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变压器
阅读:25180时间:2010-08-31 17:00:48

  变压器(Transformer)是利用互感原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中,常用作升降电压、匹配阻抗,安全隔离等。变压器是变换电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。它由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。

组成

  1、铁芯材料

  变压器使用的铁芯材料主要有铁片、低硅片,高硅片,的钢片中加入硅能降低钢片的导电性,增加电阻率,它可减少涡流,使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片,变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系,硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示,一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000,高硅片为12000-16000,

  2、绕制变压器通常用的材料

  漆包线,纱包线,丝包线,最常用的漆包线。对于导线的要求,是导电性能好,绝缘漆层有足够耐热性能,并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。

  3、绝缘材料

  在绕制变压器中,线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离,均要使用绝缘材料,一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作,层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离,绕阻间可用黄腊布作隔离。

  4、浸渍材料

  变压器绕制好后,还要过最后一道工序,就是浸渍绝缘漆,它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命,一般情况下,可采用甲酚清漆作为浸渍材料。

分类

  按冷却方式分 类: 干式(自冷)变压器、油浸(自冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器。

  按电源相数分类: 单相变压器、三相变压器、多相变压器。

  按 用途分类: 电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。

  按防潮方式分类: 开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。

  按铁芯或线圈结构分类:芯式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、壳式变压器(插片铁芯、C 型铁芯、铁氧体铁芯)、环型变压器、金属箔变压器。

故障问题

  1 变压器的故障

  若以故障点的位置对故障分类,变压器的故障,有油箱内的故障和油箱外的故障。

  (1)油箱内部的故障
  变压器油箱内的故障,主要有各侧的相间短路,大电流系统侧的单相接地短路及同相部分绕组之间的匝间短路。

  (2)油箱外的故障
  变压器油箱外的故障,系指变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上的故障。主要有相间短路(两相短路及三相短路)故障,大电流侧的接地故障、低压侧的接地故障。

  2 变压器的异常运行方式

  大型超高压变压器的不正常运行方式主要有:由于系统故障或其他原因引起的过负荷,由于系统电压的升高或频率的降低引起的过激磁,不接地运行变压器中性点电位升高,变压器油箱油位异常,变压器温度过高及冷却器全停等。

保护配置

  变压器短路故障时,将产生很大的短路电流。很大的短路电流将使变压器严重过热,烧坏变压器绕组或铁芯。特别是变压器油箱内的短路故障,伴随电弧的短路电流可能引起变压器着火。另外短路电流产生电动力,可能造成变压器本体变形而损坏。

  变压器的异常运行也会危及变压器的安全,如果不能及时发现及处理,会造成变压器故障及损坏变压器。

  为确保变压器的安全经济运行,当变压器发生短路故障时,应尽快切除变压器;而当变压器出现不正常运行方式时,应尽快发出告警信号及进行相应的处理。为此,对变压器配置整套完善的保护装置是必要的。

  1 短路故障的主保护

  变压器本体故障的主保护,主要有纵差保护、重瓦斯保护、压力释放保护等非电量保护。另外,根据变压器的容量、电压等级及结构特点,可配置零差保护或分侧差动保护。

  2 短路故障的后备保护

  目前,电力变压器上采用较多的短路故障后备保护种类主要有:复合电压闭锁过流保护;零序过电流或零序方向过电流保护;负序过电流或负序方向过电流保护;复压闭锁功率方向保护;低阻抗保护等。

  3 异常运行保护

  变压器异常运行保护主要有:过负荷保护,过激保护,变压器中性点间隙保护,轻瓦斯保护,温度、油位保护及冷却器全停保护等。

技术难点

  实现发电机、电动机及母线的纵差保护比较容易。这是因为这些主设备在正常工况下或外部故障时其流进电流等于流出电流,能满足的条件。而变压器却不同。变压器在正常运行、外部故障、变压器空投及外部故障切除后的暂态过程中,其流入电流与流出电流分别相差较大或很大。

