任务描述

图3-1所示为电力变压器示意图。了解电力变压器在电力系统中的地位和作用，掌握电力变压器的类型和基本结构；正确分析电力变压器型号含义和参数特征；理解电力变压器的运行方式；了解电力变压器的选择方法。

图3-1　电力变压器示意图

任务分析

本任务的主要目的是熟悉电力变压器的常见分类、主要部件、维护所需要的基本理论和基本知识。通过网络、图书馆查询等形式，认识工厂供配电系统的组成，明白为什么电能能够得到广泛的应用？电能怎样输送和分配的？工厂供电的基本要求是什么？

知识学习

3.1.1 认识电力变压器

1.变压器定义及简介

电力变压器是一种静止的电气设备，用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。其主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kV·A或MV·A表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。较为节能的电力变压器是非晶合金铁芯配电变压器，其最大优点是空载损耗值特别低。最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁芯本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理地选取非晶合金的特性参数。

变压器是用来变换交流电压、电流而传输交流电能的一种静止的电气设备，它是根据电磁感应的原理实现电能传递的。变压器就其用途可分为电力变压器、试验变压器、仪用变压器及特殊用途的变压器：电力变压器是电力输配电、电力用户配电的必要设备；试验变压器是对电气设备进行耐压（升压）试验的设备；仪用变压器作为配电系统的电气测量、继电保护之用（PT、CT）；特殊用途的变压器有冶炼用电炉变压器、电焊变压器、电解用整流变压器、小型调压变压器等。

2.三相油浸式电力变压器

三相油浸式电力变压器外形结构如图3-2所示。

图3-2　三相油浸式电力变压器外形结构

1—信号式温度计；2—铭牌；3—吸湿器；4—储油柜；5—油标；6—防爆管； 7—气体继电器；8—高压套管；9—低压套管；10—分接开关； 11—油箱及散热油管；12—铁芯；13—绕组及绝缘； 14—放油阀；15—小车；16—接地端子

3.分类

电力变压器按用途分为升压变压器（发电厂6.3/10.5 kV或10.5/110 kV等）、联络变压器（变电站间用220/110 kV或110/10.5 kV）、降压变压器（配电用35/0.4 kV或10.5/0.4 kV）。

电力变压器按相数分为单相、三相变压器。

电力变压器按绕组分为双绕组变压器（每相装在同一铁芯上，原、副绕组分开绕制、相互绝缘），三绕组变压器（每相有三个绕组，原、副绕组分开绕制、相互绝缘），自耦变压器（一套绕组中间抽头作为一次或二次输出）。三绕组变压器要求一次绕组的容量大于或等于二、三次绕组的容量。三绕组容量的百分比按高压、中压、低压顺序有 100/100/100、100/50/100、100/100/50，要求二、三次绕组均不能满载运行。一般三次绕组电压较低，多用于近区供电或接补偿设备，用于连接三个电压等级。自耦变压器有升压或降压两种，因其损耗小、质量轻、使用经济，为此在超高压电网中应用较多。小型自耦变压器常用的型号为400/36 V（24 V），用于安全照明等设备供电。

电力变压器按绝缘介质分为油浸式变压器（阻燃型、非阻燃型），干式变压器，110 kV SF6气体绝缘变压器等，如图3-3～图3-6所示。

图3-3　干式电力变压器

图3-4　S11全密封油浸式配电变压器

图3-5　非晶态合金铁芯变压器

图3-6　耐高温液浸变压器

4.主要部件

普通变压器的原、副边线圈是同心地套在一个铁芯柱上，内为低压绕组，外为高压绕组。电焊机变压器原、副边线圈分别装在两个铁芯柱上。

变压器在带负载运行时，当副边电流增大时，变压器要维持铁芯中的主磁通不变，原边电流也必须相应增大来达到平衡副边电流。

变压器二次有功功率一般等于变压器额定容量（kV·A）× 0.8（变压器功率因数）kW。

电力变压器主要有：

（1）吸潮器（硅胶筒）内装有硅胶，储油柜（油枕）内的绝缘油通过吸潮器与大气连通，干燥剂吸收空气中的水分和杂质，以保持变压器内部绕组的良好绝缘性能；硅胶变色、变质易造成堵塞。

（2）油位计反映变压器的油位状态，一般在 + 200左右，过高需放油，过低则加油；冬天温度低、负载轻时油位变化不大，或油位略有下降；夏天，负载重时油温上升，油位也略有上升；二者均属正常现象。

