《電力變壓器原理》課件

電力變壓器原理變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理將交流電的電壓或電流變換的靜態(tài)電氣設(shè)備。變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，用于提高或降低電壓，以及匹配負(fù)載阻抗。課程導(dǎo)言課程目標(biāo)了解電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用。掌握變壓器的主要參數(shù)、性能指標(biāo)和安全操作規(guī)程。課程內(nèi)容從變壓器的基本原理開始，逐步深入到實(shí)際應(yīng)用中，包括變壓器的分類、選型、維護(hù)和故障分析等。課程特點(diǎn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重案例分析和實(shí)際操作，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電力變壓器的理解和運(yùn)用能力。變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器主要由鐵芯、繞組、絕緣、冷卻裝置等組成。其中鐵芯主要由硅鋼片疊壓而成，繞組由銅線或鋁線繞制而成。絕緣材料用于隔離不同電壓等級(jí)的繞組，并防止繞組與鐵芯之間發(fā)生短路。變壓器冷卻裝置主要有油冷卻、風(fēng)冷和水冷等，目的是將變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量散出去，防止變壓器過熱損壞。變壓器基本工作原理1交流電磁感應(yīng)交流電通過變壓器繞組，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。2磁場(chǎng)變化交變磁場(chǎng)穿過另一個(gè)繞組，在該繞組中感應(yīng)出電勢(shì)。3電壓轉(zhuǎn)換兩個(gè)繞組的匝數(shù)比決定了輸出電壓與輸入電壓的比例關(guān)系。變壓器鐵芯的作用磁路閉合鐵芯構(gòu)成閉合磁路，引導(dǎo)磁力線，減少磁通泄漏，提高磁場(chǎng)強(qiáng)度。降低磁阻鐵芯具有高磁導(dǎo)率，降低磁阻，減少勵(lì)磁電流，提高效率。提高磁化效率鐵芯材料易于磁化，提升磁化效率，降低變壓器損耗。變壓器繞組的作用改變電壓變壓器繞組的主要功能是改變電壓。通過改變繞組的匝數(shù)比，可以實(shí)現(xiàn)電壓升壓或降壓。傳遞能量變壓器通過電磁感應(yīng)將能量從一個(gè)繞組傳遞到另一個(gè)繞組。繞組之間通過磁場(chǎng)耦合，實(shí)現(xiàn)能量傳遞。變壓器的供電特點(diǎn)變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備，其供電特點(diǎn)直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。變壓器能夠?qū)⒏邏弘娔苻D(zhuǎn)換為低壓電能，或?qū)⒌蛪弘娔苻D(zhuǎn)換為高壓電能，滿足不同負(fù)載的需求。變壓器還可以改變電流和電壓的幅值和相位，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活控制和優(yōu)化運(yùn)行。1電壓變換通過變壓器可以將電壓升高或降低，滿足不同電壓等級(jí)的負(fù)載需求。2電流變換變壓器可以改變電流的大小，從而提高輸電效率，降低線路損耗。3隔離作用變壓器可以隔離高壓和低壓電路，提高電力系統(tǒng)的安全性。4相位變換變壓器可以改變電壓和電流的相位，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活控制。干式和油浸式變壓器1干式變壓器主要采用空氣作為冷卻介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適用于干燥環(huán)境。