变压器基本工作原理范文

导语：如何才能写好一篇变压器基本工作原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：变压器；结构；工作原理

变压器是一种常见的电气设备，可用于将某一电压值的交流电变换为同频率的另一电压值的交流电。除变换电压外，它还可以变换电流和变换阻抗。变压器在国民经济的很多领域里有着非常广泛的应用。

1.变压器的结构和工作原理

变压器的型式多种多样，但它们的基本结构是相同的，都由铁心和绕在铁心上的绕组所组成。根据铁心和绕组的相对位置不同，变压器可以分为心式和壳式两种。

1.1 心式变压器

心式变压器的结构和外形，如图1所示。其特点是铁心1在绕组（低压绕组2和高压绕组3）里面，即绕组包围铁心。心式变压器的结构简单，用铁量少，绕组的安装和绝缘比较容易。容量较大的单相变压器和三相电力变压器都采用这种结构。

图1 心式变压器的结构和外形

1- 铁心；2-低压绕组；3-高压绕组

1.2 壳式

壳式变压器的结构和外形，如图2所示。其特点是绕组（低压绕组2和高压绕组3）在铁心1里面，即铁心包围绕组。壳式变压器用铜量少，散热比较容易，而且可以不要专门的变压器外壳。容量较小的单相变压器和某些特殊用途的变压器采用这种结构。

图2 壳式变压器的结构和外形

1- 铁心；2-低压绕组；3-高压绕组

变压器的铁心用于构成磁路。为了提高导磁能力，降低损耗，变压器的铁心通常是用表面涂有绝缘漆膜，厚度为0.22mm、0.27mm、0.35mm及0.5mm的硅钢片叠装而成。变压器的绕组又称线圈，由绝缘导线绕制而成，是变压器导电的部分。变压器的绕组有一次绕组和二次绕组。与电源相连的称为一次绕组，与负载相连的称为二次绕组。

变压器除了铁心和绕组两个主要部分之外，还有一些其他装置和附件。例如，在电力变压器中，有用于变压器身散热的邮箱（变压器的铁心和绕组都津在装有变压器油的油箱中，这种冷却方式叫油津式）、油管（散热用）、油枕（储油柜），有用于使带电引线与油箱之间可靠绝缘的绝缘套管，以及用于观测变压器油面高度的油位表和油面温度的温度表等。

2. 变压器的工作原理

磁通的绝大部分通过铁心而闭合，称为主磁通，用Φ表示。由于主磁通同时与一次、二次绕组相链，因此当主磁通交变在一次绕组中产生感应电动势e1时，也会在二次绕组中产生感应电动势e2，。如果二次绕组接有负载，便有电流i2流过负载，并向负载输出电功率。在此，负载上的电流和功率是通过变压器铁心中的交变磁通，利用电磁感应作用，从一次绕组传送到二次绕组的，这就是变压器的基本工作原理。下面分别讨论变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换关系。

2.1 电压变换

根据电磁感应定律，设主磁通 则

（2.1）

（2.2）

它们的有效值：

（2.3）

（2.4）

由于漏磁通Φδ1和Φδ2是经过空气隙的，因此Φδ1、Φδ2分别与电流i1、i2成正比，其作用可用电感 和 来表示，故漏磁感应电动势

（2.5）

（2.6）

当变压器空载时， ，故 （ 为二次绕组的空载电压）。由于此时一次绕组上的阻抗压降很小（约占U1的0.01%～0.25%），可以忽略不计，故 。因此空载时一次、二次绕组电压有效值之比

（2.7）

式中，K称为变压器的变比。由式（2.7）说明，空载时变压器一次、二次绕组电压之比近似等于它们的匝数之比。这就是变压器的电压变换关系。变比K是变压器的一个重要参数，它可由变压器的铭牌数据就得，数值上等于一次、二次绕组的额定电压之比。

2.2电流变换

如上所述，由于变压器绕组的阻抗压降很小，可以忽略不计，因此

（2.8）

式（2.8）说明，在电源电压U1和频率f不变时，感应电动势E1和主磁通的最大值 也近似不变。 不变则意味着产生主磁通的磁动势不变。因为变压器空载时产生主磁通的磁动势为N1i0（i0为空载电流），负载时产生主磁通的磁动势为（N1i1+N2i2），故

N1i1+N2i2=N1i0 或 （2.9）

因为变压器的空载电流I0很小（约为I1N的1%～3%），因此一般可以认为

（2.10）

式（2.10）说明，二次绕组磁动势与一次绕组磁动势相位近似相反，对主磁通是起去磁作用的。由式（2.10）可得变压器一次、二次电流有效值之比：

（2.11）

即变压器一次、二次电流有效值之比近似等于它们的匝数比的倒数。这就是变压器的电流变换关系。

3 结束语

本文首先讨论变压器的结构和工作原理，变压器是电力系统中非常重要的电气设备。

参考文献

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案例一

教学内容：交变电流

教学目标：

1.知道交变电流和直流的区别。

2.知道中性面的概念，理解交变电流的产生过程，掌握正弦式交变电流的规律。

3.知道描述交变电流的几种方法，了解交流发电机的基本构造。

4.通过对矩形线框在匀强磁场中的匀速转动产生的感应电流的规律的探究，进一步感受法拉第电磁感应定律。

导学问题：

1.请你设计一个能产生感应电流的实验装置，相互之间进行交流，并比较相互之间设计的不同装置产生的感应电流有何不同?

2.探讨交变电流产生过程及其变化规律。

(1)线圈转动一周，电流方向改变多少次?

(2)线圈转到什么位置时磁通量最大?这时感应电动势如何?

(3)线圈转到什么位置时磁通量最小?这时感应电动势如何?

(4)试推导感应电动势大小的变化规律公式。

3.探究什么样的实验装置是实际能够使用的发电机装置，为什么?你对课本上的发电装置有没有什么要改进的地方?

案例二

教学内容：描述交变电流的物理量。

教学目标：

1.了解描述交变电流的几个物理量，知道我国供电线路交变电流的周期和频率。

2.理解交流电有效值的物理意义，并会运用有效值的定义来求解简单的交变电流的有效值.记住正弦式交变电流的有效值与最大值的关系.通过对交变电流有效值的理解和掌握体会物理学中的重要思想——等效思想。

导学问题：

1.交变电流的大小和方向都随时间变化，你准备怎样来描述交变电流?

2.研究课本的“思考与讨论”，你能否根据交流电有效值的定义求得该交变电流的有效值？

3.能否利用已有的知识推导出正弦式交变电流的有效值与最大值的关系?(提示可利用图象法，请试试看)

4.对交变电流而言，我们常常接触到另外一个物理量——平均值，请你推出正弦式交变电流的平均值与最大值、有效值的关系。

案例三

教学内容：电感和电容对交变电流的影响。

教学目标：

1.了解电感和电容对交变电流的阻碍作用，知道感抗和容抗大小与交变电流的关系。

2.通过比较感抗、容抗与电阻的区别，进一步体会交变电流的特点。

3.了解电感和电容在电器设备中的无处不在，体会物理知识在实际中的应用。

导学问题：

1.为什么电感接在直流和交变电流的电路中有不同的结果?你能用已有的知识作简要的分析吗?

2.为什么电容接在直流和交变电流的电路中有不同的结果?你能用已有的知识作简要的分析吗?

3.你能举出电感和电容在生产和生活中的应用吗?

案例四

教学内容：变压器。

教学目标：

1.了解变压器的基本构造，知道理想变压器和实际变压器的区别，理解变压器的工作原理。

2.探究理想变压器的电压与匝数的关系。

3.知道不同种类变压器的共性和个性。

4.探究理想变压器的电流与匝数的关系。

5.通过对变压器的工作原理的探究，体会生产和生活中为什么使用的是交变电流，从而进一步感受物理与生活的关系。

导学问题：

1.变压器的原、副线圈是相互独立的绕在闭合铁芯上，为什么只有原线圈中接通电源时，接在副线圈中小灯泡还能亮?是否接任何电源副线圈中的灯泡都能亮?