（3）油枕调节油箱油量，防止变压器油过速氧化，上部有加油孔。

（4）防爆管防止突然事故对油箱内压力骤增造成爆炸危险。

（5）信号温度计监视变压器运行温度，发出信号。指示的是变压器上层油温，变压器线圈温度要比上层油温高10 ℃。国标规定：变压器绕组的极限工作温度为105 ℃（即环境温度为40 ℃时），上层温度不得超过95 ℃，通常以监视温度（上层油温）设定在85 ℃及以下为宜。

（6）分接开关通过改变高压绕组抽头，增加或减少绕组匝数来改变电压比。

因为U1/U2=W1/W2，U1W2=U2W1，所以U2=U1W2/W1。

一般变压器均为无载调压，需停电进行：常分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三挡， + 5%、0%、-5%（一次为10.5 kV、10 kV、0.95 kV，二次为380 V、400 V、420 V），出厂时一般置于Ⅱ挡。

（7）瓦斯信号继电器：（气体继电器）轻瓦斯、重瓦斯信号保护。上接点为轻瓦斯信号，一般作用于信号报警，以表示变压器运行异常；下接点为重瓦斯信号，动作后发出信号的同时使断路器跳闸、掉牌、报警。一般瓦斯继电器内充满油说明无气体，油箱内有气体时会进入瓦斯继电器内，达到一定程度时，气体挤走贮油使触点动作。打开瓦斯继电器外盖，顶上有两调节杆，拧开其中一帽可放掉继电器内的气体；另一调节杆是保护动作试验钮；带电操作时必须戴绝缘手套并强调安全。

5.铭牌值

为了使变压器经济、安全地运行，并保证一定的使用寿命，生产商通常会对其产品规定额定值，并在设备出厂前根据额定值进行产品试验，把按额定运行的数据标注在变压器铭牌上，如表3-1所示。

表3-1　某厂家变压器铭牌

续表

6.相关技术术语及数据

额定容量是变压器在额定运行条件下，变压器输出能力的保证值，即

式中：UL——变压器低压侧线电压（V）；

IL——变压器低压侧线电流（A）。

额定电压是变压器在额定运行条件下，根据变压器绝缘强度、允许温升所规定的原、副边电压值。

线圈温升是变压器温度与周围介质温度的差值。

油浸变压器：① 线圈温升65 ℃（冷却介质最高温度40 ℃）；② 油温温升55 ℃（最高顶层油温95 ℃，冷却介质最高温度40 ℃）。

干式变压器：线圈温升100 ℃（F级绝缘），80 ℃（B级绝缘），环境温度不高于40 ℃。

阻抗电压也称为短路电压，即当一个线圈短路，在另一线圈达到额定电流时，所施加的电压，一般以额定电压的百分数表示。短路电压值的大小在变压器运行中有极其重要的意义，它是考虑短路电流、继电保护特性及变压器并联的依据。

短路损耗是一个线圈通过额定电流，另一个线圈短路时，所产生的损耗（单位用W或kW表示）。短路损耗是电流通过电阻产生的损耗，即铜损。

空载损耗是变压器在空载状态下的损耗（因空载电流及一次绕组电阻很小，铜损可忽略，基本等于铁损）。

空载电流为当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，其中所通过的电流。通常以额定电流的百分数表示：I0%=I0/IN×100%，变压器容量越大，其空载电流越小。

3.1.2 维护及使用电力变压器

1.送电

（1）新变压器除厂家进行出厂试验外，安装竣工投运前均应现场吊芯检查；大修后也一样（短途运输没有颠簸时可不进行，但应做耐压等试验）。

（2）变压器停运半年以上时，应测量绝缘电阻，并做油耐压试验。

（3）变压器初次投入应做≤5次全电压合闸冲击试验，大修后为≤3次，同时应空载运行24 h无异常，才能逐步投入负载；并做好各项记录。目的是检查变压器绝缘强度能否承受额定电压或运行中出现的操作过电压，也是考核变压器的机械强度和继电保护动作的可靠程度。

（4）新装和大修后的变压器绝缘电阻，在同一温度下，应不低于制造厂试验值的70%。

（5）为提高变压器的利用率，减少变损，变压器负载电流为额定电流的75%～85%时较为合理。

2.巡检

变配电所有人值班时，每班巡检一次，无人值班可每周一次；负荷变化剧烈、天气异常、新安装及变压器大修后，应增加特殊巡视，周期不定。

（1）负荷电流是否在额定范围之内，有无剧烈的变化，运行电压是否正常。

（2）油位、油色、油温是否超过允许值，有无渗漏油现象。(www.daowen.com)

