小型變壓器的使用與維修項(xiàng)目一1任務(wù)1小型變壓器的認(rèn)知任務(wù)2小型變壓器的拆裝和重繞任務(wù)3小型變壓器的檢測與維護(hù)2任務(wù)1

小型變壓器的認(rèn)知3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解小型變壓器的基本結(jié)構(gòu)、分類和用途。2.掌握小型變壓器的工作原理。3.熟悉小型變壓器的銘牌數(shù)據(jù)。4.能正確完成變壓器的空載運(yùn)行、負(fù)載運(yùn)行和阻抗變換試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)小型變壓器的變壓、變流及阻抗變換。4任務(wù)引入機(jī)床控制電路中的小型變壓器可以輸出幾組不同的交流電壓值，以滿足不同電氣設(shè)備的需要。對于需要使用直流電壓的家用電器，應(yīng)先通過變壓器將220V的單相交流電降為6~36V的交流電，再經(jīng)整流獲得直流電壓；各種電子產(chǎn)品的電源適配器中大多包含小型變壓器；直流充電器也主要由小型變壓器構(gòu)成。因此，認(rèn)識(shí)小型變壓器對于電氣技術(shù)人員來說是非常重要的。認(rèn)識(shí)小型變壓器可以從小型變壓器的基本結(jié)構(gòu)、分類及用途入手，進(jìn)而掌握其工作原理，熟悉其銘牌數(shù)據(jù)。本任務(wù)以一臺(tái)小型控制變壓器為例，對小型變壓器進(jìn)行初步認(rèn)知。5一、小型變壓器的基本結(jié)構(gòu)小型變壓器一般都是單相變壓器，由鐵芯和繞組兩個(gè)最基本的部分組成。1.鐵芯鐵芯是變壓器的磁路部分，也作為變壓器的機(jī)械骨架。為了提高導(dǎo)磁性能，減少鐵芯內(nèi)部的磁滯損耗和渦流損耗，鐵芯一般由0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成，硅鋼片表面涂有絕緣漆。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分構(gòu)成，套裝繞組的部分稱為鐵芯柱，連接鐵芯柱形成閉合磁路的部分稱為鐵軛。6相關(guān)知識(shí)鐵芯結(jié)構(gòu)的基本形式有芯式和殼式兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖、特點(diǎn)及應(yīng)用見下表。7芯式和殼式變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖、特點(diǎn)和應(yīng)用

鐵芯疊片的形式根據(jù)變壓器容量的大小而有所不同，小型變壓器為了簡化工藝和減小氣隙，其鐵芯常采用E字形、F字形或C字形硅鋼片交替疊壓而成，如圖所示。8小型變壓器鐵芯的硅鋼片a）E字形b）F字形c）C字形2.繞組繞組是變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。接電源的繞組稱為一次繞組或初級繞組，簡稱原邊，與負(fù)載相接的繞組稱為二次繞組或次級繞組，簡稱副邊。對于小型芯式變壓器，一次繞組和二次繞組分別套裝在兩個(gè)不同的鐵芯柱上，如圖所示。9小型芯式變壓器的繞組結(jié)構(gòu)對于小型殼式變壓器，一次繞組和二次繞組套裝在中間的同一根鐵芯柱上，繞組結(jié)構(gòu)形式有三種，見下表。10

小型殼式變壓器的繞組結(jié)構(gòu)形式二、變壓器的分類和主要用途變壓器的作用是在交流電路中改變電壓、改變電流、改變阻抗、改變相位和實(shí)現(xiàn)電氣隔離。變壓器的種類繁多，分類的方法也多種多樣，具體的分類和主要用途見下表。11變壓器的分類和主要用途12變壓器的分類和主要用途13變壓器的分類和主要用途14變壓器的分類和主要用途15變壓器的分類和主要用途16變壓器的分類和主要用途三、小型變壓器的工作原理變壓器一次繞組的匝數(shù)用

N1

表示，二次繞組的匝數(shù)用

N2

表示。根據(jù)二次繞組是否連接負(fù)載，變壓器的運(yùn)行方式可分為空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行。為了便于分析，把忽略繞組直流電阻、鐵芯損耗、漏磁通、磁飽和影響的變壓器稱為理想變壓器。171.理想變壓器空載運(yùn)行理想變壓器空載運(yùn)行是指變壓器一次繞組加額定電壓、二次繞組開路的工作狀態(tài)。當(dāng)一次繞組接交流電源

u1

時(shí)，一次繞組中會(huì)有電流

i0

流過，鐵芯中會(huì)產(chǎn)生主磁通

Φm，從而在一次繞組、二次繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢

e1和

e2，如圖所示。u1

與i0

的參考方向一致，i0

、e1、e2

的參考方向與

Φm

的參考方向之間符合右手螺旋法則。18理想變壓器空載運(yùn)行原理（1）空載電流

i0變壓器空載運(yùn)行時(shí)流過一次繞組的電流稱為空載電流，理想變壓器的空載電流主要產(chǎn)生鐵芯中的磁通，所以空載電流也稱為空載勵(lì)磁電流。（2）電壓和感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系因?yàn)槔硐胱儔浩鞑豢紤]繞組的直流電阻、鐵芯的損耗等，所以一次繞組的電壓平衡方程式為：（1-1-1）式（1-1-1）說明一次繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢與電源電壓大小相等，即

U1=E1，在相位上，與

反相位，也稱為反電動(dòng)勢。19二次繞組的電壓為

U20，由于二次繞組開路時(shí)無電流輸出，所以二次繞組的電壓平衡方程式為：（1-1-2）式（1-1-2）說明二次繞組輸出電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢大小相等，即

U20=E2，并且

與

同相位。20（3）感應(yīng)電動(dòng)勢的大小根據(jù)電磁感應(yīng)定律

E=-N

可推導(dǎo)出變壓器一次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢

E1

、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢

E2

大小分別為：E1=4.44fN1

Φm（1-1-3）E2=4.44fN2

Φm（1-1-4）式中E1，E2———感應(yīng)電動(dòng)勢有效值，V；

f———交流電源的頻率，Hz；

Φm———主磁通幅值，Wb。21（4）變壓比

K

變壓比的定義是變壓器一次繞組的相電動(dòng)勢

E1

與二次繞組的相電動(dòng)勢

E2

之比，因?yàn)閁1=E1=4.44fN1

Φm，U2=E20=4.44fN2

Φm，所以：（1-1-5）式（1-1-5）說明繞組的電壓與匝數(shù)成正比，在一次繞組匝數(shù)不變的情況下，只要改變二次繞組的匝數(shù)就能改變輸出電壓的大小，因此變壓器具有改變電壓的作用。當(dāng)

N1>N2，即

K>1時(shí)，變壓器起降壓作用；當(dāng)

N1=N2，即

K=1時(shí)，變壓器起隔離作用；當(dāng)

N1<N2，即

K<1時(shí)，變壓器起升壓作用。222.理想變壓器負(fù)載運(yùn)行理想變壓器負(fù)載運(yùn)行是指變壓器一次繞組加額定電壓、二次繞組接負(fù)載的工作狀態(tài)，如圖所示，二次繞組的電流

i2

流過負(fù)載，此時(shí)一次繞組的電流從空載電流

i0

增加到

i1

。23理想變壓器負(fù)載運(yùn)行原理（1）變壓器的電流變換對于理想變壓器，一次繞組與二次繞組的視在功率相等，即：（1-1-6）式（1-1-6）說明變壓器也具有改變電流的作用，其一次繞組與二次繞組電流有效值之比等于變壓比的倒數(shù)，且一次側(cè)電流隨著二次側(cè)電流的變化而變化。當(dāng)功率一定時(shí)，繞組電流與繞組電壓成反比，即高壓繞組電流小，低壓繞組電流大。24（2）變壓器的阻抗變換一次繞組接在交流電源上，對電源而言變壓器相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，其輸入阻抗可通過輸入電壓、輸入電流計(jì)算，即變壓器的輸入阻抗為Z1=U1/I1，而變壓器的二次側(cè)輸出端又接了負(fù)載，變壓器的輸出電壓、輸出電流與負(fù)載之間存在

Z2=U2/I2=ZL

的關(guān)系。變壓器的阻抗變換如圖所示，可以看出經(jīng)過變壓器把

Z2

接到電源上和不經(jīng)變壓器直接把

Z2

接到電源上，兩者是完全不同的，這里變壓器起到改變阻抗的作用，把Z2

等效變?yōu)?/p>

Z1

可以在

u1的電壓下工作。2526變壓器的阻抗變換四、小型變壓器的銘牌數(shù)據(jù)1.額定電壓U1N/U2NU1N

是變壓器一次繞組的額定電壓；U2N

是當(dāng)一次繞組加額定電壓時(shí)，二次繞組的開路電壓，即U20，單位為V。使用變壓器時(shí)，電源電壓不得超過額定電壓

U1N

。2.額定電流I1N/I2NI1N/

I2N

是變壓器一次繞組、二次繞組連續(xù)運(yùn)行時(shí)所允許通過的電流，即在規(guī)定的環(huán)境溫度和冷卻條件下允許的滿載電流值，單位為A。273.額定容量SNSN