2.根据变压器的结构和工作原理自我探究理想变压器的电压与匝数的关系，探究不同种类变压器的共性和个性。

3.根据变压器的结构和工作原理自我探究理想变压器的电流与匝数的关系。

4.阅读课本“科学漫步”，请你谈谈在生活中和生产实践中在哪些地方在使用变压器？

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关键词：主变保护电流瓦斯保护变压器

中图分类号： TM41 文献标识码： A 文章编号：

1关于主变保护的定义

主变指的是一个单位或者变电站的总降压变压器，其容量一般比较大。其他的变压器作为配电来使用，一般称为配电变压器，容量稍小。

关于主变的保护，作为主变压器，一般来说容量比较大，要求工作的可靠性较高。对于不同容量的变压器，所要求装设的保护类别也不尽相同。

2变压器的主保护

变压器的主保护主要由瓦斯保护和差动保护构成。

2.1瓦斯保护

2.1.1瓦斯保护定义 瓦斯保护：瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其原理是：变压器内部故障时，在故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解，产生气体（瓦斯），进而造成喷油，冲击气体继电器，瓦斯保护动作。

2.1.2瓦斯保护工作原理

2.1.2瓦斯保护类型 瓦斯保护分轻瓦斯和重瓦斯两种，轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于跳闸。重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器组发生少数匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动，此时，靠重瓦斯保护切除故障。

2.1.3瓦斯保护的优点是不仅能反映变压器油箱内部的各种故障，而且还能反映差动保护所不能反映的不严重的匝间短路和铁心故障。此外，当变压器内部进入空气时也有所反映。瓦斯保护灵敏度高、结构简单、动作迅速， 其缺点是不能反映变压器外部故障(套管和引出线)，因此不能作为变压器各种故障的唯一保护。瓦斯保护抵抗外界干扰的性能较差，例如剧烈的震动就容易误动作。如果在安装瓦斯继电器时未能很好地解决防油问题或瓦斯继电器不能很好地防水，就有可能漏油腐蚀电缆绝缘或继电器进水而造成误动作。

2.2.变压器纵差保护

2.2.1变压器纵差构成原理

根据基尔霍夫第一定律，0=∑•I；式中∑•I表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。

当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。

2.2.2变压器纵差动保护的基本原理及逻辑图

A、变压器纵差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。

B、变压器纵差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。 例如如下所示的双绕组变压器

3.主变差动保护分析

在主变差动保护所用电流互感器选择时，除应选带有气隙的D级铁芯互感器外，还应适当地增大电流互感器变比，以降低短路电流倍数，这样可以有效削弱励磁涌流，减少差动回路中产生的不平衡电流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作尤为有效。下面将通过实例进行分析：

实例：一台三相三绕组降压变压器，容量Se=40.5MVA，电压110±2×2.5%kV/35±2×2.5%kV/11kV，接线方式：Ydd11-11，变压器额定电流：213A/608A/2130A。主变差动保护采用BCH-2型差动继电器。

已确定110kV侧为基本侧。主变差动保护部分整定值如下(计算过程略)：

差动线圈的计算匝数：Wcd.js=6.3匝，实际匝数向下取整，取Wcd.js=6匝；

继电器的实际动作电流：Idz=10A；

灵敏度K1m=2.1。

该变电所曾发生10kV线路出线处因外力破坏导致三相金属性短路，10kV线路电流速断动作，相继引起主变差动保护误动作。我们初步分析因短路点离保护太近，又是最严重的三相金属性短路，短路电流极大，当外部故障切除，电压恢复时，出现数值很大的励磁涌流，从而使差动回路产生的不平衡电流大于整定电流值而导致主变差动保护误动作。但如果提高保护定值，如保护定值增大为11A，则灵敏度变小K1m=1.91＜2，不能满足灵敏度的要求。

经综合分析，认为采用BCH-2型具有速饱和变流差动继电器来避免励磁涌流存在一定缺陷。从励磁涌流的特性看，对三相变压器，电压恢复时，至少有两相出现程度不同的励磁涌流，即三相励磁涌流中可能有一相没有非周期分量，这时速饱和变流器将失去作用。分析保护定值，差动保护电流互感器变比选得有些偏低，且趋于饱和。这样当发生最严重的三相金属性短路时，电流互感器因饱和其误差增大，不但增大不平衡电流，而且使电流互感器严重过载。而增大电流互感器变比，可降低短路电流倍数，减少差动回路中的不平衡电流，因而能有效地削弱励磁涌流和区外故障产生的不平衡电流。

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【关键词】差动变压器式传感器；原理；应用

0 前言

差动变压器式传感器是在传统传感器上改进，利用物体在移动时产生的能量推动电压产生的变化而求出所求量的物理实验器材，即将各个物理量变换为电量的变化。它广泛的应用于各种物理量的测量，如伸长、压力、应变、振动、物体的厚度等。传统的传感器只能对一些物理量进行简单且比较繁琐的测量，这显然难以满足复杂系统的要求，所以差动变压器式传感器出现了，它的问世预示着新时展的潮流，在信息化时代，要想跟上时展潮流，就要熟练的掌握基础技术。

1 差动变压器式传感器的基本情况

1.1 基本构造

差动变压器是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压器装置，主要是差动变压器式压力传感器、差动变压器式位移传感器、差动变压器式电容传感器这几种，不同种类的变压器有不同的构造，但基本的构造是一致的。线框和？铁芯构成系统的主要部分。在线框上绕有一组线圈，该线圈相当于输入线圈，将铁芯放置在线圈中央圆柱孔中，两个或多个带有铁芯的线圈又构成线圈组，线圈组分为初级线圈和次级线圈，初次级线圈间有街铁，在互感的作用下，衔铁能随两个线圈的移动而移动，此外，还有一些部件如铁架、激磁线圈、补偿线圈、屏蔽套等。

1.2 运作原理

差动变压器式传感器的工作原理是由变换交流电压、电流和阻抗这三个器件组成的变压器，当交流电流通过初级线圈时，就会有交流磁通在铁芯中产生，从而感应出电压和电流。若是在初级线圈中加有适当频率的电压刺激时，在两个次级线圈中就会产生感应电势。当使铁芯向右或向左移动时，在两个次级线圈内所感应的电势则会一个增加和一个减少。如果接成反向串联输出，则传感器的输出电压等于两个次级线圈的电势差，因为两个次级线圈做得一样，因此，当铁芯放在中央的位置时，传感器的电压会为零。以上就是差动变压器传感器的工作原理。

1.3 工作性能

差动变压器式传感器的主要的性能是灵敏度和线性度。差动变压器传感器的灵敏度是指街铁移动时产生的输出电势的变化，单位用mV/mm来表示，而线性度则是指因变量和自变量之间的线性关系，线性度具有一定的范围，差动变压器式传感器的灵敏度和线性度越高，它的工作性能也越高。差动变压器式传感器的灵敏度的高低与初级电压、次级绕组匝数和激励电压有关。首先灵敏度与次级匝数是线性关系，次级匝数增加，灵敏度也跟着增加，但次级匝数不能无限制增加。灵敏度和初级电压成正比关系，在频率很低时，灵敏度随频率的增加而增加，但当频率升高，线圈的感抗大大高于其电阻时，灵敏度则与频率无关。线性度则是和灵敏度有关，灵敏度越高线性度就越高。总之，认识差动变压器传感器的性能，对于它的工作性能有个熟练的掌握，保证差动变压器传感器的正确使用和工作研究的展开。

2 差动变压器式传感器运用

2.1 运用方面

差动变压器传感器在现实生活中有着非常广泛应用。它的种类有很多，包括压力传感器、位移传感器、加速度传感器等，这些差动变压器在许多领域都有着非常广泛的应用。对于压力传感器，主要通过弹性敏感器将非电量压力参数变为位移量送至测量电路，再通过对电路各个量的数学计算计算出压力。位移测传感器是在电磁感应原理下测量出位移，当初级线圈被供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同， 次级线圈产生的感应电动势也不同，由电动势的不同推出的位移量的大小。对于加速度传感器，主要依据的原理是牛顿第二定律即质量块的位移与被测物体的加速度正比，将加速度的测量转变为位移的测量。事实上，差动变压器传感器的种类还有很多，应用范围也都非常的广泛，需要相关的研发人员进一步学习与探索，以促进差动变压器的进一步应用和改进。

