第6章 三相电力变压器Word文档下载推荐.docx

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其中，无载调压变压器一般用于对电压水平要求不高的场所，特别是10kV及以下的配电变压器；

在10kV以上的电力系统和对电压水平要求较高的场所主要采用有载调压变压器。

7.按安装地点分，有户内式和户外式。

8.按冷却方式和绕组绝缘分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等，其中油浸式变压器又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却方式等，而干式变压器又有浇注式、开启式、封闭式等。

油浸式变压器具有较好的绝缘和散热性能，且价格较低，便于检修，因此被广泛地采用，但由于油的可燃性，不便用于易燃易爆和安全要求较高的场合。

干式变压器结构简单，体积小，重量轻，且防火、防尘、防潮，虽然价格较同容量的油浸式变压器贵，在安全防火要求较高的场所，尤其是大型建筑物内的变电所、地下变电所和矿井内变电所被广泛使用。

充气式变压器是利用充填的气体进行绝缘和散热，具有优良的电气性能，主要用于安全防火要求较高的场所，并常与其他充气电器配合，组成成套装置。

普通的中小容量的变压器采用自冷式结构，即变压器产生的损耗热经自然通风和辐射逸散；

大容量的油浸式变压器采用水冷式和强迫油循环冷却方式；

风冷式是利用通风机来加强变压器的散热冷却，一般用于大容量变压器（2000kV·

A及以上）和散热条件较差的场所。

9.按用途分，有普通变压器、防雷变压器等。

6～10kV/0.4kV的变压器常叫做配电变压器，安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器。

二、电力变压器的原理及结构

（一）变压器的基本结构

电力变压器是利用电磁感应原理进行工作的，因此其最基本的结构组成是电路和磁路部分。

变压器的电路部分就是它的绕组，对于降压变压器，与系统电路和电源连接的称为一次绕组，与负载连接的为二次绕组；

变压器的铁心构成了它的磁路，铁心由铁轭和铁心柱组成，绕组套在铁心柱上；

为了减少变压器的涡流和磁滞损耗，采用表面涂有绝缘漆膜的硅钢片交错叠成铁心。

1.常用三相油浸式电力变压器如图6－1所示。

图6－1三相油浸式电力变压器的结构

1—信号温度计2—铭牌3—吸湿器4—油枕（储油柜）5—油位指示器

6—防爆管7—气体继电器8－高压套管9—低压套管10—分接开关

11—油箱及散热油管12—铁心13—绕组及绝缘14—放油阀15—小车16—接地端子

（1）油箱油箱由箱体、箱盖、散热装置、放油阀组成，其主要作用是把变压器连成一个整体及进行散热。

内部是绕组、铁心和变压器的油。

变压器油既有循环冷却和散热作用，又有绝缘作用。

绕组与箱体（箱壁、箱底）有一定的距离，由油箱内的油绝缘。

油箱一般有四种结构：

ａ.散热管油箱，散热管的管内两端与箱体内相通，油受热后，经散热管上端口流人管体，冷却后经下端口又流回箱内，形成循环，用于1600kV·

A及以下的变压器。

b.带有散热器的油箱，用于2000kV·

A以上的变压器。

c.平顶油箱。

d.波纹油箱（瓦楞型油箱）。

（2）高低压套管套管为瓷质绝缘管，内有导体，用于变压器一、二次绕组接入和引出端的固定和绝缘。

（3）气体继电器容量在800kV·

A及以上的油浸式变压器（户内式的变压器容量在400kV·

A及以上）才安装，用于在变压器油箱内部发生故障时进行气体继电保护。

（4）储油柜又叫油枕，内储有一定的油，它的作用一是补充变压器因油箱渗油和油温变化造成的油量下降，二是当变压器油发生热胀冷缩时保持与周围大气压力的平衡。

其附件吸湿器与油枕内油面上方空间相连通，能够吸收进入变压器的空气中的水分，以保证油的绝缘强度。

（5）防爆管其作用是防止油箱发生爆炸事故。

当油箱内部发生严重的短路故障，变压器油箱内的油急剧分解成大量的瓦斯气体，使油箱内部压力剧增，这时，防爆管的出口处玻璃会自行破裂，释放压力，并使油流向一定方向喷出。