是變壓器的視在功率，表示變壓器在額定狀態(tài)下的最大輸出功率，其大小與變壓器的額定電壓和額定電流有關(guān)，也受到環(huán)境溫度、冷卻條件的影響。4.額定頻率fNfN是變壓器的電源頻率，我國規(guī)定額定頻率為50Hz。28任務(wù)2

小型變壓器的拆裝和重繞29學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握小型變壓器的設(shè)計(jì)制作方法。2.掌握小型變壓器的重繞修理方法。3.能正確完成小型變壓器的拆卸、重繞、測試和絕緣處理。30任務(wù)引入小型單相變壓器的繞制分為設(shè)計(jì)制作和重繞修理，它們的繞制工藝相同。設(shè)計(jì)制作是將使用者的要求作為依據(jù)，以滿足要求為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算后再繞制；而重繞修理是以原物參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行恢復(fù)性的繞制。本任務(wù)要求在給定設(shè)備和相關(guān)材料的基礎(chǔ)之上，完成變壓器的拆裝和重繞工作。31一、小型單相變壓器的設(shè)計(jì)制作小型單相變壓器的設(shè)計(jì)制作思路是：由負(fù)載的大小確定變壓器的容量；由負(fù)載側(cè)所需電壓計(jì)算出變壓器各繞組的匝數(shù)；根據(jù)用戶的使用要求及環(huán)境決定變壓器的材質(zhì)和尺寸。1.計(jì)算變壓器的輸出容量S2變壓器輸出容量的大小等于二次側(cè)各電壓等級負(fù)載的視在功率之和，二次側(cè)繞組的數(shù)量需要與負(fù)載的電壓等級數(shù)量相同，則

S2

為

S2=U2

I2

+U3

I3+…+UnIn（1-2-1）式中U2

、U3

、…、Un———變壓器二次側(cè)各繞組電壓有效值，V；

I2

、I3

、…、In———變壓器二次側(cè)各繞組電流有效值，A。32相關(guān)知識(shí)2.估算變壓器輸入容量S1和輸入電流I1對于小型變壓器，考慮負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率損耗（銅耗及鐵耗）后，其輸入容量

S1

的估算公式為：（1-2-2）式中，η為變壓器的效率，總是小于1，小型變壓器的

η

一般為0.8~0.9。輸入電流為：（1-2-3）式中U1———變壓器一次側(cè)繞組電壓（即外加電壓）的有效值，V；1.1~1.2———考慮變壓器空載勵(lì)磁電流的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。333.變壓器鐵芯截面積的計(jì)算及硅鋼片尺寸的確定（1）鐵芯截面積的計(jì)算小型單相變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)多采用殼式，鐵芯柱上放置繞組。鐵芯尺寸如圖所示。它的鐵芯柱截面積

AFe與變壓器輸出容量

S2

的關(guān)系為：（1-2-4）式中，k

為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，大小與

S2

有關(guān)，可參考下表。34經(jīng)驗(yàn)系數(shù)k

參考值由下圖可知，鐵芯柱截面積為：

AFe=ab（1-2-5）式中a———鐵芯柱寬，cm；b———鐵芯凈疊厚，cm。35變壓器鐵芯尺寸（2）硅鋼片尺寸的確定下表列出了目前通用的小型變壓器硅鋼片的規(guī)格，可供查詢。36小型變壓器通用硅鋼片尺寸mm（3）硅鋼片材料的選用小型變壓器通常采用0.35mm厚的硅鋼片作為鐵芯材料，硅鋼片規(guī)格型號(hào)的選取不僅受材料磁感應(yīng)強(qiáng)度

Bm

的制約，還與鐵芯的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)。若變壓器采用

E字形鐵芯結(jié)構(gòu)，硅鋼片材料可選用：冷軋硅鋼片

D310，Bm

取1.2~1.4T；熱軋硅鋼片（D41

、D42）、Bm

取1.0~1.2T；熱軋硅鋼片

D43，Bm

取1.1~1.2T。若變壓器采用C字形鐵芯或拼條式鐵芯結(jié)構(gòu)，則只能選用有趨向的冷軋硅鋼片。374.計(jì)算每個(gè)繞組的匝數(shù)

N由變壓器感應(yīng)電動(dòng)勢

E

的計(jì)算公式（1-2-7）可得感應(yīng)產(chǎn)生1V電動(dòng)勢的匝數(shù)計(jì)算公式，見式（1-2-8）。（1-2-7）（1-2-8）38根據(jù)使用的硅鋼片材料選取

Bm

值，一般在

Bm

合理范圍內(nèi)取下限值。再確定鐵芯柱截面積

AFe

及

N0，最后根據(jù)式（1-2-9）和（1-2-10）求各個(gè)繞組的匝數(shù)。一次繞組的匝數(shù)為：N1=U1N0（1-2-9）二次繞組的匝數(shù)為：N2

=1.05U2

N0N3=1.05U3N0（1-2-10）Nn=1.05UnN0395.計(jì)算每個(gè)繞組的導(dǎo)線直徑并選擇導(dǎo)線導(dǎo)線截面積As為：（1-2-11）式中，j為電流密度，一般取2~3A/mm2；當(dāng)變壓器短時(shí)工作時(shí)，電流密度可取4~5A/mm2。再以計(jì)算出的

As

為依據(jù)，查下表選取相同或相近截面積的導(dǎo)線，確定導(dǎo)線直徑?

和導(dǎo)線帶漆膜后的外徑

?′。4041

常用圓銅漆包線規(guī)格42

常用圓銅漆包線規(guī)格43

常用圓銅漆包線規(guī)格6.核算鐵芯窗口的面積（1）根據(jù)鐵芯窗高

h

計(jì)算每層匝數(shù)

Ni

為：（1-2-12）式中，系數(shù)0.9為考慮繞組框架兩端各空出5%不繞導(dǎo)線而進(jìn)行的調(diào)整，而（2~4）為考慮繞組框架厚度而留出的空間。（2）每個(gè)繞組需繞制的層數(shù)

mi

為：（1-2-13）（3）計(jì)算層間絕緣及每個(gè)繞組的厚度。44二、小型變壓器的重繞修理1.變壓器的拆卸變壓器拆卸前及拆卸過程中，必須記錄銘牌數(shù)據(jù)和繞組數(shù)據(jù)，作為制作木質(zhì)芯子及骨架、選用導(dǎo)線、繞制繞組和裝配鐵芯等的依據(jù)。記錄銘牌數(shù)據(jù)主要是記錄變壓器的型號(hào)，容量，一、二次電壓和絕緣等級等原始數(shù)據(jù)。記錄繞組數(shù)據(jù)主要是記錄變壓器繞組導(dǎo)線的規(guī)格、匝數(shù)、繞組尺寸、繞組引出線規(guī)格和長度、繞組的質(zhì)量等原始數(shù)據(jù)。45單相變壓器的拆卸步驟見下表

。46單相變壓器的拆卸47單相變壓器的拆卸48單相變壓器的拆卸2.重繞匝數(shù)的核算（1）測量原鐵芯截面。先測量原鐵芯凈疊厚及鐵芯柱寬，再考慮硅鋼片絕緣層和片間隙的疊壓系數(shù)，小型變壓器一般取0.9。（2）獲取原鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度

Bm

。（3）進(jìn)行重繞匝數(shù)的核算。493.變壓器的重繞（1）繞組的制作制作繞組的具體步驟見下表。50繞組的制作51繞組的制作52繞組的制作53繞組的制作54繞組的制作55繞組的制作56繞組的制作57繞組的制作（2）硅鋼片的安裝硅鋼片的安裝步驟見下表。58

