變壓器是一種靜止電器，它是由繞在同一鐵芯上的幾組電感線圈組成，利用電磁感應(yīng)原理，將交流電壓和電流轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓和電流，并能夠傳輸能量的電器。
電力系統(tǒng)需要采用變壓器，主要有以下的原因：首先升高電壓遠(yuǎn)距離輸送電能。因?yàn)榇蠖鄶?shù)國家的動(dòng)力資源的分布與電力負(fù)荷中心相距較遠(yuǎn)，如水力資源是集中在江河流域水位落差較大的地方，熱力資源又集中在燃料和其他熱源的產(chǎn)地，而電力負(fù)荷中心多集中在工業(yè)原料產(chǎn)地、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地交通樞紐及相對比較發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)。因此，需要以輸電線路為通道，將電能遠(yuǎn)距離輸送到負(fù)荷中心。在傳輸相同容量的負(fù)荷時(shí)，采用高電壓進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電可以減少電壓降落，提高電能質(zhì)量，減少功率損耗，提高電力設(shè)備的出力，減少電能損耗，提高供電經(jīng)濟(jì)性，在傳輸同容量的電量時(shí)，升高傳輸電壓可以降低電壓、功率及電能損失。其次，改變電壓，滿足各類用戶的需要，電力用戶有高壓用戶和低壓用戶，一般工業(yè)用戶采用3、6kV電壓，而居民生活用電只需220/380V。
主變壓器臺數(shù)的選擇是與發(fā)電廠（變電站）的接入方式、機(jī)組的臺數(shù)、容量及基本接線方式密切相關(guān)，大體上要求主變應(yīng)與其他的各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性應(yīng)相一致。
兩臺變壓器聯(lián)合運(yùn)行的可靠性已相當(dāng)高，可用于中、小型水電站和變電站。其運(yùn)行可以根據(jù)水電站在豐水期和枯水期的不同分為兩臺同時(shí)運(yùn)行和一臺運(yùn)行一臺退出的運(yùn)行方式，運(yùn)行方式靈活；此外，兩臺主變對工程分期過渡有利，特別對變電站來說，主變壓器臺數(shù)還要考慮中、遠(yuǎn)期負(fù)荷的發(fā)展。一般主變壓器采用兩臺分期投入運(yùn)行的辦法，可避免主變在運(yùn)行初期階段的容量積壓和資金積壓以及長期處于低負(fù)荷和低效率下的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在中、小型水電站和變電站中，一般主變壓器的臺數(shù)取1~2臺為宜。在大、中型發(fā)電廠中，為了保證運(yùn)行的可靠性和靈活性，通常采用發(fā)電機(jī)——變壓器單元接線或兩臺發(fā)電機(jī)——一臺變壓器的擴(kuò)大單元接線，此類電廠的主變壓器臺數(shù)往往在2臺及以上。
主要故障類型
1.主變壓器漏油
滲漏油故障是油浸式變壓器的慣性故障之一，變壓器滲漏油不僅影響變壓器及相關(guān)設(shè)備的外觀，還會(huì)污染機(jī)車內(nèi)部電纜及設(shè)備，迫使變壓器不得不停電檢修，甚至危及行車安全。因此，解決滲漏油問題是提高主變壓器質(zhì)量的關(guān)鍵項(xiàng)之一。電力機(jī)車主變壓器滲漏油的部位主要有連接部位、密封墊的交接面和箱體及附件焊接部位。
2.散熱器堵塞造成主變壓器油溫升高
油溫高主要有兩部分原因：一部分散熱器由于風(fēng)路翅片間隙設(shè)計(jì)較小（片間為矩形孔，規(guī)格為10.5mm×2.5mm），散熱片間堵塞嚴(yán)重，由于機(jī)車上蓋安裝的散熱風(fēng)道濾塵網(wǎng)強(qiáng)度不高，破裂后卡滯在散熱片間，影響了散熱器通風(fēng)量；另一部分散熱器的上部翅片大面積倒塌，堵塞了翅片之間的間隙，使散熱器通風(fēng)量減少，影響散熱效果。
3.固體材料絕緣效果下降引起的故障
固體絕緣材料老化使變壓器原有的絕緣性能降低，易產(chǎn)生局部放電，造成變壓器的擊穿損壞。主要有以下三方面的原因：
（1）熱原因造成固體材料絕緣效果下降
