化率的表达式为可近似表示为 式中 长期运行的绕组最热点温度。 这就意味着绕组温度每增加6C，老化速度加倍，寿命缩短一
29、半。此即为绝缘老化的六度规则。根据式(8q)可计算出任一温度下的相对老化率(老化速率)，若干结果列于表8-3。73二、等值老化原则 变压器运行时，如维持变压器最热点温度在98C，变压器可获得正常寿命。实际上，绕组温度随负荷变化或随气温变化而变化，不会一直维持绕组最热点温度在98C下运行。如果将绕组最高允许温度定为98C，则大部分运行时间内绕组温度不会达到此值，变压器的负荷能力就未得到充分利用(不考虑增加寿命)。反之，如果不规定绕组的最高允许温度或者将该值定得过高，变压器又可能达不到预期的正常使用寿命(2030年)。74为了正确地解决上述问题，可应用等值老化原则，即在一定时间隔T0(一昼夜、一季
30、度或一年)内，有些时间允许绕组热点温度高于98C，而另一些时间绕组热点温度低于98C，只要使变压器在温度高于98C的运行时间内多消耗的寿命与在温度低于98C运行时间内少消耗的寿命相互补偿，则变压器的使用寿命和恒温98C运行时的寿命相等，此即所谓等值老化原则。75 第七节第七节 变压器的过负荷变压器的过负荷过负荷能力-是指在某些时间内允许变压器超过其额定容量运行的能力。 一、变压器的正常过负荷 根据等值老化原则可以在一部分时间内允许变压器超过额定负荷运行，即过负荷运行，而在另一部分时间内小于额定负荷运行，只要在过负荷期间多损耗的寿命与低于额定负荷期间少损耗的寿命相互偿，变压器仍可获得原设计的正常
31、使用寿命。变压器的正常过负荷能力，就是以不牺牲变器正常寿命为原则制定。同时还规定，过负荷期间负荷和各部分温度不得超过规定的最高值。我国的限值为：绕组最热点温度不得超过140；自然油循环变压器负荷不得超过额定荷的1.3倍，强迫油循环变压器负荷不得超过额定负荷的1.2倍。 76二、变压器的事故过负荷 变压器的事故过负荷，是牺牲变压器寿命为代价的。事故过负荷时，绝缘老化率容许比正常过负荷时高得多，即容许较大的过负荷，但我国规定绕组最热点的温度仍不得超过140。77 7879三、发电厂主变压器过负荷能力 讨论发电厂主变压器的过负荷能力是没有意义的，因为主变压器的负荷必定是发电机的负荷减去厂用变压器的负
32、荷，而发电机的最大出力已经在第四章第二节第三条中“调节阀全开(VWO)工况”说明过不可能再大了，因此发电厂的主变压器是不可能过负荷的。发电厂主变压器的容量、温度、温升、寿命等应该是在向制造厂订货时就明确的。一般要求是：当汽轮发电机在调节阀全开(VWO)工况下运行时，厂用变压器的负荷为零(即厂用电由备用厂用变压器供电)，在此工况下主变压器应能够长期连续运行，且绕组温升不超过65C。80第八节 变压器本体监测和保护装置 对大容量变压器，在本体上均设有监测顶部油温的温度计，监测高、低压绕组温度的温度计，监测油箱油位的油位计，并设有瓦斯保护及压力释放装置。对于强迫油循环变压器，还设有流量计或油流计，以
33、监视潜油泵的运转情况，并提供对冷却器控制的信号及报警。此外，有的大容量变压器还安装有氢气监测装置或气体分析器，用以连续在线监测变压器油中溶解气体的主要成分。81一、温度测量装置1压力式温度计 (一)油温测量装置 压力式温度计，也称温包型温度计，常用于变压器油温的就地指示和远方报警。它的构造示意图如图811所示，其工作原理是以在密闭的测温系统中，感温包内低挥发液体的饱和蒸汽压力与温度之间的对应关系为依据。2电阻式温度计(二)绕组温度测量装置8283二、变压器内油中含氢量的监测 当变压器内因存在缺陷而发生局部过热或放电时，会使油分解而产生氢气和其他烃类等气体；产气速率、成分和产气量随放电能量的大小
34、而变化。因此，油中含气量的多少和成分及其增加速度可用来判断变压器内部是否存在放电和过热现象和其程度。氢是其中特征气体之一，监测氢的含量，可以间接判断变压器内部的故障情况。我国原水电部的标准是：油中含氢量的正常值为100mLL，注意值为150mLL。我国还研制出对多种气体敏感的元件，如氢(Hz)、甲烷(CH4)、乙炔(C2Hz)、二氧化碳(C02)和总烃等，并已在实践中得到应用。84三、气体继电器 气体继电器，又称瓦斯继电器，常用作变压器内部故障保护。它安装在变压器主油箱和储油柜的连通管路上。 1挡板式气体继电器 挡板式(亦称浮子式)气体继电器，是目前使用最多的一种气体继电器。其原理结构如图8-