（3）瓷套管是否清洁，有无裂纹、破损和污渍、放电现象，接触端子是否有变色、过热现象。

（4）吸潮器中的硅胶变色程度是否已经饱和，变压器运行声音是否正常。

（5）瓦斯继电器内是否有空气，是否充满油，油位计玻璃是否破裂，防爆管的隔膜是否完整。

（6）变压器外壳、避雷器、中性点接地是否良好，变压器油阀门是否正常。

（7）变压器间的门窗、百叶窗铁网护栏及消防器材是否完好，变压器基础是否变形。

3.运行维护

变压器的运行维护主要包括四方面的内容：基本要求、设备倒闸操作、巡视检查及事故处理。

1）基本要求

（1）高压维护人员必须持证上岗，无证者无权操作。

（2）需停电检修时，应报主管部门批准，并通知用户后进行。

（3）室外油浸变压器应每年检测绝缘油一次，室内油浸变压器应每二年检测绝缘油一次。

2）设备倒闸操作

变压器倒闸操作顺序：停电时先停负荷侧，后停电源侧；送电时与上述操作顺序相反。

（1）从电源侧逐级向负荷侧送电，如有故障便于确定故障范围，及时做出判断和处理，以免故障蔓延扩大。

（2）多电源的情况下，先停负荷侧可以防止变压器反充电。若先停电源侧，遇有故障可能造成保护装置误动。

3）巡视检查

根据变电安全运行规程要求，运行值班人员除交接班需要进行巡视检查外，一次变电所每班应巡视检查5次。巡视检查项目如下：

（1）变压器温度及声音是否正常，有无异味、变色、过热及冒烟等现象。油浸变压器的上层油温根据生产厂家的规定最高不超过95 ℃（允许温升55 ℃），为防止变压器油过快劣化，上层油温不宜超过85 ℃。

（2）保持瓷瓶、套管、磁质表面清洁，观察有无裂纹破损、放电现象。油浸变压器的油位应合乎标准、颜色正常、无漏油喷油现象。

（3）干式变压器的风机运转声音及温控器指示是否正常。

（4）变压器高、低压接地的接线处是否接触良好，有无变色现象。

4）变压器的事故处理

（1）发现下列情况之一者应立即停止运行：

① 内部异响很大，并有爆裂声。

② 正常冷却情况下，温度急剧上升。

③ 油枕和防爆桶喷油、冒烟（油浸变压器）。

④ 严重漏油，已看不到油位（油浸变压器）。

⑤ 变压器冒烟、着火。

⑥ 套管有严重破裂及放电现象。

⑦ 接线端子熔断，出现断相运行。

（2）处理步骤：

① 首先按照倒闸操作顺序，断开变压器高、低压侧开关，并做好安全措施。

② 变压器上盖着火时，打开底部油门，使其低于着火处。

（3）允许向主管部门联系后再处理的事故及其处理步骤：

① 变压器负荷超过运行规程规定时，应及时报告上级负责人，并注意监测负荷及温度。

② 声音异常、端子过热或发红熔化，应及时报告上级负责人，以便及时采取措施。

③ 变压器温度超过允许温升，应尽快查明原因。检查三相负荷是否平衡（是否有匝间短路现象），变压器的冷却装置是否正常，有载调压器分接开关是否接触不良，变压器铁芯硅钢片间是否短路。

（4）油浸变压器轻瓦斯动作，发出告警信号及信号继电器掉牌时的处理：

① 首先查明原因：是否漏油导致油面降低，变压器故障而产生少量气体，变压器内部短路故障引起油温升高，瓦斯继电器内部有无气体，二次回路和瓦斯保护装置。

② 处理方法：立即关闭告警信号，恢复信号牌并将开关把手转向开闸位置，并断开重瓦斯保护的跳闸压板。若是瓦斯继电器内部故障，则应及时更换。

4.定期保养

（1）油样化验——耐压、杂质等性能指标每三年进行一次，变压器长期满负荷或超负荷运行者可缩短周期。

（2）高、低压绝缘电阻不低于原出厂值的 70%（10 MΩ），绕组的直流电阻在同一温度下，三相平均值之差不应大于2%，与上一次测量的结果比较也不应大于2%。

（3）变压器工作接地电阻值每二年测量一次。

（4）停电清扫和检查的周期，根据周围环境和负荷情况确定，一般半年至一年一次；主要内容有清除巡视中发现的缺陷、瓷套管外壳清扫、破裂或老化的胶垫更换、连接点检查拧紧、缺油补油、呼吸器硅胶检查更换等。

