论文变压器的电气试验和继电保护.doc

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高级技师论文

工种：

维修电工

变压器的电气试验和继电保护

变压器的电气试验和继电保护

摘要：

高压电力设备是在设备的电气试验数据符合试验规程标准及设备的继电保护装置正常监视下投入与运行。

结合变压器主要的电气试验和主要的继电保护原理进行分析，了解变压器电气试验与继电保护的有机结合才能保证电力设施的安全、经济、可靠投入运行，确保电力系统正常运行。

关键词：

变压器电气试验继电保护直流电阻

变压器是电力系统的电气设备。

尽管变压器是静止设备，结构牢靠，故障机会比较少，但运行经验表明，在长期运行中，会受到水分，潮气的浸入，还会受到机械应力和电场的作用、导体本身发热的作用以及大自然等各种因素的影响，会使绝缘逐渐发生老化而形成缺陷，绝缘缺陷的存在和发展造成在实际运行中可能发生各种类型的故障和异常运行状况，给电力系统的安全可靠运行带来严重影响。

根据绝缘预防性试验，可以判定是否存在绝缘缺陷或能否继续投入运行，除了对绝缘状态的变化，和绝缘缺陷的有针对性的试验项目进行历史比较外，还应对设备的绝缘结构特点，对应试项目的试验结果进行综合分析，通过设备性能变化的规律加以确定。