變壓器長期超負(fù)荷運(yùn)行，使溫度超過絕緣材料允許的范圍，造成固體絕緣材料有機(jī)高分子化合物鏈斷裂，結(jié)果使材料變脆、老化，從而導(dǎo)致絕緣性能降低。絕緣油過熱產(chǎn)生的H?與固體絕緣材料在高溫時(shí)產(chǎn)生的 CO 、CO?及乙烯、H?氣體導(dǎo)致絕緣材料過熱老化。
（2）電氣原因引發(fā)固體材料絕緣效果下降
在正常運(yùn)行中，主變壓器出口發(fā)生突發(fā)性三相短路，變壓器絕緣因大電流產(chǎn)生的電動(dòng)力發(fā)生位移，造成電感線圈變形。由于自然原因及人為因素引起的出口三相短路，造成的危害極大，不僅會(huì)給主變壓器帶來致命損傷，且可能導(dǎo)致大面積停電。局部放電能引發(fā)絕緣表面樹枝放電，絕緣材料承受高壓電場時(shí)在其表面或內(nèi)部空隙會(huì)發(fā)生屢次放電，所產(chǎn)生的離子電弧和離子運(yùn)動(dòng)將嚴(yán)重侵蝕絕緣材料，使其絕緣性能下降。
（3）環(huán)境因素引起固體材料絕緣效果下降
若主變壓器周圍存在灰塵、水分、腐蝕性氣體、放射物和油類等，都會(huì)加速固體絕緣材料的老化，影響絕緣效果。雜質(zhì)離子容易造成離子電流和離子碰撞，因此絕緣材料還要起到抗周圍灰塵、氣體侵蝕的作用，而且也要保護(hù)關(guān)聯(lián)的導(dǎo)體。
4.絕緣油介損超標(biāo)引起的故障
水、酸、金屬離子等是引起變壓器油介質(zhì)損耗值增大的極性溶質(zhì)。
①若絕緣油因進(jìn)水受潮，則溶解的水分將受電場作用，降低絕緣油的絕緣性能，故微量的溶解水分會(huì)導(dǎo)致油介質(zhì)損耗值增大。
②若酸值變化過大，可能引起油介質(zhì)損耗值的增大。變壓器運(yùn)行中氧化產(chǎn)生的有機(jī)酸是主要的酸性物質(zhì)來源，還有變壓器油煉制過程中殘留的少量無機(jī)酸。
③金屬微粒對油介質(zhì)損耗值的作用除了降低本身絕緣性能外，還有其氧化的催化作用，使絕緣油在運(yùn)行條件下，在高溫、強(qiáng)電場、氧氣的作用下加快老化速率, 派生出大量如水分和有機(jī)酸的極性物質(zhì), 增強(qiáng)了變壓器油的導(dǎo)電性，因而導(dǎo)致了油介質(zhì)損耗值的增大。
（2）油中膠體引起介質(zhì)損耗值超標(biāo)
①主變壓器出廠后油箱內(nèi)壁附著殘油或本身內(nèi)壁材料附有溶膠雜質(zhì)，或循環(huán)回路和儲(chǔ)油罐內(nèi)有溶膠雜質(zhì)，變壓器油注入或循環(huán)過程中溶膠雜質(zhì)溶入其中形成膠體。例如真空加熱濾油過程中橡膠油管與油接觸的含極性物質(zhì)丙烯酸甲酯的絕緣漆溶解，均會(huì)使變壓器中的油介質(zhì)損耗值增大。
②微生物細(xì)菌感染對主變壓器油介質(zhì)損耗值的影響。變壓器在安裝和大修過程中，有微生物侵入油體，其中能在油中生存的主要是生命力很強(qiáng)的細(xì)菌類、霉菌類和酵母菌類微生物，當(dāng)油溫適合及油 pH 值大于5時(shí)，微生物易于生存，且其自身溶解的水及有機(jī)碳化物均為其存活提供了基本條件，一般的微生物分子大小在 1～ 100 μm，易使絕緣油形成膠體，造成微生物污染。一般而言，由于溫度、濕度等條件，在變壓器廠的儲(chǔ)存油罐中常發(fā)生微生物感染，原因是較差的防潮效果和未采取濾油措施，再加上混合有油罐殘留水，密封不嚴(yán)格，新老油交叉感染，這些對絕緣油的質(zhì)量影響均十分明顯
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變電
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組成
容量選擇
(1)變壓器的容量選擇的一般原則
變壓器容量應(yīng)根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇。確定一臺變壓器的容量時(shí)，應(yīng)首先確定變壓器的負(fù)荷率。變壓器當(dāng)空載損耗等于負(fù)荷率平方乘以負(fù)載損耗時(shí)效率最高，在效率最高點(diǎn)變壓器的負(fù)荷率為63%～67%之間，對平穩(wěn)負(fù)荷供電的單臺變壓器，負(fù)荷率一般在85%左右。但這僅僅是從節(jié)電的角度出發(fā)得出的結(jié)論，是不夠全面的。值得考慮的重要元素還有運(yùn)行變壓器的各種經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，包括固定資產(chǎn)投資、年運(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)、稅金、保險(xiǎn)費(fèi)和一些其他名目的費(fèi)用。選擇變壓器容量時(shí)，適當(dāng)提高變壓器的負(fù)荷率以減少變壓器的臺數(shù)或容量，即犧牲運(yùn)行效率，降低一次投資，也只是一種選擇。
