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這些變壓器知識 你了解嗎?

技術交流2018年10月09日 09:29來源: 機房百科
  變壓器(Transformer)是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置,主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓(磁飽和變壓器)等。
 
  一、變壓器中國相關現狀
 
  我國變壓器制造企業約有1500家。500kV以上變壓器的生產企業近30家;220kV及以上企業約50家;110kV及以下生產企業在統計范圍內具有一定規模的生產企業約130家左右。近3年來,我國年產變壓器需求量均在15億千伏安左右。產業洞察研究《變壓器市場分析報告》顯示我國變壓器行業產能約30億千伏安,其中沈、西、保三集團產能約5億千伏安。前幾年,我國電力建設發展迅猛,變壓器需求量迅速增加,導致國內相當一部分變壓器企業快速擴大產能,甚至個別企業產能翻番。2009年以來,國家電力建設速度放緩,國內變壓器需求量有所降低。特別是國網公司、南網公司采用集中招標方式采購變壓器,低價中標導致企業競爭空前激烈。此外,由于國內市場競爭慘烈,中標價低于成本價,導致一些企業開始走海外路線,出口產品、國外建廠。此外許多公司已經開始致力于開發新型、節能、環保、智能化產品。但是國內變壓器企業普遍經濟效益明顯下降,很多企業處于虧損或虧損邊緣。一大批配電變壓器企業,甚至出現了犧牲產品質量而去惡意競爭的局面。此外,變壓器產品質量下降、事故率上升。配電變壓器國抽合格率僅為70%。網上運行變壓器事故率呈上升趨勢,產生事故變壓器近5年生產品為多,電網安全受到威脅。
 
  中國電力建設的迅猛發展帶動了中國變壓器制造行業的發展。2011年,全國變壓器的產量達14.3億千伏安,同比增長6.86%。2011年,中國變壓器制造行業規模以上(主營業務收入2000萬元以上)企業有1461家;實現銷售額2901.40億元,實現利潤總額166.08億元,資產規模為2638.40億元,產品銷售利潤為339.72億元。
 
  中國變壓器行業競爭激烈,外資跨國公司搶占了很大市場份額,國內變壓器制造企業數量也在快速增長。例如山東永成變壓器,中低端變壓器市場競爭激烈,具備220KV變壓器生產能力的企業有20余家,具備110KV變壓器產品生產能力的企業有100余家。而生產500KV等級以上變壓器企業通過技術和產能構筑了很高的進入壁壘,市場格局趨于穩定。
 
  近年來,我國電力需求增長迅速,電網的高速建設拉動了輸變電設備的市場需求。變壓器作為電力輸送的關鍵電氣設備,市場需求也保持了穩步的增長。前瞻產業研究院發布的《中國變壓器制造行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》顯示,2013年我國變壓器行業銷售收入為3680.34億元,同比增長16.07%,2005-2013年行業復合增長率為20.76%。
 
  我國變壓器行業企業數量非常龐大,2013年全行業有1650家企業,其中小企業就有1303家,占了近80%的比重。多數小企業技術實力不強,只能生產110以下的低端產品,從而導致中低端變壓器市場生產能力嚴重過剩。據統計,目前國內變壓器的產能利用率僅為50%。
 
  根據規劃,國家電網“十二五”期間將投資約2.55萬億用于電網建設,相比“十一五”期間的1.5萬億元,“十二五”電網投資額同比提升了68%。細分來看,2.55萬億中將有5000億用于特高壓電網投資,5000億用于配電網投資,另外約1.55萬億用于其他電壓等級的電網線路投資。
 
  二、工作原理
 
  變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件, 當初級線圈中通有交流電流時,鐵芯(或磁芯)中便產生交流磁通,使次級線圈中感應出電壓(或電流)。
 
  變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其余的繞組叫次級線圈。
 
  三、主要參數
 
  主要技術數據一般都都標注在變壓器的銘牌上。
 
  主要包括:額定容量、額定電壓及其分接、額定頻率、繞組聯結組以及額定性能數據(阻抗電壓、空載電流、空載損耗和負載損耗總重。
 
  A、額定容量(kVA):額定電壓.額定電流下連續運行時,能輸送的容量。
 
  B、額定電壓(kV):變壓器長時間運行時所能承受的工作電壓.為適應電網電壓變化的需要,變壓器高壓側都有分接抽頭,通過調整高壓繞組匝數來調節低壓側輸出電壓.
 
