大型变压器和发电机的运行常见故障与检修Word格式文档下载.docx
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胡云旺
2011年5月
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第一章大型变压器的运行分析·
·
1
第一节变压器的基本知识·
第二节变压器的并联运行·
5
第三节变压器的运行监视与维护·
8
第四节案例分析·
11
第二章大型变压器的检修·
13
第一节变压器的大修项目和小修项目·
第二节变压器的常见故障及处理方法·
15
第三节变压器油的处理·
17
第四节变压器的干燥·
19
第五节案例分析·
22
第三章大型发电机的运行·
24
第一节同步发电机的基本知识·
第二节发电机的并列运行·
26
第三节发电机运行监视和调节·
30
36
第四章汽轮发电机的检修·
37
第一节发电机的检修项目和周期·
第二节发电机常见故障及处理方法·
39
第三节发电机的检修·
42
第四节发电机的干燥·
47
第五节案例分析·
50
英译汉·
53
结束语·
60
参考文献·
61
第一章大型变压器的运行分析
变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。
变压器是电力系统中的重要设备，利用变压器将电能经济地输送到用电地区，供用户使用，在国民经济其他部门得到了广泛的应用。
本章主要研究电力变压器的基本知识，并联运行，变压器运行中的监视与控制，事故现象和处理以及典型案例分析等。
第一节变压器的基本知识
本节主要讲述变压器的基本结构、工作原理以及变压器的铭牌和额定值。
一、变压器的工作原理
变压器工作原理的基础是电磁感应定律。
两个互相绝缘的绕组套在同一个铁芯上，绕组之间只有磁的耦合而没有电的联系，如图1-1所示。
当原绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁芯中产生与外加电压频率相同的交变磁通
。
交变磁通
同时交链着原、副绕组。
根据电磁感应定律，交变磁通Φ在原、副绕组中感应出相同频率的电动势
、
若把负载接到二次绕组，在电动势
作用下，变压器就能向负载输出电能，实现了不同等级电能的传递。
由上式可知：
改变一、二次绕组的匝数比即可变压器电压，这就是变压器的变压原理。
二、变压器的基本结构
变压器中最主要的部件是铁心和绕组，铁心和绕组装配在一起称为器身。
油浸式变压器的器身放在油箱里，油箱中注满了变压器油。
油箱外装有散热器、储油柜、安全气道等。
1.铁芯
铁芯是变压器中耦合磁通的主磁路，由铁轭和铁心柱两部分组成，也起固定和支持绕组的作用。
为了减少涡流损耗，铁芯由每片厚度为0.35到0.50mm、涂有漆膜的优质硅钢片叠装而成。
为了减小接缝间隙以减小励磁电流，一般采用交错式叠装，铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件。
2.绕组
绕组是变压器的电路，材料为铜或铝（主要为铜）。
变压器的绕组可分为同心式和交叠式两种，为了便于绝缘，低压绕组靠近铁芯，高压绕组套装在低压套组外面，这也便于高压绕组抽出分接头。
3.绝缘套管
绝缘套管主要作用是把器身和变压器电路隔离开来，一般为瓷质。
4.油箱及其他附件
油浸式变压器的器身浸在充满变压器油的油箱中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。
变压器的油箱一般为椭圆形，用钢板焊成。
在油箱盖上安装有储油柜（亦称膨胀器或油枕），储油柜通过管道与油箱接通，使变压器的油面的升降限制在储油柜中。
此外，油箱盖上还装有分接开关，用来改变高压绕组的匝数以调节变压器的输出电压。
三、变压器的型号和额定值
（一）变压器的型号
变压器的型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。
例如：
OSFPSZ-25000/220表明是自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压、额定容量为25000KVA、高压侧额定电压为220KV的电力变压器；