硅鋼片的安裝59

硅鋼片的安裝4.變壓器的測試變壓器測試的目的是檢驗(yàn)制作的變壓器的電氣性能是否達(dá)到了要求，具體的測試步驟見下表。60變壓器的測試61變壓器的測試62變壓器的測試5.變壓器的絕緣處理制作的變壓器經(jīng)測試合格后，需要對其進(jìn)行絕緣處理，具體步驟見下表。63變壓器的絕緣處理64變壓器的絕緣處理任務(wù)3小型變壓器的檢測與維護(hù)65學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握變壓器同名端、異名端的概念以及極性的判別方法。2.了解變壓器的外特性。3.了解變壓器的損耗類型，理解變壓器的效率特性。4.熟悉小型變壓器的常見故障及原因。5.能正確完成變壓器同名端的判別、變壓器空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)。66任務(wù)引入無論是新制作的，還是經(jīng)過維修的變壓器，為保證它的性能指標(biāo)符合使用條件，必須按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行檢測，檢測合格后方可使用。檢測的內(nèi)容主要有：鐵芯材料、裝配工藝質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)；繞組的匝數(shù)是否正確、匝間有無短路；鐵損耗、銅損耗是否符合設(shè)計(jì)要求；變壓器運(yùn)行性能是否良好等。本任務(wù)以單相變壓器為例，通過試驗(yàn)的形式測定變壓器的運(yùn)行性能和相關(guān)參數(shù)，并對其進(jìn)行維護(hù)。67一、變壓器繞組的極性變壓器繞組的極性是指變壓器一次、二次繞組在同一磁通作用下所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢之間的相位關(guān)系，通常用同名端來標(biāo)記。如圖所示，鐵芯上繞制的所有線圈中都穿過同一個(gè)交變的主磁通，在任意某個(gè)瞬間，電動(dòng)勢都處于相同極性（如正極性）的線圈端稱為同名端；而不是相同極性的兩端稱為異名端。68相關(guān)知識(shí)繞組的極性二、變壓器同名端的判別方法1.直流法（電池—毫安表法）用直流法測定變壓器繞組極性的原理圖如圖所示，具體的方法步驟如下：69直流法測定變壓器繞組極性原理圖（1）設(shè)定線端。假定一次繞組1U1、1U2端與二次繞組2U1、2U2端，并做好標(biāo)記，如圖所示。70設(shè)定線端（2）連接線路。按照圖所示的原理圖，將電池的“-”

極接至一次側(cè)1U2，而“+”

極與開關(guān)SA串聯(lián)后接到一次側(cè)的1U1，在二次繞組間接入一個(gè)直流毫安表（或萬用表選至直流毫安擋），毫安表的“+”

端子（或紅表筆）與變壓器二次側(cè)繞組2U1相接，表的“-”

端子（或黑表筆）與變壓器二次側(cè)繞組2U2相接，接線實(shí)物圖如圖所示。71直流法測定變壓器繞組極性接線實(shí)物圖直流法測定變壓器繞組極性原理圖（3）測定判斷。合上開關(guān)SA的瞬間，變壓器鐵芯充磁，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變壓器兩繞組中有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，若直流毫安表（或萬用表）的指針向零刻度的正方向（右方）偏轉(zhuǎn)，則被測變壓器1U1與2U1、1U2與2U2是同名端。若指針向零刻度的負(fù)方向（左方）偏轉(zhuǎn)，則被測變壓器1U1與2U2、1U2與2U1是同名端。722.交流法用交流法測量變壓器繞組的極性時(shí)，一般將變壓器的一次繞組尾端1U2和二次繞組尾端2U2用導(dǎo)線連接起來，然后在變壓器一次繞組首、尾端之間施加較低的交流電壓，如圖所示。具體的方法步驟如下：73交流法測定變壓器繞組極性原理圖（1）設(shè)定線端。假定一次繞組1U1、1U2端與二次繞組2U1、2U2端，并做好標(biāo)記。（2）連接線路。按照如上圖所示的原理圖，將變壓器的一次側(cè)1U2端和二次側(cè)的2U2端用導(dǎo)線連接起來。（3）測定判斷。對一次繞組施加較低的便于測量的AC110V電壓。74三、變壓器的外特性當(dāng)變壓器一次側(cè)輸入額定電壓

U1N

、二次側(cè)負(fù)載功率因數(shù)cosφ2

為常數(shù)時(shí)，二次側(cè)輸出電壓

U2

與輸出電流

I2

的關(guān)系稱為變壓器的外特性，也稱為輸出特性。1.變壓器的外特性曲線如圖所示是變壓器的外特性曲線，圖中I2N是二次側(cè)的額定電流，U2N是二次側(cè)的額定電壓（空載電壓）。75變壓器的外特性曲線2.電壓調(diào)整率一般情況下變壓器的負(fù)載都是感性的，所以變壓器的輸出電壓

U2

隨著輸出電流

I2

的增加而略有下降，通常用電壓調(diào)整率

ΔU

表示電壓變化的程度。電壓調(diào)整率定義為：當(dāng)一次側(cè)電壓為額定電壓、負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，二次側(cè)空載電壓與負(fù)載電壓之差與空載電壓的百分比，即：（1-3-1）式中U2N———變壓器二次側(cè)的額定電壓（即二次側(cè)的空載電壓）；

U2———變壓器二次側(cè)的輸出電壓。76四、變壓器的損耗和效率變壓器在傳輸能量的過程中會(huì)產(chǎn)生能量損耗，其損耗分為鐵損耗和銅損耗兩部分。1.鐵損耗鐵損耗包括渦流損耗和磁滯損耗。2.銅損耗銅損耗是因繞組中流過電流發(fā)熱而產(chǎn)生的損耗。3.效率變壓器的效率

η

是輸出有功功率

P2

與輸入有功功率

P1

的比值。77五、小型變壓器的常見故障及原因小型變壓器在使用過程中，由于自身的原因或電源、負(fù)載等的不正常變化，可能出現(xiàn)各種各樣的故障。要排除這些故障，必須先了解小型變壓器常見的故障現(xiàn)象及故障產(chǎn)生的原因，具體見下表。78

小型變壓器的常見故障現(xiàn)象和原因分析79

小型變壓器的常見故障現(xiàn)象和原因分析電力變壓器的使用與維修項(xiàng)目二80任務(wù)1電力變壓器的認(rèn)知任務(wù)2電力變壓器的檢測任務(wù)3電力變壓器的故障檢修81任務(wù)1