（6）分接开关用于改变变压器的绕组匝数以调节变压器的输出电压。

2.环氧树脂浇注的三相干式变压器

图6－2为环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器的结构图。

环氧树脂浇注绝缘的干式变压器又称树脂绝缘干式变压器，它的高低压绕组各自用环氧树脂浇注，并同轴套在铁心柱上；

高低压绕组间有冷却气道，使绕组散热；

三相绕组间的连线也由环氧树脂浇注而成，因此其所有带电部分都不暴露在外。

其容量从30kV·

A到几千kV·

A，最高可达上万kV·

A，高压侧电压有6、10、35kV，低压侧电压为230/400V。

目前我国生产的干式变压器有SC系列和SG系列等。

三、变压器的应用

变压器是借助于电磁感应，以相同的频率．在两个或更多的绕组之间变换交换电压或电流的一种静止电气设备。

从电厂发出的电能，要经过很长的输电线路输送给远方的用户（如工厂、矿山、医院、学校、农林牧业场所等），为了减少输电线路上的电能损耗，必须采用高压或超高压输送。

而目前一般发电厂发出的电压，由于受绝缘水平的限制，电压不能太高．这就要经过变压

器将电厂发出的电能电压进行升高送到电力网。

这种变压器统称升压电力变压器。

对备用户来说．各种用电设备所要求的电压又不是太高，也要经过变压器，将电力系统的高电压变成符合用户各种电气设备要求的额定电压，作为这种用途的变压器统称降压电力变压器。

由上述可知，电力变压器是电力系统中，用以改变电压的主要电气设备。

图6－2环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器

　1－高压出线套管和结线端子2－吊环3－上夹件4－低压出线结线端子5－铭牌

6－环氧树脂浇注绝缘绕组7－上下夹件拉杆8－警示标牌9－铁心10－下夹件11－小车

12－三相高压绕组间的连接导体13－高压分接头连接片

再从电力系统的角度来看，一个电力网将许多发电厂和用户联在一起，分成主系统和若干个分系统，各个分系统的电压并不一定相同．而主系统必须是统的—种电压等级，这也需要各种规格和容量的变压器来联接各个系统。

所以说电力变压器是电力系统中不可缺少的一种电气设备。

其他类型的变压器，如整流变压器、电炉变压器、各类调压器、互感器、电抗器等，虽然结构形式各有所异，其具体作用也有所不同．但其宏观用途仍是用以变换电压或电流的。

表6－1为各种类型的电力变压器的不同性能和应用场合的比较：

第二节变压器接线图、装配图

一、变电所的接线图

变配电所常用主结线按其基本形式可分为四种类型：

线路—变压器组单元结线、单母线结线、双母线结线和桥式结线。

下面分别就其结线形式和特点进行介绍。

（一）线路—变压器组单元结线

在变配电所中，当只有一路电源进线和一台变压器时，可采用线路－变压器组单元结线，如图6－3所示。

根据变压器高压侧情况的不同，也可以装设图中右侧三种不同的开关电器组合。

当电源侧继电保护装置能保护变压器且灵敏度满足要求时，变压器高压侧可只装设隔离开关；

当变压器高压侧短路容量不超过高压熔断器的断流容量，而又允许采用高压熔断器保护变压器时，变压器高压侧可装设跌开式熔断器或熔断器式负荷开关。

在一般情况下，在变压器高压侧装设隔离开关和断路器。

当高压侧装设负荷开关时，变压器容量不得大于1250kV?

A，高压侧装设隔离开关或跌开式熔断器时，变压器容量一般不得大于630kV?

A。

这种结线的优点是结线简单，所用电气设备少，配电装置简单，节约了建设投资。

缺点为该线路中任一设备发生故障或检修时，变电所全部停电，供电可靠性不高。

它适用于小容量三级负荷、小型工厂或非生产性用户。

图6－3线路－变压器组单元结线方案

（二）单母线结线

母线又称汇流排，是用来汇集、分配电能的硬导线，文字符号为W或WB。

设置母线可方便地把多路电源进线和出线通过电气开关连接在一起，提高供电的可靠性和灵活性。

单母线结线又可分为单母线不分段结线、单母线分段结线和单母线带旁路结线三种类型。

1.单母线不分段结线当只有一路电源进线时，常用这种结线方式，如图6－4a所示。

其每路进线和出线中都配有一组开关电器。

断路器用于通断正常的负荷电流，并能切断短路电流。

隔离开关有两种作用：

靠近母线侧的称母线隔离开关，用于隔离母线电源和检修断路器；

靠近线路侧的称线路侧隔离开关，用于防止在检修断路器时从用户侧反向送电和防止雷电过电压沿线路侵入，保证维修人员安全。

这种结线的优点是结线简单清晰，使用设备少，投资低，比较经济，发生误操作的可能性较小。

缺点是可靠性和灵活性差，当母线或母线侧隔离开关发生故障或进行检修时，必须断开所有回路及供电电源，从而造成全部用户供电中断。

这种结线适用于对供电可靠性和连续性要求不高的中、小型三级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。