35、15所示，852皮托管式气体继电器 皮托管式气体继电器，其构造原理与一般的气体继电器不同，它能防止由于地震而引起的误动作。这种型式的气体继电器的剖面图如图816所示。86四、气体继电器整定流速与压力释放阀整定值的匹配问题 变压器内部故障的主保护只能是气体继电器，它能瞬间切断电源。但气体继电器的灵敏度却决定于整定值(流速)。 压力释放阀(安全气道)主要是保护主油箱不受变形。当内部发生电弧故障时，主油箱压力的升高与气体继电器中油的流动是同时产生的。按照我国的惯例，气体继电器流速的整定是由变压器运行部门的继电保护专业人员进行的，而压力释放阀的整定则是由变压器制造部门的设计人员决定的。871气体继电器
36、整定值的讨论 当内部电弧故障时，故障点附近的油将被高温电弧裂解为气态的烃类等气体，就在故障区域产生“气泡”。油是几乎不能压缩的液体，故障产生的“气泡”占了油的空间，因此故障瞬间必定有同等容积的油被挤向储油柜。气体继电器中油的流速与故障点产气是同时发生的，一定的产气速率必定有一定的油流速通过气体继电器。而产气的速率则决定于电弧功率。882压力释放阀整定值的分析 内部故障产生“气泡”时，主油箱内的压力必然升高到一定的数值。这一升高值需克服四项的阻力：3结论与建议(1)降低气体继电器流速整定值。为了使变压器故障时，把损坏的范围限制在尽可能小的区域，气体继电器流速应整定得愈小愈好，但是必须在地震时具备
37、足够的安全系数。因此，不同地震烈度的地区推荐气体继电器流速整定值，如表8-6所示。 (2)压力释放阀本身带有触点，压力释放阀动作后，其触点动作，将此触点接于跳闸回路，动作于跳闸。89 第九节第九节 变压器油的气相色谱分析变压器油的气相色谱分析 应用气相色谱分析，以检测变压器油中气体的组成和含量，是发现变压器内部故障征兆(例如局部放电或火花放电)和掌握故障发展情况的一种有效方法。 气体色谱分析的对象为：氢(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)以及一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。 在以上气体中，CH4、C2H6、C2H4，与C2H2四种气体的总和称为总
38、烃。分析的结果用每升油中所含各气体成分的微升数以PPm表示。 90一、油中气体成分与故障的关系 变压器在正常情况下，油及固体有机绝缘材料在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，并缓慢地产生少量的氢、低分子碳化氢(烃类)、及CO和CO2气体。这些气体大部分被溶解在油中。 当变压器内部存在故障时，产气速率加快，而且溶解于油中的气体种类和含量与故障的类型和严重程度密切相关。 不同性质的故障，油及固体绝缘材料将产生不同的特征气体。对于同一性质的故障，如果故障程度不同，产生气体的速度和数量也不同，各种气体的比例关系也将发生变化。91 当出现局部过热时，随着温度的升高，氢(H2)和烃类中的甲烷(CH4)、乙烷
39、(C2H6)、乙烯(C2H4)等气体明显增加，但乙炔(C2H2)含量极少，如果有固体材料加入热分解，也会有相当数量的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)产生。 当变压器出现放电现象时，可分为三种类型：局部放电(能量密度一般很低)、火花放电(是一种间歇性放电，其能量密度一般比局部放电高些，属低能量放电)、电弧放电(属高能量放电)。 局部放电产生的特征气体主要是氢气(H2)，其次是甲烷(CH4)，并有少量乙炔(C2H2)，但总烃值并不高。 92 火花放电时，乙炔(C2H：)明显增加，气体的主要成分是氢(H2)和乙炔(C2H2)，并有相当数量的甲烷、乙烷和乙烯。 当发生电弧放电时，氢气(H2)大量产