電力變壓器的認(rèn)知82學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電力變壓器的種類。2.熟悉電力變壓器的結(jié)構(gòu)。3.理解電力變壓器銘牌參數(shù)的含義。4.掌握電力變壓器的簡單計(jì)算。5.熟悉電力變壓器運(yùn)行前和運(yùn)行中檢查的內(nèi)容。6.能正確完成電力變壓器結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和變壓器的檢查。83任務(wù)引入為了確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，工作人員必須對電力變壓器進(jìn)行日常維護(hù)和定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患；此外，一旦發(fā)生事故，工作人員應(yīng)能迅速判斷事故的原因和性質(zhì)，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理，防止發(fā)生嚴(yán)重故障或事故。了解電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)、主要附件的作用、銘牌上的重要參數(shù)以及電力變壓器的日常維護(hù)等相關(guān)知識(shí)是正確使用和維護(hù)電力變壓器的前提。本任務(wù)將了解電力變壓器的種類，并以一臺(tái)電力變壓器為例，認(rèn)識(shí)其附件結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而學(xué)習(xí)變壓器投入運(yùn)行前和運(yùn)行中的檢查方法。84一、電力變壓器的種類1.按功能分類電力變壓器按功能分類，有升壓變壓器和降壓變壓器兩大類。工廠變電所都采用降壓變壓器，終端變電所的降壓變壓器也稱為配電變壓器。2.按相數(shù)分類電力變壓器按相數(shù)分類，有單相和三相變壓器兩大類。發(fā)電廠、變電所通常采用三相電力變壓器。85相關(guān)知識(shí)3.按調(diào)壓方式分類電力變壓器按調(diào)壓方式分類，有無載調(diào)壓（又稱為無勵(lì)磁調(diào)壓）和有載調(diào)壓變壓器兩大類。發(fā)電廠、變電所大多數(shù)采用無載調(diào)壓變壓器。4.按繞組結(jié)構(gòu)分類電力變壓器按繞組結(jié)構(gòu)分類，有單繞組自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器。發(fā)電廠大多采用雙繞組變壓器。5.按繞組絕緣及冷卻方式分類電力變壓器按繞組絕緣及冷卻方式分類，有油浸式、干式和充氣式（SF6）變壓器等。6.按繞組導(dǎo)體材質(zhì)分類電力變壓器按繞組導(dǎo)體材質(zhì)分類，有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器兩大類。86下表列舉了幾種國產(chǎn)新型節(jié)能電力變壓器并說明了其特點(diǎn)。87幾種國產(chǎn)新型節(jié)能電力變壓器88幾種國產(chǎn)新型節(jié)能電力變壓器二、電力變壓器的結(jié)構(gòu)不同種類電力變壓器的結(jié)構(gòu)也有所不同。電力變壓器一般是三相變壓器，容量較大，且多數(shù)為油浸式。如圖所示為油浸式三相電力變壓器的外形結(jié)構(gòu)，它主要由鐵芯和繞組組成，為了解決散熱、絕緣、密封、安全等問題，還需要有油箱、絕緣套管（包括高壓套管和低壓套管）、儲(chǔ)油柜、散熱器、壓力釋放閥、油位計(jì)、氣體繼電器（瓦斯繼電器）等附件。8990油浸式三相電力變壓器外形結(jié)構(gòu)圖1—儲(chǔ)油柜（油枕）2—油位計(jì)3—安全氣道4—?dú)怏w繼電器5—高壓套管6—低壓套管7—分接開關(guān)8—壓力釋放閥9—油箱10—鐵芯11—繞組及絕緣12—放油閥門13—小車14—散熱器15—信號(hào)式溫度計(jì)16—銘牌17—吸濕器1.鐵芯三相電力變壓器鐵芯采用三相三柱式結(jié)構(gòu)，如圖所示。91三相電力變壓器的鐵芯1—上、下夾片拉桿2—上夾件3—接地片4—芯柱綁扎5—鐵芯疊片6—下夾件2.繞組電力變壓器的繞組廣泛采用同心式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是低壓繞組與高壓繞組在同一鐵芯柱上同心排列，一般低壓繞組在內(nèi)、高壓繞組在外。電力變壓器繞組都采用圓筒式繞法，如圖所示。92圓筒式繞組a）低壓繞組b）高壓繞組把高低壓繞組同心地套在各相鐵芯柱上，再裝上相應(yīng)的配件，電力變壓器的器身即裝配完成，如圖所示。93電力變壓器的器身3.主要附件電力變壓器的主要附件及其功能說明見下表。94電力變壓器的主要附件及其功能說明95電力變壓器的主要附件及其功能說明96電力變壓器的主要附件及其功能說明97電力變壓器的主要附件及其功能說明98電力變壓器的主要附件及其功能說明三、電力變壓器的銘牌參數(shù)有關(guān)額定數(shù)據(jù)標(biāo)寫在銘牌上，銘牌鑲嵌在變壓器的箱體表面，銘牌上的數(shù)據(jù)主要包含變壓器型號(hào)、相數(shù)、額定頻率、額定電壓、額定電流、額定容量等。某電力變壓器的銘牌如圖所示。99某電力變壓器的銘牌1.型號(hào)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，電力變壓器的型號(hào)由字母和數(shù)字兩部分組成，它表示變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、額定容量（kV·A）和一次側(cè)的額定電壓（kV）。電力變壓器型號(hào)的含義如圖所示。100電力變壓器型號(hào)的含義2.相數(shù)電力變壓器分單相和三相兩種，220kV及以下額定電壓的電力變壓器都是三相變壓器。3.額定頻率（fN）變壓器的額定頻率是指設(shè)計(jì)的運(yùn)行頻率，我國規(guī)定額定頻率為50Hz，有些國家規(guī)定額定頻率為60Hz。4.額定電壓（U1N、U2N）額定電壓是指變壓器線電壓的有效值，它應(yīng)與所連接的輸變電線路電壓相符合，單位為V或kV。1015.額定電流（I1N

、I2N）額定電流是變壓器繞組允許長期連續(xù)通過的工作電流，是指在某環(huán)境溫度、某冷卻條件下允許的滿載線電流值。當(dāng)環(huán)境溫度、冷卻條件改變時(shí)，額定電流也會(huì)變化。6.額定容量（SN）變壓器的額定容量是指變壓器的視在功率，表示變壓器在額定工作狀態(tài)（即在額定電壓、額定頻率、額定電流下的工作狀態(tài)）下的最大輸出功率。其大小是由變壓器的額定電壓與額定電流決定的，當(dāng)然也受到環(huán)境溫度、冷卻條件的影響。其單位為V·A或kV·A。1027.聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)變壓器的三相繞組可以聯(lián)結(jié)成星形（Y）或三角形（D），將變壓器高壓、中壓和低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式按順序排列組合起來就是繞組的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。8.阻抗電壓（UK）阻抗電壓

UK

也稱為短路電壓，指當(dāng)二次側(cè)短接、一次側(cè)加電壓，使其一次電流到達(dá)額定值時(shí)的一次電壓。9.溫升（T）溫升是指變壓器在額定工作狀態(tài)下，內(nèi)部繞組允許的最高溫度與周圍環(huán)境溫度之差，它取決于所用絕緣材料的等級。10310.冷卻方式ONAN—油浸自冷式；ONAF—油浸風(fēng)冷式；OFAF—強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式；OFWF—強(qiáng)迫油循環(huán)水冷式。11.絕緣水平L1—雷擊耐壓；AC—交流耐壓。12.其他數(shù)據(jù)包括油質(zhì)量、器身質(zhì)量、總質(zhì)量等，這些數(shù)據(jù)為變壓器的維修提供依據(jù)，可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)備變壓器油、起吊設(shè)備等。104四、電力變壓器的簡單計(jì)算從運(yùn)行原理來看，三相變壓器在對稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，各相的電壓和電流大小相等，相位互差120°，就其某一相而言，和單相變壓器并無區(qū)別。因此，單相變壓器的基本方程式、等效電路以及運(yùn)行特性的分析方法和結(jié)論完全適用于三相變壓器，只是要注意三相電功率的計(jì)算和繞組的聯(lián)結(jié)方式等問題。105五、變壓器運(yùn)行前的檢查1.保護(hù)裝置的檢查檢查與變壓器配用的高、低壓熔斷器及開關(guān)觸點(diǎn)的接觸情況、機(jī)構(gòu)動(dòng)作情況是否良好。采用跌落式熔斷器保護(hù)的變壓器還應(yīng)檢查熔絲是否完整、熔絲規(guī)格是否適當(dāng)。2.儀表的檢查變壓器投入運(yùn)行前，應(yīng)檢查電壓表、電流表、溫度測量儀表等是否齊全，表計(jì)的測量范圍是否適當(dāng)。通常在額定數(shù)值處畫上紅線，以便監(jiān)測。3.消防設(shè)施的檢查檢查每臺(tái)變壓器是否配有必要的消防設(shè)施，消防設(shè)施是否完好。1064.外觀的檢查（1）檢查接頭狀況是否良好。（2）絕緣套管的清理和檢查。（3）檢查變壓器油和油箱。（4）檢查安全氣道。（5）檢查氣體繼電器。（6）檢查儲(chǔ)油柜。（7）檢查吸濕器。（8）接地檢查。107六、變壓器運(yùn)行中的檢查1.儀表的檢查監(jiān)測、記錄變壓器控制屏上的電流表、電壓表、功率表等儀表讀數(shù)可以了解變壓器運(yùn)行情況和負(fù)荷大小。有條件的，還可以使用遙測溫度計(jì)定期記錄變壓器的上層油溫。2.現(xiàn)場的檢查（1）檢查變壓器有無異響。變壓器接通電源后，由于勵(lì)磁電流以及磁力線的變化，鐵芯、繞組會(huì)振動(dòng)而發(fā)出連續(xù)、均勻的“嗡嗡”聲，俗稱交流聲。若有異響，應(yīng)分析產(chǎn)生的原因，進(jìn)行檢查與處理。108（2）檢查變壓器油?？梢酝ㄟ^儲(chǔ)油柜上的油位計(jì)檢查油位，正常油位應(yīng)在油表刻度的1/4~3/4。（3）檢查變壓器運(yùn)行的溫度。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，油箱內(nèi)上層油溫一般應(yīng)不超過85℃，最高應(yīng)不超過95℃

。（4）檢查高、低壓套管是否清潔，有無裂紋、碰傷和放電痕跡。（5）檢查安全氣道、除濕器、接線端子是否正常。（6）檢查變壓器外接的高、低壓熔絲是否完好。（7）檢查變壓器接地裝置是否良好。109任務(wù)2

