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110kv电力变压器基础知识培训(2014.2)


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110KV变压器培训

永济电机高级技工学校 许艳妮

110KV变压器

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110KV变压器培训

永济电机高级技工学校 许艳妮

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安全技术培训中心

电力变压器基础知识
?变压器用途与分类

?变压器的结构
?变压器的工作原理

?变压器的铭牌与额定值
?变压器的运行、维护与检查

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第一节
一、用途

用途与分类

电力变压器是发电厂和变电所的主要 设备之一。变压器在电力系统中的作用是 变换电压。电压经升压变压器升压后,可 以减少线路损耗,提高送电的经济性,达 到远距离送电的目的。而降压变压器则能 把高电压变为用户所需要的各级使用电压, 满足用户需要。

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二、分类

1、电力变压器按功能分: 电力变压器按功能分,有升压变压器和 降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压 变压器。终端变电所的降压变压器,也称配 电变压器。

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2、电力变压器按相数分 有三相变压器和单相变压器。 在工厂变电所中一般都用三相变压器。 3、电力变压器按结构型式分 有铁芯式变压器和铁壳式变压器。 如果绕组包在铁芯外围,则为铁芯式变压器; 如果铁芯包在绕组外围,则为铁壳式变压器。 4、电力变压器按调压方式分 有无载调压和有载调压变压器两大类。 用户(变电所)大多采用无载调压变压器

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5、电力变压器按绕组形式分 有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器三大 类。用户(变电所)大多采用双绕组变压器。 6、电力变压器按冷却介质分 有干式和油浸式变压器两类。 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)式三种类型。 一般工厂变电所多采用油浸自冷式或油浸风冷式变 压器。 7、电力变压器按其绕组导体材质分 有铜绕组和铝绕组两种类型。

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第二节 变压器的结构
电力变压器指 的是电力系统一 次回路中供输、 配、供电用的变 压器。

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常见的两种变压器:

干式变压器

油浸式变压器

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油浸式电力变压器结构

油 浸 式 电 力 变 压 器

器身 油箱

铁心、绕组、绝缘结构、引线、分接开关

油箱本体(箱盖、箱壁、箱底)和附件(放 油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌

冷却装置 散热器和冷却器
储油柜(油枕)、油位表、防爆管(安全气 保护装置 道)、吸湿器(呼吸器)、温度计、净油器、 气体继电器(瓦斯继电器)

出线装置

高压套管、低压套管
11

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变压器基本结构

变压器符号

中国北车集团永济电机厂安全技术培训中心 110kV 油浸式电力变压器内部结构图

油 浸 式 电 力 变 压 器 内 部 结 构 图

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?

变压器的主体构造:

1、铁芯

2、绕组

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变压器铁心结构

铁芯结构:铁芯在电力变压器中是重要的组成部件之一。 它由高导磁的硅钢片叠积和钢夹件夹紧而成,铁心具有 两个方面的功能。 在原理上,铁心是构成变压器的磁路。它把一次电 路的电能转化为磁能,又把该磁能转化为二次电路的电 能,因此,铁心是能量传递的媒介体。 在结构上,它是构成变压器的骨架。在它的铁心柱 上套上带有绝缘的线圈,并且牢固地对它们支撑和压紧。 铁芯由铁芯柱和铁轭两部分组成。铁芯的结构一般分 为心式和壳两类。

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心式 1-铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4、5-高低压绕组

壳式 1-铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4-旁轭 5,6-高低绕组

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变压器铁心结构
铁心的作用:是变压 器的主磁路、骨架 铁心的材料: 0.35~0.5mm厚的 硅钢片

铁心形式:电力变压 器主要采用心式结 构

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变压器绕组
?

绕组是变压器的电路部分,
采用铜线或铝线绕制而成, 原、副绕组同心套在铁芯柱 上。

?

为便于绝缘,一般低压绕组 在里,高压绕组在外,但大 容量的低压大电流变压器,

考虑到引出线工艺困难,往
往把低压绕组套在高压绕组 的外面。

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变压器绕组结构
绕组作用: 绕组是变压器的 电路部分 绕组材料:

铜或铝导线包绕 绝缘纸以后绕制 而成。

变压器附件 中国北车集团永济电机厂安全技术培训中心
1-铭牌; 2-信号式温度计

3-吸湿器;
5-储油柜;

4-油标;
6-安全气道

7-气体继电器; 8-高压套管; 9-低压套管; 11-油箱; 13-器身; 15-小车 10-分接开关; 12-放油阀门; 14-接地板;

