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国家职业资格鉴定

技师论文

国家职业资格二级

论文题目：

变压器运行与故障分析

姓名：

陈xx

职业：

维修电工

身份证号：

34042xxxxxxxxxxxx

所在单位：

国投新集xx煤矿

变压器运行与故障分析

国投新集xx煤矿陈xx

摘要：

发电厂要把大量的电能输送到远处的用电地区，就必须用升压变压器把电压升高，以降低线路上的损耗；在用电地区又必须用降压变压器把电压降低，以适应各种电气设备和安全用电的需要。

此外变压器还可以用来改变电流、变换阻抗和相位。

所以，变压器是输电、配电、电工测量和电子技术等不可缺少的重要的电气设备。

关键词：

变压器；运行；故障分析

0引言：

发电厂、电力网和电力用户组成电力系统，发电厂是电力的生产部门，由发电机产生的交流电能，经变压器升高电压后输入电力网。

电力网的高压输电线路能远距离地输送电能，到用电负荷集中的地区，再由降压变压器降低电压，经高、低压配电线路传输给各类用电设备使用。

电力的生产、输送、分配和使用的全过程，通过变压器得以同时实现，所以变压器的使用、维护，十分重要。

1变压器：

定义变压器是一种将交流电压升高或降低，并且保持电源频率不变的静止电气设备。

功能用以改变电压的变压器，如电力变压器；用以改变电流的变电流，如电流互感器；实现阻抗变换，如电子线路中阻抗匹配的输出变压器。

分类

（1）根据变压器的用途分类：

a、电力变压器，用于输、配电系统的升压或降压，是一种最普通的常用变压器；

b、矿用变压器，煤矿井下使用的变压器，具有相应等级的防爆功能，包括矿用动力变压器（干式变压器、移动变压器等）和矿用照明变压器；

c、供特殊电源用的变压器如：

冶炼用的电炉变压器、电解用的整流变压器、焊接用的各种电焊变压器等；

d、控制和电源变压器（如用于电子线路和自动控制系统中的小功率电源变压器、控制变压器和脉冲变压器等）；

e、试验变压器：

对电气设备进行耐压试验用的变压器；

f、调压、稳压变压器：

现农电电压不稳，采用的稳压电源；

g、仪用变压器：

电流互感器、电压互感器。

（2）按照冷却方式分类：

a、油浸式变压器，靠绝缘油进行冷却；

b、干式变压器，依靠辐射和空气对流冷却，一般容量较小。

c、风冷式变压器；

d、水内冷式变压器；

e、充气式变压器，变压器的器身放在封闭的铁箱内，箱内充以绝缘性能良好传递快、化学性能稳定的气体（SF6），应用于高压电力、电气设备检测和预防性试验的升压试验设备。

基本结构变压器种类很多，但基本结构相同。

变压器的基本部件是铁芯和绕组，大型变压器还有油箱及其他附件。

（1）变压器的铁芯。

铁芯主要用于构成变压器的磁路和支撑变压器的绕组。

铁芯分为铁芯柱和鉄轭两部分，铁芯柱上套装绕组，鉄轭使整个磁路构成闭合回路。

高导磁率的硅钢片叠成铁芯，减少铁芯涡流损耗，其厚度为0.35-0.5mm。

硅钢片的两面涂以绝缘漆，以使片与片间绝缘。

（2）变压器的绕组。

绕组是变压器的电路重要部分，用有绝缘的铜导线（漆包线）或铝导线绕制而成。

通常输入端为一次（初级）绕组，输出端为二次（次级）绕组。

按照高压绕组和低压绕组在铁心柱上的排列方式，变压器绕组分为同芯式和交叠式两种。

1）同芯式绕组。

同芯绕组的高、低压绕组同套在铁芯柱上，是为便于调压和绝缘，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面。

2）交叠式绕组。

交叠式绕组把高、低压绕组相互交叠放置，低压绕组靠近上下鉄轭，中间放置高压绕组。

由于高、低压绕组间的间隙多，绝缘复杂。

力学强度高，主要用于低压、大电流的电焊、电炉变压器中。

变压器工作原理以单相变压器为例简要分析工作原理。

规定与一次侧（初级）有关的各量，其符号右下标注“1”，如e1、u1、U1、I1、N1、P1等，而与二次侧（次级）有关的各量，其符号右下角标注“2”，如e2、u2、U2、I2、N2、P2等。