2.2 使用的范围

差动变压器传感器是非常重要的高科技产品，可广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业，结构简单使用范围广计算方法简单的优点让它能在各个方面都有着非常重要的应用，接下来我们将简单的谈谈变压器的使用范围。在民生邻域中，运用在建筑中的高度精确测量、地基的精炼挖掘上，钢铁工业邻域，高炉的炉顶水平检测、连续铸造间隙、砂型振动、凸度等的误差检测，铁水包、中间包的滑动水口的位置检测。重型电机工业邻域上，蒸汽透平的主阀检查，旁通阀的阀升程检测，升降机的姿势监控，在航天航空邻域的轴径跳动检测、阀位检测与控制、辊缝间隙控制等。还有复杂的金属加工、机床及工具定位、液压缸定位、自卸载重车等都有不同程度的用到变压器。总之，变压器的应用范围有很多，方面也很广泛，需要使用者不断的发现与学习，以不断地扩大变压器的使用范围。

2.3 如何使用差动变压器

清楚差动变压器的基本结构是正确使用它的前提。详细阅读差动变压器传感器的使用手册，熟悉差动变压器传感器的使用准则和注意事项，在使用前要学会并熟练掌握差动变压器传感器的工作原理和足够的知识储备，主要的知识有牛顿定律、电磁感应、压力计算、动量定理等。将这些准备做好后，便是使用差动变压器，在使用时要将可能出现的问题事先做好应对的措施，避免出现问题时一无所知。使用结束后，检查传感器的各个部分，无误后将传感器关好，关闭后将变压器放到规定地方。此外，还要对传感器进行定期的检查和维修，定期的检查和维修有力利于差动变压器性能的维持和正常运行，从而减少故障的发生，延长使用寿命。检查和维修步骤和方法是检查传感器的电源电压、输出电压和工作性能。主要有五大操作步骤听、摸、查、看和闻。经验丰富的工作人员摸摸运行的部位的温度是否正常，听听设备运行的声音是否有异常，查看传感器的系统是否有问题和设备运行参数符合规定的程度，闻闻运行部位是否有异味。再采用先进的科学仪表仪器来精确的测试出传感器的运行情况。维修的方法主要是根据设备的使用情况，参考有关维修周期、维修工作的计划日期和大致维修工作量和设备制度。然后再依据每次维修前的准备制定出确切的工作安排，最终制定出详细而规范的维修方案。

3 结语

综上所述，差动变压器传感器是非常重要的器材，在讲究速度和高质量的社会，差动变压器传感器灵活性、高效性和灵敏性就显得非常重要，这些优点是非常符合时展的步伐和潮流的，具有很大的前景。且正确的使用差动变压器传感器不仅可以辅助设计者进行高效的设计工作，提高现阶段的工作效率、降低生产成本，还可以推进差动变压器的发展和进步。重视差动变压器传感器的应用和发展，有利于推动科学技术的发展、增强我国的综合实力、和实现科学技术为立国之本的目标。

【参考文献】

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关键词：变压器 呼吸器 硅胶 瓦斯保护

1 变压器的基本结构

变压器的基本结构由器身、油箱、冷却装置、保护装置、出线装置及变压器油组成。其中器身包括铁芯、绕组、绝缘、引线及分接开关；油箱包括油箱本体及附件；保护装置包括油枕、油表、安全气道、呼吸器、测温元件、净油器、继电器等；出线装置包括高、中、低压瓷套管等。油枕一般分为两种形式：胶囊式油枕和隔膜式油枕，其作用一致，胶囊或隔膜的主要作用就是将油和空气隔绝。油枕胶囊内的气体通过呼吸器与外界进行交换。

2 呼吸器的结构与在变压器中的作用

呼吸器也叫吸湿器，是主变压器（本文所指变压器均为油浸式电力变压器）的一个附属安全保护装置，呼吸器安装在油枕与空气连通的管道末端，由导气管、容器及油杯组成，容器内装有硅胶，油杯内装有绝缘油。呼吸器能使变压器本身内的空气通过呼吸器与外界空气相通，保持器身内外气压相等，防止高温天气或满负荷运行时变压器油因升温膨胀，内部压力升高无法释放造成变压器喷油。二是通过呼吸器内装的干燥剂吸收进入变压器内空气中的水分，使变压器绝缘油保持良好的电气性能，防止潮湿空气直接进入变压器油枕内，使变压器油受潮，降低或破坏变压器的绝缘强度，以致绕组烧毁。

如图一所示，空气流动的过程：

油枕――呼吸器联管――玻璃罩――玻璃筒――油封片――集油杯――气孔――大气，图为呼吸器呼气时动作效果。

3 硅胶的作用

3.1 硅胶（Silica gel；Silica）也被称为硅橡胶，是一种活性吸附材料，它无毒无味，性质稳定，基本上不与任何物质发生反应，除了强碱、氢氟酸等，而且不溶于任何溶剂。因为制造工艺的不同，不同的硅胶它的结构也不同。硅胶的物理结构和化学成分与其他材料有很大的不同，形成其独有的特点：较高的吸附性能、较好的热稳定性、机械强度较高。

3.2 主要用途：主要作用是吸潮防锈，被广泛应用在密闭条件下的设备、仪表。配合普通的硅胶干燥剂使用，能显示干燥剂的吸潮程度和分析环境的相对湿度等。也可以是包装用的干燥剂，被应用在仪器、食品、皮革、日用品等方面。

3.3 工业油变压器中用的较多的是蓝色硅胶，因为它除了有吸附防潮的作用外，还可以随着吸湿量的增加，而改变自身的颜色，由蓝变紫，再变浅红，不仅可以显示环境的湿度，也直观显示是否还有防潮作用，还可以判断何时失去效应，及时更换新的硅胶。

4 瓦斯保护的定义和工作原理

4.1 瓦斯保护是油浸是变压器的一种保护装置，是变压器内部故障的主要保护元件。如图三所示，安装在变压器箱盖和储油柜的联管上，当油浸式变压器内部发生故障时，产生的电弧大量放热，将变压器内部的绝缘材料受热分解产生大量的气体，就有可能造成油流冲动，从而使继电器的接点动作，通过保护回路，动作于变压器重瓦斯调整。

4.2 目前开口杯挡板式瓦斯继电器是我国大部分电力企业应用的继电器，它的结构主要是上下两个开口杯和平衡锤。上下两个开口杯都浸在油里，平衡锤产生的力矩大于开口杯在油内的重力所产生的力矩，所以开口杯向上倾斜，不能触发继电器接点动作。但是如果变压器油箱内部发生故障，绝缘油会被分解，形成少量的气体，因为变压器布置倾斜，从而使气体逐渐聚集在继电器的上部，油面下降，从而上开口杯漏出油面，浮子浮力减小。平衡锤产生的力矩小于开口杯在油内的重力所产生的力矩，从而使上开口杯的触点动作，触发轻瓦斯保护动作，保护回路发出信号。当内部故障严重，大量放热分解绝缘油产生大量的气体时，油流直接冲击下开口杯的挡板，使下开口杯触点动作，触发变压器重瓦斯保护动作。所以，当瓦斯继电器及瓦斯保护回路接线正常，回路没有问题的时候，若瓦斯保护动作，可能有以下原因：①因为发生故障，在变压器油箱里形成一些气体，并从油箱流向油枕；②变压器油箱到油枕之间的连接管道上出现快速油流；③变压器油位下降。

5 在主变压器更换呼吸器硅胶时，对瓦斯保护的影响

5.1 对在运行中的主变压器更换呼吸器硅胶，需要将重瓦斯保护由跳闸改投发信，这一点基本上没有什么异议，分歧比较大的是在硅胶更换完毕后什么时候投入重瓦斯保护。一种观点认为变压器需要经过24小时的试运行正常后，方可将重瓦斯保护投入跳闸，因为在更换完主变压器呼吸器硅胶后，还有可能造成瓦期保护的误动作；另一种观点是主变在更换完硅胶后对瓦斯保护并无影响，可直接恢复正常，将重瓦斯保护投入跳闸。

5.2 主变呼吸器更换硅胶工作结束后，对瓦斯保护的影响分析：①虽然在更换呼吸器硅胶的过程中，通过连接管变压器的油枕胶囊内的气体与大气进行了直接接触，但是变压器油箱里面并没有进入气体，依据瓦斯继电器动作原理可知，不会使其动作；②更换硅胶工作并不会使油箱到油枕之间的连接管道上出现大量的油流动，也不会触发瓦斯继电器动作；③更换硅胶工作，不会影响瓦斯继电器，也不会使油箱油位大幅度下降；④更换呼吸器硅胶时要对呼吸器进行清洁和对油封进行换油。

5.3 主变压器是发电厂及变电站的重要组成部门也是重要的设备，它的故障给安全运行带来很大的威胁。因此保护应该及时投入运行，避免长时间退出运行，以免在进行检修工作过程中，发生保护动作，而未触发损坏变压器。因此主变更换硅胶结束后，应尽快将保护恢复正常运行。以下几种情况可能发生瓦斯保护误动：如果呼吸器上口的橡胶垫子被压偏，在更换过程中可能造成胶囊或隔膜被隔绝的气压发生变化，造成油流动而触发瓦斯保护动作，这种情况较为特殊，除非是呼吸器长时间无法进行正常呼吸，且长达一年以上不进行硅胶更换，正常巡视中未发现有气泡正常冒出，或者上次更换吸湿剂时与本次温差非常大，造成的油压变化使胶囊或隔膜中的压力变化形成油流流动达到瓦斯的动作值。以上事件概率极小，因此更换硅胶的工作完毕后就应将重瓦斯保护改投跳闸。

参考文献：

[1]大唐鲁北发电有限责任公司2*330MW亚临界机组集控运行规程.