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一、变压器---油枕
位于变压器油箱的上方,通过气体继电器与油箱 相通。 油枕的作用: 调节油量,保证变压 器油箱内经常充满油 ;减小油和空气的接 触面,防止油受潮或 氧化速度过快。

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二、变压器---气体继电器
气体继电器(也称瓦斯继 电器), 安装在变压器油管箱与储 油柜之间连接有关的中部。 作用: 主要是变压器内部发 生故障时给出信号或切断 电源的保护装置

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气体继电器
在变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁芯 事故等)产生气体或油箱漏油使油面降低时,接通信号 或跳闸回路,使有关装置发出报警信号或变压器从电网 中切除,从而保护变压器。

气体继电器(也称瓦斯继电器)动作原理
正常时两个开口杯都浸在油内,开口杯与平衡锤 平衡。永久磁铁距干簧接点较远,干簧接点是断开的, 瓦斯继电器不动作。当变压器轻微故障时,电弧使油 产生的气体顺油箱顶部进入连通管,聚积在继电器上 部,迫使油面下降,上开口杯也随着下降,使永久磁 铁趋近于干簧接点,当气体体积达到250~300cm3范围 内时,干簧接点接通,发出轻瓦斯动作信号。当变压 器严重故障时,油在强电弧作用下剧烈膨胀,油气流 速达到0.6~1.5m/s时,干簧接点闭合,重瓦斯动作 发出跳闸信号。

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三、油箱 油箱是有钢板焊成 的,如右图11所示。 油浸变压器的器身 就是装在充满变压 器油的油箱内的。 变压器油既是一种 绝缘介质,又是一 种冷却介质。

中国北车集团永济电机厂安全技术培训中心 四、分接开关
变压器调压是在变压器 的某一绕组上设置分接 头,当变换分接头时就 减少或增加了一部分线 匝,使带有分接头的变 压器绕组的匝数减少或 增加,其他绕组的匝数 没有改变,从而改变了 变压器绕组的匝数比。 绕组的匝数比改变了, 电压比也相应改变,输 出电压就改变,这样就 达到了调整电压的目的。

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一般情况下分接开关是 在高压绕组上,因为高 压绕组常套在外面,引 出分接头方便;另外高 压侧电流小,引出的分 接引线和分接开关的载 流部分截面积小,开关 接触部分也容易解决。

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五、高、低压绝缘套管

变压器内部的 高低压引线是 经绝缘套管引 到油箱外部的, 它起着固定引 线和对地绝缘 的作用。

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六、安全气道

其出口用玻璃防爆膜封住,当变压器内部发 生严重故障,而气体继电器失灵时,油箱内部的 气体便冲破防爆膜从安全气道喷出,保护变压器 不受严重损害。

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七、变压器---吸湿器
吸湿器又名呼 吸器,常用吸湿器 为吊式吸湿器结构。 吸湿器内装有吸附 剂硅胶,油枕内的 绝缘油通过吸湿器 与大气连通,内部 吸附剂吸收空气中 的水分和杂质,以 保持绝缘油的良好 性能。
1-连接管 2-螺钉 3-法兰盘 4-玻璃管 5-硅胶 6-螺杆 7-底座 8-底罩 9-变压器 油

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吸湿器 吸湿器内装有用氯 化钙或氯化钴浸渍 过的硅胶,它能吸 收空气中的水分。 分为白色硅胶和蓝 色硅胶,当受潮到 一定的程度时,白 色不变色,蓝色硅 胶变为粉红色。

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吸湿器的作用是提供变压器在 温度变化时内部气体出入的通道, 解除正常运行中因温度变化产生对 油箱的压力。 吸湿器内硅胶的作用是在变压 器温度下降时对吸进的气体去潮气。 油封杯的作用是延长硅胶的使 用寿命,把硅胶与大气隔离开,只 有进入变压器内的空气才通过硅胶。 干燥器吸潮达到饱和状态时呈 谈红色。饱和的硅胶在140℃高温 下烘焙8h后康恢复使用。

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八、温度计

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九、冷却装置
在变压器运行时, 由绕组和铁芯中产 生的损耗转化为热 量,必须及时散热。 以免变压器过热造 成事故。所以冷装 置 是起散热作用的。

110kV油浸式电力变压器风机

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第三节 变压器的工作原理
工作原理: 电力变压器是静止的电气设备,电力变压器的电 磁部分由铁芯和线圈组成。变压器可将一种电压

的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电
能。 基本原理是电生磁和磁生电的作用。

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?

与电源相连的线圈,接收

交流电能,称为一次绕组
用U1,I1,E1,N1表示;
?

与负载相连的线圈,送出 交流电能,称为二次绕组 用U2,I2,E2 ,N2表示;

?