電力變壓器的檢測110學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握三相電力變壓器繞組的聯(lián)結(jié)方式和首尾端的判別方法。2.掌握三相電力變壓器聯(lián)結(jié)組別的判別方法。3.了解三相電力變壓器并聯(lián)運(yùn)行的意義和條件。4.掌握三相電力變壓器繞組絕緣電阻和直流電阻的測量方法。5.能正確判別三相電力變壓器繞組的首尾端，并能正確測量繞組絕緣電阻和直流電阻。111任務(wù)引入電力變壓器安裝完畢或大修之后，都必須進(jìn)行性能檢測，檢驗(yàn)其裝配、制造或維修質(zhì)量，檢驗(yàn)合格后才能投入運(yùn)行。變壓器檢測項(xiàng)目包括聯(lián)結(jié)組別檢測、絕緣電阻檢測、繞組直流電阻檢測、耐壓試驗(yàn)等。本任務(wù)將以一臺(tái)電力變壓器為檢測對象，對其進(jìn)行三相繞組的聯(lián)結(jié)方式和變壓器的聯(lián)結(jié)組別的判斷，并利用兆歐表、電橋等設(shè)備測量繞組的絕緣電阻和直流電阻。112113相關(guān)知識(shí)一、三相電力變壓器繞組的聯(lián)結(jié)方式1.星形聯(lián)結(jié)一次繞組的星形聯(lián)結(jié)如圖a所示，它把三個(gè)一次繞組的尾端1U2、1V2、1W2連接在一起構(gòu)成中性點(diǎn)N；而將它的三個(gè)首端1U1、1V1、1W1引出，接到三相電源上。星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“Y”表示。114

一次繞組的星形聯(lián)結(jié)a）正確接法b）錯(cuò)誤接法二次繞組的星形聯(lián)結(jié)是把三個(gè)二次繞組的尾端2U2、2V2、2W2連接在一起構(gòu)成中性點(diǎn)N，三個(gè)繞組首端2U1、2V1、2W1分別引出接三相負(fù)載（見下圖a），以獲得對稱的三相電動(dòng)勢，電動(dòng)勢的相量圖如圖b所示。如果某相繞組首尾接反，如圖c所示（V相接反），會(huì)導(dǎo)致三相電動(dòng)勢不對稱，兩個(gè)線電壓等于相電壓，只有一個(gè)線電壓是相電壓的

倍，這時(shí)的電動(dòng)勢相量圖如圖d所示。這會(huì)對負(fù)載和變壓器造成損害，甚至燒毀負(fù)載和變壓器。這種錯(cuò)誤很容易通過電壓表測量三個(gè)線電壓做出判斷。115116二次繞組的星形聯(lián)結(jié)a）正確接法b）正確接法的電動(dòng)勢相量圖c）錯(cuò)誤接法d）錯(cuò)誤接法的電動(dòng)勢相量圖2.三角形聯(lián)結(jié)一次繞組的三角形聯(lián)結(jié)如圖a所示，它把三個(gè)一次繞組的首尾端依次連接在一起構(gòu)成一個(gè)閉合回路，三個(gè)連接點(diǎn)引出接三相電源。如果首尾接反，如圖b所示（V相接反），輸入端短路，造成的后果將比星形聯(lián)結(jié)時(shí)某一相接反的后果更為嚴(yán)重，這是絕不允許的。117一次繞組的三角形聯(lián)結(jié)a）正確接法b）錯(cuò)誤接法因?yàn)槭孜策B接的順序不同，三角形聯(lián)結(jié)可分為正相序（見下圖a）和反相序（見下圖b）兩種接法。118一次繞組的兩種三角形聯(lián)結(jié)方法a）正相序接法b）反相序接法二次繞組的三角形聯(lián)結(jié)是把三個(gè)二次繞組的首尾端連接在一起構(gòu)成一個(gè)閉合回路，三個(gè)連接點(diǎn)接三相負(fù)載，如圖a所示。閉合回路的三相電動(dòng)勢之和為零，此時(shí)電動(dòng)勢的相量圖如圖b所示，二次繞組內(nèi)不產(chǎn)生環(huán)流，這時(shí)打開回路中任意一個(gè)接點(diǎn)，測量其開口電壓應(yīng)為零。119

二次繞組的三角形聯(lián)結(jié)a）正確接法b）正確接法的電動(dòng)勢相量圖c）錯(cuò)誤接法d）錯(cuò)誤接法的電動(dòng)勢相量圖二、三相電力變壓器繞組首尾端的判別方法1.直流法直流法也稱為電池—毫安表法，具體的方法及步驟如下：（1）分相設(shè)定標(biāo)記。首先用萬用表電阻擋測量12個(gè)出線端間通斷情況及電阻大小，確定三相一次繞組。假定標(biāo)記為1U1、1V1、1W1、1U2、1V2、1W2，如圖所示。120

三相變壓器一次繞組分相（2）連接線路。將一個(gè)1.5V的干電池（用于小容量變壓器）或2~6V的蓄電池（用于電力變壓器）與開關(guān)串聯(lián)后接入三相變壓器一次側(cè)任意一相中（如V相），如圖所示。（3）測量判別。在V相（假設(shè)1V1是首端）上加直流電源，電源的

“+”極接1V1，電源的“-”

極經(jīng)開關(guān)SA接至1V2。然后用一個(gè)直流電流表（或直流電壓表）測量另外兩相電流（或電壓）的方向，以判斷其相間極性。121直流法測定三相變壓器首尾端原理圖2.交流法用交流法判斷三相繞組首尾端的具體方法及步驟如下：（1）分相設(shè)定標(biāo)記。與直流法判斷三相繞組首尾端相同。（2）連接線路。如圖所示，先假設(shè)1U1是首端，將1U2和1V2用導(dǎo)線連接，1W1與1W2間接入交流電壓表，實(shí)物接線如圖所示。122交流法測定三相變壓器首尾端原理圖a）U2=0

b）U2=U1（3）測量判別。在1U1與1V1間外加電壓

U1，測量1W1與1W2間的電壓

U2

：1）若

U2=0，則說明V相繞組接電源的出線端是首端1V1，如上圖a所示。2）若

U2=U1，則說明V相繞組接電源的出線端是尾端1V2。因?yàn)榻臃ㄊ筓、V兩相的磁通都通入W相中，則W相感應(yīng)電壓等于U、V兩相感應(yīng)電壓之和，如上圖b所示。123三、三相電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別1.聯(lián)結(jié)組別的規(guī)定及標(biāo)記國際上規(guī)定，三相變壓器高、低壓繞組線電動(dòng)勢的相位關(guān)系用時(shí)鐘法表示。規(guī)定一次側(cè)線電動(dòng)勢

為長針，永遠(yuǎn)指向鐘面的12點(diǎn)位置；二次側(cè)線電動(dòng)勢

為短針，它指向鐘面的哪個(gè)數(shù)字，該數(shù)字就作為該變壓器聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)號(hào)。聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)記由兩部分組成：字母表示聯(lián)結(jié)組別，數(shù)字表示聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)號(hào)。1242.聯(lián)結(jié)組別的判別（1）Y，y接法。Y，y接法聯(lián)結(jié)組別的判別方法及步驟見下表。125Y，y接法聯(lián)結(jié)組別的判別方法及步驟126Y，y接法聯(lián)結(jié)組別的判別方法及步驟（2）Y，d接法。這種接法的判別比Y，y接法稍難一些，判別方法及步驟見下表。127Y，d接法聯(lián)結(jié)組別的判別方法及步驟128Y，d接法聯(lián)結(jié)組別的判別方法及步驟四、三相電力變壓器的并聯(lián)運(yùn)行三相電力變壓器的并聯(lián)運(yùn)行，就是把兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的變壓器的一次、二次繞組端子分別連接到一次、二次側(cè)的公共母線上，共同向負(fù)載供電。1.三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的意義（1）提高供電可靠性。（2）提高供電效率。（3）減少總的備用變壓器容量。1292.三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件為使并聯(lián)運(yùn)行的變壓器都能得到安全、可靠、充分的利用，而且損耗最小、效率最高，變壓器并聯(lián)運(yùn)行必須滿足以下條件：（1）各變壓器的一次、二次繞組的額定電壓應(yīng)分別相等，即變壓比相等。（2）聯(lián)結(jié)組別應(yīng)相同。（3）短路電壓應(yīng)相等。130五、三相電力變壓器繞組之間絕緣電阻和繞組對地絕緣電阻的測量測量變壓器繞組的絕緣電阻，是了解其絕緣狀態(tài)的最簡便、最常用的方法之一。測量絕緣電阻應(yīng)使用兆歐表（又稱為搖表或絕緣電阻表），選用時(shí)主要考慮兆歐表的額定電壓和測量范圍是否與被測設(shè)備的絕緣等級相適應(yīng)，一般選用2500V的兆歐表。131測量步驟如下：1.測量變壓器一次繞組與二次繞組之間的絕緣電阻測量變壓器一次繞組與二次繞組之間的絕緣電阻時(shí)，將一次繞組三相引出端1U、1V、1W用裸銅線短接，接兆歐表E端子；將二次繞組引出端N、2U、2V、2W及地（地殼）用裸銅線短接后，接兆歐表L端子。必要時(shí)，為減小表面泄漏對測量值的影響，可用裸銅線在一次側(cè)瓷套管的瓷裙上纏繞幾匝之后，再用絕緣導(dǎo)線接兆歐表G端子，如圖所示。132133測量一次繞組與二次繞組之間的絕緣電阻2.測量變壓器一次繞組對地的絕緣電阻測量變壓器一次繞組對地的絕緣電阻時(shí)，將一次繞組三相引出端1U、1V、1W用裸銅線短接，接兆歐表L端子；鐵芯（地）接兆歐表E端子。必要時(shí)，為減小表面泄漏對測量值的影響，可用裸銅線在一次側(cè)瓷套管的瓷裙上纏繞幾匝之后，再用絕緣導(dǎo)線接在兆歐表G端子，如圖所示。134