S7-500/10为额定容量为500KVA、高压侧额定电压为10KV的低损耗三相油浸式自冷电力变压器。
（二）额定值
1.额定容量
额定容量是指变压器额定运行时的视在功率，由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计相等。
对于三相变压器而言指三相的总功率。
2.一、二次侧的额定电压
和
正常运行时加载一次测的端电压的允许值称为变压器一次侧的额定值
二次侧的额定电压
是指变压器一次侧加额定电压是二次测得空载电压。
对三相变压器而言，额定电压是指线电压。
3.额定电流
变压器一、二次的额定电流，是根据额定容量和额定电压计算出来的电流。
对三相变压器而言，额定电流是指线电压。
对单相变压器
对三相变压器
4.额定频率
我国的标准规定工业频率
此外，额定运行时的效率、温升等数据也是额定值。
除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及连接组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。
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第二节变压器的并联运行
并联运行能提高电能供应的可靠性，可以根据负载的大小来调整投入运行的变压器台数，以提高运行效率，还可以减少备用容量，并随用电量的增加分批分期安装新变压器，以减少初期投资。
一、并联运行前的检查
变压器安装施工，交接试验合格之后，投入电网运行之前，必须进行冲击合闸试验和试运行。
这是考核设备制造和安装质量、确保并网运行安全可靠的重要技术措施。
试运行之前，应制定完善的并经技术主管批准的试运行计划，运行部门在安装部门的配合下，对变压器的工作状态进行仔细的检查，然后做试运行前的五次冲击试验。
具体检查项目如下：
（一）变压器运行条件的检查
在变压器投入并联运行前，应确认各变压器确实满足并联运行条件，以免不满足条件时投入运行损坏变压器。
（二）变压器保护系统的检查
检查变压器的各继电保护装置是否正常，包括气体保护、电流电压保护、防雷保护等。
并对相关保护进行调试和整定，确保其动作准确、可靠，送电时，必须投入变压器的所有保护，以保证变压器在投入运行时出现故障保护能正确动作，切除故障。
（三）监视装置的检查
检查电流表、电压表和温度测量仪等仪表是否齐全，测量范围是否合适，各仪表是否安装正确，以保证测量的正确性。
（四）变压器本身的检查
在变压器投入并联运行前，应对变压器的冷却系统、各绕组的接线以及变压器的外表进行仔细的检查和试运行，以保证变压器能正常稳定的工作。
（五）其他检查
在变压器投入运行前，应检查消防设备是否齐全，确保在出现意外时能迅速处置。
二、变压器并联运行的理想条件
变压器并联运行，理想情况是：
空载时并联各变压器二次绕组间没有环流；
带负载后各变压器的负载系数相等；
负载时各变压器对应相的电流同相位，这样总负载电流等于各台变压器负载电流算术和。
为达到上述理想情况，并联变压器应满足以下三个条件：
（1）变压器的接线组别相同。
（2）变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即各变压器的变比相等。
（3）变压器的短路阻抗标么值
相等，且短路阻抗角相等。
上述三个条件中，条件
（1）必须严格保证。
条件
（2）和条件（3）允许有小的差别。
在实际运行中，要求并联变压器变比的差值
不超过1%，短路阻抗
差值不超过10%，短路阻抗角在10°
~20°
之间。
三、并联条件不满足对运行的影响
下面以两台变压器运行为例来进行分析。
1.变比不等
变比不同时会在绕组中产生环流，环流存在影响负载分配并且占用变压器容量，一般要求空载环流不超过额定电流的10%，通常规定变比的偏差不大于1%。
2.联结组标号不同
两台变压器联结组别不同并联运行时，会在变压器二次绕组所构成的回路上产生几倍于额定电流的环流，烧坏变压器的绕组。
因此，联结组别不同的变压器绝对不允许并联运行。
3.短路阻抗标么值不等
当并联运行的变压器的短路阻抗标么值
不相等时，各并联变压器承担的负载系数将不会相等。
各台变压器所分配的负载与短路阻抗的标么值成反比。