同时交链一次,二次绕组
的磁通量的相量为 Fm ,该 磁通量称为主磁通;

变压器原理图

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?

?

一次绕组接上交流电 源→交流电流通过→ 铁心中产生交变磁通 →交变磁通在闭合磁 路中同时穿过一次绕 组和二次绕组→二次 绕组中产生互感电动 势。 如果二次绕组接 有负载构成闭合回路 ,就有感应电流流过 负载。

变压器原理图

?

若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时 值均按正弦规律变化,则有 不计铁心损失,根据能量守恒原理可得 由此得出一次、二次绕组电压和电流有效 值的关系: 令 K=N1/N2,称为匝比(亦称电压比), 则

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? ?

?

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1.变压原理
若主磁通的变化率为 ,由电磁感应定律可得:

有效值分别为:

理想变压器一次、二次绕组端 电压之比等于绕组的匝数比。

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降压变压器

升压变压器

隔离变压器

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2.变流原理

变压器工作时,一次、二次绕组中的电流 跟匝数成反比。

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例如:常用变压器
三相变压器

三相干式 变压器
21:18

三相油浸式 变压器

示意图

电路符号

43

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第四节 变压器的铭牌和额定值
变压器的铭牌数据是制造厂对变压器 正常工作时所作的使用规定。变压器的 额定值就标注在铭牌上,变压器按额定 值运行称为额定运行。 电力变压器的铭牌上主要标注了以下 各项:变压器型号,额定视在功率,额 定电压,额定电流,频率,相数,接线 图与连接组别,阻抗电压,冷却方式等。

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每台变压器都有一铭牌,上面标注着型号、额定值及 其它数据,便于用户了解变压器的运行性能。
产品型号 额定容量 额定电压 额定电流 额定频率 相 数 联接组别 制造厂 电力变压器 SL7-315/10 产品编号 315kV· A 使用条件 户外式 10000/400V 冷却条件 ONAN 18.2/454.7A 短路电压 4% 50 Hz 器身吊重 765kg 三相 油 重 380kg Y yno 总 重 1525kg 生产日期

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变压器铭牌和参数
1.型号
变压器的型号分两部分,前部分由汉语拼音字母组成 ,代表变压器的类别、结构特征和用途,后一部分由数字组 成,表示产品的容量(kVA)和高压绕组电压(kV)等级。 相数表示:D-单相;S-三相。 冷却方式表示: J-油浸自冷;F-油浸风冷;FP-强迫油 循环风冷;SP-强迫油循环水冷。 电压级数表示:S-三级电压;无S表示两级电压。 其他:0-全绝缘;L-铝线圈或防雷;0-自耦;Z-有载调 压

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- / U1N 防护代号

设计序号

SN

调压方式 :Z(有载调压) 导线材料 :L(铝绕组)

绕组数:S(三绕组) 循环方式(自然循环不标,P表示强迫循环) 冷却方式 F(风冷)G(干式空气自冷) C(干式浇注绝缘);F(油浸风冷) ,油浸自冷不标 相数:D(单相)S(三相) 绕组耦合方式(一般不标, O表自耦)

例:S11-160/10 SFL1-10000/110;SFPS-63000/220

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2、额定容量SN:
?

它是变压器额定工作条件下输出能力的保证

值,是额定视在功率,单位有:伏安(V?A
)或千伏安(kV?A)或兆伏安(MV?A)。
?

一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器
800~6300kVA的为中型电力变压器;

8000~63000kVA为大型电力变压器;
90000kVA及以上的为特大型电力变压器。

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3、额定电压U1N/U2N
?

均指线值电压。原边额定电压U1N是指电 源加在原绕组上的额定电压;副边额定电

压U2N是指原边加额定电压副边空载时副
绕组的端电压,单位有:伏(V)或千伏 (kV)。

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变压器二次绕组的额定电压U2N是指当一次 绕组施加的电压为额定值、分接开关放在额 定分接头位置上,变压器空载时,二次绕组 的开路电压(单位为V或kV)。由于变压器二次 绕组均位于线路的始端,考虑到线路输送功 率将产生电压损耗,为了使线路末端的电压 不至太低,要求始端电压应高于线路的额定 电压。 规定:小变压器比线路的额定电压高5% 大变压器比线路的额定电压高10% 如10/0.4、20/0.4、35/11、35/10.5、 110/38.5/11、220/121/11 220/121/10.5

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4、额定电流I1N/I2N
均指线值电流。原、副边额定电流是指在
额定容量和额定电压时所长期允许通过的 电流,单位有:安(A)

5、额定频率fN
变压器的额定频率是指所设计的运行频率 ,我国规定为50Hz(常称“工频”)。

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变压器的额定容量、额定电压、额定 电流之间的关系为: ? 单相变压器:
?

