04.18 變壓器概述

一、

變壓器工作原理

變壓器是根據電磁感應原理製成的。在同意頻率的情況下,用來改變交流電壓和電流而且能傳輸交流電能的一種靜止的電氣設備。它既能改變線路的電壓和電流,又能同時輸出各種不同的電壓數值。

二、變壓器的分類

1、按相數分為:單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

2、按繞組數分為:雙繞組、三繞組和自耦變壓器。

3、按調壓(電壓分接頭切換)方式分為:帶負荷(有勵磁、有載)調壓變壓器與無負荷(無勵磁、無載)調壓變壓器。

4、按其用途分為:電力變壓器、試驗變壓器、測量變壓器(電壓、電流互感器)、調壓器、特種變壓器(電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、控制變壓器、衝擊變壓器)。

5、按其作用分為:升壓變壓器、降壓(配電)變壓器和聯絡變壓器。

6、按絕緣介質分為:油浸式變壓器、乾式變壓器,氣體絕緣變壓器等。

7、按冷卻方式分為:油浸式變壓器(油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環風冷、強迫油循環水冷)、乾式變壓器和充氣式變壓器。

8、按鐵芯結構分為:芯式變壓器和殼式變壓器。

9、按中性點絕緣水平分為:全絕緣變壓器和半絕緣變壓器。

單相變壓器

每臺為一相,三臺連接成三相。每臺重量輕,便於運輸,需要備用時,只設一臺即可。在容量相同時,用三臺單相變壓器比一臺相變壓器投資大,材料消耗多。

三相變壓器

一臺有三相,材料省,造價低,損耗小。目前一般採用三相變壓器,只有在大容量變壓器運輸困難時,才採用由三臺單相變壓器連接成的變壓器組。

雙繞組變壓器

高、低壓側每相各有一個繞組。

三繞組變壓器

每相各有三個繞組,從一個電壓可以同時變換成兩個不同電壓,如一次側電壓為110千伏,可以通過三繞組變壓器降壓為35千伏和10千伏。三繞組變壓器的一次繞組的容量必大於或等於二、三次繞組的容量。三個繞組的容量百分比按高壓、中壓和低壓順序有//、//.和/./三種,此時,二、三次側不能均滿載運行。一般三次繞組電壓較低,多用於近區供電或接補償設備。三繞組變壓器有三個電壓比和三個阻抗值。

自耦變壓器

高、低壓側每相共用一個繞組,即從高壓繞組中間抽頭作為低壓繞組的出線。一般用於高低電壓比等於或小於2:1者(如220千伏變為110千伏),可節省材料,減少損耗。

變壓器的電壓需與電力系統的電壓相適用,為了在不同負荷情況下保持合格的電壓,有時需要切換變壓器的電壓分接頭。至少有兩個繞組並具有公共部分的變壓器稱為自耦變壓器。自耦變壓器目前在超高壓電網中應用很多。

電力變壓器

電力變壓器大多是三相變壓器,小容量的和大容量的電力變壓器也有單相的。

油浸式變壓器

把繞組和鐵芯整個浸泡在油中,用油做為介質散熱,。因容量和工作環境不同,油浸式變壓器可以分為自然冷卻式、強迫風冷式、強迫油循環風冷式等。

乾式變壓器

把繞組和鐵芯置於氣體(空氣或六氟化硫氣體)中,為了使鐵芯和繞組結構更穩固,還採用環氧樹脂澆注。乾式變壓器造價比油浸式變壓器高,一般用於防火要求高的場所,建築物內的變配電所要求使用乾式變壓器。

電力變壓器大多是三相變壓器,小容量的和大容量的電力變壓器也有單相的。由於電力變壓器容量較大,工作溫度較高,因此要採用不同的結構方式加強散熱,常用的有油浸式和乾式兩大類。

三、變壓器的構成

變壓器的構造變壓器的主要組成部分有繞組、鐵芯、油箱、套管、變壓器油以及冷卻裝置等。

例如油浸式變壓器基本構件有:高壓套管;低壓套管;分接開關;油箱;鐵芯;繞組及絕緣;放油閥門;小車;接地螺栓;信號式溫度計;銘牌;吸溼器;儲油櫃(油枕);油位計;安全氣道;氣體繼電器。