2油浸式變壓器采用變壓器油作為冷卻介質(zhì)，散熱性能好，適用于高壓或大容量變壓器。3優(yōu)缺點(diǎn)比較干式變壓器體積小，易于維護(hù)，但耐受短路能力弱。油浸式變壓器耐受短路能力強(qiáng)，但體積大，維護(hù)成本高。變壓器的主要參數(shù)參數(shù)單位說明額定容量千伏安(kVA)變壓器在額定電壓和頻率下能夠連續(xù)輸出的最大功率。額定電壓千伏(kV)變壓器繞組設(shè)計(jì)運(yùn)行的電壓值。額定電流安培(A)變壓器繞組在額定電壓下允許通過的最大電流。頻率赫茲(Hz)變壓器運(yùn)行的交流電頻率。短路阻抗百分比(%)反映變壓器在短路狀態(tài)下的阻抗特性?？蛰d損耗千瓦(kW)變壓器在空載狀態(tài)下的功率損耗。負(fù)載損耗千瓦(kW)變壓器在負(fù)載狀態(tài)下的功率損耗。溫升攝氏度(°C)變壓器在運(yùn)行過程中溫度升高的程度。絕緣等級(jí)電壓等級(jí)變壓器絕緣材料能夠承受的最高電壓等級(jí)。變壓器的等效電路變壓器的等效電路模型是對(duì)實(shí)際變壓器進(jìn)行簡(jiǎn)化后的表示，它將變壓器的主要特性用理想變壓器、電阻、電抗等元件來模擬。等效電路模型可以幫助我們分析變壓器的電壓、電流、功率等參數(shù)，并預(yù)測(cè)變壓器在不同負(fù)載條件下的性能。變壓器的損耗分析銅損變壓器繞組中電流流動(dòng)產(chǎn)生的熱量損失。鐵損鐵芯在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗除了銅損和鐵損，還有由于絕緣材料、冷卻介質(zhì)等因素產(chǎn)生的損耗。變壓器的短路阻抗短路阻抗是指變壓器在短路狀態(tài)下，其繞組間的阻抗值。它反映了變壓器在短路狀態(tài)下的電流容量和耐受短路的能力。短路阻抗通常用百分?jǐn)?shù)表示，即短路阻抗值與變壓器額定電壓的平方根之比。短路阻抗的大小與變壓器繞組的匝數(shù)、線徑、鐵芯的截面積等因素有關(guān)。短路阻抗越大，變壓器在短路狀態(tài)下的電流就越小，耐受短路的能力就越強(qiáng)。短路阻抗是變壓器的重要參數(shù)之一，在變壓器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)中都起著重要的作用。在變壓器的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)其用途和運(yùn)行條件選擇合適的短路阻抗值。在變壓器的運(yùn)行中，需要監(jiān)測(cè)短路阻抗的變化，以確保變壓器的安全運(yùn)行。在變壓器的維護(hù)中，需要定期測(cè)試短路阻抗，以判斷變壓器的狀態(tài)。變壓器的負(fù)載特性1負(fù)載率變壓器輸出功率與額定功率的比值稱為負(fù)載率。2電壓變化負(fù)載電流變化會(huì)導(dǎo)致變壓器二次側(cè)電壓發(fā)生波動(dòng)。3效率變化負(fù)載率的變化會(huì)導(dǎo)致變壓器效率的變化，負(fù)載率越高，效率越高。4溫度變化負(fù)載電流的變化也會(huì)引起變壓器溫度的變化，負(fù)載越大，溫度越高。變壓器的調(diào)壓功能電壓調(diào)節(jié)變壓器可以通過改變繞組的匝數(shù)比來調(diào)節(jié)輸出電壓，以滿足不同負(fù)載的需求。這種調(diào)節(jié)方式可以確保電壓的穩(wěn)定性和可靠性。無(wú)級(jí)調(diào)壓某些變壓器配備了無(wú)級(jí)調(diào)壓裝置，可以平滑地調(diào)節(jié)輸出電壓，以滿足更精細(xì)的控制要求。提高電壓質(zhì)量調(diào)壓功能能夠有效地補(bǔ)償電壓波動(dòng)，提高電壓質(zhì)量，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。變壓器的分類及應(yīng)用按用途分類電力變壓器：用于電力系統(tǒng)中電壓變換。儀表變壓器：用于測(cè)量電壓和電流。音頻變壓器：用于音頻信號(hào)的耦合和匹配。脈沖變壓器：用于產(chǎn)生高壓脈沖。按冷卻方式分類油浸式變壓器：用油冷卻和絕緣。