电报群科学上网:一文解析变压器技术原理

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变压器是用户用电传输过程中所不可缺少的一部分, 变压器能否够正常运行直接关系到输电的安全、经济与稳定,所以必须要注重变压器日常运行的维护与保养工作。由于变压属于输电过程中长期运行的设备,在长期高负荷的运转下,其不可避免的会发生故障,通常情况下对变压器的故障进行检测需要停电检测,但是停电检测会在很大程度上影响正常的生活生产用电,给生活生产带来不便,由此,必须要做好变压器日常运行的维护与保养工作可以在很大程度上减少变压器运行的故障。


一、变压器有哪些主要部件?


变压器的主要部件有:


1)器身:包括铁心、绕组、绝缘部件及引线。


2)调压装置:即分接开关,分为无励磁调压和有载调压。


3)油箱及冷却装置。


4)保护装置:包括储油柜、安全气道、吸湿器、气体继电器、净油器和测温装置等。


5)绝缘套管。

变压器的油箱是变压器的外壳,内装铁心、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。


变压器油的作用:变压器油在变压器中的作用是绝缘、冷却;在有载开关中用于熄弧。


变压器油过滤目的:除去油中的水分和杂质,提高油的耐电强度,保护油中的纸绝缘,也可以在一定程度上提高油的物理、化学性能。


变压器采用薄膜保护作用:可以密封变压器,不与空气接触,从而消除油的氧化和受潮条件,延长油的使用寿命。


二、变压器的基本原理


变压器的主要工作原理是利用电磁感应来实现对电压的升高与降低处理,其主要包括初级线圈、次级线圈以及铁芯。变压器的主要作用是将电厂输出的电压进行升压处理,然后通过输电线进行高压或者是超高压输电,到达用户区域之后才有降压变压器来降低电压使之达到用户所需要电压220V,然后为用户用电提供电能。


在上述升压与降压的过程中主要采用的是电磁感应原理。通常情况下升压处理是利用电磁感应原理为一次侧的线圈通交流电,在电磁感应的作用下二次侧的线圈会出现感应电动势进而会出现感应电流,而二者电压不同主要是由一次侧与二次侧线圈的匝数比来决定的,进而可以实现升压。与此同时输电线路到达用户端的时候会经过降压变压器降压,变压器一次侧与二次侧的匝数通常也是不同的,进而可以实现降压处理,进而可以为用户提供符合标准的电能。


三、变压器的日常保养与技术


3.1 允许温度


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在变压器运行的过程中,变压器的线圈和铁芯通常情况下会产生损耗,这些损耗会变成热能而使得变压器的铁芯以及线圈升温。如果变压器铁芯和导线的温度继续升高会在很大程度上影响到线圈的绝缘性并使其老化。在变压器运行的过程中通常线圈的温度是最高的,然后铁芯的温度次之,绝缘油温会在一定程度上低于上述二者的温度,并且变压器上部的油温会高于下部的油温,因而对变压器运行允许温度的检测可以以变压器上部的油温为准。在变压器正常运行的过程中,如果周围的气温在40℃的时候,那么变压器线圈的工作的最高温度不得高于105℃。由于通常情况下线圈的温度要高于油温,通常情况下规定变压器上部的油温不得超过95℃。如果,为防止绝变压器工作的温度处于室温下,那么规定变压器上部的油温不得超过85℃。对于具有循环水冷和风冷系统的变压器规定其上层的油温不得超过75℃。


3.2 允许温升


单单考虑变压允许的油温远远不足以保障变压能够安全运行,还需要对变压器上层油温和冷却空气之间的温差也就是温升进行监测,也就是变压器的温度与周围空气温度的差值。如果其周围的运行温度超过规定限值的时候,通常行业标准规定为线圈的温升不得超过65℃,而上层油温温升不得超过55℃。只有变压器的温升不超过额定的限值,通常情况下变压器就可以长时间安全稳定的运行。