5.电力变压器接地

（1）变压器的外壳应可靠接地，工作零线与中性点接地线应分别敷设，工作零线不能埋入地下。

（2）变压器的中性点接地回路，在靠近变压器处应做成可拆卸的连接螺栓。

（3）装有阀式避雷器的变压器其接地应满足三位一体的要求，即变压器中性点、变压器外壳、避雷器接地应连接在一处共同接地。

（4）接地电阻应≤4 Ω。

6.故障解决

1）焊接处渗漏油

主要是焊接质量不良，存在虚焊、脱焊，焊缝中存在针孔、砂眼等缺陷，电力变压器出厂时因有焊药和油漆覆盖，运行后隐患便暴露出来；另外，由于电磁振动会使焊接振裂，造成渗漏。对于已经出现渗漏现象的，首先找出渗漏点，不可遗漏。针对渗漏严重部位可采用扁铲或尖冲子等金属工具将渗漏点铆死，控制渗漏量后将治理表面清理干净，大多采用高分子复合材料进行固化，固化后即可达到长期治理渗漏的目的。

2）密封件渗漏油

密封不良原因，通常箱沿与箱盖的密封是采用耐油橡胶棒或橡胶垫密封的，如果其接头处处理不好会造成渗漏油故障。有的是用塑料带绑扎，有的直接将两个端头压在一起，由于安装时滚动，接口不能被压牢起不到密封作用，仍是渗漏油，可用福世蓝材料进行黏接，使接头形成整体，渗漏油现象得到很大的控制；若操作方便，也可以同时将金属壳体进行黏接，达到渗漏治理目的。

3）法兰连接处渗漏油

法兰表面不平，紧固螺栓松动，安装工艺不正确，使螺栓紧固不好而造成渗漏油。先将松动的螺栓进行紧固后，对法兰实施密封处理，并针对可能渗漏的螺栓也进行处理，达到完全治理的目的。对松动的螺栓进行紧固，必须严格按照操作工艺进行操作。

4）螺栓或管子螺纹渗漏油

出厂时加工粗糙，密封不良，电力变压器密封一段时间后便产生渗漏油故障。采用高分子材料将螺栓进行密封处理，达到治理渗漏的目的。另一种办法是将螺栓（螺母）旋出，表面涂抹福世蓝脱模剂后，再在表面涂抹材料后进行紧固，固化后即可达到治理的目的。

5）铸铁件渗漏油

渗漏油主要原因是铸铁件有砂眼及裂纹所致。针对裂纹渗漏，钻止裂孔是消除应力避免延伸的最佳方法。治理时可根据裂纹的情况，在漏点上打入铅丝或用手锤铆死。然后用丙酮将渗漏点清洗干净，用材料进行密封。铸造砂眼则可直接用材料进行密封。

6）散热器渗漏油

散热器的散热管通常是用有缝钢管压扁后经冲压制成，在散热管弯曲部分和焊接部分常产生渗漏油，这是因为冲压散热管时，管的外壁受张力，其内壁受压力，存在残余应力所致。将散热器上下平板阀门（蝶阀）关闭，使散热器中油与箱体内油隔断，降低压力及渗漏量。确定渗漏部位后进行适当的表面处理，然后采用福世蓝材料进行密封治理。

7）瓷瓶及玻璃油标渗漏油

通常是因为安装不当或密封失效所致。高分子复合材料可以很好地将金属、陶瓷、玻璃等材质进行黏接，从而达到渗漏油的根本治理。

7.保护选择

（1）变压器一次电流=S/（1.732 × 10），二次电流=S/（1.732 × 0.4）。

（2）变压器一次熔断器选择等于1.5～2倍变压器一次额定电流（100 kV·A以上变压器）。（3）变压器二次开关选择等于变压器二次额定电流。

（4）800 kV·A及以上变压器除应安装瓦斯继电器和保护线路，系统回路还应配置相适应的过电流和速断保护；定值整定和定期校验。

任务检查

按表3-2对任务完成情况进行检查记录。

表3-2　任务完成情况检查记录表