40、生，乙炔(C2H2)亦显著增多，其次有大量的乙烯、甲烷和乙烷。 不论哪一种放电，只要有固体绝缘介入，就会产生CO和CO2。表89列出各种异常及故障下产生的气体成分及特征。93 二、油中气体含量正常值和注意值 变压器内部是否正常或存在故障，常用气相色谱分析结果的三项主要指标(总烃、乙炔、氢)来判断。当变压器内部一切都正常时，油中溶解的气体含量一般不应大于表810所列的正常值。当油中溶解的气体含量达到表810中所列“注意值”时，应进行追踪分析，查明原因。94三、判断故障性质的特征气体法 利用不同类型的故障产生不同气体的主要成分、不同的特征气体和它们的不同含量来判别故障性质的方法，称为特征气体法。表
41、811给出我国采用特征气体法判别故障性质的标准。95 仅仅根据表812中所列气体含量的绝对值很难对故障的严重程度作出正确判断，还必须考察故障的发展趋势，这与故障点的产气速率密切相关。 96产气速率分为绝对产气速率和相对产生速率两种。绝对产气速率一般是指在两次取样时间间隔中的实际运行时间t小时(或月数)内，平均每小时(或月数)某种气体的增量。计算式为(以小时计)97 相对产气速率，一般表示为：在两次取样时间间隔中的实际运行时间出个月内，平均每个月某种气体的增量与原有值之比的百分数，以rr表示，可用下式计算我国的规范是：对于密封式(隔膜式)变压器，总烃产气速率的注意值为0.5mLh。当产气速率达到
42、注意值时，应进行追踪分析。相对产气速率也可用来判断充油变压器内部状况，总烃的相对产气速率大于10时应引起注意。 98四、判断故障性质的三比值法 三比值法是利用气相色谱分析结果中五种特征气体含量的三个比值(C2H2C2H4、CH4H2、C2H4C2H6)来判断变压器内部故障性质。实践表明，采用这一方法判断故障性质的准确率相当高。当采用不完全脱气方法脱气时，各成分(也叫组分)的脱气速率可能相差很大；但在三比值法中，每一对比值之两种气体脱气速率之比都接近于1。所以采用三比值法，克服了因脱气速率的差异所带来的不利影响。99 三比值法按照比值范围，把三个比值以不同的编码来表示，编码规则见表812，100
43、并用比值范围的编码来判断故障性质，见表813。101102 五、判断故障的步骤五、判断故障的步骤 1)将油中气体色谱分析结果的几项主要指标(总烃、乙炔、氢)与注意值进行比较，并分析CO及CO2的含量。 2)当主要指标达到或超过注意值时，应进行追踪分析、查明原因。可根据历次测试记录或重复取样试验的结果，考察其产气速率，从而对变压器内部是否存在故障或故障的程度及其发展趋势作出估计。 3)经上述比较判断，变压器内部可能发生故障时，用判断故障性质的特征气体法或三比值法，对可能存在的故障类型作初步判断。一般用三比值法判断的准确性较高。 103 4)在气体继电器内出现气体的情况下，应将气体继电器内气样分析
44、的结果与油中取出的气体分析的结果进行比较。比较时，首先应把气、液两相气体进行换算，把气体继电器中自由气体各成分浓度，换算成油中气体浓度理论值或相反将油中溶解气体各成分浓度，换算成自由气体浓度理论值。 换算后进行比较。若自由气体各成分含量与油中溶解气体各成分含量近似相等，104则有两种情况： 一是故障气体各成分均很少，说明设备是正常的； 二是溶解气体各成分含量略高于自由气体各成分含量，说明设备存在产气较慢的潜伏性故障。如果气体继电器中的气体各成分含量明显超过油中溶解气体各成分含量，则说明产气源释放气体较多，设备存在产气较快的故障。 5)根据上述结果以及其他检查性试验(例如测量变压器绕组的直流电阻
45、、空载特性试验、绝缘试验、外部检查等)的结果，结合该设备的结构、运行、检修等情况，作综合性分析，判断故障的性质和部位。然后，根据具体情况采取不同措施，如缩短试验周期、加强监视、限制负荷、近期安排内部检查或立即停运检查等。105 补偿装置补偿装置 1串联补偿装置 (1)对1l0kV及以下电网中串联电容补偿装置，主要用于减少线路电压降，降低受端电压波动，提高供电电压水平和质量。而在闭合电网中，则主要用于改善潮流分布，减少有功损耗。 (2)对220kV及以上电网中的串联电容补偿装置，利用其电容抵消部分线性电感，相当于缩短线路的长度，增强系统的稳定性，提高输送能力。 一般将串补装置与线路中间的开关站或