而继电保护装置就是能反映被保护设备的故障或不正常运行而将故障设备从电网中切除，保证无故障设备迅速恢复正常运行，并使故障设备免于继续遭受破坏。

因此，必须根据变压器的容量及重要性进行电气试验数据检测以及装设性良好、动作可靠的保护装置。

一、变压器的原理及结构分析

1、变压器的原理分析

在交流电路中将电压升高或降低的设备叫变压器。

变压器能把任意数值的电压转换成频率相同的我们所需的电压值，以满足电能的输送，分配和使用要求。

变压器是根据电磁感应原理制成的。

它由一个用硅钢片（或矽钢片）叠成的铁芯和绕在铁芯上的两组线圈构成。

铁芯与线圈间彼此相互绝缘，没有任何电的联系，如图所示。

我们将变压器和电源一侧连接的线圈叫初级线圈（或叫原边），把变压器和用电设备连接的线圈叫做次级线圈（或副边）。

当将变压器的初级线圈接到交流电源上时，铁芯就会产生变化的磁力线。

由于次级线圈绕在同一铁芯上，磁力线切割次级线圈，次级线圈上必然产生感应电动势，使线圈两端出现电压。

因磁力线是交变的，所以次级线圈的电压也是交变的。

而且频率与电源频率完全相同。

理论证实，变压器初级线圈与次级线圈电压比和初级线圈与次级线圈的匝数比值有关，可用下式表示：

初级线圈电压初级线圈匝数

——————=——————

次级线圈电压次级线圈匝数

说明匝数越多，电压就越高。

因此可以看出，次级线圈比初级线圈少，就是降压变压器。

相反则为升压变压器。

2、变压器的组成

变压器主要由铁芯、线圈组成的。

此外还有油箱、油枕、绝缘套管及分接开关等。

（1）铁芯：

主要作用是导磁。

所以多采用导磁性能很好的硅钢片叠成，片厚一般只有0.35~0.5毫米，并两面涂漆，以减少损耗。

（2）线圈：

一个变压器内有两种电压线圈（初级线圈和次级线圈），都是由绝缘铜线（铜线外表涂以高强漆皮）或铝线绕成的多层线圈，用来套在铁芯上。

（3）油箱：

是变压器的外壳。

内装铁芯、线圈和变压器油。

使铁芯与线圈浸在变压器油内，起散热作用。

（4）油枕：

就是储油器。

油枕起着储油和补油的作用，当变压器运行时，温度升高油膨胀，油箱的油流入油枕；当温度下降油收缩时，油枕里的油又流入油箱中，这样来保证油箱中油始终充的满满的。

（5）绝缘套管：

为初级线圈和次级线圈引出到油箱外部的绝缘装置，同时起着对地绝缘作用。

（6）分接开关：

是调整电压比的装置。

为了使次级电压符合用户要求，在初级线圈末端相应留有三至五个抽头，并将这些抽头分别接到一个开关上，就叫分接开关。

一般可以调整的范围是额定电压的±5%。

注意分接调节时必须切除电源。

3、变压器的分类

变压器常用的有：

按相数分，有单相变压器和三相变压器。

按用途分，有电力变压器，专用电源变压器（电镀、电解、电焊等），调压变压器，测量变压器（电压互感器、电流互感器），小型电源变压器（用于小功率设备），安全变压器等。

按结构特点分，有芯式和壳式两种，线圈双绕组、三绕组和多绕组，自耦变压器。

按冷却方式分，有油浸式和空气冷却式。

经过多年对昆钢板带厂、炼铁厂、炼钢厂、棒线厂、水泥厂等单位变压器的检测，大多属于油浸式变压器，因此本文主要对油浸式变压器的电气试验进行分析。

二、变压器的故障分析

由于电力变压器的工作环境较差，一些部件如：

铁芯、绕组、分接开关、气体继电器等常会发生故障。

对这些部件的检修，能够及时排除故障，从而保证供电的质量和可靠性。

要排除这些部件的故障，必须先了解电力变压器常见故障发生的部位、故障现象及故障产生的原因等。

经过多年对变压器的检测，对电力变压器的常见故障现象和原因归纳如下：

故障部位

故障种类

故障现象

故障原因分析

铁芯

铁芯叠片间绝缘损坏或局部烧熔

①空载损耗大

②高压熔丝熔断

③油温升高

④油色变深

⑤吊心检查，可见漆膜脱落，部分硅钢片裸露、变脆、起泡，并因绝缘炭化而变色

①受剧烈振动使叠片间发生位移而摩擦引起

②叠片间绝缘老化或有局部损伤

③夹紧铁芯的穿心螺杆与铁芯间绝缘老化，使螺杆与铁芯叠片间接触造成短路而发热，引起局部烧熔

④铁芯两点接地形成涡流通路，使铁芯局部严重发热

叠片有不正常响声

铁芯叠片间有异常响声

①铁芯叠片中有多片或缺片

②铁芯的紧固件松动

③铁芯油道内或夹件下面有未夹紧的自由端

④铁芯局部短路或铁芯局部烧熔

⑤铁芯叠片间有杂物或叠片在接缝处有弯曲

绕组

匝间短路或层间短路

①变压器异常发热

②油温升高

③变压器油发出特殊的“咝咝”声

④电源侧电流增大

⑤高压熔丝熔断

⑥气体继电器动作

①绕组匝间或层间绝缘老化

②变压器油中含有水分及腐蚀性杂质

③外部短路过载等所产生的电磁力，使绕组产生机械形变而使绝缘损坏

绕组开路

①断线处产生电弧，使变压器有放电声

②断线的相没有电流

①导线接头、引出线焊接不良

②雷击冲击电流造成断线

③安装套管时使引出线扭断

分接开关

触头表面熔化与烧坏

①油温升高

②高压熔丝熔断

③触头表面产生放电声

①开关装配不当，造成接触不良

②触头的弹簧压力不够

相间触头放电或各分接头放电

①高压熔丝熔断

②油枕盖冒烟

③变压器油发出“咕嘟”声

①过电压引起

②变压器油内有水

③螺钉松动，接触不良

套管

对地击穿

高压熔丝熔断

①套管有隐蔽的裂纹或有碰伤

②套管表面污垢严重

③变压器油面下降过多

套管间放电

高压熔丝熔断

套管间有杂物

故障部位

故障种类

故障现象

故障原因分析

瓦斯继

电器

不动作

发生严重故障时不动作

①上下油杯不灵活

②干簧触点的通断不正确

③干簧触点有被粘住现象

④接线板及接线柱间绝缘损坏

⑤接线板、放油口、试验杆顶和两端法兰处有漏油现象

变压器油

油变质

变压器油色变暗

①变压器故障引起油分解

②变压器油长期受热氧化严重，油质劣化

三、电气试验

1、绕组直流电阻试验

绕组电阻的测量是变压器试验中既简便、又重要的一个试验项目。

通过绕组电阻的测量，可以检查出绕组内部导线的焊接质量；引线与绕组的焊接质量；绕组所用导线的的规格是否符合设计；分接开关、引线与套管等载流部分的接触是否良好；三相电阻是否平衡等。