油浸式變壓器的繞組和鐵芯叫做器身。油浸式變壓器器身構件有:鐵軛;上夾件;上夾件絕緣;壓釘;絕緣紙圈;壓板;方鐵;下鐵軛絕緣;平衡絕緣;下夾件加強筋;下夾件上肢板;下夾件下肢板;下夾件腹板;鐵軛螺桿;鐵芯柱;絕緣紙筒;油隙撐條;相間隔板;高壓繞組;角環;靜電環;低壓繞組。油浸式變壓器的其他附件有油箱、油枕、分接開關、安全氣道、氣體繼電器和絕緣套管等。這些附件對變壓器安全可靠運行是必不可少的。

油箱

油浸式電力變壓器的外殼就是油箱。油箱中盛滿變壓器油,變壓器油既是絕緣介質,也是冷卻介質。變壓器油箱保護鐵芯和繞組不受外力及潮氣的侵蝕,並通過變壓器的對流,將運行中鐵芯和繞組產生的熱量傳遞給箱壁,在箱壁的外側裝有散熱管,箱內熱油通過箱壁和散熱管,將熱量散放到周圍的空氣中去,對油進行冷卻。散熱管制造工藝較複雜,目前有不少電力變壓器採用波紋油箱結構。由於變壓器油起絕緣和冷卻散熱作用,所以對變壓器油的質量和技術性能有較高要求。一般有以下要求:絕緣強度高;粘度小;化學性能穩定;起燃點高;不含雜質;滅弧性能好。在補充和換用變壓器油時,必須注意油號相同。

油枕

油枕又稱儲油櫃,它是一個圓筒形的容器,裝在油箱頂蓋上部,通過管道與變壓器的油箱接通,變壓器油從油箱充滿到油枕的一半,整個變壓器油的油麵升降被限制在油枕中。外界空氣經過存有氯化鈣等乾燥劑的吸溼器(又名呼吸器),將潮氣吸除後通入油枕上部與變壓器的油麵接觸,進行自然流通,油箱內部與外界空氣隔絕,避免了潮氣侵入,降低了變壓器油的氧化速度。油枕上裝有油表,通過油表可監視油麵高低。油枕底部有沉積器,用來沉積侵入油枕的汙物,以便定期排除。

安全氣道

安全氣道又名防爆管,裝在油箱頂蓋上部,它是一個長鋼筒,上端裝有防爆膜。當變壓器內部發生嚴重故障而產生大量氣體,使油箱內部的壓力超過一定值時,油流和氣體便衝破防爆管的防爆膜向外噴出,這樣就可避免油箱受到強大的壓力而爆裂。

氣體繼電器

氣體繼電器俗稱瓦斯繼電器。它裝在油箱和油枕之間的管道中。當變壓器油箱內,變壓器繞組發生匝間短路、局部放電等故障時,周圍的變壓器油就會被分解產生氣體,氣體從油箱經過氣體繼電器進入油枕,跑到空氣中去,氣流帶動氣體繼電器的動作機構。變壓器內部故障越嚴重,產生的氣體越多,衝動氣體繼電器就越利害,當故障嚴重程度達到一定時,氣體繼電器便動作,發出報警信號,通常稱為輕瓦斯動作。當變壓器內部出現嚴重故障將損壞設備,影響安全運行時,由於這時產生的氣流已很大,衝動氣體繼電器,氣體繼電器動作使其自動切斷電源將變壓器停止運行,保護變壓器安全。這就是通常說的重瓦斯動作。由上述分析可知,氣體繼電器是反映變壓器油箱內部故障的重要保護裝置。

分接開關

變壓器運行時,其輸出電壓是隨輸入電壓的高低和負載電流的大小及性質而變動的。在電力系統中,為了使變壓器的輸出電壓控制在允許的變化範圍內,變壓器原繞組的匝數要求能在一定範圍內進行調節,所以原繞組一般都備有抽頭,即分接頭。分接開關與不同分接頭相連接,改變分接開關的位置就可改變原繞組的匝數,達到調節電壓的目的。分接開關分為無載調壓與有載調壓兩種形式。

絕緣套管

絕緣套管由外部的瓷套與中心的導電杆組成。絕緣套管穿過油箱頂蓋,其中導電杆在油箱中的一端與變壓器繞組的出線端聯接,在油箱外的一端與線路聯接。絕緣套管使變壓器的高低壓繞組的引出線與變壓器箱體絕緣。絕緣套管一般做成多級傘形,這是為了增加表面放電距離。


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