为了充分利用变压器的容量，理想地分配负荷负载，并联运行的变压器的短路阻抗标么值应相等。
变压器的运行规程规定：
在任何一台变压器不过载的情况下，变比不等和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行；
短路阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。
第三节变压器的运行监视与维护
为了保证变压器能安全可靠的运行，当变压器有异常情况发生时能及时发现、及时处理，将事故消除在萌芽状态，对运行中的变压器进行严格的监视和多方面的维护是十分重要的。
一、变压器运行中的监视
变压器运行中需要监视的内容：
（1）监视仪表。
变压器控制盘上的电流表、电压表、功率表等仪表，它们指示着变压器的运行状态，诸如负荷的大小及电压质量的好坏等，因此要严格监视与抄录。
（2）当有电阻式遥测温度计装置时，要监视变压器上层油温，并作好记录。
（3）监视变压器储油柜的油位是否正常，有无渗漏油的现象。
（4）检查各电压等级的绝缘套管，表面是否清洁，有无破损裂纹及放电痕迹，有无渗漏油的情况。
（5）监视检查变压器箱壳有无渗漏油现象，净油器是否按规定投入运行，吸湿器的干燥剂有否失效，安全气道的保护膜是否完好。
（6）监视冷却系统的运转情况是否正常。
对于油浸风冷及强迫油循环风冷的变压器，有无个别风扇停转，风扇电动机是否过热，声音有无异常。
对于强迫油循环水冷却的变压器，其潜油泵的运转是否正常，油压及流量有无变化，冷却水压力是否符合规定，冷却水进口温度是否符合规定，冷却器是否渗油漏水等。
二、变压器的维护
绝大多数的变压器是安装在露天或半露天的场合，要遇到雨、雪、风、霜、雷、高温、严寒、迷雾、灰尘等多种气候条件的侵袭。
每台变压器在设计制造时，根据国家标准和技术条件，虽考虑到要胜任上述各种恶劣条件，但变压器经过一段时期的运行后，其抵御能力会下降，因此必须作定期维护，以恢复变压器的抵御能力。
在一般情况下，每半年作一次维护已足够，但在环境污秽、气候条件恶劣的地区，则应适当缩短维护周期，可以4个月一次，甚至每季度一次。
1.变压器定期维护的项目如下：
（1）揩净瓷套管外表面。
（2）清扫变压器箱壳及其附件。
（3）对本体及充油附件，取油样并作油样试验。
（4）检查维护各级绝缘套管的导电接头、导电板帽盖。
（5）雷雨季节到来之前，维护好避雷装置并预先投入系统。
（6）趁维护停电机会，对一些零星小缺陷应予以消除。
2.运行中变压器油的维护
变压器油的作用，一方面是绝缘介质，另一方面又是散热媒介，所以要求变压器油在运行中应始终处于合格状态。
由于变压器油在运行中可能与空气相接触，也有可能与雨水相接触，还因为运行中的高温影响，所以变压器油的质量可能逐渐变坏，电气绝缘强度逐渐变低。
产生所谓的“老化”现象。
为确保变压器油的质量，就要采取各种措施，延长其使用寿命，其主要维护措施如下：
（1）定期取油样检验
对35KV以上的变压器，每年取样化验一次；
对35KV以下的变压器，可每三年取样化验一次。
对于电气绝缘强度的试验，应在每两次取样化验之间再作一次试验。
（2）充氮保护
将惰性氮气充满储油柜上部空间，隔绝空气，可防止油的过早老化。
（3）投用净油器
净油器内有吸附剂，变压器油流经净油器时，油中的水分、游离酸等氧化物都被吸附剂吸收，使油连续地得到再生，油质能长时间保持合格。
（4）油中添加抗氧化剂
油中添加抗氧化剂后，由于抗氧化剂的作用，使氧化反应链中断以抑制油的氧化。
第四节案例分析
一、变压器的油箱和冷却装置有什么作用？
变压器的油箱是变压器的外壳，内装铁芯、绕组和变压器油，同时起一定的散热作用。
变压器冷却装置的作用是，当变压器的上层油温产生温差时，通过散热器形成油循环，使油经散热器冷却后流回油箱，有降低变压器油温的作用。
为提高冷却效果，可采用风冷、强油风冷或强油水冷等措施。
二、气体继电器的作用是什么？
气体继电器是变压器重要额定保护组件。
当变压器内部发生故障，油中产生气体或油气流动时，则气体继电器动作，发出信号或切断电源，以保护变压器，另外，发生故障后，可以通过气体继电器的视窗观察气体颜色，以及取气进行分析，从而对故障的性质作出判断。
三、绝缘套管的作用是什么？
有哪些要求？