2.单母线分段结线当有双电源供电时，常采用高压侧单母线分段结线，如图6－4b、c所示。

分段开关可采用隔离开关或断路器；

母线可分段运行，也可不分段运行。

当采用隔离开关分段时（图6－4b），如需对母线或母线隔离开关检修，可将分段隔离开关断开后分段进行检修。

当母线发生故障时，经短时间倒闸操作将故障段切除，非故障段仍可继续运行，只有故障段所接用户停电。

该结线方式的供电可靠性和灵活性较高，可给二、三极负荷供电。

若用断路器分段（图6－4c），除仍可分段检修母线或母线隔离开关外，还可在母线或母线隔离开关发生故障时，母线分段断路器和进线断路器能同时自动断开，以保证非故障部分连续供电。

这种结线方式的供电可靠性高，运行方式灵活。

除母线故障或检修外，可对用户连续供电。

但结线复杂，使用设备多，投资大。

它适用于有两路电源进线、装设了备用电源自动投入装置，分段断路器可自动投入及出线回路数较多的变配电所，可供电给一、二级负荷。

3.单母线带旁路的结线单母线带旁路结线方式如图6－5所示，增加了一条母线和一组联络用开关电器，增加了多个线路侧隔离开关。

这种结线适用于配电线路较多、负载性质较重要的主变电所或高压配电所。

该结线运行方式灵活，检修设备时可以利用旁路母线供电，可减少停电次数，提高了供电的可靠性。

4.双母线结线双母线结线方式如图6－6所示。

其中的两段母线可互为备用，运行可靠性和灵活性都得到很大提高，但开关设备的数量大大增加，从而其投资较大。

因此双母线结线在中、小型变配电所中很少采用，主要用于负荷大且重要的枢纽变电站等场所。

图6－6双母线结线

5.桥式结线所谓桥式结线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，犹如一座桥，有内桥式结线和外桥式结线两种。

断路器跨接在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式结线，如图6－7a所示；

若断路器跨在进线断路器的外侧，靠近电源侧，称为外桥式结线，如图6－7b所示。

图6－7桥式结线

a）内桥式结线b）外桥式结线

桥式结线的特点：

（1）结线简单高压侧无母线，没有多余设备；

（2）经济由于不需设母线，4个回路只用了3只断路器，省去了1～2台断路器，节约了投资；

（3）可靠性高无论哪条回路故障或检修，均可通过倒闸操作迅速切除该回路，不致使二次侧母线长时间停电；

（4）安全每台断路器两侧均装有隔离开关，可形成明显的断开点，以保证设备安全检修；

（5）灵活操作灵活，能适应多种运行方式。

例如，将2QF和二次侧的分段断路器（图中未画）闭合，可使两台变压器并列运行。

将2QF和二次侧分段断路器都断开，则两台变压器就独立工作，并互为备用。

因此桥式结线既能适应单电源双回路供电方式，又能适应双电源的两端供电方式。

因此，桥式结线的供电可靠性高，运行灵活性好，适用于一、二级负荷。

其中内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和检修的可能性就较多，但变电所的变压器不需要经常切换的35kV及以上总降压变电所；

而外桥式结线适用于电源线路较短而变电所的变压器需经常进行切换操作以适应昼夜负荷变化大，需经济运行的总降压变电所；

当一次电源线路采用环形结线时也易于采用此结线。

二、变配电所的结构及装配图

（一）变压器室和室外变压器台的结构

1.变压器室的结构变压器室的结构形式取决于变压器的形式、容量、放置方式、结线方案、进出线的方式和方向等很多因素，并应考虑运行维护的安全以及通风、防火等问题；

另外，考虑到今后的发展，变压器室宜有更换大一级容量的可能性。

为保证变压器安全运行及防止变压器失火时故障蔓延，根据GB50053—1994《10kV及以下变电所设计规范》，可燃油油浸式变压器外廓与变压器室墙壁、门的最小净距应如表6－2所示，以保证变压器的安全运行和维护方便。

