35千伏变配电所变压器的选择.docx
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35千伏变配电所变压器的选择
35千伏变配电所变压器的选择
姓名
学号
班级
35千伏变配电所变压器的选择目录
摘要1
变压器的工作原理--------------------------------------------------------1
电力变压器的结构,型号-----------------------------------------------1
变压器的分类--------------------------------------------------------------2
关于变压器规范要求-----------------------------------------------------4
力系统的额定电压--------------------------------------------------------4
变压器的参数--------------------------------------------------------------4
变压器容量确定原则-----------------------------------------------------4
电力变压器运行和维护--------------------------------------------------9
参考文献--------------------------------------------------------------------11
35千伏变配电所变压器的选择
摘要
电力变压器是电力系统中最关键的设备之一,它承担着电压变换,电能分配和传输,并提供电力服务。
因此,变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证,必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。
而且对于变压器的工作原理及特点要了解,特别是变压器的选型过程,尤为重要,因为变压器的选型决定着电力系统是否正常工作。
而且对变压器的运行维护做一定的介绍。
关键字
变压器、变压器工作原理、电力变压器的结构、型号、电力变压器的选择、运行维护
1变压器的工作原理
1变压器的工作原理
变压器是变换交流电压,电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生了交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。
变压器是由铁芯构成的磁路部分和绕组铁芯上的绕组构成的电路部分组成。
与电源连接的为一次绕组,也称初级绕组,其匝数为N1;与负载连接的绕组为二次绕组,也称次级绕组或副绕组,其匝数为N2。
当一次侧和交流电源接通时。
在电源电压u1作用下,一次侧形成交流电流i1,并在铁芯中产生变磁通∮,磁通∮同时与一、二次绕组交链,根据电磁感应定律,一次侧感应电动势为e1=-N1Xd∮/dt二次侧感应电动势为e1=-N1Xd∮/dt,其中“-”号由楞次定律确定。
若二次侧与负载接通,在e1的作用下,形成二次侧电流i2,从而实现了电能的传输。
显然,一、二次侧感应电动势e1、e2之比等N1、N2之比,而一、二次侧电压与一、二次侧感应电动势的大小非常接近,顾改变一、二次侧的匝数之比,就可以达到改变电压的目的。