绝缘套管的作用是将变压器内部高、低引线引到油箱外部，不但作为引线对地绝缘，而且担负着固定引线的作用，变压器套管是变压器载流原件之一，在变压器运行中，长期通过负载电流，当变版权所有权归作者，仅供参考，严禁用于商业用途
压器发生外部短路时通过短路电流。
因此对变压器套管有以下要求：
（1）必须具有规定的电气强度和足够的机械强度。
（2）必须具有良好的热稳定性，并能承受短路时的瞬时过热。
（3）外形小、质量小、密封性能好、通过性强和便于维修。
第二章大型变压器的检修
第一节变压器的大修项目和小修项目
变压器的检修分大修和小修两类。
大修一般要吊出器身（或钟罩）进行检修；
小修一般为不吊器身（或钟罩）的检修。
一、变压器的大修期限及项目
（一）变压器的大修期限
变压器的大修期限一般可按下列情况确定。
（1）发电厂和变电所的主要变压器和主要厂用变压器一般在投入运行后的5年内应大修一次，以后每隔10年大修一次。
（2）箱沿焊接的全密封变压器或制造厂另有规定者，若经过试验与检查并结合运行情况判定有内部故障或本体严重漏油时，才进行大修。
（3）在电力系统中运行的主要变压器当承受出口短路后，经综合诊断分析，可考虑提前大修。
（4）运行中的变压器，当发生异常状况或经试验判明有内部故障时，应提前大修。
（二）变压器的大修项目
（1）吊器身（或钟罩）后对器身进行外部检查。
（2）铁芯和绕组的检修。
（3）检修分接开关。
（4）油箱及其附件的检修。
（5）气体继电器的检修。
（6）冷却装置的检修。
（7）变压器油的处理或换油。
（8）清扫油箱及涂漆。
（9）进行规定的测量和试验。
二、变压器的小修期限及项目
变压器的小修是根据它的重要程度、运行环境、运行条件等因素，为了了解和及时防止变压器故障而进行的短期间隔的检修工作。
（一）变压器的小修期限
（1）一般每年小修一次。
（2）运行在恶劣环境下的变压器，其小修期限可适当缩短。
（二）变压器的小修项目
（1）处理已发现的缺陷。
（2）清扫油箱，必要时进行补漆。
（3）清扫套管并检查导电接头。
（4）检查储油柜的油位，清除储油柜中的污泥，必要时加油。
（5）检修调压装置并进行调试。
（6）检查全部阀门及密封衬垫，处理渗漏油。
（7）检修气体继电器和安全气道。
（8）检查和清扫冷却装置。
（9）检查接地系统。
（10）按有关规程规定进行测量和试验。
第二节变压器的常见故障及处理方法
在变压器发生的故障中，主要包括绕组故障、铁芯故障以及套管和分接开关等部分的故障。
其中，绕组的故障最多，其次是铁芯故障，其余部分的故障较少。
应根据故障现象，查找并判明故障原因，采取相应的处理方法进行检修。
表2-1列出的是变压器常见故障的类型、现象、产生的原因和处理办法。
2-1变压器常见故障的类型、现象、产生的原因和处理办法
故障类型
故障现象
故障原因
处理方法
绕组匝间或层间短路
1、变压器异常发热
2、油温升高
3、油发出特殊的“咝咝”声
4、电源侧电流增大
5、三相绕组的直流电阻不平衡
6、高压熔断器熔断
7、气体继电器动作
8、储油柜冒黑烟
1、变压器运行年久，绕组绝缘老化
2、绕组绝缘受潮
3、绕组绕制不当，使绝缘局部受损
4、油道内落入杂物，使油道堵塞，局部过热
1、更换或修复所损坏的绕组、衬垫和绝缘筒
2、进行浸漆和干燥处理
3、更换或修复绕组
绕组接地或相间短路
1、高压熔断器熔断
2、安全气道薄膜破裂、喷油
3、气体继电器动作
4、变压器油燃烧
5、变压器振动
1、绕组主绝缘老化或有破损等重大缺陷
2、变压器进水，绝缘油严重受潮
3、油面过低，落出油面的引线绝缘距离不足而击穿
4、绕组内落入杂物
5、过电压击穿绕组绝缘
1、更换或修复绕组
2、更换或处理变压器油
3、检修渗漏油部位，注油至正常位置
4、清除杂物
5、更换或修复绕组绝缘，并限制过电压的幅值
绕组变形与断线
1、变压器发出异常声音
2、断线相无电流指出
1、制造装配不良，绕组未压紧
2、短路电流的电磁力作用
3、导线焊接不良
4、雷击造成断线
5、制造上缺陷，强度不够
1、修复变形部位，必要时更换绕组
2、拧紧压圈螺钉，紧固松脱的衬垫、撑条
3、割除熔蚀在截面缩小的导线或补换新导线
4、修补绝缘，并作浸漆干燥处理
5、修复改善结构，提高机械强度
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