3.3 合理容量


通常情况下要让变压器运行的负荷处于其额定负荷的75%左右。变压器低压不平衡电流通常不能够超过额定值的25%;变压器的电源电压变化通常不能够超过正负5%,如果超过这个范围则需要采用分接开关进行调整,使得电压处于稳定的状态。通常可以改变绕组二次抽头的位置来对电压进行改变,这个位置就是通常所说的分接开关,其是通过改编绕组的匝数来对电压的大小进行调整的。电压偏低虽然对变压器本身影响不大但是却会在很大程度上对用电设备产生影响,而随着电压的升高线圈和铁芯的损耗会有所增加使得变压器的温度在一定程度上升高。


3.4 过负荷


不仅事故情况下会导致变压器的过负荷运行,正常工作情况下也会导致变压器处于过负荷运行状况下。正常情况的过负荷通常情况下是由于用户用电设备的增加而引起的。过负荷运行会在很大程度上提升变压器的工作温度使得变压的绝缘层加速老化,进而会影响相关器件的工作寿命最终会影响到变压器的工作的寿命,因而通常情况要尽量避免变压器处于过负荷运行的状态。只允许变压器在极短的时间内超负荷运行,但是在冬季也不得超过其额定负荷的30%,而夏季不得超过其额定负荷的15%。如果电力系统或者是变电站发生故障的时候,为了保障对设备进行连续供电,通常允许变压器在短时间内超负荷运行,这种情况会使得变压器绝缘层的温度急剧的升高会导致绝缘层的迅速老化,但是由于发生事故的概率较低而绝大部分时间变压器的负荷低于其额定负荷,因而短时间内的超负荷运行不会对绝缘层造成太大的影响。

3.5 瓦斯继电保护装置


当变压器作为备用设备时,需要注意到瓦斯保护装置继续联接信号,便于观察未备用变压器的油面是否出现下降情况,便于及时添油。当变压器在运行过程中需要滤油或者加油时,也需要对瓦斯继电保护装置换到联接信号,而其它的继电保护装置则是接到跳闸线圈。而在滤油或者加油过程中,需要等变压器不再排出气泡为止,此时才能重新投入瓦斯继电保护装置。出现油面指针异常时,需要查找原因,必须在取下瓦斯继电器跳闸回路的联接片以后,才能打开放气、放油塞子,或对孔眼进行清理等动作,否则会导致瓦斯继电器一次侧的跳闸。


3.6 自动跳闸处理


在变压器的断路器出现跳闸故障之后,需要及时把其控制开关放在跳闸位置,然后将备用变压器投入运行,迅速采取正确的运行方式和负荷分配,使得运行系统和设备能够得到正常运转。之后才去检查保护动作状态,查看外部是否良好。当发现是外部故障例如穿越故障、操作错误等引起的故障,此时就不再检查内部故障,而继续进行送电。当出现主保护动作,例如差动、重瓦斯、速断等引起的自动跳闸,就需要检查保护区范围的所有设备,直到查明故障原因,否则不能继续运行变压器。


四、我国特高压变压器技术水平先进 国内市场集中度高


电力变压器是将一个等级的电压和电流变成频率相同的另一个等级或几个不同等级的电压和电流的电力设备,特高压变压器是应用在特高压输电系统中、1000kV级别的变压器,是电力变压器产品中技术含量最高的品类。


在特高压交流输电系统中,特高压变压器是变电站主设备之一,而变电站投资成本在系统总成本中的占比在45%左右;在特高压直流输电系统中,特高压变压器是换流站主设备之一,而换流站投资成本在系统总成本中的占比在55%左右。特高压变压器可连接不同电压等级的输电线路和电力设备,可以保证电力系统稳定运行,是特高压输电系统的重要设备之一。


我国特高压变压器市场中,特变电工、山东电力设备、保变电气、中国西电等是优秀生产商,其中,特变电工技术水平先进,在国内市场中份额占比最大,达到45%左右,四家企业合计市场份额占比达到97%,我国特高压变压器市场集中度高。


由龙头企业特变电工的发展情况可以看出,我国特高压变压器技术水平先进,处于全球领先地位。特高压设备技术壁垒高、研发投入大,对企业实力要求高,较多细分产品市场被少数企业所占据,在特高压变压器市场中,特变电工以及其他三家企业在国内处于垄断地位,新进入企业若无绝对竞争优势,难以与现有企业相抗衡。


来源:新思界网,水泥备件网,crazyblack16

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