  为此,要实现变压器的纵差保护,需要解决几个技术难点。

  1 变压器两侧电流的大小及相位不同

  变压器正常运行时,若不计传输损耗,则流入功率应等于流出功率。但由于两侧的电压不同,其两侧的电流不会相同。

  超高压、大容量变压器的接线方式,均采用Y0/△方式。因此,流入变压器电流与流出变压器电流的相位不可能相同。当接线组别为Y0/△-11(或Y0/△-1)时,变压器两侧电流的相位相差300。(根据负荷情况,变压器为三圈变压器时,相角可能不同,但电压始终满足上条件)

  流入变压器的电流大小和相位与流出电流大小和相位不同,则就不可能等于零或很小。

  2 稳态不平衡电流大

  与发电机、电动机及母线的纵差保护相比,即使不考虑正常运行时某种工况下变压器两侧电流大小与相位的不同,在正常运行时,变压器纵差保护两侧的不平衡电流也大。其原因是:

  (1)变压器有励磁电流

  变压器铁芯中的主磁通是由励磁电流产生的,而励磁电流只流过电源侧,在实现的纵差保护中将产生不平衡电流。

  励磁电流的大小和波形,受磁路饱和、磁滞及涡流的影响,并由变压器铁芯材料及铁芯的几何尺寸决定,一般为变压器额定电流的3[%]~8[%]。大型变压器的励磁电流相对较小。

  (2)变压器带负荷调压

  为满足电力系统及用户对电压质量的要求,在运行中,根据系统的运行方式及负荷工况,要不断改变变压器的分接头。变压器分接头的改变,相当于变压器两侧之间的变比发生了变化,将使两侧之间电流的差值发生了变化,从而增大了其纵差保护中的不平衡电流。

  根据运行实际情况,变压器带负荷调压范围一般为±5[%]。因此,由于带负荷调压,在纵差保护产生的不平衡电流可达5[%]的变压器额定电流。

  (3)两侧差动TA的变比与计算变比不同

  变压器两侧差动TA的名牌变比,与实际计算值不同,将在纵差保护产生不平衡电流。另外,两侧TA的型号及变比不一,也将使差动保护中的不平衡电流增大。由于两侧TA变比误差在差动保护中产生的不平衡电流可取6[%]。

  3 暂态不平衡电流大

  (1)两侧差动TA型号、变比及二次负载不同

  与发电机纵差保护不同,变压器两侧差动TA的变比不同、型号不同;由各侧TA端子箱引至保护盘TA二次电缆的长度相差很大,即各侧差动TA的二次负载相差较大。

  差动TA型号及变比不同,其暂态特性就不同;差动TA二次负载不同,二次回路的暂态过程就不同。这样,在外部故障或外部故障切除后的暂态过程中,由于两侧电流中的自由分量相差很大,可能使两侧差动TA二次电流之间的相位发生变化,从而可能在纵差保护中产生很大的不平衡电流。

  (2)空投变压器的励磁涌流

  空投变压器时产生的励磁涌流的大小,与变压器结构有关,与合闸前变压器铁芯中剩磁的大小及方向有关,与合闸角有关;此外,尚与变压器的容量、距大电源的距离(即变压器与电源之间的联系阻抗)有关。

  多次测量表明:空投变压器时的励磁涌流通常为其额定电流的2~6倍,最大可达8倍以上。

  由于励磁涌流只由充电侧流入变压器,对变压器纵差保护而言是一很大的不平衡电流。

  (3)变压器过激磁

  在运行中,由于电源电压的升高或频率的降低,可能使变压器过激磁。变压器过激磁后,其励磁电流大大增加。使变压器纵差保护中的不平衡电流大大增加。

  (4)大电流系统侧接地故障时变压器的零序电流

  当变压器高压侧(大电流系统侧)发生接地故障时,流入变压器的零序电流因低压侧为小电流系统而不流出变压器。因此,对于变压器纵差保护而言,上述零序电流为一很大的不平衡电流。

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