若N1>N2,为降压变压器;若N1 2变压器的主要作: 变压器的功能有电压变换;阻抗变换;隔离稳压等。 电力变压器作为变电所中最关键的一次设备,其主要功能是将电力系统中的电能电压升高或降低,以利于电能的合理输送,分配和使用。 2电力变压器的结构,型号 电力变压器由铭牌、讯号式温度计、吸温器、油表、油枕、安全气道、气体继电器、高低压套管、分接开关、油箱、放油阀、绕组和铁芯、接地栓和小车等组成。 电力变压器的主要结构包括铁芯和一二次绕组两大部分。 铁芯是变压器的主要磁路,其内部通过交变的磁通。 为提高磁路的导磁性能和减小涡流及磁滞损耗,铁芯用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片涂绝缘漆后叠制而成,它由铁芯柱和铁轭组成。 为减小变压器励磁电流,铁芯磁回路不能有间隙,相邻两层铁芯叠片接缝要互相错开。 为充分利用空间,大型变压器的铁芯柱的截面为阶梯形状,而小型变压器的铁芯截面可以是矩形或方形。 绕组是变压器的电路部分,为减小电阻,用包有绝缘的铜线或铝线绕制而成,并用绝缘材料构成线圈层的主绝缘和从绝缘。 通常高压绕组和低压绕组为同心式结构,为便于绝缘,一般低压绕组在里面,高压绕组在外面,高低压绕组间有油道,以利于散热和绝缘。 变压器油箱是由钢板焊接而成。 箱内除放置变压器的铁芯和绕组外,空间充满了变压器油,起绝缘和冷却作用(油浸式变压器),为了提高散热能力,油箱侧面装设散热管和散热器。 讯导式温度计、安全气道、气体继电器等起显示和保护作用,分接开关起电压的调节作用,高、低压套管为瓷质绝缘套管,变压器引出线从油箱内穿过油箱盖时,必须经过绝缘套管。 电力变压器结构图 全型号表达 3变压器的分类 电力变压器类型较多,可按电力变压器的相数,调压方式,绕组形式,绕组绝缘及冷却方式,连接组标号进行分类。 电力变压器按相数分,有单相和三相两种,还有种三相变单相变压器。 用户变电所一般采用三相变压器。 并且当前,三相变压器与三相集中供电制仍居主导地位,单向变压器与单相供电制只是其补充。 单相变压器由于电压单一,只能应用于照明或小型电机或是路灯的照明。 但是单相变压器结构简单,重量轻,可以灵活安装在电杆上使用,便于深入负荷中心,就地降压供电,提高供电质量,一般在小范围内供电。 并且三个单相变压器可以构建成三相变压器使用,只是投资会加大,发达国家一般每家都用的是一个单相变压器变电。 电力变压器按调压方式分有无载调压和有载调压两种。 10kv配电所一般采用无载调压方式,35kv总降压变电所主变压器在电压偏差不能满足要求是应采用有载调压方式。 有载调压的原理是根据电压叠加原理(戴维南原理),由调压补偿器借助有载调压开关,维持主变高压侧线圈的电压在额定电压范围以内。 有载调压地方法是将主变压器高压三相线圈的中性点打开,分别串联补偿器,即zz7型中性点有载调压变压器的调压线圈,并将主变压器的低压侧与补偿变压器的励磁线圈并联,实现有载调压。 有载调压变压器存在阻抗,在功率传输中,将产生电压降,并随着用户负荷侧的变化而变化,系统电压的波动加上用户侧负荷的变化将引起电压较大的变动。 在实现无功功率就地平衡的前提下,当电压变动超过定值时,有载调压变压器在一定的延时后会动作,对电压进行调整,并保持电压的稳定。 电力变压器按绕组形式分,有双绕组变压器、三绕组变压器和自偶变压器等。 用户变电所大多采用双绕组变压器。 (几种变压器的联系) 变压器按绕组绝缘及冷却方式分,有油浸式、干式和充气式(SF6)等。 油浸式变压器的冷却方式有自冷式、风冷式、水冷式和强迫油循环冷却方式等。 干式变压器的冷却方式有自冷式和风冷式两种,采用风冷式可提高干式变压器的过载能力。 干式变压器多用于高层建筑变电所。 (干式与油浸式进行对比) 配电变压器按连接组标号分,常见的有Yyn0(高压侧低压侧都采用星型连接高低压侧无相位偏差中性点直接接地)型,和Dyn11(高压侧角接低压侧星接,低压侧相位较高压侧偏离三十度中性点直接接地)型Dyn11变压器相对于Yyn0变压器具有以下优点: 1低压侧单向接地短路电流大,有利于低压侧单向接地短路故障的切除。 (? ) 2承受单相不平衡负荷的负载能力强。 3高压侧三角形接线有利于抑制3n次谐波电流注入到电网。 因为三次谐波电流可在D联结的一次绕组内形成环流,使之不致注入到公共的高压电网中去。 因为电源电压可认为是正弦电压,主磁通为正弦波,由于铁芯的饱和特性,励磁电流为非正弦波,以三次谐波为主。 