可燃油油浸式变压器室的耐火等级应为一级，非燃或难燃介质的电力变压器室的耐火等级不应低于二级。

变压器室的门要向外开；

室内只设通风窗，不设采光窗；

进风窗设在变压器室前门的下方，出风窗设在变压器室的上方，并应有防止雨、雪和蛇、鼠类小动物从门、窗及电缆沟等进入室内的设施；

通风窗的面积，根据变压器的容量、进风温度及变压器中心标高至出风窗中心标高的距离等因素确定；

通风窗应采用非燃烧材料。

变压器室一般采用自然通风，夏季的排风温度不宜高于45℃，进风和排风的温差不宜大于15℃。

变压器室的布置方式按变压器推进方式，分为宽面推进式和窄面推进式两种。

变压器室的地坪按通风要求，分为地坪抬高和不抬高两种形式。

变压器室的地坪抬高时，通风散热更好，但建筑费用较高。

变压器容量在630kV·

A及以下的变压器室地坪，一般不抬高。

设计变压器室的结构布置时，可参考GB50053-1994《10kV及以下变电所设计规范》、GB50059－1992《35～110kV变电所设计规范》、88D26《电力变压器室布置》和97D267《附设式电力变压器室布置》。

图6-8为88D268图集中一个油浸式电力变压器室的结构布置图，该变压器室为窄面推进式，室内地坪不抬高，高压侧采用6～10kV负荷开关－熔断器或隔离开关－熔断器，高压电缆由左侧下方进入，低压母线由右侧上方出线。

图6－8油浸式电力变压器室的结构布置图

1－主变压器（6～10/0.4kV）2－负荷开关或隔离开关的操作结构3－负荷开关或隔离开关

4－高压母线支架5－高压母线6－接地线7－中性母线8－临时接地的结线端子9－熔断器

10－高压绝缘子11－电缆保护管12－高压电缆13－电缆头14－低压母线15－穿墙隔板

对于非油浸式电力变压器室的结构布置，可参考99D28《干式变压器安装》标准图集。

图6－9是99D28图集中的一个干式变压器室的结构布置图。

该变压器室也为窄面推进式，高压侧采用6～10kV负荷开关或隔离开关，高压电缆由左侧下方进入，低压母线由右侧上方出线。

（a）

（b）

图6－9干式变压器室的结构布置图

1-主变压器（6～10/0.4kV）2-负荷开关或隔离开关3-负荷开关或隔离开关的操作结构4-高压电缆

5－电缆头6－电缆芯端接头7－电缆保护管8－电缆支架9－高压母线10－高压母线夹具

11－高压支柱绝缘子12－高压母线支架13－低压母线14－接地线15－低压母线夹具

16－电缆线路绝缘子17－低压母线支架18－PE接地干线19－固定钩20－安装底座21－固定螺栓

22－低压母线穿墙板23－临时接地的结线端子24－预埋钢板25－木栅栏

2.室外变压器台的结构露天或半露天变电所的变压器四周，应设不低于1.7rn高的固定围栏（或墙）；

变压器外廓与围栏（墙）的净距不应小于0.8m，变压器底部距地面不应小于0.3m，相邻变压器外廓之间的净距不应小于1.5m。

当露天或半露天变压器供给一级负荷用电时，相邻的可燃油油浸式变压器的防火净距不应小于5m，若小于5m，应设置防火墙，防火墙应高出油枕顶部，且墙两端应大于挡油设施两侧各0.5m。

设计室外变电所时，应参考上述的GB50053-1994和GB50059－1992以及86D266《落地式变压器台》标准图集。

图5-51是86D266图集中的一个露天变电所的变压器台结构图。

该变电所为一路架空进线，高压侧设RW10-10F型跌开式熔断器和避雷器，避雷器和变压器低压侧的中性点及变压器外壳一起接地。

图6－10露天变电所的变压器台结构图

1－变压器（6～10/0.4kV）2－电杆3－跌开式熔断器4－避雷器5－低压母线6－中性母线7－穿墙隔板

8－围墙或栅栏9－接地线（注：

括号内的尺寸适合容量为630kV·

A及以下的变压器）

第三节变压器的继电保护装置

电力变压器是供电系统中的重要设备，它的故障对供电的可靠性和用户的生产、生活将产生严重的影响。

因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。

变压器故障一般分为内部故障和外部故障两种。

变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路。

内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁心，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。