干式變壓器：用空氣冷卻和絕緣。按電壓等級(jí)分類低壓變壓器：電壓等級(jí)低于10千伏。高壓變壓器：電壓等級(jí)高于10千伏。變壓器的繞組接法1Y形接法星形接法，中性點(diǎn)接地2△形接法三角形接法，無(wú)中性點(diǎn)3Y-△接法高壓側(cè)星形，低壓側(cè)三角形4△-Y接法高壓側(cè)三角形，低壓側(cè)星形變壓器繞組接法主要有Y形接法、△形接法、Y-△接法和△-Y接法。不同的接法對(duì)變壓器的電壓、電流和功率都會(huì)產(chǎn)生影響。選擇合適的繞組接法，可以提高變壓器的效率和可靠性。變壓器的中性點(diǎn)接地接地類型中性點(diǎn)接地類型主要包括直接接地、經(jīng)阻抗接地、經(jīng)消弧線圈接地等，不同類型對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響不同。保護(hù)作用中性點(diǎn)接地主要用于保護(hù)設(shè)備和人員的安全，防止過電壓和故障電流對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。接地方式接地方式主要包括深埋接地、管道接地等，選擇合適的接地方式對(duì)接地效果和系統(tǒng)安全至關(guān)重要。安全規(guī)范接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格按照相關(guān)安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保接地系統(tǒng)的可靠性和安全性。變壓器的載流能力變壓器的載流能力是指變壓器繞組能夠承受的最大電流值。載流能力取決于繞組的截面積、材料和散熱條件等因素。當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組中流過的電流會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量會(huì)使變壓器溫度升高。如果電流超過載流能力，變壓器溫度會(huì)過高，導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至發(fā)生短路或燒毀事故。不同的負(fù)載類型，變壓器的載流能力也不同。通常，輕載時(shí)載流能力較高，重載時(shí)載流能力較低。變壓器的過載能力變壓器的過載能力是指變壓器在短時(shí)間內(nèi)能夠承受的超過額定負(fù)荷的電流。它反映了變壓器承受瞬時(shí)負(fù)荷的能力。1.2倍數(shù)一般情況下，變壓器的過載能力可以達(dá)到額定電流的1.2倍。10分鐘過載時(shí)間通常不超過10分鐘。5次數(shù)在一天內(nèi)，變壓器最多只能過載5次。變壓器過載能力受其本身的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、散熱條件等因素影響。變壓器的溫升分析溫升的影響因素變壓器溫升受負(fù)載電流、環(huán)境溫度、散熱條件等因素影響。負(fù)載電流越大，溫升越高。環(huán)境溫度越高，溫升也越高。散熱條件越好，溫升越低。溫升的測(cè)量變壓器溫升可以通過溫度計(jì)或熱電偶測(cè)量。通常測(cè)量變壓器油溫、繞組溫度和鐵芯溫度。溫升的控制控制變壓器溫升可以延長(zhǎng)其使用壽命，防止其過熱損壞。可以通過降低負(fù)載電流、改善散熱條件等措施控制溫升。變壓器的絕緣等級(jí)11.耐壓等級(jí)絕緣等級(jí)決定變壓器耐受電壓的能力。22.絕緣材料變壓器使用絕緣材料，例如紙、油和樹脂。33.絕緣強(qiáng)度絕緣強(qiáng)度取決于材料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。44.絕緣測(cè)試定期測(cè)試確保絕緣等級(jí)符合標(biāo)準(zhǔn)。變壓器的絕緣檢測(cè)絕緣電阻測(cè)試測(cè)量變壓器繞組與接地之間、繞組之間以及繞組與鐵芯之間的絕緣電阻。介質(zhì)損耗測(cè)試評(píng)估變壓器絕緣材料的介質(zhì)損耗，判斷絕緣老化程度。