对于Y,y联结的变压器,由于三次谐波分量之间的相位差是3x120=360,即在时间上是同相位的。 在没有中性线引出时,三次谐波电流无法流通,励磁电流近似为正弦波,使得磁通波形为一平顶波。 由于三次谐波频率是基波频率的三倍,所以它感应出来的电动势就很大,有时可以达到电动势的45%-60%,这样就使相电动势波形发生畸变。 在三相式心柱式变压器中,由于三相磁路彼此相关,各相三次谐波磁通大小相等、相位相同,不能通过铁芯闭合,只能由油箱壁、铁芯柱及变压器油形成闭合路径。 由于三次谐波经油箱壁闭合,引起附加损耗,使变压器油箱发热,降低了变压器的效率,影响变压器的使用寿命。 所以在TN(保护接零的保护点接地系统)及TT系统(保护接地的保护点接地系统)接地形式的低压电网中,Dyn11变压器得到越来越多的应用。 另外,对多雷地区及土壤电阻率较高的山区,考虑到防雷要求的提高,宜选用Yzn11(高压侧星接低压侧曲折形连接)防雷变压器。 Dyn11连接组别的配电变压器,典型的有s9系列、scl系列、sg系列等 按容量系列分,有R8容量系列和R10容量系列。 R8容量系列等级按R8约等于1.33倍数递增,基本已经淘汰。 R10按约等于1.26的倍数递增。 我国新的变压器容量等级用此系列,这也是IEC(国际电工委员会)推荐的变压器容量系列。 此容量系列的容量为: 100,125,160,200,315,400,500,630,800,1000,1250,1600,2000,2500等(kv.A) 4关于变压器规范要求 5电力系统的额定电压 电力系统的电压是有等级的,电力系统的额定电压包括电力系统的各种发电、供电、用电设备的额定电压。 额定电压是电气设备长期运行能获得最好经济效益的电压。 他是国家根据国民经济发展的需要、电力设备制造工业的水平和发展趋势,经全面经济分析后确定的。 1电网(线路)的额定电压 电网的电压只能选用国家规定的额定电压,它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。 2用电设备的额定电压 当线路输送电力负荷时,要产生电压降,沿线路的电压分布是首端高于么端,沿线各用电设备的端电压将不同。 电网的额定电压实际上是线路首么两端电压的平均值。 为使各用电设备的电压偏移差异不大,用以确定用电设备批量生产标准的用电设备的额定电压与同级电网(线路)的额定电压相同。 3变压器的额定电压 1)变压器一次绕组的额定电压 与发电机相连的升压变压器,要高于同级电网的额定电压5%;线路上的降压变压器相当于用电设备,其电压与线路额定电压相等。 2)变压器二次绕组的额定电压 线路较长时(35千伏及以上高压线路),要考虑变压器绕组自身电压损失(按5%计)及线路电压损失(5%计),变压器二次绕组的额定电压应比相连电路的额定电压高10%: 线路较短时(直接向高、低压用电设备供电,如十千伏及以下线路),仅考虑变压器绕组的自身电压损失,而不计上述第二项的电压损失,过变压器二次绕组电压较线路的额定电压高5%。 6变压器的参数 额定容量SN: SN是变压器的额定视在功率,单位是VA、KVA或MVA。 额定电压UN! /UN2: UN1是指电源加在一次绕组上的额定电压;UN2是一次接额定电压和二次空载运行时,二次绕组端口的开路电压,单位是V或KV。 对于三相变压器额定电压均为线电压值。 额定电流IN1/IN2: IN1/IN2为变压器额定运行时,一、二次绕组的电流,单位为A,对于三相变压器,额定电流为线电流值。 额定频率f: 我国规定标准工业用电频率为50HZ。 变压器的额定容量、额定电压和额定电流有以下关系存在: 单相变压器SN=UN1xIN1=UN2xIN2 三相变压器SN=UN1xIN1=1.732UN2xIN2 7变压器容量确定原则 变电所主变压器的选择 变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则: 1)一般情况下首先考虑选择一台变压器。 2)下列情况考虑两台以上变压器。 