(2)當(dāng)安裝兩臺及以上主變時(shí)，每臺容量的選擇應(yīng)按照其中任何一臺停運(yùn)時(shí)，其余的容量至少能保證所供一級負(fù)荷或?yàn)樽冸娝控?fù)荷的60～75%，通常一次變電所采用75%，二次變電所采用60%。
變壓器一次側(cè)功率因數(shù)與負(fù)荷率有關(guān)，滿載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)功率因數(shù)比二次側(cè)低3～5%，負(fù)荷率小于60%時(shí)一次側(cè)功率因數(shù)比二次側(cè)低11%～18%。負(fù)荷率高對高壓側(cè)提高功率因數(shù)有利。負(fù)荷率高，斷路器容量也大，投資也會(huì)有所增加。
(3)低壓為0.4kV變電所中單臺變壓器的容量不宜大于1600kVA，當(dāng)用電設(shè)備容量較大，負(fù)荷集中且運(yùn)行合理時(shí)可選用2000kVA及以上容量的變壓器。近幾年來有些廠家已能生產(chǎn)大容量的ME、AH型低壓斷路器及限流低壓斷路器，在民用建筑中采用1250KVA及1600KVA的變壓器比較多，特別是1250KVA更多些，故推薦變壓器的單臺容量不宜大于1250KVA。
應(yīng)選用節(jié)能型變壓器，對事故時(shí)出現(xiàn)的過負(fù)荷應(yīng)考慮變壓器的過載能力，必要時(shí)可采取強(qiáng)迫風(fēng)冷措施。當(dāng)需要提高單相短路電流值或需要限制三次諧波含量或三相不平衡負(fù)荷超過變壓器每相額定容量15%以上時(shí)，宜選用接線為D，Yn11型變壓器。
采用非燃性油變壓器，可設(shè)置在獨(dú)立房間內(nèi)或靠近低壓側(cè)配電裝置，但應(yīng)有防止人身接觸的措施。非燃油變壓器應(yīng)具有不低于IP2X防護(hù)外殼等級。室內(nèi)設(shè)置的可燃油浸電力變壓器應(yīng)裝設(shè)在單獨(dú)的小間內(nèi)。變壓器高壓側(cè)(含引上電纜)間隔兩側(cè)宜安裝可拆卸式護(hù)欄。
變壓器與低壓配電室以及變壓器室之間應(yīng)設(shè)有通道實(shí)體門。如果采用木制門應(yīng)在變壓器一側(cè)包鐵皮。變壓器基座應(yīng)設(shè)固定卡具等防震措施。變壓器噪聲級應(yīng)嚴(yán)格控制，必要時(shí)可采用加裝減噪墊等措施，以滿足國家規(guī)定的環(huán)境噪音衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(相關(guān)的生活工作房間內(nèi))，白天≤45dB(A)，夜間≤35dB(A)。
變壓器的過電流保護(hù)宜采用三相保護(hù)。當(dāng)高壓側(cè)采用熔斷器作為變壓器保護(hù)時(shí)，其熔體電流應(yīng)按變壓器額定電流的1.4～2倍選擇。變壓器的低壓側(cè)的點(diǎn)火開關(guān)和母線斷路器應(yīng)具有選擇性。變配電室的低壓側(cè)母線應(yīng)裝設(shè)低壓避雷器。單臺變壓器的容量不宜大于1600kVA，當(dāng)用電設(shè)備容量較大，負(fù)荷集中且運(yùn)行合理時(shí)可選用2000kVA及以上容量的變壓器。采用干式變壓器時(shí)，應(yīng)配裝繞組熱保護(hù)裝置，其主要功能應(yīng)包括：溫度傳感器斷線報(bào)警、啟停風(fēng)機(jī)、超溫報(bào)警/跳閘、三相繞組溫度巡回檢測最大值顯示等。
(4)變壓器容量的確定
①?zèng)_擊電流的因素單臺電動(dòng)機(jī)、電弧焊或電焊變壓器支線，其尖峰電流為
Ijf=KIN(A)
式中IN──電動(dòng)機(jī)、電弧焊機(jī)或電焊變壓器的高壓側(cè)額定電流。
K──起動(dòng)電流倍數(shù)，即起動(dòng)電流與額定電流之比。
