1、电力系统中的电器设备1ding第十八章 电力系统中的电器设备（1）17.1 发电机 217.1.1三相交流同步发电机 217.1.2 直流发电机 317.2 电力变压器 317.2.1 三相双圈（或三圈）变压器 317.2.2 三相电力自耦变压器 1717.2.3 干式电力变压器 18 17. 2. 4 超导变压器.1617.2.5电力变压器铭牌 20 在电力系统中常用的电气设备有：发电机、变压器、交直交变流器、高压开关电器、保护用电器、测量用电器、低压电器等。17.1 发电机 171.1三相交流同步发电机1. 汽轮发电机由汽轮机带动的同步发电机，一般都是卧式结构，如图17-1、17-2所示。
2、图17-1隐极式汽轮发电机结构图定子 转子2. 水轮发电机由水轮机带动的同步发电机，一般都是立式结构，如图17-3、17-4所示。定子 图17-4凸极式水轮发电机结构 转子 3. 柴油发电机由柴油机带动的同步发电机，一般都是卧式结构。容量在几千千瓦以下的中、小型发电机组，如图17-5所示。柴油机 发电机定子永磁外转子电枢绕组 4. 风力发电机是近几年开发的由风叶带动的专用发电机，如图17-6所示。17.1.2 直流发电机由原动力带动的直接产生直流电的发电机，一般容量较小，如图17-7所示。17.2 电力变压器变压器是一种静止的高压电器，就其最基本的电磁原理而言，是与交流旋转电机相同的。但结构和
3、运行方式却截然不同。172.1 三相双圈（或三圈）变压器三相双圈（或三圈）变压器主要由铁心、一次绕组、二次绕组、调压开关、保护装置、冷却系统、出线装置和油箱等组成。如图17-8、17-9、17-10、17-11所示。变 压 器图17-8 三相双圈变压器联接法原理图（a）Y，yn ；b）Y，d变压器的联接组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。Y（或y）为星形接线，D（或d）为三角形接线 ，由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母n表示。如中性线接地n后边要加0。数字采用时钟表
4、示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。例如，“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330（或超前30）。常用变压器接线方式有4种基本连接形式：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。（a） （b） 图17-13叠片式铁心(a)铁心成品；（b）铁心叠片图17-11 110/10kv大型三相双圈变压器外形图图17-12 卷铁心1. 铁心铁心是变压器中磁通穿过的路径，是联系一次绕组和二次绕组、进行电磁感应的中间环节。对它的要求是：导磁率要高；磁滞损耗和涡流损耗尽量小；加工方便。目前常用的
5、材料是高硅硅钢片，有热轧和冷轧硅钢片之分。热轧硅钢片在各个方向上导磁率是一样的，而冷轧硅钢片在压延方向上导磁率最高，所以在裁剪冷轧硅钢片和叠装铁心时一定要注意硅钢片n级的排列方向。图17-12是卷制铁心图，一般用于小型变压器。 图17-13是叠片式铁心，其中（b）图为铁心的各种叠片。铁心叠好后要用夹件和和螺栓加紧，见图17-13（a）。所用的硅钢片是厚度为0.3 、 0.35 、 0.5mm的板料或卷料,见图3-5。在剪床或滚剪机上裁成规定的尺寸，再按叠积图叠成铁心。2. 绕组（a） （b） （c） （d） （e）图17-14常用绕组的外形图 （a）园筒式（b）连续式（c）纠结式（d）螺旋式（
6、e）箔筒式一次绕组接在电源上，在铁心中产生磁通，磁通穿过二次绕组产生二次电压，完成电能从一次向二次传递的功能。绕组的匝数和导线截面与端电压和电流有关，也就是与所传递的功率有关。绕组的形式、结构、尺寸，材料也与电压等级、电流大小以及机械强度、散热和温度有关。常用绕组的形式有：（1）园筒式绕组工艺性好，便于饶制，层间油道散热效率高，但端部支撑的稳定较差。一般用于容量为630kvA及以下、电压为1kv及以下的低压绕组。（2）连续式绕组能在大范围内适应容量和电压的要求，机械强度高，散热性能好，但对饶制技术要求较高。（3）纠结式绕组与连续式绕组相似，但焊接头较多。其线匝不是依次排列的，而是交叉纠结相连，