变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障。

该故障可能导致引出线的相间短路和接地短路。

变压器的不正常工作状态有：

由于外部短路和过负荷而引起的过电流，油面的过度降低和温度升高等。

变压器的内部故障和外部故障均应动作于跳闸；

对于外部相间短路引起的过电流，保护装置应带时限动作于跳闸；

对过负荷、油面降低、温度升高等不正常状态的保护一般只作用于信号。

1．高压侧为6～10kV的车间变电所的主变压器，通常装设有带时限的过电流保护和电流速断保护。

如果过电流保护的动作时间范围为0.5～0.7s，也可不装设电流速断保护。

2．容量在800kV·

A及以上的油浸式变压器（如安装在车间内部，则容量在400kV·

A及以上时），还需装设瓦斯保护。

3．并列运行的变压器容量（单台）在400kV·

A及以上，以及虽为单台运行但又作为备用电源用的变压器有可能过负荷时，还需装设过负荷保护，但过负荷保护只动作于信号，而其他保护一般动作于跳闸。

4．如果单台运行的变压器容量在10000kV·

A及以上、两台并列运行的变压器容量（单台）在6300kV·

A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

高压侧为35kV及以上的工厂总降压变电所主变压器，一般应装设过电流保护，电流速断保护和瓦斯保护。

本节只介绍中小型工厂常用的6～10kV配电变压器的继电保护，包括过电流保护、电流速断保护和过负荷保护，着重介绍变压器的瓦斯保护。

一、变压器的瓦斯保护（气体继电保护）

变压器的瓦斯保护是保护油浸式变压器内部故障的一种基本保护。

瓦斯保护又称气体继电保护，其主要元件是瓦斯继电器（气体继电器），它装在变压器的油箱和油枕之间的联通管上，如图6－11所示；

图6－12所示为FJ-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图。

在变压器正常工作时，瓦斯继电器的上下油杯中都是充满油的，油杯因其平衡锤的作用

图6－11瓦斯继电器在

变压器上的安装

1-变压器油箱2-联通管

3-瓦斯继电器　4－油枕（储油柜）

图6－12FJ-80瓦斯继电器的结构示意图

1-容器2-盖3-上油杯4-永久磁铁5-上动触点6-上静触点7-下油杯　6-永久磁铁9-下动触点10-下静触点11-支架12-下油杯平衡锤13-下油杯转轴14-挡板15-上油杯平衡锤16-上油杯转轴17-放气阀

使其上下触点都是断开的。

当变压器油箱内部发生轻微故障致使油面下降时，上油杯因其中盛有剩余的油使其力矩大于平衡锤的力矩而降落，从而使上触点接通，发出报警信号，这就是轻瓦斯动作。

当变压器油箱内部发生严重故障时，由于故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕，在油流经过瓦斯继电器时，冲击挡板，使下油杯降落，从而使下触点接通，直接动作于跳闸。

这就是重瓦斯动作。

如果变压器出现漏油，将会引起瓦斯继电器内的油也慢慢流尽。

这时继电器的上油杯先降落，接通上触点，发出报警信号，当油面继续下降时，会使下油杯降落，下触点接通，从而使断路器跳闸。

瓦斯继电器只能反映变压器内部的故障，包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间短路等。

而对变压器外部端子上的故障情况则无法反映。

因此，除设置瓦斯保护外，还需设置过电流、速断或差动等保护。

二、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护

图6－13变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路（集中法）

KA1KA2KT1KSKM－定时限过电流保护KA3KA4KS2KM－电流速断保护

KA5KT2KS3－过负荷保护

（一）变压器的过电流保护

变压器过电流保护的动作电流整定计算公式，也与电力线路过电流保护基本相同，只是最大负荷电流

应取为（1.5～3）

，这里的

为变压器的额定一次电流。

变压器过电流保护的动作时间，也按“阶梯原则”整定。

但对车间变电所来说，由于它属于电力系统的终端变电所，因此其动作时间可整定为最小值0.5s。

=

（6－1）

变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式时发生两相短路（换算到高压侧的电流值）来校验。

其灵敏度的要求也与线路过电流保护相同，即

≥1.5；

当作为后备保护时可以

≥1.2。

≥1.5（6－2）

（二）变压器的电流速断保护

变压器的过电流保护动作时限大于0.5s时，必须装设电流速断保护。

电流速断保护的组成、原理，也与电力线路的电流速断保护完全相同。

图6－14变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路的展开图

变压器电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定计算公式，也与电力线路的电流速断保护基本相同，只是

应取低压母线三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的电流值，即变压器电流速断保护的动作电流按躲过低压母线三相短路电流来整定。

=

　　（6－3）

变压器速断保护的灵敏度，按变压器高压侧在系统最小运行