測量一次繞組對地的絕緣電阻3.測量變壓器二次繞組對地的絕緣電阻用同樣的方法測量變壓器二次繞組對地的絕緣電阻，如圖所示。135測量二次繞組對地的絕緣電阻六、三相電力變壓器繞組直流電阻的測量測量變壓器繞組直流電阻的目的是檢查繞組焊接接頭的質(zhì)量是否良好、電壓分接頭的各個(gè)位置是否正確、引線與套管的接觸是否良好、并聯(lián)支路的連接是否正確、有無層間短路或內(nèi)部斷線的現(xiàn)象?，F(xiàn)場應(yīng)用最多的測量直流電阻的方法是電橋法。當(dāng)被測繞組的阻值為1Ω以上時(shí)，應(yīng)選用單臂電橋，如QJ23；當(dāng)被測繞組的阻值為1Ω以下時(shí)，應(yīng)選用雙臂電橋，如QJ44。用QJ44型雙臂電橋測量繞組直流電阻如圖所示，測量步驟如下：136137QJ44型雙臂電橋測量繞組直流電阻1.裝入電池。在電池盒內(nèi)裝入4~6節(jié)1號(hào)1.5V干電池和2節(jié)6F22型9V電池。2.調(diào)零。將電橋放平，調(diào)節(jié)電橋檢流計(jì)的機(jī)械調(diào)零旋鈕，置檢流計(jì)指針于零位。3.接通電源并進(jìn)行電氣調(diào)零。4.選擇倍率。估計(jì)電阻值，將倍率旋鈕旋至相應(yīng)位置。5.將被測電阻按四端連接法，接在電橋的C1、P1、P2、C2接線柱上，如圖所示，A、B之間為被測電阻。138被測電阻的四端連接法6.調(diào)節(jié)電橋的平衡。先按下電源按鈕B，再按下檢流計(jì)按鈕G。調(diào)節(jié)步進(jìn)讀數(shù)（大數(shù)旋鈕讀數(shù)）和滑線讀數(shù)（小數(shù)值撥盤讀數(shù)），使檢流計(jì)指針指向零位。若檢流計(jì)靈敏度不夠，應(yīng)增大靈敏度并稍等片刻，待指針穩(wěn)定后重新調(diào)節(jié)電橋平衡。7.計(jì)算被測電阻。被測電阻按下式計(jì)算：

被測電阻=倍率讀數(shù)×（步進(jìn)讀數(shù)+滑線讀數(shù)）（2-2-1）被測電阻范圍與倍率選擇的關(guān)系見下表。139

被測電阻范圍與倍率選擇的關(guān)系8.結(jié)束測試。測試結(jié)束后，先斷開檢流計(jì)按鈕G，然后才可以斷開電源按鈕B，最后將電源開關(guān)扳到斷開位置，拆除四根引線。9.測量結(jié)果的判定。要求三相變壓器三個(gè)線圈的阻值偏差不超過平均值的2%，即式中Rmax———三相繞組中，一次（或二次）繞組直流電阻的最大值；

Rmin———三相繞組中，一次（或二次）繞組直流電阻的最小值；

Rav———一次（或二次）繞組直流電阻的平均值。140（2-2-2）任務(wù)3電力變壓器的故障檢修141學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電力變壓器的故障檢查方法。2.掌握電力變壓器的常見故障和故障檢修方法。3.熟悉電力變壓器的事故處理方法。4.能正確對電力變壓器的鐵芯、繞組、分接開關(guān)、氣體繼電器等部件進(jìn)行檢修。142任務(wù)引入運(yùn)行中的變壓器由于受到電磁振動(dòng)、機(jī)械磨損、化學(xué)作用、大氣腐蝕、電腐蝕等，其運(yùn)行狀況會(huì)逐漸變差，鐵芯、繞組、分接開關(guān)、氣體繼電器等部件常會(huì)發(fā)生故障。因此，變壓器長期運(yùn)行后必須進(jìn)行檢修，及時(shí)排除故障及故障隱患，更換或修復(fù)不符合要求的部件，從而保證變壓器的安全、可靠運(yùn)行。本任務(wù)將針對電力變壓器的常見檢修項(xiàng)目進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，包括吊芯和吊芯后器身外部、鐵芯、繞組、氣體繼電器、絕緣套管、儲(chǔ)油柜等的檢修。143一、電力變壓器的故障檢查方法1.觀察法運(yùn)行中的變壓器，易發(fā)生的故障是繞組故障，約占故障的60%~70%。變壓器發(fā)生故障時(shí)，一般會(huì)以溫升、異響、警報(bào)、氣體繼電器保護(hù)動(dòng)作等形式在外觀上表現(xiàn)出來，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行檢查：（1）檢查變壓器的保護(hù)裝置。（2）檢查變壓器的其他故障。（3）檢查熔絲。144相關(guān)知識(shí)2.試驗(yàn)法變壓器故障的試驗(yàn)法內(nèi)容如下：（1）測絕緣電阻。用2500V的兆歐表測量繞組之間和繞組對地的絕緣電阻，若其值為零，則繞組之間或繞組對地可能有擊穿現(xiàn)象。（2）測繞組的直流電阻。當(dāng)分接開關(guān)處于不同分接位置時(shí)，若測得的直流電阻相差很大，可能是分接開關(guān)接觸不良或觸點(diǎn)有污垢。145二、電力變壓器的常見故障和處理方案1.繞組故障繞組故障包括繞組絕緣受潮、絕緣老化、層間或匝間發(fā)生短路、繞組與外部接線連接不良引起局部過熱、電力系統(tǒng)短路導(dǎo)致繞組機(jī)械損傷、沖擊電流導(dǎo)致繞組機(jī)械損傷等。2.鐵芯故障鐵芯故障包括硅鋼片間絕緣老化、鐵芯疊裝不良導(dǎo)致鐵耗增加、夾件松動(dòng)產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲、鐵芯接地不良形成間歇性放電等。1463.變壓器油故障變壓器油故障包括絕緣油高溫氧化、絕緣性能降低導(dǎo)致閃絡(luò)放電，油泥沉積阻塞油道使散熱性能變差等。4.其他結(jié)構(gòu)故障其他結(jié)構(gòu)故障包括油箱漏油、安全氣道故障、變壓器油受潮、分接頭接觸不良導(dǎo)致局部過熱、油污導(dǎo)致分接頭相間短路或表面閃絡(luò)等。147電力變壓器的常見故障現(xiàn)象、故障原因及處理方案見下表。148電力變壓器的常見故障現(xiàn)象、故障原因及處理方案149電力變壓器的常見故障現(xiàn)象、故障原因及處理方案150電力變壓器的常見故障現(xiàn)象、故障原因及處理方案三、電力變壓器的檢修1.吊芯及吊芯后對器身的外部檢查吊芯檢查一般在室內(nèi)進(jìn)行，現(xiàn)場要求干燥、潔凈，有防塵措施。為防止器身吊出后繞組受潮，吊芯應(yīng)在相對濕度不大于75%的條件下進(jìn)行，不要在雨霧天或濕度大時(shí)進(jìn)行。從開始放油時(shí)算起，鐵芯在空氣中裸露時(shí)間（當(dāng)空氣相對濕度小于75%時(shí)）不得超過16h。起吊前，應(yīng)仔細(xì)檢查鋼絲繩的強(qiáng)度和掛鉤的可靠性，可按如圖所示進(jìn)行起吊。起吊時(shí)，應(yīng)使每根吊繩與鉛垂線間夾角不大于30°。當(dāng)該角度過大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加長鋼絲繩或加木撐，如圖a所示。151152變壓器吊芯a）用木撐起吊b）用吊架起吊吊芯的工藝程序如下：（1）拆線。電力變壓器停電后，拆除高、低壓絕緣套管引線及氣體繼電器等設(shè)備的電纜。把各拆開線頭用膠布包扎好并做好相應(yīng)的標(biāo)記，以便檢測后安裝恢復(fù)。拆掉變壓器接地線及小車墊鐵，并將變壓器安裝位置做好記號(hào)。（2）把變壓器運(yùn)至檢修現(xiàn)場。如果對變壓器進(jìn)行就地檢測或檢修，應(yīng)搭好吊架及拉繩，為便于檢測還可搭工作架（腳手架），它的高度以略低于油箱沿為宜。（3）放油。對于箱式結(jié)構(gòu)固定散熱管的變壓器，把油放至油面略低于油箱沿即可。如果散熱器可拆除，應(yīng)將散熱器兩端蝶閥關(guān)閉，通過散熱器下端的放油塞將油放盡，再拆下散熱器。153（4）拆卸箱蓋上各部件及油箱沿的螺栓。拆卸套管、儲(chǔ)油柜、安全氣道、氣體繼電器，以免起吊時(shí)將其損壞。（5）吊芯。對于容量為3200kV·A及以下的變壓器，可把油箱蓋連同器身一起吊出。（6）清洗變壓器。把器身放至檢修位置后，應(yīng)首先清洗變壓器的器身，清除油泥和積垢。用干凈的變壓器油按照從下到上再從上到下的順序沖洗一次。1542.鐵芯的檢修鐵芯故障是因運(yùn)行時(shí)過熱或制造和安裝的缺陷造成了穿芯螺栓、鐵軛夾鐵和鐵芯疊片之間絕緣的局部損壞。若穿芯螺栓與鐵芯有兩點(diǎn)連接，或是穿芯螺栓與上、下鐵軛夾鐵短路，都會(huì)產(chǎn)生很大的渦流，使鐵芯發(fā)熱而燒壞。鐵芯檢修的內(nèi)容有：（1）清除鐵芯及油道中的油泥。（2）檢查鐵芯是否緊密、整齊，接地銅片是否可靠接地，硅鋼片漆膜是否完好、顏色有無異常，鐵芯與線圈的油道是否暢通。（3）檢查穿芯螺桿、螺母有無松動(dòng)現(xiàn)象。（4）檢查鐵軛夾件和穿芯螺栓的絕緣狀況。1553.繞組的檢修繞組檢修的內(nèi)容有：（1）清除繞組表面及線間的油泥污垢。（2）檢查繞組的外形是否完好，絕緣有無損傷，引線夾板是否牢靠，夾件及墊塊有無松動(dòng)。（3）檢查繞組的絕緣是否老化，用手按壓繞組時(shí)，如產(chǎn)生明顯開裂、脫落和損壞，說明絕緣老化，必須進(jìn)行絕緣處理。檢查相間的絕緣紙板是否牢固可靠，兩側(cè)間隔是否大致均勻。（4）測量繞組的絕緣電阻，判斷繞組是否有受潮或短路現(xiàn)象。（5）測量繞組的直流電阻，判斷繞組是否有短路或斷路現(xiàn)象。（6）檢查所有引出線的絕緣包扎是否完好，捆扎線是否牢靠。1564.分接開關(guān)的檢修分接開關(guān)檢修的主要內(nèi)容有：（1）檢查分接開關(guān)的靜觸頭和動(dòng)觸頭，應(yīng)無過熱、燒傷痕跡，接觸面應(yīng)清潔。（2）檢查觸頭間的接觸壓力，應(yīng)無法塞進(jìn)0.05mm塞尺。（3）檢查傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置應(yīng)完好，操作應(yīng)靈活正確，觸頭接觸位置應(yīng)同指示位置一致。（4）檢查分接開關(guān)絕緣部件，應(yīng)清潔、無損傷、絕緣良好。（5）檢查分接開關(guān)的固定情況。（6）測量觸頭間的接觸電阻。1575.氣體繼電器的檢修變壓器上使用較多的是擋板式氣體繼電器。如圖所示為FJ3