  C、額定電流(A):變壓器在額定容量下,允許長期通過的電流.
 
  D、空載損耗(kW): 當以額定頻率的額定電壓施加在一個繞組的端子上,其余繞組開路時所吸取的有功功率。與鐵心硅鋼片性能及制造工藝、和施加的電壓有關.
 
  E、空載電流(%): 當變壓器在額定電壓下二次側空載時,一次繞組中通過的電流.一般以額定電流的百分數表示.
 
  F、負載損耗(kW): 把變壓器的二次繞組短路,在一次繞組額定分接位置上通入額定電流,此時變壓器所消耗的功率.
 
  G、阻抗電壓(%):把變壓器的二次繞組短路,在一次繞組慢慢升高電壓,當二次繞組的短路電流等于額定值時,此時一次側所施加的電壓.一般以額定電壓的百分數表示.
 
  H、相數和頻率:三相開頭以S表示,單相開頭以D表示。中國國家標準頻率f為50Hz。國外有60Hz的國家(如美國)。
 
  I、溫升與冷卻:變壓器繞組或上層油溫與變壓器周圍環境的溫度之差,稱為繞組或上層油面的溫升.油浸式變壓器繞組溫升限值為65K、油面溫升為55K。冷卻方式也有多種:油浸自冷、強迫風冷,水冷,管式、片式等。
 
  J、絕緣水平:有絕緣等級標準。絕緣水平的表示方法舉例如下:高壓額定電壓為35kV級,低壓額定電壓為10kV級的變壓器絕緣水平表示為 LI200AC85/LI75AC35,其中LI200表示該變壓器高壓雷電沖擊耐受電壓為200kV,工頻耐受電壓為85kV,低壓雷電沖擊耐受電壓為75kV,工頻耐受電壓為35kV.
 
  四、常見故障
 
  (1)變壓器在經過停運后送電或試送電時,往往發現電壓不正常,如兩相高一相低或指示為零;有的新投運變壓器三相電壓都很高,使部分用電設備因電壓過高而燒毀;
  (2)高壓保險絲熔斷送不上電;
  (3)雷雨過后變壓器送不上電;
  (4)變壓器聲音不正常,如發出“吱吱”或“霹啪”響聲;在運行中發出如青蛙“唧哇唧哇”的叫聲等;
  (5)高壓接線柱燒壞,高壓套管有嚴重破損痕跡;
  (6)在正常冷卻情況下,變壓器溫度失常,并且不斷上升;
  (7)油色變化過甚,油內出現炭質;
  (8)變壓器發出吼叫聲,從安全氣道、儲油柜向外噴油,油箱及散熱管變形、漏油、滲油等。
 
  五、解決措施
 
  (1)在新建變電所時,應根據規范及時安裝高、低壓熔斷器。在變壓器運行中,發現熔斷器燒毀或被盜后應及時更換;
 
  (2)高、低壓熔斷件的合理配置:
 
  ①容量在100kVA以上的變壓器要配置2.0~3.0倍額定電流的熔斷件;
  ②容量在100kVA以下的變壓器要配置1.5~2.0倍額定電流的熔斷件;
  ③低壓側熔斷件應按額定電流稍大一點選擇。
 
  (3)加強用電負荷實測工作,在高峰期來臨時用鉗型電流表對每臺配變負荷進行測量,合理調整負荷,避免配變三相不平衡運行;
 
  (4)對于10kV配變低壓側電壓在+7%~-10%范圍之內,一般不允許調節分接開關。調節分接開關時,要由修試技術人員試驗調整;
 
  (5)定期檢查三相電流是否平衡或超過額定值。如三項負荷電流嚴重失衡,應及時采取措施調整;
 
  (6)在每年的雷雨季節來臨之前;應把所有配電變壓器上的避雷器送往修試部門進行檢測,試驗合格后及時安裝;
 
  (7)在投運前應做好以下檢測工作:
 