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关键词：电机学；教学模式；内容规划；课程改革

作者简介：程江洲（1979-），男，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师；肖建修（1965-），男，湖南涟源人，三峡大学电气与新能源学院，讲师。（湖北?宜昌?443002）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）27-0074-02

“电机学”课程是电气工程及自动化类专业重要的专业基础课，在人才培养的知识结构和课程体系中具有重要地位和作用，由于本课程不仅涉及各种电机复杂的空间结构，还涉及电流和磁场在空间的分布，以及铁磁材料的非线性等问题，一直是一门典型的难教难学的课程，而且该课程对前期课程的要求高，对后续课程的影响大，所以它成为学生大学期间重要、艰难的一个学习关口。如何提高该课程教学质量和教学效果，值得我们从多方面入手研究和解决。[1]

一、“电机学”教学现状

目前“电机学”课程是三峡大学（以下简称“我校”）电气工程及自动化类专业一门非常重要的学位课程，占6个学分，总学时96学时，其中理论课84学时，实验12学时。授课内容包括磁路的基本概述、变压器、交流绕组的共同理论、同步电机、异步电机、直流电机，共6个部分的内容，学生需要在1个学期内学习变压器、同步电机、异步电机及直流电机4大类型的电机，而这4类电机又各自具备不同的结构和分析方法，同时我们的授课学时为每周6个学时，这些实际情况是学生理解和吸收电机学内容的最大障碍。初步统计了近几个学期电机学考试的成绩，2009年平均分为61.22分，2010年平均分为62.04分，2011年平均分为52.78分，虽然这几个学期我们经过了诸多努力，但本课程的教学效果仍然没有明显改善，因此“电机学”课程的改革迫在眉睫。

二、“电机学”课程改革措施

在参考了华北电力大学、华中科技大学等国内多个知名高校的“电机学”教学模式的基础上，我校“电机学”课程组提出了在总学时不变的情况下，将“电机学”课程安排在两个学期授课，同时对其内容、教学方式、教学手段等进行了规划和改革。

1.教学内容的规划与改革

根据我校的电气工程及自动化类专业的课程安排，电机学的学习需要先修“高等数学”、“大学物理”、“电路原理”、“电子技术基础”等课程，“高等数学”分两个学期授课，分别安排在第一、二学期；“大学物理”分两个学期授课，分别安排在第二、三学期；“电路原理”一个学期授课，安排在第二学期；“电子技术基础”课程也进行了改革，分在两个学期授课，分别安排在第三、四学期；针对以上的课程安排，“电机学”由原先第五学期授课改为第四学期和第五学期分别授课，“电子技术基础”课程在第三学期讲授模拟电子技术，到了第四学期讲授数字电子技术，这样“电机学”在第四学期讲授时，学生已经学过了“高等数学”、“大学物理”、“电路原理”及“模拟电子技术”，具备了相应的基础，不影响“电机学”的学习，此外由于“电机学”为专业基础课，后续专业课为“电力系统分析”，我们在课程群的改革中，对“电力系统分析”也进行了改革，分在第五、六两个学期授课，因此，根据课程群及专业课的要求，我们对“电机学”（上）和“电机学”（下）的授课课时和内容做了如下安排：

（1）“电机学”（上）的授课课时及内容：

1）绪论（4学时）。了解本课程的性质和任务；了解电机在国民经济中的地位、作用和国内外的发展概况；熟悉和巩固电机中常用的基本电磁定律和铁磁材料特性；掌握简单磁路的计算方法。

2）变压器（20学时）。了解变压器的基本结构及用途，熟练掌握变压器的基本电磁关系及分析方法；熟练掌握变压器的基本方程式、相量图和等效电路；掌握变压器的磁路特点、绕组连接方法和连接组；掌握变压器并联运行的条件，熟悉并联运行时的负载分配；掌握三相变压器不对称运行的分析方法；了解变压器过电流瞬变过程的物理概念；了解各类特殊变压器的用途和结构特点。

3）交流电机绕组的共同理论（10学时）。掌握旋转电机的基本工作原理；了解三相交流绕组的构成原则和连接方法，以三相双层绕组为主；掌握交流绕组电动势的分析和计算方法，理解绕组的谐波电动势，了解其削弱方法；掌握交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法；分清脉振磁动势、圆形磁动势和椭圆形磁动势的区别及相互关系；了解谐波磁动势概念和漏磁通的基本概念。

4）同步电机（22学时）。了解汽轮发电机和水轮发电机的基本结构；熟练掌握同步电机的电枢反应，着重理解同步电机气隙磁场的形成、电枢反应与负载性质的关系及其对电机运行的影响；熟练掌握同步发电机的电压方程式和电势相量图；着重掌握同步电抗、绕组漏抗和短路比的物理概念和测定方法；掌握同步发电机的运行特性、电压变化率及额定励磁电流的磁势法分析计算方法；掌握同步发电机与大电网并列运行的条件和方法；熟练掌握同步电机的功角特性、V型曲线、并联运行时有功和无功功率的调节；了解静态稳定的物理概念；掌握同步电机各序阻抗的物理概念；学会运用对称分量法分析三相同步发电机的不对称运行；理解三相突然短路的瞬态过程，理解瞬变和超瞬变电抗及各种时间常数的意义。

5）实验教学内容（8学时）。包括单相变压器特性及参数测定、同步发电机的参数测定、同步发电机运行特性共三个实验。

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关 键 词： 变电站220kV变压器继电保护

中图分类号：TM411文献标识码：A 文章编号：

Abstract： In power system, relay protection device is found in time and the fault alarm, an automatic protection device. Substation as the power distribution and use of transfer stations, the use of advanced technology and equipment to its function and efficiency is also essential. This article in view of the 220kV transformer substation operation and protection measures of related question to carry on the discussion analysis, proposed the corresponding treatment measures and preventive measures.

Key Words：Substation; 220kV transformer; Relay protection

1 引 言

众所周知，电力系统中非常重要的一部分就是变压器，变压器能否正常工作对电网是否能高效安全的运行起着决定性的作用。电力系统会因为变压器发生故障而遭受极大损害，因此，对变电站变压器采取相应的保护措施特别重要。

做好变压器的管理维护工作是我们工作的一部分内容，在加强维护的前提下，还要做好对其运行状况的记录工作，从而能够及时发现问题并解决问题，使电力系统的正常运转得到保障。为了及时发现并解决故障，变电站配备了继电保护装置，保障了变压器和变电站甚至整个电力系统的正常运行。

本文针对220kV变电站变压器运行的相关内容作了概述，简要叙述了其操作要点，对继电保护装置使用条件和维护也做了相关阐述，对相关工作人员具有一定的指导意义。

2220kV变电站及继电保护概述

2.1 220kV变电站变压器运行概况

（1）工作原理

变电站的主要设备就是变压器，常用的变压器有三种，分为：自耦变压器、三绕组变压器和双绕组变压器。自耦变压器的高低压每相共用一个绕组，低压绕组的出线是通过从高压绕组中间抽出一个头实现的，电压高低正比于绕组匝数，而电流则是同绕组匝数成反比。

以变压器作用分类，变压器可分为降压变压器和升压变压器。前者主要用于受端变电站，后者则主要用于电力系统送端变电站。为了在不同负荷情况下保持合格的电压，必须是变压器具有同电力系统相适应的电压以及不定期的将变压器的分接头切换[1]。

