第4章电力变压器(答案).doc

第4章 电力变压器答案
1.变压器如何分类？
答：电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。
电力变压器按容量系列分，有R8系列和R10系列两大类。
电力变压器按相数分，有三相变压器和单相变压器。
2.变压器的主要组成部分有哪些？各有何作用。
答：变压器的主要结构包括器身、油箱、冷却装置、保护装置、出线装置和变压器油。器身又称心体，是变压器最重要的部件，其中包括铁心、绕组、绝缘、引线、分接开关等部件。
铁心是变压器的磁路部分，绕组是变压器的电路部分，变压器的器身浸在充满变压器油的油箱里。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。变压器的冷却装置是将变压器在运行中产生的热量散发出去。变压器套管是将线圈的高、低压引线引到箱外的绝缘装置，它起到引线对地（外壳）绝缘和固定引线的作用。
储油柜的作用保证变压器油箱内充满油，减少了油与空气的接触面积，适应绝缘油在温度升高或降低时体积的变化，防止绝缘油的受潮和氧化。
吸湿器的作用是清除和干燥进入储油柜空气的杂质和潮气，呼吸器通过一根联管引入储油柜内高于油面的位置。
净油器是用来改善运行中绝缘油的性能，防止绝缘油继续老化的装置。
防爆管是变压器的安全装置，作为变压器内部故障时的过压力保护，安装在变压器的油箱盖上，规定800kVA以上的变压器必须装设。
气体继电器作为变压器内部故障的主保护。当变压器内部发生故障产生气体或油箱漏油使油面降低时，气体继电器动作，发出信号，若事故严重，可使断路器自动跳闸，对变压器起保护作用。
变压器的温度计直接监视着变压器的上层油温。
油位计用来监视变压器油箱油位变化的装置。
分接开关用以改变线圈匝数，从而改变变压器的变压比，进行电压调整。
3.变压器的铁心为何必须接地？是否允许变压器的铁心多点接地，为什么？
答：变压器在运行中，必须将铁心及各金属零部件可靠地接地，与油箱同处于地电位。铁心及固定铁心的金属结构、零部件均处在强电场中，在电场作用下，它们具有较高的对地电位。如果不接地，它与接地的夹件及油箱之间有电位差产生，在电位差的作用下，易引发放电和短路故障短路回路中将有环流产生，使铁心局部过热。另外，在绕组周围铁心及各零部件几何位置不同，感应出来的电势大小不同，若不接地，也会存在持续性的微量放电。持续的微量放电及局部放电现象将逐步使绝缘击穿。因此，通常是将铁心的任意一片及金属构件经油箱接地。硅钢片之间的绝缘是限制涡流的产生，其绝缘电阻值很小，不均匀的电场、磁场产生的高压电荷可以通过硅钢片从接地处流向大地。
铁心不允许多点接地，多点接地会通过接地点形成回路在铁心中造成局部短路，产生涡流，使铁心发热，严重时将使铁心绝缘损坏甚至导致变压器烧毁。
4.简述同心式绕组的结构特点。
答：同心式的高、低压绕组同心地套在铁心柱上，在一般情况下，总是将低压绕组放在靠近铁心处，将高压绕组放在外面。高压绕组与低压绕组之间，以及低压绕组与铁心柱之间都留有一定的绝缘间隙和散热通道（油道或气道），并用绝缘纸筒隔开。绝缘距离的大小，取决于绕组的电压等级和散热通道所需要的间隙。当低压绕组放在靠近铁心柱时，因为低压绕组与铁心柱所需的绝缘距离比较小，所以绕组的尺寸也就可以缩小，整个变压器的体积也就减小了。
5.变压器线圈及铁心通过油流进行冷却的方式有几种？各有何特点。
答：变压器线圈及铁心通过油流进行冷却的方式有三种：自然循环冷却、强迫油循环冷却和强迫油循环导向冷却。
自然循环冷却是依靠油的温差形成自然循环带走热量的一种冷却方式。这种冷却方式效果一般，只适用于小型变压器。
强迫油循环冷却方式是通过潜油泵使油产生压力，在油道中加速流动，把线圈和铁心中的热量带走，进行冷却。这种冷却方式虽大大地提高了冷却效果，但由于油流是按自然阻力进行分配，方向性不强，冷却效果还不算最好。
强迫油循环导向冷却方式在强迫油循环的基础上增设了油流的导向装置，使油流按照指定的路线快速流过线圈和铁心的冷却油道，迅速带走热量，进一步提高了冷却效果。目前大型电力变压器都是采用这种冷却的方式。
6.变压器的调压方法有几种，简述有载调压的过程。
答：变压器的调压方式分为无励磁调压和有载调压两种。有载调压分接开关是在变压器带负荷（励磁）的状态下，切换分接头位置的。因此，切换分接头的过程中必然要在某一瞬间同时连接两个分接头（桥接），以保证负载电流的连续性。但是，在桥接的两个分接头间，必须串入阻抗以限制循环电流，保证不发生分接间短路，使分接切换顺利进行。