1对供有大量一、二级负荷的变电所,宜采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一二级负荷继续供电,以满足供电可靠性的要求。 对只有二级而无一级负荷的变电所,也可以只采用一台变压器。 但必须在低压侧辐射与其他变电所相连的联络线作为备用电源。 2对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所,也可以考虑采用两台变压器。 3除以上情况外的一般用户变电所,如果负荷集中而容量又相当大时,虽为三级负荷,也可采用两台或以上变压器。 3)在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的裕度。 数台变压器并联运行的好处是: 1))可提高变压器的运行效率,随着负载的增加,逐步投入并联运行变压器的台数,尽可能使变压器接近满载。 2))可以提高电网供电可靠性,当某台变压器发生故障,需要检修时,可从电网中切除,而其他变压器可以继续运行,保持正常供电。 3))可减小变压器的备用容量,因为并联运行的变压器容量小于总容量。 但变压器的台数不宜过多否则将增加设备投资和安装面积。 反而不经济。 并联运行变压器必须满足的条件是: 1》一、二次侧的额定电压相同,变比相等。 变比不等,就会产生差值,从而产生较大的环流。 2》具有相同的连接组别。 具有不同的连接组别同样会使二次侧产生几倍于额定电流的环流。 3》短路阻抗表么值相等。 表么值不等可能会出现一台变压器欠载,另一台变压器过载的情况。 变电所变压器台数和容量 1总降压变电所 首先确定变压器的台数;要求如上面所提到的原则,在确定变压器的容量: 装单台变压器时,其额定容量SN应满足全部用电设备的计算负荷S30,考虑负荷发展应留有一定的裕度,并考虑经济运行,即 SN>=(1.15——1.4)S30 装有两台主变压器时,其中任意一台主变压器的容量SN应同时满足以下两个条件: 1>任意一台主变压器单独运行时,应满足计算负荷的60%——70%的要求,即 SN=(0.6——0.7)S30 2>任一台主变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷的要求,即 SN≥S30(Ⅰ+Ⅱ) 2终端变电所 直接向电力负荷用户输出电能的变电所即终端变电所。 例如工厂企业原称车间变电所,对民用公共建筑原称总变电所下的分支变电所。 总的来说,变压器台数和容量的确定原则和总变电所基本相同,即在保证电能质量的要求下,应尽量减少投资、运行费用和有色金属耗用量。 首先确定变压器的台数: 一般情况尽量装设一台变压器,其额定容量应大于用电设备总计算负荷,且应留有裕量。 有一二级负荷时,要求两个电源供电,应选两台变压器,每台变压器容量应能承担全部一、二级负荷的供电。 如果与相邻单位有联络线时,当变电所出现故障时,其一二级负荷可能通过联络线保证继续供电,亦可只选用一台变压器。 随季节变动较大的负荷,为使运行经济,减少变压器空载损耗,也亦采用两台变压器,以便在低谷负荷运行时,切除一台。 凡选两台变压器的变电所,任一台变压器单独投入运行时,必须能满足变电所总计算负荷的60%——70%的需要和一、二级负荷的需要。 最后确定容量;终端变电所中,考虑供电半径、电能损耗及时断路器保护参数设置,单台变压器容量不宜超过1250kv.A。 对装设在二层楼以上的干式变压器,考虑其自重,容量不宜大于630kv.A。 3变压器的实际容量(在变压器选出后进行最后的校验时用) 电力变压器的额定容量指在规定的环境温度条件下,室外安装时,在规定的使用年限内(干式一般规定为三十年)连续输出的最大视在功率。 一般规定,若变压器安装地点的年平均温度⊙不等于20度,则年平均气温每升高1度,变压器容量应相应减少1%。 