S N ? U 1N I 1N ? U 2 N I 2 N
?

三相变压器:

S N ? 3U1N I1N ? 3U2N I 2N

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6、变压器三相绕 组接线方式: (1)星形联结

星形联结记作: “Y”或“y” (2)三角形联结
三角形联结记作: “D”或“d”

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7.相数 电力变压器分单相和三相两种,220kV及以下电 压等级的电力变压器都是三相变压器。
8、绕组联结组标号: 变压器按高压和低压绕组联结的顺序组合起来 就是绕组的联结组,绕组的联结分为星形、三角形、 对于高压绕组分别用符号Y、D表示; 对于低压绕组分别用符号y、d表示; 有中性点引出时则分别用符号YN和yn表示。 例如: 高压为D 低压为yn联结,则绕组联结组为D,yn。

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9.短路电压
短路电压:也称阻抗电压 (u Z%) ,指二次侧短 接,一次侧加电压,使其一次侧电流到达额定值 时的一次电压叫阻抗电压。它表示变压器通过额 定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗, 一般用百分值表示,称阻抗电压百分数或短路电 压百分数。 表达式为 U

?U%=

K

UN

?100

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10、冷却方式 表示绕组及箱壳内外的冷却介质和循环方式,即 变压器的冷却方式是由冷却介质种类及其循环方式 来标志。 1)油浸自冷式:油靠对流和辐射的形式把热量 散发到周围空气中,一般用于6300kVA及以下的变 压器。在110kV电压级的城网中50000及kVA以下 也用自冷式。 2)油浸风冷式:在自冷式的基础上加风吹装置, 提高散热能力40%~50%。用于8000~63000kVA 的变压器

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3)强迫油循环风冷:容量大于63000kV A的大型变压器油箱上装有强迫油循环冷 却器,散热效率很高。 4)强迫油循环水冷:从油到水比油到空 气的散热系数高,故水冷却器比风冷却器 的冷却效率高,用于大型变压器。

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第五节 变压器的运行、维护与检查

一、变压器投入运行前的检查 变压器安装结束,各项交接试验和技术特性测 试合格后,便进入启动试运行阶段。这个阶段是指变 压器开始带电,可能的最大负荷连续运行24h所经 历的过程。变压器投入运行前,应进行严格而全面的 检查,检查项目如下: ①本体(器身)、冷却装置及所有附件应无缺陷, 且不渗油。 ②轮子的制动装置应牢固。 ③油漆应完整,相色标志正确。 ④变压器顶盖上应无遗留杂物。 ⑤事故排油设施应完好,消防设施应齐全。

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⑥储油柜、冷却装置、净油器等油系统的 油门均应打开,且指示正确,无渗油。 ⑦接地引下线及其与主接地网的连接应满 足设计要求,接地应可靠。铁芯和夹件的接 线引出套管、套管的接地小套管及电压抽取 装置不用时其抽出端子均应接地;备用电流 互感器二次端子应短接接地;套管顶部结构 的接触及密封应良好。

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⑧储油柜和充油套管的油位应正常,套管清洁 完好。 ⑨分接头的位置应符合运行要求;有载调压切 换装置的远动操作应动作可靠,指示位置正确。 ⑩变压器的相位及绕组的联接组别应符合并联 运行要求。 ⑾测温装置指示应正确,整定值应符合要求。 ⑿冷却装置试运行应正常,联动正确,水冷装 置的油压应大于水压;强迫油循环的变压器, 应启动全部冷却装置,进行循环4h以上,放 完残留的空气

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二、变压器的运行标准

1.运行温度和温升标准 (1)运行允许温度 变压器的运行允许温度是根据变压器所使用绝缘材料的 耐热强度而规定的最高温度。 普通油浸式电力变压器的绝缘属于A级。即经浸渍处 理过的有机材料,如纸、木材和棉纱等,其运行允许温度 为105℃。 多年的变压器运行经验证明,变压器绕组温度连续运行 在95℃时,就可以保证变压器具有适当的合理寿命(约 20年),因此说温度是影响变压器寿命的主要因素。 变压器油温若超过85℃时,油的氧化速度加快,老化得 越快。

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试验表明,油温在85℃的基础上升高10℃,氧化 速度会加快一倍。因此要严格控制变压器油箱内油的 温度。 (2)运行允许温升 变压器的运行允许温度与周围空气最高温度之差为运 行允许温升。空气最高气温规定为+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℃。 (3)温度与温升的关系 允许温度=允许温升+40℃(周围空气的最高温度)