当变压器一次侧接入交流电源后，在一次绕组中就有交流电流通过，在铁芯中产生交变磁通（主磁通）。

根据电磁感应定律，一次、二次绕组都将产生感应电动势。

1）变压原理设一次、二次绕组匝数分别为N1、N2。

由于一次、二次绕组同时受主磁通作用，所有在两个绕组中分别感应电动势e1、e2，频率与电源频率相同。

主磁通随时间变化率为：

△Φ/△t,由电磁感应定律可得：

e1=-N1（△Φ/△t）e2=-N2（△Φ/△t）

感应电动势与感应电压反相，所以

u1=e1=-N1（△Φ/△t）u2=e2=-N2（△Φ/△t）

不考虑相位，只考虑它们大小，有效值之间关系为

U1/U2=N1/N2=n

U1一次侧交流电压有效值，U2二次侧交流电压有效值，N1一次绕组匝数，N2二次绕组匝数，n一次侧、二次侧电压比或匝数比，简称变比。

上式表明，变压器一次、二次绕组的电压比等于它们的匝数比n。

当n>1时，N1>N2，U1>U2，这种变压器是降压变压器；当n<1时，N1

只要选择变压器一次、二次绕组电压比，就可实现升压或降压目的。

2）变流原理变压器在变压过程中只起能量传递作用，无论变换后的电压是升高还是降低，电能都不会增加。

根据能量守恒定律，在忽略损耗情况下，变压器的输出功率P2应与变压器从电源获得的功率P1相等，即P1=P2。

则当变压器只有一个二次侧时，关系为I1U1=I2U2或I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n。

变压器工作时其一次、二次绕组的电流比与一次、二次绕组的电压比或匝数比成反比，而且一次侧的电流随着二次侧电流的变化而变化。

3）阻抗变换原理变压器除能改变交变电压、电流的大小外，还能变换交流阻抗，在电气工程中得到广泛应用。

变压器一次侧交流等效电阻的大小与变压器二次侧负载等效电阻成正比，与变压器的变比的平方成正比。

2变压器的连接与运行

1）三相绕组的连接方法有星形联接和三角形联接两种

a、星形联接法（把三相绕组的三个末端X、Y、Z连接在一起，接点称为中性点，用N表示，其首端A、B、C引出接至电源或负载，即称为星形联接法，用“Y”表示）

b、三角形联接法（把一相绕组的末端和另一相绕组的首端依次连接在一起，形成闭合回路，便是三角形联接，用“△”表示）

2）绕组的联结组

我国三相变压器有Yy（Y/y）、Yd（Y/△）、Dy（△/y）等连结组别，斜线上方符号表示一次绕组联结组别，斜线下方符号表示二次绕组的联结组别。

a、Yy（Y/Y）联接，即Yy0（Y/Y-12）联结。

三相变压器一次绕组接上对称的三相交流电时，绕在同一铁芯上的同绕向一次、二次绕组中电压同相位。

b、Yd（Y/△）联结，即变压器作Yd9（Y/△-9）联结

3）变压器运行

将两台及以上变压器一次、二次绕组同标号的出线端连接在一起，直接或经过一段线路接到母线上，同时对负荷供电，这种运行方式称为变压器的并联运行。

变压器并联运行的条件：

a、所有变压器有相同的额定一次、二次侧电压。

即变压比相同，其最大差值不得超过0.5%。

b、所有变压器应具有相同的连结组别和相序。

c、所有变压器应有相同的短路电压，不相同时最大差值不得超过10%。

d、变压器容量应尽可能接近，最大容量和最小变压器容量之比不得超过3:

1。

当变比不相同而并列运行时，将会产生环流，影响变压器的输出功率。

如果是阻抗不相等而并列运行，就不能按变压器的容量比例分配负荷，也会影响变压器的输出功率。

接线组别不同并列运行时，会使变压器短路。

3变压器故障分析

变压器在运行中需要经常维护，出现故障时要及时处理。

为了正确处理故障，应掌握系统运行方式，负荷状态、种类，变压器上层油温，温升与电压情况，故障发生时天气情况，变压器周围有无检修及其他作业，运行人员、系统有无操作，何种保护动作、故障现象等。

