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电力变压器原理及故障分析.doc

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电力变压器原理及故障分析.doc

上传人:莫比乌斯 2023/3/13 文件大小:20 KB

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电力变压器原理及故障分析.doc

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一、变压器的工作原理
变压器是利用电磁感应原理来进行能量转换的,其结构的主要部分是两个或两个以上互相绝缘的绕组,套在一个共同的铁芯上两个绕组之间通过磁场耦合,但在电的方面没有直接联系,能量的转换以磁场做媒介。在两个绕组中,把接到电源的一个称为一次绕组,简称原边,而把接到负载的一个称为二次绕组,简称为副边。当原边接到交流电源时,在外加电压作用下,一次绕组中通过交流电流,并在铁芯中产生交变磁通,其频率和外加电压频率一致,这个交变磁通同时交链这一次、二次绕组,根据电磁感应定律交变磁通在原、副绕组中感应出相同频率的电势,副方有了电势便向负载输出电能,实现了能量转换。利用一次、二次绕组匝数的不同及不同的绕组连接法,可使变压器原边、副边有不同的电压、电流及相数
变压器按相数分三相变压器和单相变压器、按绕组数目分两绕组和三绕组变压器、按冷却介质来分,变压器可分为油式变压器、干式变压器、水冷变压器。干式变压器多用在低电压、小容量场所,而电压较高、容量较大的多用油式变压器。在发电厂中,主变、厂高变选择油式变压器,而厂用变压器选择干式变压器
二变压器的故障、异常工作状态及保护方式
变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障,主要类型有:各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。其故障主要靠***和差动保护动作切除变压器;外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障,其主要类型有:绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地故障,引出线之间发生的相间故障等,一般情况下由差动保护动作切除变压器。
变压器的异常工作状态有:由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点接地不良引起的电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等
1***保护
***保护是变压器内部故障的主要保护,其中轻***作用于信号,而重***则作用于跳闸。***保护的动作灵敏可靠,因此能有效监视变压器内部大部分故障。一般来讲,引起***保护动作有下面几种原因:
(1)在变压器进行加油或滤油时,带入变压器内部的空气没有及时排出,随着变压器的运行油温逐渐升高,油中空气逐渐排出,气流通过***继电器,
从而引发轻***保护动作。
(2)变压器内部绕组之间发生了相间、匝间短路,产生的故障电流使变压器油汽化,大量的气体通过***继电器,重***保护动作跳开变压器高低压侧开关。当重***保护信号动作时,如果检查中并没有发现任何异常状况,就要立刻收集***继电器中产生的气体,并经过分析试验。假如无色无味且气体不燃烧,则可认为是因为空气侵入了变压器内部,如果是这种情况,那么变压器就是正常的,只要将***继电器中浸入的气体放出,方可投入变压器,变压器投入后***继电器改投信号,运行24小时后如无***信号动作,可放气一次将***保护投跳闸。如果是可燃性气体,则可表明变压器是发生了内部故障,这时就要立刻切断变压器的电源,并进行绝缘测量,找出产生事故的原因,及时通知检修处理。
(3)变压器内部有严重故障发生而发生***保护动作。
(4)变压器保护装置中的二次回路发生了故障而引发***保护动作。
(5)新近安装投入使用或者大修后运行的变压器,有可能会因为变压器油中的空气产生过快分离而形成保护动作以及跳闸。
(6)变压器内部的油位下降速度过快而引起***的保护动作。在变压器发生***保护动作或者跳闸后,应立即停止变压器的运行,并对变压器做出外部检查。检查变压器中油位是否正常、防爆门是否完整、绝缘油是否有喷溅现象、外壳是否鼓起、变压器外壳破裂等。然后还要对变压器内部的气体进行收集并做出分析,然后进行变压器内部故障性质鉴定,在确认变压器正常后
,才能再次投入使用
2变压器差动保
变压器差动保护主要保护变压器内部各绕组相间、匝间以及变压器外部引出线间相间、匝间故障。其原因主要有:
(1)变压器在制造和后期进行检修时,造成了绝缘局部损坏,留下了后遗症。
(2)变压器在运行中因散热不良或长期过载,温度长期过高,使绝缘产生老化。
(3)变压器的制造工艺不良,压制不紧,机械强度无法承受短路冲击,让绕组变形,绝缘损坏。
(4)变压器的绕组受潮,导致绝缘膨胀堵塞油道,致使局部过热。
(5)变压器中的绝缘油与空气接触面积太大,或混入水分出现劣化,造成油的酸价变高,绝缘能力下降或者油面过低,让绕组暴露到空气里,而没得到及时的处理。这些都可能造成绝缘击穿,从而形成短路或绕组接地故障。如果出现匝间短路,各相直流电阻出现不平衡,电源侧电流轻微增大,油温增高,变压器过热,甚至在油中不停地产生冒泡声。轻微的匝间短路,可引起***保护动作,而匝间短路严重则可造成差动保护动作或者电源侧的过流保护。而匝间短路常常会引起更严重的单相接地或相间短路等故障,因此如果发生匝间短路要尽快处理。
3接地保护
变压器接地保护主要反映变压器高低压侧绕组及其引出线对地、变压器绝缘套管脏污引起绝缘性能降低引发
故障。变压器的中性点一般采用直接接地或经电阻接地,对于大容量变压器,在运行中中性点是直接接地的,但是在运行过程中,由于系统方式的变化,中性点接地刀闸需要拉开,变压器不接地运行。因而变压器接地保护采用接地过流及零序过压保护。在变压器中性点接地时采用零序过流保护,而在变压器中性点不接地系统中采用零序过压保护。在运行中零序过流和零序过压保护只有其一投入运行,根据系统不同接地方式选择不同的保护投入运行
4过电流保护
过流保护、复合电压启动的过流保护或负序电流或低阻抗保护用来反应外部相间短路引起的变压器过流,并作为***保护和差动保护、电流速断保护的后备保护。电流保护宜用于降压保护。复合电压启动的过流保护宜用于升压变、系统联络变和过流保护不符合灵敏性要求的降压变。负序电流保护可用于63MVA及以上升压变。不能满足灵敏性和选择性要求时,可采用阻抗保护。超高压系统联络变宜采用低阻抗保护。
5变压器的非电量保护
对于大型油变压器装有压力释放保护,变压器在运行过程中,由于绕组故障或变压器过负荷引起油温升高,变压器内部压力增大,达到保护动作值时,保护动作将变压器从系统中切除。变压器油位保护。当变压器的油位升高或降低到一定值时发信,运行人员可根据信号就地检查,若油位超限通知检修相应处理。
三、变压器的异常状况及分析