电流互感器和电压互感器二者的工作原理同变压器类似，其工作原理是：将高压、大电流按一定比例变成低压、小电流，即将高电压设备以及母线的运行电压、大电流在此比例下变成由测量仪表及控制设备能够给出的低电压和小电流。设备在正常情况下运行的电流互感器的二次电流为5A或1A，电压互感器的二次电压为100V，需要注意的是，由于负荷经常同电流互感器的二次绕组相连接形成短路，因此，需要加大对这种问题的注意，从而避免设备和人身安全受到损害。

（2）变压器非正常运行的情况

变压器会因为出现外部短路或者过负荷等情况发生过电流、油面降低和温度升高等非正常现象。对此，变压器会根据不同的情况安装不同的保护装置，主要由以下几种：

1电流速断保护和差动保护，保护方式是瞬时作用于信号跳闸，适用异常情况是变压器的内部故障或引出线间的短路、接地短路。

2气体保护，这种保护形式的保护机理同上，其适用的异常情况是变压器的油箱油面降低或者发生了内部故障。

4过负荷保护，这种保护形式是通过变压器的信号系统发生作用的，适用的异常情况是过电流的产生。

5过流继电保护，当1，2方式的保护没有达到预期的效果时，这种方式作为后备保护，其适用的异常情况与前两者类似。

2.2 继电保护概述

对电力系统故障、危及安全运行的异常工况以及其对策的反事故自动化措施的研究和探讨是继电保护的措施的主要目的。在电力系统发生故障或异常工况时，在最短时间内对故障进行分析，给出故障发生的原因以及自动切除发生故障的电力系统的一部分，是电力系统继电保护的基本任务。

继电保护装置的发展赶不上电力行业发展的脚步，因此，经常会造成全电力系统长期大面积停电的严重事故的发生。所以，对继电保护的发展要从电力系统全局出发，仅仅切除系统中发生故障的一部分是远远不够的，还要多切除后的系统运行可能出现的工况进行分析，比如系统是否会出现一定的不稳定特征等，系统保护就是为了在大电力系统正常运行被破坏时，将影响范围限制到最小，尽可能地减少经济损失。

3 220kV变电站变压器的正常操作

3.1 操作规定

（1）220 kV变压器停送电操作时，变压器中性点必须直接接地。

（2）变压器送电操作时，应由装有保护装置的电源侧充电。断开时，装有保护装置的电源侧后断。

（3）变压器送电时，应先将变压器冷却系统相应投入。

（4）变压器送电前，将变压器有载分接开关电源送电。

（5）大修后的变压器，投入前必须测定相位；不允许用闸刀拉合空载电流超过2 A的空载变压器。

（6）变压器改变分接头的操作，对于无载调压的变压器，应在停电后进行操作。如三相电阻差大，应设法查明原因，并汇报上级领导决定是否投入运行。分接头调整后应有详细的记录。装有有载调压装置的变压器，可以在运行中调整分接头，但必须遵守制造厂的有关规定及注意事项。

（7）变压器安装、检修后或投入运行前以及停运半个月以上者，均应测定线圈的绝缘电阻，测得数值和测量时的油温记入变压器记录本内[2]。

3.2 运行检查

变压器投入前的检查：1）检查工作票全部结束，所有安全措施已拆除，常设遮拦已

恢复，检修工作现场清洁干净，变压器设备上无遗物。2）测定绝缘电阻合格，检修班组在检修记录本上进行详细记录，并有可以将变压器投入运行的书面交待，有关工作负责人应签名。3）变压器一次系统接线完好，变压器外壳、中性点引线接地良好，并安装牢固，避雷线及接地线接地良好。4）变压器油枕及充油套管的油色透明，油位正常，无漏油现象。5）变压器本体、套管、引出线绝缘子清洁无裂纹、损坏现象。变压器分接头位置正确，有载调压装置应正常。6）变压器油再生装置、换热器、呼吸器、瓦斯继电器投入正常，瓦斯继电器内应充满油，无气体，连接管的阀门应打开。安全释放压力阀完好，呼吸器内干燥剂呈蓝色（失效时呈红色）。7）变压器温度指示器指示正确，并完好，无破损现象。8）检查变压器冷却系统具备启动条件，控制柜内接线正确，冷却系统试运正常。9）检查继电保护及自动装置投入正确，保护压板在相应位置，符合《继电保护及自动装置运行规程》和有关规定。10）检查变压器开关、隔离开关机构良好；SF6压力正常；电压互感器、电流互感器及有关表计回路完好；二次接线端子无松动现象。11）检查变压器消防系统回路正常[3]。

变压器运行中的检查：1）变压器的声音正常；2）油枕充油套管油压正常，油位、油

色正常；3）油温正常；4）变压器各部应无漏油、渗油现象；5）套管外部应清洁，无破损、无裂纹现象，无放电痕迹；6）瓦斯继电器内，油枕集气盒内应无气体；7）引线接头、电缆、母线应无发热现象；8）呼吸器内干燥剂是否变化，呼吸是否畅通；9）冷却装置正常；10）外壳接地线接地良好；11）消防装置工作正常；12）调压装置工作正常；13）室内变压器应检查门窗、照明是否完好，有无漏水，空气温度是否适宜；14）干式变压器的通风道有无阻塞，紧固件有无松动，有无局部过热现象。

4 继电保护装置使用条件和维护

继电保护装置是实现继电保护的基本条件，要实现继电保护的作用，就必须要具备有科学先进、行之有效的继电保护装置，所谓“工欲善其事，必先利其器”，有了设备的支持，才真正具备了维护电力系统的能力。因此，要做好继电保护的工作，就必须要重视保护的设备。而设备的质量问题，直接决定了继电保护的效果，因而必须对继电保护的装置提出较高的要求。

继电保护装置的重要性，不仅要在选用上考虑其是否达到基本运行条件的要求，还要在日常的检测和维护上做好工作。

首先，要全面了解设备的初始状态。继电保护设备的初始状态，影响其日后的正常和有效运行。因此必须注意收集整理设备图纸、技术资料以及相关设备的运行和检测数据的资料。对设备日常状态的检修，要对设备生命周期中各个环节都必须予以关注，进行全过程的管理。

其次，要对设备运行状态数据进行及时全面的统计分析。首先要了解设备出现故障的特点和规律，进而通过对继电保护装置运行状态的日常数据的分析，预先判断分析故障出现的部分和时间，在故障未发生时，及时的排查。因此状态检修数据管理就显得非常重要，要把设备运行的记录、设备状态监测与诊断的数据等结合起来，通过正确的完整的技术数据进行状态检修。

再次，要了解继电设备技术发展趋势，采用新的技术对设备进行监管和维护。必须加强对新技术的应用，唯此才能保证保护装置的科学有效，在电力系统的保护中发挥应有的贡献。5结束语

变压器的正常运行对电网的安全、可靠输电起着重要作用。应加强变压器的运行管理，做好变压器的运行维护，根据变压器运行中的现象发现隐患，及时排除，保障变压器的安全运行。

参考文献

[1] 马志学.变压器油中溶解气体分析使用的判断方法［J］.科技信息，2007（7）：76.

[2] 冯志敏，黄贵海.一起变压器故障分析与判断的实例［J］.电力学报，2006（21）：117～118.

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关键词：变压器；故障；诊断；检修

中图分类号：TM4 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）09-0174-02

变压器是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送，分配和使用，在不同的负荷和环境下用的变压器是不同的，应该选择恰当的设备才能保证在运行中，即能有助于降低电能损耗，还能减免供电故障带来的经济损失，变压器在电力系统中起着变压作用、但随着近几年变压器的改造、变电设备由定期检修制向状态检修制的逐步过渡，主设备的大修周期在逐渐延长，因而运行中的户外式户外变压器出现的问题大幅上升，直接影响系统的供电可靠性和安全性。本文就变压器的一些故障问题进行了分析，并结合问题提出解决办法。

一、变压器的简介与结构

（一）变压器的简介

1 铁心

铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为0.35或0.5mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。

2 绕组

绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成，变压器的基本原理是电磁感应原理。

（二）变压器的结构

变压器主要部件是绕组和铁心（器身），绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路。二者构成变压器的核心即电磁部分除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。

1 铁心

（1）型式：心式（结构简单工艺简单应用广泛）/壳式（用在小容量变压器和电炉变压器）。

（2）材料：一般由0.35mm/0.5ram冷轧（也用热轧）硅钢片叠成。

（3）铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。

（4）铁心柱截面形状：小型变压器做成方形或者矩形；大型变压器做成阶梯形。容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道（纵向/横向）。