②接有多臺電動(dòng)機(jī)的配電線路，只考慮一臺電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的尖峰電流：
Ijf=(KIN)max+Ifs(A)
式中(KIN)max──起動(dòng)電流最大的一臺電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流。
Ifs──配電線路上除去起動(dòng)電機(jī)的計(jì)算電流。
③對于自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)組，其尖峰電流為所有參與起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流之和。
結(jié)構(gòu)型式
(1)建筑要求多層或高層主體建筑內(nèi)變電所，變壓器一般可采用環(huán)氧樹脂澆注型銅芯繞組干式變壓器并設(shè)有溫度監(jiān)測及報(bào)警裝置。在多塵或有腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的場所，應(yīng)選用防塵型或防腐型變壓器。特別潮濕的環(huán)境不宜設(shè)置浸漬絕緣干式變壓器。
設(shè)置在二層以上的三相變壓器，應(yīng)考慮垂直與水平運(yùn)輸對通道及樓板荷載的影響，如采用干式變壓器，其容量不宜大于630kVA。居住小區(qū)變電所內(nèi)單臺變壓器容量不宜大于630kVA。
(2)內(nèi)設(shè)置的可燃油浸電力變壓器應(yīng)裝設(shè)在單獨(dú)的小間內(nèi)。變壓器高壓側(cè)間隔兩側(cè)宜安裝可拆卸式護(hù)欄。
變壓器與低壓配電室以及變壓器室之間應(yīng)設(shè)有通道實(shí)體門。如采用木制門應(yīng)在變壓器一側(cè)包鐵皮。變壓器基座應(yīng)設(shè)固定卡具等防震措施。變壓器噪聲級應(yīng)嚴(yán)格控制，必要時(shí)可采用加裝減噪墊等措施，以滿足國家規(guī)定的環(huán)境噪音衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的生活工作房間內(nèi)白天≤45dB(A)，夜間≤35dB(A)。
高壓配電柜選用下進(jìn)下出的接線方式，在高壓配電室下設(shè)電纜夾層。低壓配電柜采用上進(jìn)上出的接線方式，在柜頂上方設(shè)電纜橋架布線。上進(jìn)上出與下進(jìn)下出的接線方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：上進(jìn)上出可以省做結(jié)構(gòu)層，但它需要電纜橋架，安裝要求極為嚴(yán)格。下進(jìn)下出的接法必須做結(jié)構(gòu)層，不需要電纜橋架。高低壓配電室均應(yīng)設(shè)有氣體滅火和排風(fēng)系統(tǒng)。
對于就地檢修的室內(nèi)油浸變壓器，室內(nèi)高度可按吊芯所需要的最小高度再加0.7m；寬度可按變壓器兩側(cè)各加0.8m確定。多臺干式變壓器布置在同一房間內(nèi)時(shí)，變壓器防護(hù)外殼間的凈距不應(yīng)小于安全距離。
(3)調(diào)壓當(dāng)用戶系統(tǒng)有調(diào)壓要求時(shí)，應(yīng)選用有載自動(dòng)調(diào)壓電力變壓器。對于新建的電力變電所建議采用有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器，有利于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。雖然暫時(shí)投資稍高一些，但是在短時(shí)間內(nèi)就可以收回所附加的投資。
當(dāng)要求有三種電壓的變電所，而且通過主變壓器各側(cè)電感線圈的功率均達(dá)到該變壓器容量的15%以上，主變壓器宜采用三線圈變壓器。如220kV、110kV、35kV時(shí)，通常采用三繞組變壓器。