7.什么是电力变压器的联结组别，常用的联结组别有几种，各有何特点？
答：电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因联结方式不同而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间的不同相位关系。变压器常见的几种联结组别有：
（1）Y yn0联结的配电变压器。Y yn0联结示意图如图5-16所示。图中“·”表示同名端，其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位差为0°。联结组别的标号为零点。
（2）D ynl l联结的配电变压器。D yn11联结示意图如图5-17所示。其二次侧绕组的线电压滞后于一次侧绕组线电压330°，联结组别的标号为11点。
8.什么是变压器的允许温度和温升，为保证安全运行，对其有何规定。
答：变压器的允许温度，是根据变压器所使用材料的耐热强度而规定的最高温度。
在正常情况下，为了使变压器油不过快氧化，规定上层油温不超过85℃。为了防止油质劣化，规定变压器上层油温最高不超过95℃。允许温升。变压器的允许温度与周围空气最高温度之差为允许温升。周围空气最高温度规定为+40℃。
对变压器在额定负荷时，各部分温升做出规定：绕组（A级绝缘油浸自冷或非导向强迫油循环）温升限值为65℃，上层油的温升限值为55℃。
9.什么是变压器的过负荷能力，分几种过负荷？变压器总的过负荷倍数如何规定。
答：所谓变压器的过负荷能力是指变压器在较短的时间内所输出的最大容量。即在不损坏变压器的线圈绝缘和不降低变压器使用寿命的条件下，变压器的输出容量可大于变压器的额定容量。变压器的过负荷能力可分为正常过负荷能力和事故过负荷能力。
总的过负荷倍数对于室外的变压器不超过30%，对于室内的变压器不超过20%。
10.变压器的电源电压变化范围是如何规定的？
答：变压器的外加一次电压可以比额定电压高，但不得超过相应分接头电压值的105%，无论分接头在何位置，如果所加一次电压不超过相应额定电压的5%，则变压器二次侧可带额定负荷。有载调压变压器在各分接位置的容量，应遵守制造厂的规定，并在《变电站现场运行规程》中列出。无载调压变压器在额定电压±5%范围内改变分接头位置，其额定容量不变。
11.变压器的负荷检查包括哪些内容？
答：（1）应经常监视变压器电源电压的变化范围应在土5%额定电压以内。以确保二次电压质量，如电源电压长期过高或过低，应通过调整变压器的分接开关，使二次电压趋于正常。
（2）对于安装在室外的变压器，无计量装置时，应测量典型负荷曲线。对于有计量装置的变压器，应记录小时负荷，并画出日负荷曲线。
（3）测量三相电流的平衡情况。对Y yno接线的三相四线制的变压器，其中线流不应超过低压线圈额定电流的25%，超过时应调节每相的负荷，尽量使各相负荷趋于平衡。
12.变压器常见的故障有哪些，如何处理？
答：变压器常见的故障有。
（1）变压器内部的异常声音。变压器保护装置应动作，将变压器从电网上切除。否则，应手动切除防止事故扩大。
（2）温度不正常。在正常冷却条件下，变压器的温度不正常，且不断升高。此时，值班人员应检查：变压器的负荷是否超过允许值，若超过允许值，应立即调整；校对温度表，看其是否准确；检查变压器的散热装置或变压器的通风情况，若温度升高的原因是由于散热系统的故障，如蝶阀堵塞或关闭等，不停电即能处理，应立即处理，否则应停电处理。若通风冷却系统的风扇故障，又不能短时间修好的话，可暂时调整负荷，使其为风机停止时的相应负荷。若经检查结果证明散热装置和变压器室的通风情况良好，温度不正常，油温较平时同样负荷时高出10℃以上，则认为是变压器内部故障。应立即将变压器停下来修理。
（3）油枕内油位的不正常变化。若发现变压器油枕的油面，较当时油温应有的油面降低时，应加油。加油时，将瓦斯保护装置改接到信号。加油后，待变压器内部空气完全排除后，方可将瓦斯保护装置恢复正常状态。如大量漏油而使油面迅速下降时，禁止将瓦斯继电器动作于信号，必须采取停止漏油的措施，同时加油至规定的油面。若油面因温度升高而逐渐升高时，在最高油温时的油面可能高出油面指示计时，则应放油，使油面降至适当的高度，以免溢油。
（4）油枕喷油或防爆管喷油。油枕喷油或防爆管薄膜破碎喷油，表示变压器内部已经严重损伤，喷油使油面下降到一定程度时，瓦斯保护动作，使变压器两侧断路器跳闸。若瓦斯保护未动，油面低于箱盖时，由于引线对油箱绝缘的降低，造成变压器内部有“吱吱”的放电声，此时，应切断变压器的电源，防止事故扩大。