-80型擋板式氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖。158FJ3-80型擋板式氣體繼電器結(jié)構(gòu)示意圖1—上油杯2—下油杯3，4—磁鐵5，6—干簧觸點(diǎn)7，8—平衡錘9—擋板10—支架11—放氣塞12—接線端子13—接線盒14—法蘭15—螺釘6.絕緣套管的檢修電力變壓器常用的高、低壓絕緣套管結(jié)構(gòu)比較簡單，檢修工藝也不復(fù)雜，檢修包括以下工作：（1）檢查套管瓷質(zhì)表面是否光滑，有無裂紋、破碎、放電燒傷等情況。（2）檢查瓷套和法蘭接合處的膠合劑是否牢固可靠，有無脫落或松動(dòng)現(xiàn)象。（3）檢查各部位襯墊密封是否良好，有無漏油情況。（4）檢查膨脹器有無裂紋，如有破損應(yīng)查明原因并更換備品。（5）當(dāng)充油套管的瓷套破損或套管因雷電閃絡(luò)燒焦時(shí)，有可能存在內(nèi)部破損、密封墊老化漏油等故障，應(yīng)進(jìn)行解體檢修。1597.儲(chǔ)油柜的檢修（1）檢查儲(chǔ)油柜各部分是否完好、有無滲漏，并檢查儲(chǔ)油柜與油箱的連通管有無堵塞。（2）檢查油位計(jì)指示是否正常，油位計(jì)的玻璃管有無裂紋、污垢或堵塞。（3）檢查呼吸器內(nèi)的硅膠是否失效，如已失效，則應(yīng)烘干脫水。（4）檢查儲(chǔ)油柜和瓦斯繼電器的連接法蘭，并進(jìn)行清理。（5）將儲(chǔ)油柜內(nèi)的油從下部放油垢的孔放出，排除沉淀物。然后拆下圓形端蓋，用干凈的變壓器油進(jìn)行清洗。（6）對儲(chǔ)油柜進(jìn)行除銹，然后用不溶于油的清漆進(jìn)行漆刷。1608.油箱和頂蓋的檢修（1）仔細(xì)清理油箱和頂蓋的油垢，如有脫漆處應(yīng)除去銹斑，用棉紗蘸汽油擦凈后再涂防銹漆。（2）更換老化的橡膠墊；檢查箱蓋上的放氣孔螺栓是否堵塞（可將其擰下并進(jìn)行清潔處理）等。（3）檢查油箱及散熱管有無滲油、焊縫開裂等現(xiàn)象。若有滲油，大修時(shí)應(yīng)將油箱中的油放出后進(jìn)行焊補(bǔ)。焊補(bǔ)時(shí)要注意防火，焊補(bǔ)后需校驗(yàn)焊縫的密接情況。（4）清除油箱內(nèi)的油垢、渣滓，清除散熱管中的油泥，再用清潔的變壓器油沖洗1~2次。1619.安全氣道和閥門的檢修清除安全氣道的油垢和鐵銹，檢查安全氣道的薄膜和密封墊是否良好，如有損壞或變質(zhì)則應(yīng)更換。各閥門應(yīng)開關(guān)靈活、關(guān)閉嚴(yán)密、不漏油、把柄齊全且有鎖定裝置。10.變壓器油的處理（1）變壓器油的過濾過濾變壓器油主要是除掉其中的水分和雜質(zhì)。（2）變壓器油的除酸變壓器油在長期運(yùn)行過程中發(fā)生氧化而造成酸度升高、色澤變暗，需用吸附劑對其進(jìn)行除酸。11.變壓器的干燥變壓器的干燥處理可以采用烘干、熱風(fēng)干燥等方式。162四、變壓器的事故處理方法1.若發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行中有異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)處理、報(bào)告上級并做好記錄。2.若變壓器有以下情況之一，應(yīng)立即停運(yùn)：（1）變壓器聲響明顯增大、異常，內(nèi)部有爆裂聲。（2）嚴(yán)重漏油、噴油，油面下降到下限以下。（3）套管有嚴(yán)重破裂、放電現(xiàn)象。（4）變壓器冒煙著火。（5）負(fù)載發(fā)生危及變壓器安全的故障，而變壓器保護(hù)裝置拒動(dòng)。（6）變壓器附近發(fā)生火災(zāi)、爆炸等情況，危及變壓器安全。1633.若變壓器油超過規(guī)定值應(yīng)及時(shí)處理，根據(jù)不同原因，處理冷卻系統(tǒng)、減載運(yùn)行或立即停運(yùn)。因溫度變化大，油面低于下限時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)油；油面超過上限時(shí)要及時(shí)放油，以免溢油。4.若瓦斯保護(hù)裝置動(dòng)作，應(yīng)按以下方式進(jìn)行處理：（1）輕瓦斯信號(hào)動(dòng)作時(shí)，應(yīng)立即對變壓器進(jìn)行檢查并查明故障原因，記錄氣量、觀察氣體顏色、判斷氣體是否可燃、對油進(jìn)行取樣和色譜分析、確定故障性質(zhì)、決定變壓器的繼續(xù)運(yùn)行或停運(yùn)。（2）重瓦斯動(dòng)作跳閘時(shí)，應(yīng)迅速查明原因并排除故障。未排除故障前不得將變壓器投入運(yùn)行。164特種變壓器的使用與維修項(xiàng)目三165任務(wù)1自耦變壓器的使用與維護(hù)任務(wù)2儀用互感器的使用與維修任務(wù)3交流弧焊機(jī)的使用與維修166任務(wù)1