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电力变压器的温度
变压器发热元件温度不得超过105℃
因此: 绕组温升不得超过65℃ ; 铁芯表面温升不得超过70℃; 油箱上层油温最高不得超过95℃,但 为了减缓变压器油变质,上层油温最高 不宜超过85℃ 。

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2.变压器的过负荷能力

(1)变压器的额定容量和受温度影响的实际容量 电力变压器的额定容量SN.T是指在规定环境温度 条件下,户外安装时,在规定的使用年限(一般为20年) 内所能连续输出的最大视在功率。 (2)变压器的正常过负荷能力 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。

3.变压器电源电压变化的允许范围 4.变压器在三相电流不平衡时的允许运行方式

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5.变压器油的运行
(1)变压器油的作用 变压器油在变压器中起绝缘和冷却的作用 (2)变压器油的试验 变压器油的绝缘性能是保证变压器安全运行的 重要因素。 (3)变压器油的运行 在变压器运行过程中,变压器油有可能与空气 接触而发生氧化,氧化后生成的各种氧化物为酸性 物质。

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三、变压器正常运行时的监视和检查 1.变压器绕组的绝缘监视
(1)绝缘电阻的测量 (2)变压器绕组绝缘的判断 (3)绝缘电阻的最小允许值

2.变压器的负载监测和油监测
(1)对变压器负载的监测 (2)对变压器油的监测

3.变压器的外部检查 4.变压器的特殊监测和检查

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两台或多台变压器并联运行时,必须同时满足以下三个 基本条件: ①所有并联变压器的额定一次电压和二次电压都必须分 别相等;即:变压器电压比相同。 ②所有并联变压器的阻抗电压必须相等。 ③所有并联变压器的联接组别必须相同。也就是说,所 有并联变压器的一次电压和二次电压的相序和相位都应 分别对应相同

四、变压器的并联运行
将两台或两台以上变压器的一次绕组接到同上公共电 源上,二次绕组也都并接后向负载供电,这种运行方式叫 做变压器的并联运行。

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还应该指出,并联运行的变压器容量应尽 量相同或相近。其最大容量和最小容量之比, 一般不宜超过3∶1。

并列运行目的: (1)提高供电可靠性 (2)提高变压器运行经济性(改变投入的台数, 使损耗最小) (3)减少总备用容量

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五、 变压器运行中维护与检查
1、检查变压器的负荷电流、运行电压应 正常。 2、变压器的油面、油色、油温不得超过 允许值,无渗漏油现象。 3、瓷套管应清洁、无裂纹、无破损及闪 络放电痕迹。 4、接线端子无接触不良、过热现象。 5、运行声音应正常。

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6、呼吸器的吸潮剂颜色正常,未达到饱 和状态。 7、防爆管隔膜应完整。 8、冷却装置应运行正常,散热管温度均 匀,油管无堵塞现象。 9、外壳接地应完好。 10、室外变压器基础应完好,基础无下 沉现象,电杆牢固,木杆根无腐朽

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六、变压器的检修

1、变压器检修的目的、类别和方法 (1)变压器检修的目的 变压器在运行过程中,由于受到长期发热、负荷冲击、 电磁振动、气体腐蚀等因素影响,总会发生一些部件的变 形、紧固件的松动、绝缘介质老化等变化。在初期是可以 通过维护保养来发现并达到改善和纠正的目的。 (2)变压器检修的类别和方法 变压器的计划预修,一般可分为三类。 1)清扫、预防性试验 2)小修,小修工作范围包括:拆开个别部件,更换部分 零件,清洗换油,系统调整等。 3)大修,检修时需要将变压器全部拆卸解体,更换、修 复那些有缺陷或有隐患的零部件,全面消除各种缺陷,恢 复变压器原有的技术性能。

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2.变压器检修的主要内容 (1)预防性试验
1)绝缘电阻及吸收比 周期:1~3年1次。 2)绕组连同套管的泄漏电流 周期:1~3年1次。 3)绕组连同套管的介质损耗角正切值tanδ 周期:不定期、必要时。 4)非纯瓷套管的tanδ值和电容值 周期:对不需要拆卸套管即能试验的,1~3年1次。

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5)油箱和套管中绝缘油试 6)绕组连同套管一起的直流电阻 7)油中溶解气体色谱分析

七、变压器的干燥

1.变压器器身的干燥处理条件 2.变压器干燥时的注意事项 3.变压器器身的干燥方法
(1)感应加热干燥法 (2)热风干燥法 (3)烘箱干燥法 (4)真空箱干燥法 (5)在变压器外壳内真空干燥法

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