（5）油色变化过甚。油色变化过甚时，应取油样化验，可以发现油内有碳质和水分，油的酸价增高，闪点降低，绝缘强度降低。这说明油质急剧下降，容易引起线圈对地放电，必须停止运行。
（6）套管有严重的破损和放电现象。套管瓷裙严重破损和裂纹，或表面有放电及电弧的闪络时，会引起套管的击穿。由于此时发热很剧烈，套管表面膨胀不均，而使套管爆炸。此时变压器应停止运行，更换套管。
（7）瓦斯保护装置动作时的处理。
1）信号动作而不跳闸。当瓦斯保护装置信号动作而不跳闸时，值班人员应停止音响信号，对变压器进行外部检查，查明原因，其原因可能是：因漏油、加油和冷却系统不严密，以致空气进入变压器内；因温度下降和漏油，致使油面缓慢降低；变压器故障，产生少量气体；由于保护装置二次回路故障等原因引起的。
当外部检查未发现变压器有异常现象时，应查明瓦斯继电器中气体的性质。
若气体不可燃，而且是无色无嗅的，混合气体中主要是惰性气体，氧气含量大于16%，油的闪点不降低，说明是空气进入变压器内，变压器可以继续运行。
若气体是可燃的，则说明变压器内部有故障：如气体为黄色不易燃，且一氧化碳含量大于1%~2%，说明是本质绝缘损坏。若气体为灰色和黑色且易燃，氢气的含量在30%以下，有焦油味，闪点降低，说明油因过热而分解或油内曾发生过闪络故障。若气体为浅灰色且带强烈臭味可燃，说明是纸或纸板绝缘损坏。
若上述分析对变压器内潜伏性的故障不能正确判断，则可采用气相色谱分析法作出适当的判断。
2）瓦斯继电器动作于跳闸其原因可能有：变压器内部发生严重故障；油位下降太快；保护装置二次回路有故障；在某种情况下，如变压器修理后投入，油中空气分离出来的太快，也可能使断路器跳闸。在未查明变压器跳闸原因前，不准重新合闸。
（8）变压器的自动跳闸。变压移自动跳闸时，如有备用变压器应将备用变压器投入，然后查明原因。如检查结果不是由内部故障所引起的，而是由于过负荷，外部短路或保护装置二次回路故障所造成的，则变压器可不经外部检查重新投入运行，否则需进行内部检查，测量线圈的绝缘电阻等，以查明变压器的故障原因。原因查明并处理后方可投入运行。
（9）变压器着火。变压器着火时，应首先断开电源，停用冷却器，使用灭火装置灭火。若油溢在变压器顶盖上着火时，则应打开下部油门放油至适当油位；若是变压器内部故障而引起着火时，则不能放油，以防变压器发生严重爆炸。如有备用变压器，应将其投入运行。
13.无载调压变压器如何进行分接开关的倒换操作？
答：无载调压变压器，当变换分接头位置时，应先正反方向转动五圈，再调至所需位置，测量直流电阻合格后，方可运行。对运行中不需要改变分头位置的变压器，每年应结合预防性试验将分接头正反方向转动五圈，并测量直流电阻合格，方可运行。
14.什么是变压器的经济运行？变压器的损耗有几种，和什么因素有关？
答：所谓经济运行就是损耗最小、效率最高的运行方式。因为变压器的铜损等于铁损时效率最高，此时变压器带的负载最经济，所以通常以此作为变压器经济运行的依据。
变压器在运行中的产生的内部损耗包括：变压器铁损和铜损两部分。
（1）变压器的铁损PFe。变压器一次侧加交流电压时，在铁心中产生交变的磁通，从而在铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗，称为变压器的铁损。铁损和电源电压、频率有关，而与负载电流的大小和性质无关。
（2）变压器的铜损PCu。当有电流通过变压器一、二次绕组时，就要产生一定的功率和电能损耗，即铜损。变压器的铜损与负载系数的平方成正比。
15.变压器并列运行的条件是什么？
答：（1）联结组别标号相同。（2）电压比相等（即所有并列变压器的额定一次电压和二次电压必须对应相等）。（3）短路阻抗相等。
16.画出测量变压器绝缘电阻的接线图，并简述操作过程。
答：3.测量接线图
（1）测量高压绕组对低压绕组及外壳之间的绝缘电阻，其接线如图所示。兆欧表的“E”端接低压绕组及外壳，“G”端接高压瓷套管的瓷裙，“L”端接高压绕组。

1-瓷裙 2-接线端子
测量高压绕组对低压绕组及外壳之间的绝缘电阻
（2）测量低压绕组对高压绕组及外壳的绝缘电阻，其接线如图所示。兆欧表的“E”端接高压绕组及外壳，“G”端接低压瓷套管的瓷裙，“L”端接低压绕组。

1-瓷裙 2-接线端子
测量低压绕组对高压绕组及外壳之间的绝缘电阻

17.哪些在线监测技术在变压器状态检修中得到了应用？
答：变压器红外测温故障诊断、油中溶解气体、局部放电、铁心电流、套管介损、器身振动等得到了较为广泛的发展和应用。

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