自耦變壓器的使用與維護(hù)167學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解自耦變壓器的基本結(jié)構(gòu)。2.掌握自耦變壓器的工作原理及特點(diǎn)。3.能正確完成自耦變壓器的拆裝和檢測。4.能正確完成自耦變壓器降壓啟動(dòng)線路的安裝和調(diào)試。168任務(wù)引入自耦變壓器可以做成輸出電壓連續(xù)可調(diào)的自耦調(diào)壓器，使其得到了廣泛應(yīng)用。例如，實(shí)驗(yàn)室中使用的單相自耦調(diào)壓器，輸入電壓為220V，輸出電壓可在0~250V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。三相自耦變壓器常用作大容量三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓啟動(dòng)裝置。要正確使用和維修自耦變壓器，就必須先了解自耦變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理等相關(guān)知識(shí)。本任務(wù)通過對自耦變壓器進(jìn)行拆裝與檢測，了解自耦變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理，并通過三相異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓啟動(dòng)控制線路的安裝與調(diào)試了解自耦變壓器的應(yīng)用。169一、自耦變壓器的結(jié)構(gòu)

自耦變壓器也有單相和三相之分。如圖所示為一臺(tái)單相自耦變壓器的外形圖、結(jié)構(gòu)示意圖及原理圖，它同樣主要由鐵芯和繞組兩部分組成。與普通變壓器不同的是：普通變壓器是通過一次、二次繞組電磁耦合來傳遞能量，一次側(cè)、二次側(cè)沒有直接的電的聯(lián)系。而自耦變壓器一次側(cè)、二次側(cè)之間有直接的電的聯(lián)系，其一次側(cè)和二次側(cè)共用一個(gè)繞組，其中某一繞組是另一繞組的一部分。自耦變壓器的鐵芯做成圓環(huán)形，繞組均勻分布在鐵芯上，中間有滑動(dòng)觸頭，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭的位置來調(diào)節(jié)輸出電壓。170相關(guān)知識(shí)171單相自耦變壓器a）外形圖b）結(jié)構(gòu)示意圖c）原理圖三相自耦變壓器一般采用星形聯(lián)結(jié)，三相自耦變壓器如圖所示。172三相自耦變壓器a）外形圖b）結(jié)構(gòu)示意圖c）原理圖二、自耦變壓器的工作原理如圖所示為單相自耦變壓器的工作原理圖，同普通變壓器一樣，自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理來工作的。但其一、二次繞組之間除了有磁的聯(lián)系外，還有電的直接聯(lián)系。173單相自耦變壓器的工作原理圖1.變壓原理根據(jù)電磁感應(yīng)定律：U1≈E1=4.44fN1

Φm

U2≈E2=4.44fN2

Φm因此自耦變壓器的變壓比：當(dāng)

K>1時(shí)，自耦變壓器用于降壓；當(dāng)

K<1時(shí)，自耦變壓器用于升壓。1742.變流原理當(dāng)自耦變壓器接上負(fù)載，二次側(cè)有電流輸出時(shí)，鐵芯中的磁通

Φ

由合成磁動(dòng)勢

產(chǎn)生。根據(jù)磁動(dòng)勢平衡方程式得：式中，I0

為空載運(yùn)行時(shí)，高壓繞組中流過的電流。因?yàn)榭蛰d電流I0

很小，可忽略不計(jì)，則得：即175可見，一、二次繞組電流的大小與匝數(shù)成反比，在相位上互差180°，即相位相反。由此可知，自耦變壓器一次繞組和二次繞組的公共部分的電流為：I=I2

-I1=（K-1）I1當(dāng)變壓比

K

接近1時(shí)，公共繞組中的電流

I

就很小，因此共用這部分繞組的導(dǎo)線的截面積可以減小很多，從而減小了變壓器的體積和質(zhì)量，這是它的一大優(yōu)點(diǎn)。如果

K>2，則I>I1

，就沒有太大的優(yōu)越性了。1763.輸出功率當(dāng)不計(jì)損耗時(shí)，自耦變壓器輸出的視在功率為：S2=U2

I2=U2

I+U2

I1=S′2+S″2從上式可知，自耦變壓器的輸出功率包括兩部分：其中

S′2=U2

I

是通過電磁感應(yīng)從一次繞組傳遞到二次繞組的能量；而

S″2=U2

I1

是通過電路的關(guān)系從一次繞組直接傳遞到二次繞組的能量。由于I1

和

I2

只在一部分繞組的電阻上產(chǎn)生銅損耗，因此自耦變壓器比普通變壓器的損耗要小，效率較高。這是自耦變壓器在能量傳遞方式上與普通變壓器的區(qū)別所在，而且這兩部分能量的比例完全取決于變壓比

K。177同樣可以推導(dǎo)出：當(dāng)

K=1時(shí)，能量全部靠電路導(dǎo)線傳遞；當(dāng)

K

增大時(shí)，電磁功率

S′2

增大，傳導(dǎo)功率S″2減小，公共部分繞組電流I

增大，導(dǎo)線也要加粗。由此可見，當(dāng)變壓比

K>2時(shí)，自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)就不明顯了，所以自耦變壓器通常工作在變壓比

K=1.2~2。178三、自耦變壓器的特點(diǎn)1.自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)（1）可改變輸出電壓。（2）用料省，效率高。自耦變壓器的功率傳輸，除了靠電磁感應(yīng)原理之外，還有一部分是由電路直接傳導(dǎo)的，后者是普通雙繞組變壓器所沒有的。（3）尺寸小，質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸和安裝。1792.自耦變壓器的缺點(diǎn)（1）和同容量普通變壓器相比，短路阻抗小，短路電流大，必要時(shí)要采取限制短路電流的措施。（2）因它一次、二次繞組是相通的，一次側(cè)（電源）的電氣故障會(huì)波及二次側(cè)，若一次繞組絕緣破壞，高電壓可直接進(jìn)入二次側(cè)，這是很不安全的，所以二次側(cè)應(yīng)有防止過電壓的保護(hù)措施。180（3）單相自耦變壓器的正確接法如圖a所示，如果在自耦變壓器的輸入端把相線和零線接反，雖然二次側(cè)輸出電壓大小不變，仍為安全電壓30V（見圖b），但無論人體接觸到輸出端的哪一個(gè)端子，都可能觸及220V或190V的電壓，有觸電的危險(xiǎn)。因此，自耦變壓器不能用作安全變壓器。181單相自耦變壓器的接法a）正確接線b）錯(cuò)誤接線四、自耦變壓器的拆裝與檢測1.自耦變壓器的拆卸與檢測自耦變壓器的拆卸與檢測流程為：熟悉自耦變壓器→測量一次繞組直流電阻→測量二次繞組直流電阻→測量繞組與外殼間的絕緣電阻→拆卸外殼鎖緊螺釘→拆卸調(diào)節(jié)旋鈕和刻度盤→拆卸外殼。具體方法見下表。182

自耦變壓器的拆卸與檢測步驟183

自耦變壓器的拆卸與檢測步驟184

自耦變壓器的拆卸與檢測步驟185

自耦變壓器的拆卸與檢測步驟1862.自耦變壓器的裝配自耦變壓器的裝配過程與拆卸過程正好相反，可參照拆卸過程完成自耦變壓器的安裝，并進(jìn)行簡單的電氣性能測試。任務(wù)2

儀用互感器的使用與維修187學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電流互感器、電壓互感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、型號(hào)和技術(shù)參數(shù)。2.掌握電流互感器、電壓互感器的選擇、使用、運(yùn)行與維修方法。3.能正確使用與維修儀用互感器。188任務(wù)引入在交流電路中，直接測量大電流、高電壓是比較困難的，操作起來也十分危險(xiǎn)。因此，常利用變壓器把大電流轉(zhuǎn)換成小電流、高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓后再測量。所用的轉(zhuǎn)換裝置就稱為電流互感器和電壓互感器。利用互感器可使測量儀表與高電壓、大電流隔離，從而保證儀表和人身的安全，又可大大減少測量中能量的損耗，擴(kuò)大了儀表量程，便于儀表的標(biāo)準(zhǔn)化。因此，儀用互感器被廣泛應(yīng)用于交流電壓、電流和功率的測量以