  ①帶負荷分、合開關三次,不得誤動;
  ②用試驗按鈕試驗三次,應正確動作;
  ③用試驗電阻接地試驗三次,應正確動作。
 
  (8)定期清理配電變壓器套管表面的污垢,檢查套管有無閃絡痕跡,接地是否良好,接地所用的引線有無斷股、脫焊、斷裂現象,用兆歐表檢測接地電阻不得>4Ω。
 
  (9)變壓器滲漏油的原因分析
 
  1、橡膠密封件失效和焊縫開裂
 
  變壓器的焊點多、焊縫長,而油浸式變壓器是以鋼板焊接殼體為基礎的多種焊接和連接的集合體。一臺31500kVA變壓器的總焊點達70余處,焊縫總長近20m左右,因此滲漏途徑可能較多。直接滲漏的原因是橡膠密封件失效和焊縫開裂、氣孔、夾渣等。
 
  2、密封膠件老化、龜裂、變形
 
  變壓器滲漏多發生在連接處,而95 %以上主要是由密封膠件引起的。密封膠件質量的好壞主要取決于它的耐油性能,耐油性能較差的,老化速度就較快,特別是在高溫下,其老化速度就更快,極易引起密封件老化、龜裂,變質、變形,以至失效,造成變壓器滲漏油。
 
  3、變壓器的制造質量
 
  變壓器在制造過程中,油箱焊點多、焊縫長、焊接難、焊接材料、焊接規范、工藝、技術等都會影響焊接質量,造成氣孔、砂眼、虛焊、脫焊現象從而使變壓器滲漏油。
 
  4、板式蝶閥質量欠佳
 
  變壓器另外一個經常發生滲漏的部位在板式蝶閥處,較早前生產的變壓器,使用的普通板式蝶閥連接面比較粗糙、單薄,單層密封,屬淘汰產品,極易引起變壓器滲漏油。
 
  5、安裝方法不當
 
  法蘭連接處不平,安裝時密封墊四周不能均勻受力,人為造成密封墊四周螺栓非均勻受力;法蘭接頭變形錯位,使密封墊一側受力偏大,一側受力偏小,受力偏小的一側密封墊因壓縮量不足就容易引起滲漏。此現象多發生在瓦斯繼電器連接處及散熱器與本體連接處;還有一點就是密封墊安裝時,其壓縮量不足或過大,壓縮量不足時,變壓器運行溫度升高油變稀,造成變壓器滲油,壓縮量偏大,密封墊變形嚴重,老化加速使用壽命縮短。
 
  6、托運不當
 
  托運及施工運輸過程中零部件發生碰撞以及不正確吊裝運輸,造成部件撞傷變形、焊口開焊、出現裂紋等,引起滲漏。
 
  六、主要分類
 
  一般常用變壓器的分類可歸納如下:
 
  1、按相數分:
 
  1)單相變壓器:用于單相負荷和三相變壓器組。
  2)三相變壓器:用于三相系統的升、降電壓。
 
  2、按冷卻方式分:
 
  1)干式變壓器:依靠空氣對流進行自然冷卻或增加風機冷卻,多用于高層建筑、高速收費站點用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。
  2)油浸式變壓器:依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。
 
  3、按用途分:
 
  1)電力變壓器:用于輸配電系統的升、降電壓。
  2)儀用變壓器:如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。
  3)試驗變壓器:能產生高壓,對電氣設備進行高壓試驗。
  4)特種變壓器:如電爐變壓器、整流變壓器、調整變壓器、電容式變壓器、移相變壓器等。
 
  4、按繞組形式分:
 
  1)雙繞組變壓器:用于連接電力系統中的兩個電壓等級。
  2)三繞組變壓器:一般用于電力系統區域變電站中,連接三個電壓等級。
  3)自耦變電器:用于連接不同電壓的電力系統。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。
 
  5、按鐵芯形式分:
 
  1)芯式變壓器:用于高壓的電力變壓器。
  2)非晶合金變壓器:非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料,空載電流下降約80%,是目前節能效果較理想的配電變壓器,特別適用于農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。
  3)殼式變壓器:用于大電流的特殊變壓器,如電爐變壓器、電焊變壓器;或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。
 
  八、基本組成
 
  變壓器組成部件包括器身(鐵芯、繞組、絕緣、引線)、變壓器油、
 
  (圖2)油箱和冷卻裝置、調壓裝置、保護裝置(吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等)和出線套管。
 
  1、鐵芯
 
  鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高,厚度分別為0.35 mm\0.3mm\0.27 mm,由表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分,鐵芯柱套有繞組;橫片是閉合磁路之用。鐵芯結構的基本形式有心式和殼式兩種。
 