2 绕组

一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。绕组套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。油/油箱/冷却/安全装置器身装在油箱内，油箱内充满变压器油变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。

变压器油起两个作用：

（1）在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。

（2）变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。

油箱有许多散热油管，以增大散热面积。为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱，这些都是变压器的冷却装置。

1油箱/2储油柜/3气体继电器/4为安全气道。

变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中。

储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。

故障时，热量会使变压器油汽化，触动气体继电器发出报警信号或切断电源。如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。

二、变压器的工作原理和分类

（一）变压器的工作原理

变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈。一次线圈和二次线圈。次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是500匝，次级线圈是250匝，初级通上220V交流电，次级电压就是1 IOV。变压器能降压也能升压。

（二）变压器的分类

1 变压器按用途分类

（1）电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。

（2）仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

（3）试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。

（4）特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。

2 按相数分类

（1）单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。

（2）三相变压器：用于三相系统的升、降电压。

3 按冷却分类

（1）干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。

（2）油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

4 按铁芯形式分类

（1）芯式变压器：用于高压的电力变压器。

（2）壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。

5 按绕组形式分类

（1）双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

（2）三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

（3）自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

三、常见故障及其诊断措施

（一）变压器渗油

变压器渗漏油不仅会给电力企业带来较大的经济损失、环境污染，还会影响变压器的安全运行，可能造成不必要的停运甚至变压器的损毁事故，给电力客户带来生产上的损失和生活上的不便。因此，有必要解决变压器渗漏油问题。

油箱焊缝渗油。对于平面接缝处渗油可直接进行焊接，对于拐角及加强筋连接处渗油则往往渗漏点查找不准，或补焊后由于内应力的原因再次渗漏。对于这样的渗点可加用铁板进行补焊，两面连接处，可将铁板裁成纺锤状进行补焊；三面连接处可根据实际位置将铁板裁成三角形进行补焊；该法也适用于套管电流互感器二次引线盒拐角焊缝渗漏焊接。

高压套管升高座或进入孔法兰渗油。这些部位主要是由于胶垫安装不合适，运行中可对法兰进行施胶密封。封堵前用堵漏胶将法兰之间缝隙堵好，待堵漏胶完全固化后，退出一个法兰紧固螺丝，将施胶枪嘴拧人该螺丝孔，然后用高压将密封胶注入法兰间隙，直至各法兰螺丝帽有胶挤出为止。

低压侧套管渗漏。其原因是受母线拉伸和低压侧引线引出偏短，胶珠压在螺纹上。受母线拉伸时，可按规定对母线用伸缩节连接；如引线偏短，可重新调整引线引出长度：对调整引线有困难的，可在安装胶珠的各密封面加密封胶；为增大压紧力可将瓷质压帽换成铜质压帽。

防爆管渗油。防爆管是变压器内部发生故障导致变压器内部压力过大，避免变压器油箱破裂的安全措施。但防爆管的玻璃膜在变压器运行中由于振动容易破裂，又无法及时更换玻璃，潮气因此进入油箱，使绝缘油受潮，绝缘水平降低，危及设备的安全。为此，把防爆管拆除，改装压力释放阀即可。

（二）铁心多点接地

变压器铁心有且只能有一点接地，出现两点及以上的接地，为多点接地。变压器铁心多点接地运行将导致铁心出现故障，危及变压器的安全运行，应及时进行处理。

直流电流冲击法。拆除变压器铁心接地线，在变压器铁心与油箱之间加直流电压进行短时大电流冲击，冲击3-5次，常能烧掉铁心的多余接地点，起到很好的消除铁心多点接地的效果。

开箱检查。对安装后未将箱盖上定位销翻转或除去造成多点接地的，应将定位销翻转过来或除掉。

夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损者，应按绝缘规范要求，更换一定厚度的新纸板。

因夹件肢板距铁心太近，使翘起的叠片与其相碰，则应调整夹件肢板和扳直翘起的叠片，使两者间距离符合绝缘间隙标准。

清除油中的金属异物、金属颗粒及杂质，清除油箱各部的油泥，有条件则对变压器油进行真空干燥处理，清除水分。

（三）接头过热

载流接头是变压器本身及其联系电网的重要组成部分。接头连接不好，将引起发热甚至烧断，严重影响变压器的正常运行和电网的安全供电。因此，接头过热问题一定要及时解决。

铜铝连接。变压器的引出端头都是铜制的，在屋外和潮湿的场所中，不能将铝导体用螺栓与铜端头连接。当铜与铝的接触面间渗入含有溶解盐的水分，即电解液时，在电耦的作用下，会产生电解反应，铝被强烈电腐蚀。结果，触头很快遭到破坏，以致发热甚至可能造成重大事故。为了预防这种现象，在上述装置中需要将铝导体与铜导体连接时，采用一头为铝，另一头为铜的特殊过渡触头。

普通连接。普通连接在变压器上是相当多的，它们都是过热的重点部位，对平面接头，对接面加工成平面，清除平面上的杂质，最好均匀地涂上导电膏，确保连接良好。

油浸电容式套管过热。处理的办法可以用定位套固定方式的发热套管，先拆开将军帽，若将军帽、引线接头丝扣有烧损，应用牙攻进行修理，确保丝扣配合良好，然后在定位套和将军帽之间垫一个和定位套截面大小一致、厚度适宜的薄垫片，重新安装将军帽，使将军帽在拧紧情况下，正好可以固定在套管顶部法兰上。

引线接头和将军帽丝扣公差配合应良好，否则应予以更换，以确保在拧紧的情况下，丝扣之间有足够的压力，减小接触电阻。

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【关键词】发电厂；继电保护；装置性能

1.引言

在电力系统中，继电保护装置作为重要的安全卫士可以在短时间内将故障隔离，从而防止故障的继续蔓延，对电网造成更大的危害。在电厂中使用继电保护装置同样重要。就继电保护技术本来来说，其技术性较强，其关键技术体现在分析故障和处理故障上。本文对此进行了探讨。

2.发电厂继电保护作用及要求分析

将继电保护技术应用于发电厂中，主要原理是检测系统出现的异常信号并给出报警，同时将故障自动切离系统，提前对可能出现的故障进行防范。具体而言，继电保护在发电厂中的作用表现为：进行故障监测，如：在设备发生故障之前，继电保护装置能够进行异常信号的感知，并将故障切离系统，有效防止了元件的损坏；另外，继电保护装置在处理故障时十分迅速，可以避免停电。分析继电保护的基本要求，由于它要完成检测、报警、故障隔离等多种功能[1]；因此，满足继电保护装置运行的基本要求是非常有必要的，应该符合其选择性、灵敏性和速度性。

3.继电保护装置工作原理分析

在发电厂中，常常会出现设备线路故障现象，这些故障必然会导致系统电流和电压的改变，如果改变值超出了系统所能够承受的范围，智能控制系统会给出相应的报警信号，技术人员也可以直接向断路器给出断开指令，以此实现故障的隔离，尽可能的减少故障所涉及的范围，这就是继电保护装置的工作原理。就其本质来说，它是对系统中的故障电流、故障电压或者是其他参数的变化进行监测，从而做出判断，给出动作指令。同时，继电保护装置也可以依据实际需要，将动作依据设定为其他参数，如：在变压器油箱中，可以将瓦斯的变化设定为其故障的参考信号。不管是采用什么参数，其基本原理和结构都是类似的；包括：测量装置、逻辑装置以及执行装置[2]。

4.继电保护装置基本性能

分析继电保护装置的基本性能，主要有以下几点：

1）可靠性

继电保护装置的可靠性直接关系到其使用效果；其可靠性主要表现在两个方面，一是故障动作的准确性，另一个是不会产生误动作。可靠性是最基本的要求，对此，需要从多个方面来保证：在配置上要合理，装置的制造质量要过关，技术性能要满足要求等。在电厂中，电力设备通常都有两个独立的回路，在断路器上分别装有不同的继电保护装置，两套设备互补，以实现对线路的保护。

2）选择性

在电厂中，继电保护装置需要进行故障判断，在决策制定时存在一定的选择性，是先断开故障的设备还是先断开故障的线路；此外，装置中的保护元件也具有选择性，需要配合其灵敏系数，以实现对设备和线路的保护。