7、绕组的匝间电容较大，电压分布较好，用于高电压大容量变压器的绕组图17-15 绕制绕组（4）螺旋式绕组和连续式绕组相似，导线为多根并绕，绕制象螺旋。多用于大电流绕组和有载调压变压器调压绕组。（5）箔筒式绕组与多层圆筒式绕组相似，但一层为一匝，金属箔的宽度等于绕组的高度。它具有空间利用率好，可自动饶制，生产效率高等优点。适用于中小型变压器的绕组。图17-14是各种常用绕组的外形图。绕组分接头及分接引线3. 调压开关（分接开关）调压开关分无载开关和有载开关。（1） 无载开关（也称无激磁调压分接开关）：它的作用是在变压器的一次侧和二次侧均与电网开断的情况下，变换一次或二次绕组的分接头，来改变其有效匝数
8、，进行分级调压。无载开关一般都放置在油箱盖上，分接触头在油箱里（绝缘要求）。图17-17为无载开关与绕组连接示意图，图17-18是无载开关常用的绕组分接头，图17-19是立式无载开关，图17-20是10kv卧式无载开关。A5X(a)ZCYBXACBAX1X2X3Z1Z2Z3Y1Y2Y3(d)（c） （a）35kv立式（笼式）无载开关 （b）10kv立式无载开关 图17-19 立式无载开关 （a）卧式笼形无载开关 （b）卧式条形无载开关图17-20 10kv卧式无载开关（2）有载调压开关它的作用是在变压器负载运行的情况下，变换一次或二次绕组的分接头，来改变其有效匝数，进行分级调压。它与无载开关主
9、要区别是：它有分接头切换开关，触头上并有过渡电阻，用来限制和吸收被短路的分接线匝中的短路电流，防止电弧产生。因为开关在调换时要发热，所以有载开关必须放置在油箱中，既有散热作用，又有绝缘作用。图17-21 变压器绕组分接头图17-21是有载开关常用的绕组分接头。图17-22是35kV组合式有载分接开关外形图。图17-23是35kV复合式有载分接开关外形图。图17-22 35kv三相组合式有载分接开关外形图 电动操纵机构 4. 保护装置（1）储油柜储油柜是一种油保护装置，用以缩小变压器油与空气接触的表面积，减少油受潮和氧化的程度，同时也给变压器油的热胀冷缩预留空间。如图17-24为胶囊式储油柜结构
10、原理图。（2） 图17-25 气体继电器瓦斯继电器（气体继电器）气体继电器安装在变压器油箱和储油柜的连管中，是当变压器内部发生故障（如绝缘击穿、匝间短路、铁心事故等）产生气体时，或油箱漏油等使油面降低时，保护变压器用的。当气体继电器中的气体达到一定容积后，使一对触点接通，发出报警讯号（也称轻瓦斯信号）。当变压器内部发生严重故障时，大量的油流流向继电器，油流达到一定速度后，冲击继电器中的档板，使另一对触点接通，就可以发出报警讯号（也称重瓦斯信号），并直接接通断路器跳闸线圈，将变压器的电源切断。如图17-25所示。（3）净油器净油器（或称热滤油器）是一种大型变压器自带的变压器油连续再生装置，内部充
11、有吸收剂，利用热油的自然循环，除去油中的水分和杂质，降低油的酸价。如图17-26所示。（4）吸湿器吸湿器通常与储油柜配合使用，是变压器内部和外部的唯一通道，内部充有吸收剂（同净油器），下部带有盛油器，用以清除吸入空气中的杂质和水分。如图17-27所示。电流互感器图17-28释压器（5）释压器释压器装在油箱顶部，当变压器内部发生严重故障，油箱内压力达到0.5大气压时，流油和气体将冲开释压器的阀门，向外喷出，同时发出报警信号，可以避免发生油箱爆裂等事故，代替了原防爆管。如图17-28所示。5. 出线装置（高、低压瓷套管）出线瓷套管是将变压器内部绕组的导线引出变压器，以便与电网相连接，且与油箱保持绝
12、缘。瓷套管的结构见图17-29所示。图17-29各种瓷套管想想看！你能说出下图变压器的内部结构吗？你觉得正确吗？强迫油循环水冷却器6. 冷却散热装置变压器绕组的电阻损耗和铁心的涡流、磁滞损耗均转换为热量，必须散发到周围空间，使变压器内部温升维持在一定的数值，以保证变压器的使用寿命。变压器的散热主要靠箱体和散热器，也就是靠对流散热。散热器种类有：管式散热器、片式散热器等自然散热（ONAN）、带风扇的扁管散热（ONAF）、强迫油循环风冷却器（OFAN）、强迫油循环水冷却器（OFWF）等,如图17-30、17-31所示。（d） （e）7. 油箱油箱是变压器器身和冷却介质的容器。见图17-32和17-
13、33所示。分平顶油箱和拱顶油箱。油箱应满足以下要求：（1）在保证内部必要的绝缘距离的条件下，尽可能减小体积，以节约用油。（2）应具有必要的密封(不能漏油)和真空强度(对高压变压器)，以便能进行真空干燥。（3）外部各种附件的布置应便于安装和维护。散热器水潜油泵油水出口油水入口（c） （d） （e）图17-31 变压器的几种冷却方式（a）自然冷却；（b）油自然对流散热器吹风冷却；（c）强油循环吹风冷却；（d）强油循环水冷却；（e）油水冷却器示意图 17.2.2. 三相电力自耦变压器b)a）X在电力系统中当变比不大时还广泛的应用三相自耦变压器，外型和普通变压器相似。所谓自耦变压器，就是一、二次绕组不