因此,变压器的实际容量应计入一个温度校正系数KQ 室外变压器的实际容量为 ST=KQSN,T=(1-[⊙-20]/100)SN,T 室内变压器因散热条件较差,变压器进风口和出风口间大概15摄氏度的温差,处在室中间的变压器环境温度比户外温度大约高8度,因此其容量减少8%,即 ST=KQSN,T=(0.92-[⊙-20]/100)SN,T 3变压器的正常过负荷能力 电力变压器运行中,负荷总是变化、不均匀的。 就一昼夜而言,很大一部分时间的负荷低于最大负荷,而变压器容量是按最大负荷决定的,故变压器运行时并未发挥负荷能力,加之还需考虑系统发生故障时的变压器裕量。 因此,在正常工作变压器往往达不到它的额定值。 从维持变压器规定的使用年限考虑,变压器在必须时完全可以过负荷运行。 而他的过负荷能力,是指它在较短时间内所能输出的最大容量。 对于油浸式变压器,包括两部分;一是由于昼夜负荷不均匀而提供的过负荷能力。 如果变压器的日负荷率小于1,则由日负荷率和最大负荷持续时间确定允许过负荷能力。 夏季每低1%,可在冬季过负荷1%,,但不得超过15%。 两部分过负荷需要同时考虑,室外变压器过负荷不得超过30%,室内变压器过负荷不得超过20%。 干式变压器由于极怕温升过高,故一般不考虑正常过负荷。 变压器在运行过程是最好不要过负荷。 过负荷运行时不得超过下表规定时间。 油浸自冷 式变压器 过负荷百分数% 30 60 75 100 200 允许过负荷时间min 120 45 20 10 1.5 干式变压器 过负荷百分数% 10 20 30 50 60 允许过负荷时间min 75 50 45 16 5 例题: 1、变电站类型: 35kv地方降压变电站 2、电压等级: 35kV/10kV 3、负荷情况 35kV: 最大负荷12.6MVA 10kV: 最大负荷8.8MVA 4、进,出线情况: 35kV侧 2回进线 10kV侧 6回出线 5、系统情况: (1)35kv侧基准值: SB=100MVAUB1=37KV (2)10kV侧基准值: SB=100MVAUB2=10.5KV 1、主变压器的选择 变电所主变压器的容量一般按照变电所建成后5-10年的规划负荷考虑,并应按照其中一台停用时其它变压器能满足变电所最大负荷Smax的60%或全部重要负荷选择,即: SN=0.6Smax/(N-1)(MVA) 式中N为变电所主变压器台数,本题目中N=2。 注: 本变电所输出总容量为, S=3P/cosΦ+3S1=8800KVA 2、主变台数选择 主变台数为两台。 3、主变型号选择 本变电所有35kV、10kV两个电压等级,“具有两个电压等级的变电所中,首先考虑双绕组变压器。 根据以上条件,选择S9-6300/35变压器。 4、主变压器参数计算 额定电压高压侧35±2×2.5%,低压侧10.5kV,连接组别为YN,d11,阻抗电压百分数Uk%=7.5%,Pk=34.50KW. 我国35/10kv电网,一般采用中性点不接地方式,主要是在这类电网中,多为单向接地故障,采用中性点不接地的方式可以减少单相接地电流,所以,变压器的选择,采用Y,d11连接组别,一般35kv变电站都采用两台变压器,两台互为备用,而两台变压器互为备用的方式分为明备用和暗备用。 1.名备用: 两台变压器,每台均承担100%负荷来选择,其中一台工作,另一台备用。 2.暗备用,正常运行时,两台变压器同时投入工作,每台变压器承担50%的计算负荷,但每台变压器的容量均按计算负荷的70%——80%选择,变压器正常运行时的负荷率B为 B=50/80——50/70=62.5%——71% 按这种方法选择的变压器一般满足经济要求,下面具体确定其容量。 补偿后10kv母线上 S= 考虑到主变压器的损耗,在选择其容量时应乘一个损耗增值系数k, 当kS‘<10000KVA时取1.1,相反取1.08.这里取k=1.1 SNT>=KS=1.1X4992=5491KVA 按暗备用,采用同时分裂运行,这样比较经济灵活,也适合我国的两部电价制。 选用型号为S7—5000的变压器两台。 