耐壓測(cè)試對(duì)變壓器絕緣進(jìn)行耐高壓試驗(yàn)，驗(yàn)證絕緣強(qiáng)度。局部放電測(cè)試檢測(cè)變壓器絕緣內(nèi)部的局部放電現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣缺陷。變壓器的勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流是指變壓器空載時(shí)，由于鐵芯磁化所需的電流。勵(lì)磁電流的大小取決于變壓器的鐵芯材料、結(jié)構(gòu)、電壓和頻率等因素。勵(lì)磁電流通常很小，但會(huì)隨著電壓的升高而增大。勵(lì)磁電流的存在會(huì)導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生空載損耗。勵(lì)磁電流的大小可以通過測(cè)量變壓器的空載電流來確定。變壓器的空載損耗變壓器空載損耗是指變壓器在空載狀態(tài)下，由于鐵芯磁化和繞組電流產(chǎn)生損耗的總和?？蛰d損耗主要由鐵芯損耗和繞組銅損組成。鐵芯損耗主要包括磁滯損耗和渦流損耗，而繞組銅損則主要由繞組電阻產(chǎn)生的熱損耗。鐵芯損耗繞組銅損變壓器的絕緣老化絕緣材料老化變壓器絕緣材料長(zhǎng)時(shí)間受到高溫、潮濕、氧化等因素影響，導(dǎo)致絕緣性能下降，降低變壓器壽命。老化檢測(cè)通過絕緣電阻測(cè)試、介損測(cè)試、局部放電檢測(cè)等方式，評(píng)估絕緣老化程度。變壓器的維護(hù)保養(yǎng)定期檢查定期檢查變壓器的工作狀態(tài)，如溫度、油位、聲音等，確保設(shè)備正常運(yùn)行。清潔保養(yǎng)定期清潔變壓器表面，清除灰塵和污垢，保持設(shè)備清潔，延長(zhǎng)使用壽命。油質(zhì)管理定期檢測(cè)和更換變壓器油，確保油質(zhì)良好，防止設(shè)備老化和故障。安全操作嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，防止觸電或設(shè)備損壞，確保安全操作。變壓器的常見故障繞組故障繞組短路或斷路，造成變壓器運(yùn)行異?；驘o(wú)法正常工作。絕緣故障絕緣老化或受潮，導(dǎo)致絕緣性能下降，甚至發(fā)生短路或接地故障。鐵芯故障鐵芯出現(xiàn)裂紋或變形，影響磁通分布，導(dǎo)致變壓器效率下降或發(fā)出噪音。冷卻系統(tǒng)故障冷卻系統(tǒng)故障，導(dǎo)致變壓器溫度過高，影響其正常運(yùn)行。變壓器的檢修方法外觀檢查檢查變壓器外殼是否有裂縫、變形、腐蝕等問題。檢查冷卻系統(tǒng)是否正常工作。檢查變壓器周圍環(huán)境是否清潔、干燥。絕緣檢測(cè)使用高壓試驗(yàn)儀器對(duì)變壓器進(jìn)行絕緣強(qiáng)度測(cè)試，檢查繞組之間的絕緣性能是否符合要求。油質(zhì)分析對(duì)變壓器油進(jìn)行取樣分析，檢查油的介電強(qiáng)度、含水量、酸度等指標(biāo)，判斷油的劣化程度。負(fù)載測(cè)試在額定負(fù)載下運(yùn)行變壓器，觀察溫度、電流、電壓等參數(shù)是否正常，評(píng)估變壓器的運(yùn)行性能。變壓器的安全操作安全操作規(guī)范遵循相關(guān)安全操作規(guī)范，操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉安全操作規(guī)程。定期檢查維護(hù)定期檢查變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，確保設(shè)備安全運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除潛在的安全隱患。預(yù)防措施防止過度負(fù)荷運(yùn)行避免潮濕環(huán)境定期更換絕緣油變壓器的節(jié)能減排降低損耗變壓器本身的損耗降低可以減少能源消耗，從而降低運(yùn)行成本。優(yōu)化運(yùn)行通過優(yōu)化變壓器的運(yùn)行方式，例如合理分配負(fù)荷，可以提高變