变压器常见故障为绕组、绝缘套管和电压分接开关等故障，铁芯、油箱及其他附件故障较少。

1）绕组故障分析：

主要是匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等，故障的原因：

a、在制造或检修时，局部绝缘受到损害导致。

b、在运行中因散热不良或长期过载；绕组内有杂物落入，使温度过高绝缘老化。

c、制造工艺不良，压制不紧，力学强度不能经受短路冲击，使绕组变形绝缘损坏。

d、绕组受潮，绝缘层膨胀堵塞油道，引起局部过热。

e、绝缘油内混入水分而劣化，或与空气接触面积过大，使油的酸度值过高使绝缘水平下降或油面太低，部分绕组在空气中未能及时处理。

应根据故障现象及原因，采取正确的维修措施。

2）绝缘套管故障，常见故障现象是炸毁、闪络和漏油，原因：

a、密封不良，绝缘受潮劣化。

b、呼吸器配置不当，或吸入水分未及时处理。

3）电压分接开关故障，常见故障是表面熔化与灼伤，相间触头放电或各接头放电，主要原因：

a、连接螺栓松动。

b、带负载调整装置不良或调整不当。

c、分接头绝缘板绝缘不良。

d、接头焊锡不饱满，接触不良，制造工艺差，弹簧压力不足。

e、油的酸碱度值过高，使分接开关接触面被腐蚀。

4）铁芯故障，大部分原因是由于铁芯柱的穿心螺杆或鉄轭夹紧螺杆绝缘损坏而引起，可能使穿心螺杆与铁芯叠片造成两点连接，出现环流引起局部发热，甚至铁芯局部熔毁；也会造成铁芯叠片局部短路，产生涡流过热，引起叠片间绝缘层损坏，使变压器空载损耗增大，绝缘油劣化。

如果判断是绕组或铁芯故障，处理方法是吊芯检查。

首先测量各相绕组间的直流电阻并进行比较，如差别较大，则为绕组故障。

铁芯外观检查，再用直流电压、电流表测量硅钢片间绝缘电阻。

如损坏不大，可在损坏处涂绝缘漆。

5）瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯故障动作与信号，重瓦斯故障会导致跳闸。

轻瓦斯动作原因分析：

滤油，加油或冷却系统不严密以致空气进入变压器；因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮简以下；变压器故障产生少量气体；发生穿越性短路；气体继电器或二次回路故障。

重瓦斯动作与跳闸原因：

可能变压器内部的多相短路；匝间短路；绕组与铁芯与外壳短路；以及铁芯故障；油面下降或漏油；分接开关接触不良或导线焊接不牢固，引起油分解出大量气体，也可能二次回路故障等。

应立即切除故障变压器，投入备用变压器，然后做相应检查。

检查油枕防爆门、各焊接缝是否裂开，变压器外壳是否变形；最后气体取样，检查气体可燃性。

6）变压器自动跳闸原因分析：

应查明保护动作情况，进行外部检查。

如因外部故障引起（人员误动作等）则可不进行内部检查送电。

如差动保护动作，应对该保护范围内设备进行全部检查。

7）变压器着火：

主要原因是绝缘套管破损和闪络，油在油枕的压力下，流出并在顶盖上方燃烧；变压器内部故障使外壳或散热器破裂，燃烧的变压器油溢出。

变压器应能跳闸、断开，脱离供电网路。

如未自动断开，立即手动断开断路器，切断可能通向变压器的所有电源隔离开关。

停止冷却设备进行灭火。

参考文献：

［1］《电工技术基础》高等教育出版社1991年6月。

［2］《电工与电子技术基础》哈尔滨工业大学出版社2008年6月。

［3］《矿井维修电工》煤炭工业出版社2005年2月。

［4］《电工》煤炭工业出版社出版社2005年7月。

［5］《实用电工技术问答》内蒙古人民出版社1985年9月。