其参数如下: 型号规格 电压(KV) 连接组别 阻抗电压U% 空载电流Ia% 损耗(KV) 重量T 外形尺寸 高压 低压 空载 短路 S7-5000 35 10.5 Yd11 7.0 1.1 6.75 36.7 11 3.7x3,0x3.1 8电力变压器运行和维护 1电力变压器一般巡视检查项目和要求 1)变压器一、二次电压应在规定范围之内。 电力系统的电压会随着系统负荷的变化而变化,一般负荷低的时候负荷偏高,负荷高的时候电压偏低。 所以变配电所中变压器的外加一次电压也会随之变化。 当外加一次电压低于额定电压时,对变压器本身并没有不良影响,但由于二次电压也相应下降,会影响供电质量。 当外加一次电压高于额定电压较多时,变压器的励磁电流会急剧增加,使铁耗增加,铁芯过热,更重要的是,变压器的铁芯会饱和,磁通和电动势都会发生畸变,产生过电压危及变压器和用电设备的绝缘。 因此规定变压器外加一次电压不得超过额定值的105%。 否则,应相应调整变压器的分接开关,以适应系统电压的变化。 2)变压器的电流在规定范围内。 电力变压器可以带额定电流长期运行,而且电力变压器有一定的过负荷能力。 在正常运行时,考虑到日负荷变化以及季节的变化,变压器有时在较低的负荷及绕组温度下运行,绝缘老化较慢。 因此,允许变压器在高峰负荷及冬季时过负荷运行。 虽然再过负荷期间,绝缘老化速度快于正常值,但由于和轻载时相抵消,并不损害其正常使用寿命。 正常过负荷是以不损坏电压器绝缘和不损害正常使用寿命为前提的,对允许过负荷倍数和过负荷时间都有严格要求,需要根据变压器的负荷曲线、冷却介质温度以及过负荷前变压器所带的负来确定。 在事故情况下,如运行中的若干台变压器中有一台损坏,又无备用变压器,则其余变压器可以按事故过负荷。 过负荷运行会使温度升高,加快变压器绝缘老化过程,降低使用寿命。 3)检查变压器的声音正常 变压器正常运行时,一般会发出连续的、均匀的“嗡嗡”声,通常被称为电磁声。 变压器噪声主要有以下几个方面。 由于铁芯磁滞作用而引起铁芯的震动,这与铁芯硅钢片的特性、铁芯的构成形式,铁芯硅钢片组合夹紧力等因素有关;负载电流使绕组产生辐向和轴向电磁力,造成绕组导体的震动;漏磁导致变压器油箱壁的震动及散热器和其他附件的震动。 这些异常会使变压器发出不均匀的杂音、噼啪的放电爆裂声、震动摩擦声。 4)变压器本体储油柜油位、充油套管油位和有载调压开关油位应在正常位置范围内。 变压器中绝缘油有三个方面的作用;即绝缘、散热、防止内部绝缘材料受潮。 变压器如果缺油,而且未被及时发现,当油位降至大盖以下时,变压器绕组部位会露出油面,与大气相接处,吸收潮气,从而降低绝缘水平,产生放电现象;发展下去甚至会形成短路故障。 另外,油位低到气体安装位置时,会造成气体继电器动作,造成不必要的跳闸停电,影响正常供电。 因此,一旦发现变压器缺油,在分析之后应及时补充合格油。 5)观察油色是否正常,若油色较快变深,应对油取样分析化验。 正常的变压器油应该是透明略带淡黄色。 如果变压器运行中,发现油的透明变坏,那很可能是受潮后引起的,如果油的颜色变得很暗,甚至形成油泥,则可能是受到氧化或沥青化合物的污染而引起的。 经化验发现绝缘油出现水分、碳质以及酸价增高、闪点降低、绝缘强度降低时,则说明油质确实有问题,应尽快停止变压器的使用。 6)检查变压器温度正常。 变压器在就地设有温度计来测量上层油温,大中型变压器还装有热电偶,在控制室可以读到变压器的温度值。 上述测温装置所指示的数值,应在允许范围之内,本体油温与热电偶装置应一致。 变压器运行中,其铁损耗和铜损耗均转化成热量,会使变压器的绕组、铁芯和绝缘油的温度升高。 如果温度超过绝缘材料的最高允许温度,就会使绝缘材料加速老化。 自然油循环的变压器上层油温一般不超过85摄氏度,强迫油循环风冷变压器上层油温一般不超过75度。 7)套管外表要清洁,无明显污垢,无裂纹损坏,无放电痕迹。 8)检查套管接线端子与引线连接处,无松动、无过热、无渗漏油现象。 9)检查防爆管的玻璃应密封完好,无缺损;压力释放阀应密封好,
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