(4)當(dāng)出現(xiàn)下列情況可設(shè)專用變壓器：當(dāng)動(dòng)力和照明采用共用變壓器嚴(yán)重影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時(shí)，可設(shè)專用變壓器。當(dāng)季節(jié)性的負(fù)荷容量較大時(shí)(如大型民用建筑中的空調(diào)冷水機(jī)組等負(fù)荷)，可設(shè)專用變壓器。接線為Y,yno的變壓器，當(dāng)單相不平衡負(fù)荷引起的中性線電流超過變壓器低壓繞組額定電流的25%時(shí)，宜設(shè)單相變壓器。出于功能需要的某些特殊設(shè)備(如容量較大的x光機(jī)等)宜設(shè)專用變壓器。
(5)當(dāng)需要提高單相短路電流值或需要限制三次諧波含量或三相不平衡負(fù)荷超過變壓器每相額定容量15%以上時(shí)，宜選用接線為D，Yn11型變壓器。
(6)因IT系統(tǒng)的帶電部分與大地不直接連接，因此照明不能和動(dòng)力共用變壓器，必須設(shè)專用照明變器。
數(shù)量確定
(1)主變壓器臺數(shù)的確定原則是為了保證供電的可靠性。當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺及以上變壓器。
①有大量一級負(fù)荷及雖為二級負(fù)荷但從保安需要設(shè)置時(shí)(如消防等)。
②季節(jié)性負(fù)荷變化較大時(shí)。
③集中負(fù)荷較大時(shí)。
對大型樞紐變電所，根據(jù)工程的具體情況可以安裝2～4臺主變壓器。
裝設(shè)多臺變壓器時(shí)，宜根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和變化適當(dāng)分組以便靈活投切相應(yīng)的變壓器組。變壓器應(yīng)按分列方式運(yùn)行。變壓器低壓出線端的中性線和中性點(diǎn)接地線應(yīng)分別敷設(shè)。為測試方便，在接地回路中，靠近變壓器處做一可拆卸的連接裝置。
(2)一般三級負(fù)荷或容量不太大的動(dòng)力與照明宜共負(fù)荷只用一臺變壓器。
(3)當(dāng)屬下列情況之一時(shí)，可設(shè)專用變壓器
①當(dāng)照明負(fù)荷較大或動(dòng)力和照明采用共用變壓器嚴(yán)重影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時(shí)，可設(shè)照明專用變壓器。
②單臺單相負(fù)荷較大時(shí)，宜設(shè)單相變壓器。
③沖擊性負(fù)荷較大，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量時(shí)，可設(shè)沖擊負(fù)荷專用變壓器。
④當(dāng)季節(jié)性負(fù)荷(如空調(diào)設(shè)備等)約占工程總用電負(fù)荷的1/3及以上時(shí)，宜配置專用變壓器。
并聯(lián)運(yùn)行
在變電室有兩臺或多臺變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，必須滿足以下的條件：
(1)各變壓器的一次和二次額定電壓必分別相等。例如一次高壓均為10kV，低壓均為0.4kV。其誤差不應(yīng)大于±5%。如果兩臺變壓器的變壓比不同，則必然在二次繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，很容易導(dǎo)至變壓器過熱而燒毀。
(2)并聯(lián)的各變壓器的短路電壓必須相等。短路電壓也稱作阻抗電壓。由于并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的負(fù)荷是按照其阻抗電壓值成反比例分配的，阻抗電壓小的變壓器必然會(huì)因?yàn)榉峙涞碾妷哼^高而損壞。通常允許差值為不大于±10%。
(3)并聯(lián)各變壓器的連接組別必相同。也就是各變壓器的一次或二次電壓的相序必須分別對應(yīng)，否則根本不能并列運(yùn)行。例如：當(dāng)D，yn11連接與Y,yno連接的兩臺變壓器并聯(lián)了，在它們對應(yīng)的二次側(cè)將出現(xiàn)30°的相位差，使二次繞組之間出現(xiàn)電壓Δ從而產(chǎn)生很大的環(huán)流。
(4)并聯(lián)的各變壓器的變壓器的額定容量也應(yīng)該盡可能地相似，通常容量之比不宜超過1：3。這主要是因?yàn)樽儔浩鞯娜萘肯嗖钸^大會(huì)因內(nèi)部阻抗不同或其他特性不而產(chǎn)生環(huán)流，而影響變壓器的使用壽命。
參考資料 >