变电运行大神自己写的_变电站一次主设备知识学习手册

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变电运行专业培训教材 变电站一次主设备 变电站中凡直接用来接受与分配电能以及与改变电能电压 相关的所有设备，均称为一次设备或主设备。由于大都承受高电 压，故也多属高压电器或设备。它们包括主变压器、断路器、隔 离刀闸、母线、互感器、电抗器、补偿电容器、避雷器以及进出 变电所的输配电线路等。由一次设备连接成的系统称电气一次系 统或电气主接线系统。 第一节 电力变压器 变压器是一种静止的电气设备，属于一种旋转速度为零的电 机。电力变压器在系统中工作时，可将电能由它的一次侧经电磁 能量的转换传输到二次侧，同时根据输配电的需要将电压升高或 降低。故它在电能的生产输送和分配使用的全过程中，作用十分 重要。整个电力系统中，变压器的容量通常约为发电机容量的3 倍以上。 变压器在变换电压时，是在同一频率下使其二次侧与一次侧 具有不同的电压和电流。由于能量守恒，其二次侧与一次侧的电 流与电压的变化是相反的，即要使某一侧电路的电压升高时，则 该侧的电流就必然减小。变压器并不是也决不能将电能的“量” 变大或变小。在电力的转换过程中，因变压器本身要消耗一定能 量，所以输入变压器的总能量应等于输出的能量加上变压器工作 时本身消耗的能量。由于变压器无旋转部分，工作时无机械损耗， 且新产品在设计、结构和工艺等方面采取了众多节能措施，故其 1 变电运行专业培训教材 工作效率很高。通常，中小型变压器的效率不低于 95%，大容 量变压器的效率则可达80%以上。 一、电力变压器分类及工作原理 （一）电力变压器的分类 根据电力变压器的用途和结构等特点可分如下几类： （1）按用途分有：升压变压器（使电力从低压升为高压， 然后经输电线路向远方输送）；降压变压器（使电力从高压降为 低压，再由配电线路对近处或较近处负荷供电）。 （2）按相数分有：单相变压器；三相变压器。 （3）按绕组分有：单绕组变压器（为两级电压的自耦变压 器）；双绕组变压器；三绕组变压器。 （4）按绕组材料分有：铜线变压器；铝线变压器。 （5）按调压方式分有：无载调压变压器；有载调压变压器。 （6）按冷却介质和冷却方式分有： 1）油浸式变压器。冷却方式一般为自然冷却，风冷却 （在散热器上安装风扇），强迫风冷却（在前者基础上还装有潜 油泵，以促进油循环）。此外，大型变压器还有采用强迫油循环 风冷却、强迫油循环水冷却等。 2）干式变压器。绕组置于气体中（空气或六氟化硫气 体），或是浇注环氧树脂绝缘。它们大多在部分配电网内用作配 电变压器。目前已可制造到35KV级，其应用前景很广。 2 变电运行专业培训教材 （二）变压器的工作原理 变压器是基于电磁感应原理而工作的。正是因为它的工作原 理以及工作时内部的电磁过程与电机（发电机和电动机）完全相 同，故将它划为电机一类，仅是旋转速度为零（即静止）而已。 变压器本体主要由绕组和铁心组成。工作时，绕组是“电”的通 路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。一次侧输 入电能后，因其交变故在铁心内产生了交变的磁场（即由电能变 成磁场能）；由于匝链（穿透），二次绕组的磁力线在不断地交替 变化，所以感应出二次电动势，当外电路沟通时，则产生了感生 电流，向外输出电能（即由磁场能又转变成电能）。这种“电— 磁—电”的转换过程是建立在电磁感应原理基础上而实现的，这 种能量转换过程也就是变压器的工作过程。 下面再由理论分析及公式推导来进一步加以说明： 见图 2－2，在单相变压器的原理图中，闭合的铁心上绕有 两个互相绝缘的绕组。其中接入电源的一侧叫一次绕组，输出电 能的一侧叫二次绕组。当交流电源电压 U1加到一次绕组后，就 有交流电流I1通过该绕组并在铁心中产生交变磁通φm。这个交 变磁通不仅穿过一次绕组，同时也穿过二次绕组，两个绕组中将 分别产生感应电势 E1和 E2。这时若二次绕组与外电路的负载接 通，便会有电流I2流入负载 ，即二次绕组就有电能输出。 3 变电运行专业培训教材 图2－2 根据电磁感应定律可以导出： 一次绕组感应电动势值 E -4 1＝4.44fN1BmS*10 二次绕组感应电动势值 E -4 2＝4.44fN2BmS*10 式中 f——电源频率（Hz ），工频为50 Hz； N1――一次侧绕组匝数（匝）； N2——二次侧绕组匝数（匝）； Bm——铁心中磁通密度的最大值（T ）； S———铁心截面积（cm2）。 由上两式可以得出 E1/E2= N1/ N2 足见，变压器一、二次侧感应电动势之比等于一、二次侧绕 组匝数之比。 由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小.可忽略不 计，故可近似地认为：E1 = U1, E2 = U2. 于是有 U1/U2≈E1/E2= N1/ N2＝K 式中 K———变压器的变压比。 4 变电运行专业培训教材 变压器一、二次绕组的匝数不同，将会导致一、二次绕组的 电压高低不等。显然，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压 低。这就是变压器之所以能够改变电压的道理。 在一、二次绕组电流I1、I2 的作用下，铁心中总的磁势为 I1 N1＋I2 N2＝Io N1 式中 Io———变压器的空载励磁电流。 由于 Io比较小（通常不超过额定电流的 3%-5%），在数值上可 忽略不计，故上式可演变为 I1 N1＋I2 N2＝Io N1≈0 进而可推得： I1 N1＝－I2 N2 I2/I1= N1/ N2＝K 可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数成反比。 即绕组匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大；也就是电压 高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。 二、变压器结构与器身构造 电力变压器的基本结构是由铁心、绕组、带电部分和不带电 的绝缘部分所组成，为使变压器能安全可靠地运行，还需要油箱、 冷却装置、保护装置及出线装置等。 其结构组成见图2-3如下： 5