变压器中的油,由于长时间使用而没有更换,其中漏进了雨水和浸入了一些潮气,再加上其中的油温经常过热,这就容易造成油质的变坏。而油质变坏则导致变压器的绝缘性能受到了很大的影响,在这种情况下非常容易引起变压器的故障产生。新近投运的变压器,它的油色会呈浅黄色,在使用一段时间以后,油色将会变成浅红色。而如果发现油色开始变黑,这种情况下为了防止外壳与绕组之间或线圈绕组间发生电流击穿,就要立刻进行取样化验。经化验后,若油质合格则继续使用,若不合格就对绝缘油进行过滤和再生处理,让油质达到合格要求和再进行使用。

变压器如果运行正常,其中产生的电磁交流声的频率会相当稳定,而如果变压器的运行出现问题,在变压器中就会偶尔产生不规律的声音,表现出异常现象。这种情况产生的几种主要原因是:变压器过载运行,在这种情况下变压器内部就会有沉重的声音产生;变压器中的构件由于长期运行产生松动时,变压器就会产生强烈而不均匀的噪声;变压器的铁芯最外层硅钢片未夹紧,在变压器运行时就会产生震动,同样会产生噪音;变压器顶盖的螺丝产生松动,变压器在运行时也发出异响;变压器的内部电压如果太高时,铁芯接地线会出现断路或外壳闪络,外壳和铁芯感应出高电压,变压器内部同样会发出噪音;变压器内部产生接触不良和击穿,会因为放电而发出异响;变压器中出现短路和接地时,绕组中出现较大的短路电流,会发出异常的声音;变压器
产生谐波和连接了大容量的用电设备时,由于产生的启动电流较大,造成异响。

变压器正常运行时,油位应保持在油位计的1/3到1/4之间。假如变压器的油位过低,油位低于变压器上盖,则可能导致***保护误动作,在情况严重的时候,甚至有可能使变压器引线或线圈从油中露出,造成绝缘击穿。若是油位过高,则容易产生溢油。长期漏油、温度过低、渗油检修变压器放油之后没有进行及时补油等就是产生油位过低的主要原因。影响变压器油位变化的因素有很多种,如冷却装置运行状况的变化、壳体渗油、负荷的变化以及周围环境的变化等。如除漏油外,油温上升或下降就直接决定着油位上升或下降还有变压器油的体积。所以,在装油时,一定要根据当地气温选择合适的注油高度。而变压器油温则受负荷同环境因素的变化的影响,假如油温出现变化,但起油标中油位却没有跟着出现变化,那么油位就是一个假象,造成这种状况的原因可能是油标管堵塞、呼吸管堵塞、防爆管通气孔堵塞等。这就要求值班人员要经常对变压器的油位计的指示状况做出检查,如果出现油位过低,就要查明其原因并实施相应措施,而如果出现油位过高,就适当地放油,让变压器能够安全稳定地运行。

变压器油温突增,其引起的主要原因是:内部紧固螺丝接头松动、冷却装置运行不正常、变压器过负荷运行以及内部短路闪络放电等。在正常的情况下,变压器上层油温必须要在
75℃以下。如果油温过高,要对变压器是否过负荷以及冷却装置的运行状况进行检查。若变压器在进行超负荷运行,要立刻对变压器的负荷进行减轻,如果变压器的负荷减轻后,温度依然如此,就要立刻停止变压器运行,对其故障原因进行查找。
四、电力变压器日常维护
在变压器的日常维护工作中,要做到实时监视变压器的运行状况,特别是在过负荷运行时,更是要缩短监控的周期。定期巡视变压器的电压、电流、上层油温等,并经常对变压器的外部进行检查。日常维护的具体工作有:对套管、磁裙的清洁程度进行检查并及时做好清理工作,以保证磁套管与绝缘子的清洁,避免闪络事故的发生;冷却装置运行时,要确认冷却器进油管和出油管的蝶阀,保证入口干净无杂物,散热器通畅进风;风扇在运行中运转是否正常,有无明显振动及异音,潜油泵的转向是否正确,冷却器有无渗漏油现象,有无异常声音及振动,分路电源自动开关闭合是否良好。此外,定期检查分接开关,包括接触的定位、转动灵活性、紧固等。还要定期测试变压器的线圈、避雷器、套管,避雷器接地必须可靠,引线要尽可能短,接地电阻要小于5Ω。同时要定期试验相关的消防设施。
在实际现场操作中,我们通过变压器的温度、声音、外观、油位以及其他现象对电力变压器故障进行的判定,只能作为变压器故障的初步判定。因为,变压器的内部故障不是一种单一的直观反映,其中涉及诸多因素,甚至有时还会出现假象。因此在判断故障时,必须结合电气试验、油质分析以及设备检修、运行等情况进行综合分析,对故障的原因、部位、部件或绝缘的损坏程度等做出准确判定,才能制定出合理的处理方案。