14、仅有磁的连接，而且有电的连接，二次绕组是一次绕组的一部分。自耦变压器分为降压自耦变压器和升压自耦变压器，原理及结构如图17-34所示。图17-35 干式开启式变压器图17-34 b）中I2 、I1 、I的关系如下： I2 = I1 + I（I2 和I1的相位差为180）通过容量（额定容量）：S2 = U2I2 = U2（I1 + I ）= U2I1 + U2 I计算容量（电磁容量）：U2 I-决定自耦变压器的尺寸、重量和铁心截面，及成本和价格。U2I1-该容量直接由一次通过串联绕组（即N1-N2部分）传到二次.可以看出计算容量永远小于通过容量，所以这样可以节约铜线、重量轻、体积小。17.2.3
15、干式电力变压器干式电力变压器的铁心和绕组都不浸在任何绝缘油中，它一般用于安全防火要求较高的场所。常分为：开启式；封闭式；浇注式。1. 开启式：其器身与大气相连通，没有外壳，适用与比较干燥而洁净的室内环境。2. 封闭式：有密封的外壳，其器身不与大气相连通，可用于更恶劣的环境，目前铁心主要用于矿用隔爆型变压器。也可以充以比空气绝缘性能更好的其它气体，如2-3个大气压的SF6气体。3. 浇注式：将一次、二次绕组放在一定的摸具中，在真空的条件下，用环氧树脂或其他树脂作为主绝缘浇注而成。有结构简单、体积小、防火、防爆、防潮、噪声低的优点，现在被大量用于制造小型户内变压器。常用于箱式变电站中。图17-35
16、为开启干式电力变压器外形图,图17-36为浇注干式电力变压器外形结构图。17.2.4超导电力变压器图17-37 26kW高温超导变压器实物图超导变压器的设计一般都采用与常规变压器一样的铁心结构，仅高、低压绕组采用超导绕组，超导绕组置于非金属低温容器中，铁心一般仍在室温条件下。超导变压器的优点是同容量下，重量轻、体积小、效率高，故障时短路电流小。20世纪80年代，法国首先研制出丝径小于1m的极细丝超导线，同时采用铜镍等高阻值的导体做超导线的基底材料，使超导线的交流损耗大幅度下降，从而使得超导变压器的工程化、商业化有了前景。图17-37为中科院电工研究所研制的26kW高温超导变压器。图17-38电
17、力变压器铭牌17.2.5电力变压器铭牌电力变压器铭牌，如图17-38所示，所列主要数据如下：型号 (国家有变压器型号命名办法)；频率 (我国频率为50赫兹，个别国家为60赫兹)；额定容量 (KVA)；冷却方式 有自冷(AN)、油自冷、强迫油循环风冷(FP)、强迫油循环水冷(SP)；连接组 (常用的有“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”)； 使用条件（户内、户外、特殊条件等）；最高环境温度（我国规定为40K）；运行方式（指连续运行、断续运行、短时运行）；阻抗电压（约为4%-11%左右，与变压器的容量有关）（它由变压器短路实验测得：即将二次绕组短接，一次加可调电压，使一次 、二次电流都达
18、到额定值时的一次电压值，称阻抗电压。对于变压器来说是一重要参数，它决定变压器的效率，变压器的制造成本、过流继电器的整定等，所以它的设计和制造对精度有一定的要求）；空载电流（变压器作空载试验时，将二次开路，一次加额定电压，铁心的励磁电流称空载电流，主要产生铁心的损耗）（A）；效率（%）（电力变压器的效率一般在98%以上）；高压侧电压（包括额定电压和各分接头电压）（V）；如图17-38中分接头有五各位置，对应的电网电压分别是：10500、10250、10000、9750、9500。高压侧额定电流（A）；低压侧额定电压（V）；10KV级S9系列电力变压器技术数据低压侧额定电流（A）。图17-37 S9-M系列10kV 图17-38 SZ6系列有载调压电力变压器低损耗全密封变压器35KV级SZ7系列有载调压电力变压器技术数据 思考题1 变压器的结构有那些？叙述它的功能。2 什么是电力自耦变压器？有什麽特点和优点？3 变压器有那些冷却方式？其基本原理是什麽？4 什麽是变压器的绕组分接头？什麽是变压器的分接开关？分那些类？原理是什麽？5 变压器常用的绕组有那些？6 什麽是三相变压器的连接组？常用的连接组有那几种？7 变压器的名牌上应有那些参数？8 变压器的铁心是怎样作成的？