46、变电所合建在一起。当无中间开关站或变电所时，才将串补装置装设在末端变电所中。 106 2并联补偿装置 并联补偿装置分并联电容补偿装置、静补装置、并联电抗补偿装置和超高压并联电抗器和调相机等。 (1)并联电容装置又可分断路器投切和晶闸管投切的并联补偿装置。它们向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压。 当装设电容补偿装置引起的高次谐波含量超过允许值时，应在回路中设置串联电抗器，也可兼作限制涌流电抗器，需要限制短路电流时，还可兼作限流电抗器。 串联电抗器宜选用干式空心电抗器。 107 交流滤波装置，给电网的谐波电流提供一个阻抗近似为零的通路，以降低母线谐波电压
47、，同时，向电网提供可阶梯调节的容性无功时，进一步提高电压质量和抗干扰能力。 (2)静止无功补偿器，它向电网提供可快速无级连续调节的容性和感性无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性和降低工频过电压的功能。 静补装置都是直接连接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变(配)电所、换流站的母线上。 调相机是以往用得较多的补偿装置。此外，在发电厂有时将发电机改作调相机。108 (3)并联电抗补偿装置。它向电网提供可阶梯调节的感性无功，补偿电网的剩余容性无功，保证电压稳定在允许范围内。它一般连接在大型发电厂或变电所的35kV及以下的电压母线上，在发电厂中它常接在
48、联络变压器的低压侧。 (4)超高压并联电抗器，并联在330kV及以上超高压线路上，补偿输电线路的充电功率，以降低系统的工频过电压水平，并兼有减少潜供电流，便于系统并网，提高送电可靠性等功能。109 高压电抗器按用途分类：高压电抗器按用途分类： 1、限流电抗器(主要限制短路电流)， 2、串联电抗器(串联在电容器电路中，用于减少电容器涌流倍数及抑制谐波电压放大，减少系统电压畸变)， 3、中、高压并联电抗器(主要用于补偿输电线的无功容量，维持系统电压稳定，降低系统绝缘水平，提高系统传输能力和效率) 4、超高压并联电抗器(用于补偿电力系统无功容量，降低动态过电压，提高运行可靠性)。 按结构可分为油浸电
49、抗器和干式空芯电抗器。目前两种型式均有产品，超高压系统并联电抗器为油浸式较多(并联电抗器的中性点接地电抗器也可为干式空芯电抗器)，110第十节 高压并联电抗器 高压并联电抗器的作用，是补偿超高压系统容性无功，但它们的原理和结构与变压器基本相同，为了绝缘的需要，一般都做成单相铁芯式，外形和结构与变压器相仿，使用时直接接在系统上，见图817。 并联电抗器只有一个绕组，为了使绕组的电抗为常数，所以必须在铁芯电抗器的磁路中加入若干个间隙(见图817)，使其回路导磁率以非磁物质为主导，避免铁芯饱和的影响。间隙用瓷柱或电工纸板分隔。111112 第十一节第十一节 互感器互感器互感器是电力系统中获取电气一次
50、回路信息的传感器。有电流互感器（TA）和电压互感器（TV）两大类，电磁式互感器有一个一次绕组，多个二次绕组。它将高电压、大电流，根据电磁感应原理，按比例变成低电压和小电流的测量信号。其一次绕组直接接在高压系统中，二次绕组则根据不同要求，分别接入各种测量设备，如仪表、继电保护和自动装置等。 互感器的作用如下： (1)使高压装置与测量设备在电气方面很好的隔离，保证设备和工作人员的安全； (2)使测量设备标准化和小型化，并可采用小截面电缆进行远距离测量；113(3)当电路上发生短路时，保护测量设备不受大电流的损害； (4)能使用简单而经济的标准化测量设备，并使二次回路接线简单化。为充分发挥互感器的作