3）灵敏性

继电保护的灵敏性可以通过灵敏系数体现，它是指能够允许的电流和电阻的变化范围。一旦电流超出灵敏系数范围，装置就会启动隔离功能。通过整定的方式可以实现灵敏系数和选择性的确定。

4）快速反应性

继电保护的快速性要求很容易被理解，当故障出现时，只有快速的将其隔离出去，才能保证其对系统造成的伤害最小。

5.继电保护装置的应用

继电保护装置在发电厂中的具体应用体现在以下几个方面。

5.1 对发电变压器组的保护

继电保护装置在保护发电厂中的发电变压器组时，需要对机组的型号予以充分的考虑；如：在某一大型的发电厂中，机组等设备的造价很高，维护起来十分复杂，停机检修会造成较大的经济损失。对此，在使用继电保护装置时，要求其配置可靠、灵敏并且快速。考虑到该电厂的实际情况，在对发电机和变压器进行保护时，选择了G60以及T60等保护设备；在对厂用变压器以及励磁变压器进行保护时，采用了C30保护设备。采用的这些保护装置具有十分成熟的技术，功能十分全面，在其硬件上包含有能够实现数组控制的相应处理器和芯片。可以采用DSP进行数据处理；因此，保护装置的效率能够得到提高。在实际应用中，可以依据具体情况对保护装置进行灵活选择，其依据是：发电机组的型号、电气控制系统的具体特点等；只有这样才能保证保护与运行控制之间的良好配合。另外，还应该考虑到装置的经济性和维护方面。

5.2 对发电厂电力系统的保护

机电保护装置在进行电厂电力系统保护时，需要充分考虑配合性，即：基于合理减少二次电缆，有效提高对应网络的自动化水平。如：在某发电厂中，将一套电厂用电监控系统配置在两台低压机组上，另外，将系统与上层的DCS相连接，并通过通信网络与继电保护装置相连接；利用监控系统可以实现对电度量的采集，并完成传输，最终实现对保护动作量的遥测以及通信。这种方式最终实现了对电源及保护装置的控制，它不仅提供开关遥控，还可以实现保护定值的查询和修改；自动化控制的可控性提高了，整个发电厂的电力系统更加安全。

5.3 对发电厂直流系统的保护

在发电厂中，直流系统是重要的组成部分，它为保护、开关以及自动装置等提供直流电[3]。因此，保证直流系统的可靠稳定对于整个电厂来说意义重大，它同时也是继电保护装置准确动作的前提条件和有力保障。对于厂用直流系统而言，其配置原则依据的是电气一次系统的分区；考虑到直流系统的远近，可以实现直流系统的冗余配置。如：在某发电厂中，由一套直流供电系统负责机组主厂房发电机组、自动控制装置、输煤系统保护等供电[4]。因此，继电保护装置需发电厂中的直流系统实施保护。

6.结束语

本文分析了电厂中继电保护的作用，对其工作原理进行了阐述，重点对其基本性能和特殊处理以及具体应用进行了探讨。总而言之，发电厂中的继电保护装置应用十分普遍。继电保护装置不仅需要具备共性的功能和性能，还应该依据发电厂的实际情况，在保证可靠性、选择性和灵敏性的前提下，针对具体网络实施保护。另外，为了满足发电厂智能化生产的需要，在选择继电保护装置时，应该配合自动控制系统，实现保护系统的自动化，从而提高保护效果。

参考文献

[1]曹汝鹏.电厂继电保护装置的应用与检修探讨[J].电力技术，2009（22）.

[2]张兵海，王献志，李晓文.抽水蓄能机组几种特殊发变组保护整定配置原则探讨[J].水电自动化与大坝监测，2010（1）.

篇10

关键词:变压器;铁芯故障;故障诊断;故障排除;绕组

中图分类号:TM401文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0026-03

近年来,随着用电的工业化、商业化的出现,每年都在不断提高电力系统的供电可靠性和供电质量。供电可靠性要得到真正意义上的提高,我们必须对构成电力网中三大部分进行关键性的提高。

电力网是由送电、变电、发电构成的,我们之所以得到一个照明系统常用的220V电压,中间是经过了发电厂、变电站、配电所的电力变压器,发电机由于其本身绝缘限制,一般电压等级在6kV、10kV,如果不通过升压变压器进行远距离输送电能的话,必然会导致功率损耗大,严重影响供电质量和可靠性,为了减少输电线路在线路阻抗的作用下损耗过大的功率,我们采用电力变压器对发电机的输出电压进行升压。由于发电机的输出功率是一定的,提高电压等级就可以降低电流,当输电线路上的电流降低,其有功耗损也得到一定的降低。电力变压器不是永远没有故障,据统计,电力变压器的故障占电气设备总故障的30%,而且变压器故障的多样化造成查找困难,加上设备的限制,很多时候都是通过经验判断变压器故障是由哪种原因造成,及时发现变压器存在故障、及时排除故障可以延长变压器的使用寿命,是提高供电可靠性的手段之一。

一、变压器的用途、分类与工作原理

(一)变压器的用途

变压器是利用电磁感应,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。各种不同的用电设备常常需要不同电压的电源,我们日常生活用的电灯、电器的工作电压为220V;安全照明用灯的电压为36V、24V或12V;三相交流电动机一般用380V电压。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系在一起,分成主系统必须是统一的一种电压等级,这也需要各种规格和容量的变压器来连接各个系统。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。

在实际工作中,变压器除了用来变换电压外,还用来变换交流电流,交换阻抗,改变相位等。

(二)变压器的分类

变压器有不同的使用条件、安装场所,有不同的电压等级和容量级别,有不同的结构形式和制冷方式,所以应按不同原则进行分类。

1.按用途不同。变压器分为电力变压器,特种变压器,仪用互感器、试验用的高压变压器和调压器等。

2.按绕组构成不同。变压器分为双绕组,三绕组、多绕组变压器和自耦变压器。

3.按铁芯结构不同。变压器分为芯式和壳式变压器。

4.按相数的不同。变压器分为单相、三相、多相变压器。

5.按调压方式不同。变压器分为无励磁调压变压器,有载调压变压器。

6.按冷却方式不同。变压器分为干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、强迫循环导向冷却变压器、充气式变压器。

7.按线圈结构不同。变压器分为单线圈变压器、双线圈变压器、三线圈变压器及多线圈变压器。

8.按中心点绝缘不同。变压器分为全绝缘变压器和半绝缘变压器。

(三)变压器工作原理

变压器的基本原理是电磁感应原理,现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理(如上图所示):当一次侧绕组上加上电压 1时,流过电流 1,在铁芯中就产生交变磁通1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势 1, 2,感应电势公式为:E=4.44fNm。

式中:E――感应电势有效值;F――频率;N――匝数;m――主磁通最大值。

由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势 1和 2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压 1和 2大小也就不同。

当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流( 0),这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流 2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流 0,一部分用来平衡 2,所以这部分电流随着 2变化而变化。当电流乘以匝数时,就是磁势。

上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。

二、变压器铁芯故障

(一)铁芯故障的种类

铁芯有两大基本结构开式,即壳式和芯式,它们的主要区别在于磁路即铁芯与绕组的相对位置,绕组被铁芯包围的称为壳式;铁芯被绕组包围时称为芯式。

芯式变压器特点是绕组包围铁芯,铁芯处于器身内芯,故称芯式或内芯式,判断的标准是总有几个绕组的一边没有铁芯或铁轭而壳式变压器特点是铁芯包围绕组,故称壳式变压器或外铁式变压器。它主要用在家用视频电器或特大型变压器上,可拆分小件到现场组成整体变压器,一般情况下壳式铁芯是水平放置,芯式铁芯是垂直放置的,大容量的芯式变压器由于运输高度所限、压缩了上下铁轭的高度,以增加旁轭的办法增加磁路。将变压器铁芯做成单相三柱(一个芯柱)单相四柱(两个芯柱)或三相五柱(三个芯柱)。它们仍保留芯式结构的特点,因此它们虽有包围绕组的旁轭,仍属于芯式结构。