  2、繞組
 
  繞組是變壓器的電路部分,它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。
 
  八、安全操作規程
 
  1、崗位安全職責
 
  1.1負責電力變壓器安裝前的檢查和保養,并做好檢查和保養的記錄。
  1.2負責安裝過程中的變壓器的完好無損。
  1.3嚴格按安全技術交底和操作規程實施作業。
 
  2、崗位任職條件
 
  2.1接受過專門的專業安全技術及技能培訓。
  2.2有統一配發的變配電設備安裝上崗證,持證上崗。
 
  3、上崗作業準備
 
  3.1接受安全技術交底,清楚其內容,具體包括:變壓器的安裝高度、一次高壓引下線、二次出線、配電箱安裝等。
  3.2施工前,檢查電力變壓器規格型號是否滿足設計要求。
  3.3施工前,施工負責人必須親自檢查現場布置情況,作業人員應認真檢查各自操作項目的現場布置情況。
 
  4、安全操作規程
 
  4.1大型油浸變壓器安裝前必須依據安裝使用說明書編寫安全施工措施。
  4.2充氮變壓器未經充分排氮(其氣體含氧密度>18%),嚴禁工作人員入內。充氮變壓器注油時,任何人不得在排氣孔處停留。
  4.3大型油浸變壓器在放油及濾油過程中,外殼及各側繞組必須可靠接地。
 
  4.4變壓器吊芯檢查時,不得將芯子疊放在油箱上,應放在事先準備好的干凈支墊物上。在放松起吊繩索前,不得在芯子上進行任何工作。
  4.5變壓器吊罩檢查時,應移開外罩并放置干凈墊木上,再開始芯部檢查工作。吊罩時四周均應設專人監護,嚴禁外罩碰及芯部任何部位。
  4.6變壓器吊芯或吊罩時必須起落平穩。
  4.7進行變壓器內部檢查時,通風和照明必須良好,并設專人監護;工作人員應穿無鈕扣、無口袋的工作服、耐油防滑靴,帶入的工具必須拴繩、登記、清點,嚴防工具及雜物遺留在器體內。
  4.8外罩法蘭螺栓必須對稱均勻地松緊。
  4.9檢查大型變壓器芯子時,應搭設腳手架,嚴禁攀登引線木架上下。
  4.10儲油和油處理現場必須配備足夠可靠的消防器材,必須制定明確的消防責任制,場地應平整、清潔,10m范圍內不得有火種及易燃易爆物品。
  4.11變壓器附件有缺陷需要進行焊接處理時,應放盡殘油,除凈表面油污,運至安全地點后進行。
  4.12變壓器引線焊接不良需在現場進行補焊時,應采取絕熱和隔離措施。
  4.13對已充油的變壓器微小滲漏允許補焊。
  4.14變壓器的頂部應有開啟的孔洞。
  4.15焊接部位必須在油面以下。
  4.16嚴禁火焊,應采用斷續的電焊。
  4.17焊點周圍油污應清理干凈。
  4.18應有妥善的安全防火措施,并對參加人員進行安全技術交底。
  4.19變壓器進行干燥前應制定安全技術措施及必要的管理制度。
  4.20干燥變壓器使用的電源及導線應經計算,電路中應有過負荷自動切斷裝置及過熱報警裝置。
  4.21干燥變壓器時,應根據干燥的方式,在鐵芯、繞組或上層油面上裝設溫度計,但嚴禁使用水銀溫度計。
  4.22干燥變壓器應設值班人員。值班人員應經常巡查各部位溫度有無過熱及異常情況,并作好記錄。值班人員不得擅自離開干燥現場。
  4.23采用短路干燥時,短路線應連接牢固。采用渦流干燥時,應使用絕緣線;使用裸線時必須用低壓電源,并應有可靠的絕緣措施。
  4.24使用外接電源進行干燥時,變壓器外殼應接地。
  4.25使用真空熱油循環進行干燥時,其外殼及各側繞組必須可靠接地。
  4.26干燥變壓器現場不得放置易燃物品,并應準備足夠的消防器材。
 
  5、其他注意事項
 
  5.1在電力變壓器安裝過程中,應由經驗豐富的設備安裝負責人現場指揮。
  5.2 非施工人員不得進入作業區。
  5.3夜間施工時,作業區應有良好的照明。
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