在变压器的负载试验中，对于附加损耗较大的变压器，要提供测量较准确的绕组电阻，以便计算电阻损耗用。

在变压器的升温试验中，用电阻法测量绕组平均温度时，绕组电阻的测量误差最好不超过±0.2%，以便达到温升试验的要求。

基于以上情况，确定正确的测量方法，选择适当的测量设备，是保证测量绕组电阻准确度的关键。

（1）、测量方法

目前我们采用的测量方法是电桥法，使用扬州华电电气有限公司生产的2040型变压器直流电阻测试仪，直接将测试线接入变压器绕组三相出线端即可。

该仪器具备单臂电桥和双臂电桥的功能，准确度高、灵敏度高，具有直接读数的优点。

（2）、测量数据分析

影响变压器绕组电阻测量准确度的因素很多：

表计的准确度级次、接线的方法、温度的测量、试验接触状况和电流稳定情况等等。

因而，在测量前要加以考虑，以减小或避免上述可能产生的误差，而得到较为准确的测量电阻值。

1）电阻测量和温度的关系

测量电阻时，准确的记录被试绕组的温度十分重要，器身浸入油中不励磁静放三个小时后方能确定油的平均温度。

认为此时绕组温度与油的平均温度相同。

油的平均温度取顶层油温与散热器进出口温差之半的差。

在温升试验测量冷态电阻时，为了准确的确定绕组平均温度，强迫油循环变压器应开动油泵使油循环。

在绕组温度为t℃时测出的绕组电阻，应换算至75℃时的阻值，与设计值比较并提供给用户。

换算公式如下：

R75℃=RtK

式中R75℃——75℃时的电阻值：

Rt——环境温度下的电阻值

式中T——因数（铜导线为235，铝导线为225）；

T——绕组温度，℃

2）不同联结绕组的电阻测量

对于无中性点引出的星形联结或三角形联结的绕组，应测量其三相的线电阻；对于有中性点引出的星形联结的绕组，应测量其相电阻，对于低压为400Vyn联结的配电变压器例外，因为其中性点引线所占比重比较大，故应测量其线电阻。

试验中对带有分接开关的绕组，应在所有分接下测量其绕组电阻。

变压器绕组分接间的绕组电阻差一般近似于分接电压比的差，即±5%或±2×2.5%等。

但个别小容量高电压变压器，如50kVA35kV的绕组，由于分接线段用较正常线段线号粗的导线，所以虽然分接电压差±0.5%，而绕组电阻只差±0.1%左右。

3）三相电阻不平衡的分析

除了比较其分接间相差的阻值外，还应比较三相间所测电阻的不平衡率（以三相实测最大值减最小值为分子，三相实测平均值做分母计算），一般产品所测电阻值的三相不平衡率均应小于2%，如果产品由于导线材质和结构等原因三相电阻不平衡率超出这一规定时，除在出厂报告中写明具体实测值外，还应注明引起这一偏差的原因，应对实测值进行比较。

绕组电阻测量后均换算成相电阻，然后再换算到75℃的电阻作为试验数据分析，如果测量的是线电阻，应按下列公式换算成相电阻。

星形联结时Rxg=Rxn/2

三角形联结时Rxg=1.5Rxn

式中Rxg——相电阻；

Rxn——线电阻。

测量结果，如果三相线电阻不平衡率超过2%，并且无法准确地测量其相电阻时，则需按下列算法求出每相电阻值，然后和设计值或出厂数据比较，即可找出缺陷相。

当绕组星形联结时

Ra=（Rab+Rac-Rbc）/2

Rb=（Rab+Rbc-Rac）/2

Rc=（Rbc+Rac-Rab）/2

当绕组三角形联结，并为a-y；b-z；c-x时

Ra=（Rac-Rp）-

Rb=（Rab-Rp）-

Rc=（Rbc-Rp）-

Rp=

式中Ra、Rb、Rc——相电阻；

Rab、Rbc、Rac——线电阻。

三相电阻不平衡或与设计值相差太大，最常见的几种原因。

1）分接开关接触不良。

一般表现为个别一两个分接头的电阻偏大，而且三相之间电阻不平衡。

主要是由于分接开关内部不清洁，电镀脱落，弹簧压力不够等原因造成的。

如：

棒线第二作业区1400kVA变压器，名牌数据为:

型号：

ZS9-1400/6容量