(二)铁芯的结构

铁芯的夹紧一般有两种结构形式,一是铁芯柱无孔绑扎及铁轭上穿螺杆的结构,另一个是铁芯柱无孔绑扎及铁轭无孔的拉带结构。(1)铁芯的钢夹紧装置是使整个铁芯构成一个整体的坚固结构,它的结构应能满足如下要求:夹紧装置一般做成框架式、此夹紧装置的结构上要保证能承受铁芯本体的紧力;(2)夹紧装置在结构上应能通过各类绝缘件可靠地对绕组进行压紧,支撑所有引线和装置器身上的所有绝缘件及组件,并应具有器身在油箱中的定位结构和保证器身运输中稳定的定位结构;(3)夹紧装置与铁芯相接触的面一定要平整,且夹紧装置不得有任何变形,以保证铁芯能够均匀受力,铁芯片的边缘应不出现翘起,铁芯各处的“波浪”应保证最小,铁芯励磁时噪声要符合标准要求;(4)为防止铁芯多点接地,结构钢件应用专门的绝缘件与铁芯本体隔开;(5)夹紧装置与铁芯相接触处必须有可靠的绝缘件隔开。

(三)铁芯接地

变压器在运行中,铁芯以及固定铁芯的金属结构零件、部件等,均处于在强电场中,在电场作用下,它具有较高的对地电位。如果铁芯不接地,它与接地的夹件及油箱之间就会有电位差,在电位差的作用下,会产生断续放电现象。另外,在绕组的周围具有较强的磁场。铁芯和零部件都处在非均匀的磁场中,它们与绕组的距离和不相等,所以各零部件被感应出来的电动势大小也各不相等。彼此之间因而也存在着电位差,铁芯和金属构件上会产生悬浮电位差,电位差虽然不大但也能击穿很小的间隙。因而也会引起持续性的微量放电,这些现象是不充许的,而要检查这些不断续放电的部位是非常困难的。因此,必须将铁芯以及固定铁芯等金属零部件可靠接地,使它们与油箱同处于地电位。

铁芯是由许多层硅钢片叠积而成,如果铁芯有两点或两点以上接地,则铁芯中磁通变化时就会在接地回路中有感应环流,接地点越多环流回路也越多。此环流将引起空载损耗增大、铁芯温度升高,当环流足够大时,将烧毁接地片产生故障,所以铁芯必须一点接地。

所谓铁芯一点接地,只是指其磁导体而言,其夹件不受此限制。铁芯片与夹紧件要绝缘的一个原因就是确保铁芯一点接地。

铁芯的硅钢片相互之间是绝缘的,这是为防止产生较大的涡流,因此切不可将所有的硅钢片接地,否则将造成较大的涡流而使铁芯发热。么铁芯的接地又是怎样做的呢?通常是将铁芯的任意一片硅钢片接地。这是因为硅钢片之间虽然绝缘,但其绝缘电阻极数值是很少的,不均匀的强电场和磁场在硅钢片中感应的高压负荷,可以通过硅钢片从接地处流向大地,但却能阻止涡流从一片流向另一片,所以若将铁芯任一片硅钢片接地,哪么,整个铁芯也就都接地了。

三、变压器铁芯故障诊断

(一)铁芯多点接地的常见原因与表现特征

统计资料表明,变压器铁芯多点接地故障在变压器总事故中占第三位,主要原因是变压器在现场装配及施工中不慎,遗落金属异物,造成多点接地或铁轭与夹件短路,芯柱与夹件相碰等。铁芯接地故障可以根据以下三方面的征兆作出判断:

1.铁芯局部过热,使铁芯损耗增加,甚至烧坏。

2.过热造成的温升,将使变压器油分解,产生的气体溶于油中,引发绝缘油性能下降。

3.油中气体不断增加并析出(电弧放电故障时,气体析出量较之更快),可能导致气体继电器动作而使变压器跳闸。

铁芯多点接地时,正常接地点和故障接地点之间形成一个闭合回,当主磁通穿过这一回路时会感应电流,此电流在两接地点和铁芯的环路中流动,形成环流。环流使铁芯局部过热,导致与之接触的绝缘油分解产生气体,并溶于变压器油中,取油样抽出气体做色谱分析试验,检测出特征气体(如H2,CH4,C2H2,C2H6,C2H2等,每次接地取两组数据)是判断铁芯接地的依据。

(二)铁芯多点接地的检查方法

1.采用抽油样,进行气相色谱分析。当变压器发生故障时,为区分故障类别,可取油样对油中含气量及组分进行色谱分析。(1)色谱分析中如气体中的甲烷(CH4)及烯烃组分含量较高,而一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)气体含量和以往相比变化不大,或含量正常,则说明铁芯过热,铁芯过热可能是由于多点接地所致;(2)色谱分析中当出现乙炔(C2H2),说明铁芯已出现间歇性多点接地。

2.采用交流电流表测量接地线有无电流。因变压器铁芯接地导线和外引的接地套管相连接,利用其外引接地套管,接入电流表,测量地线上有无电流。变压器铁芯正常接地时(一点接地),因无电流回路形成,接地电流很少(在1A以下)或等于零;当铁芯出现多点接地时,铁芯主磁通周围有短路匝存在,匝内将有环流流通,其环流包围的多少取决于磁通被包围多少而定,一般可达几十安培。利用测量地线中有无电流存在可以正确地判断铁芯有无多点接地故障。

3.交流法测定多点接地故障。交流法测量,是用电流表测量接地系统中有无交流电流存在。测量方法是先给变压器低压绕组施加220～380V的交流电压,测量铁芯中产生磁通。打开铁芯和夹件的连接片,用交流毫安表(或万用表的mA档)的两接线电笔,沿铁轭各行逐点测量,当mA表中有电流值显示,说明铁芯接地正常,只有一点接地;当毫安中指针指示为零(毫安表中无电流读数),说明被测处铁芯叠片为接地故障。

4.直流法测定多点接地故障。先将铁芯与夹件的连接片打开,在铁轭两侧的硅钢片上施加6V直流电压,接着用直流电压表(或万用表直流电压档)依次测量各级铁芯叠片间的电压,当电压表的指针在零位,读数为0,或指针指示反向,则可认为被测处是故障接地点。

四、铁芯多点接地故障的排除方法

(一)变压器不能停运时的临时排除方法

1.对有外接地线的变压器,当发生多点接地故障,若测得故障电流较大时,先可临时断开地线,使变压器处于无接地(正常一点接地)状态下运行。采取此种措施应注意的是要加强对运行的变压器的监视,以防故障点临时消失后使铁芯出现悬浮电位。

2.当检测和判定的多点接地故障接地不实,属于不稳定型。可采取在工作接地线中串入一滑线电阻,将电流限制在1A以下。具体做法是先将正常工作接地线打开,分别用电压表及电流表测出电压及电流,根据欧姆定律求出电阻R,即R=U/I,从而来确定电阻容量的大小;滑线电阻先取好后,将其串接在工作接地线中。

3.加强监视,可经常取油样进行色谱分析,判定故障点的产气速率大小,如产气速率缓慢,变压器可继续运行;若产气速率较快,为防止故障扩大,应退出运行,组织检修。

4.移接正常接地线位置,当多点接地故障点位置检测中已确认,又无法处理,可采取将铁芯的正常工作接地片移至故障点同一位置,用以较大幅度地减少环流。

(二)变压器停运后的修理措施

1.对修后未将箱盖上定位销翻转或除去,造成多点接地的,应将箱盖上定位销翻转过来或除掉,使其不构成多点接地。除掉定位销(或翻过来)后,应进一步检查其它原因造成多点接地故障现象,如有应予以排除。

2.因夹件肢板距芯柱太近,使翅起的叠片与其相碰。则应调整夹件肢板和扳直翘起的叠片,使两者间距离符合绝缘间隙标准。

3.由于铁轭螺杆衬套过长,应在检修中将其拧下,锯去一段使其与叠片不相碰。

4.对于夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损者,应接绝缘规范要求,更换一定厚度的新纸板。

5.对于铁轭螺杆绝缘管损坏而造成的多点接地,应及时更换新的绝缘管。

6.检修或更换箱盖上的温度计座套,使其与上夹件或铁轭、旁住间距离符合规定要求,杜绝相碰造成多点接地。

7.清除油箱内油中或器身中落入的金属异物,以消除由其构成的接地故障。

8.消除油箱底部及下夹件与铁轭间木垫快上的油泥污物,对变压器油进行真空干燥处理,消除水分及潮气,提高绝缘电阻值。

9.由于铁芯叠片局部生锈或绝缘漆皮、氧化膜层脱落,可拆下这部分叠片,补涂硅钢片漆,使片间有良好的绝缘层;当原硅钢片质量有问题,表面不平度,凹凸不平坑密布,片间绝缘较差,又无法修复时,只好更换这部分铁芯叠片。