一、简答题1. 高压电动机绕组产生电晕现象的原因是什么,电晕有何危害?
高压电动机产生电晕的原因是当高压电动机在运行时,绕组表面有较高的对地电位,铁芯和绕组端部导线构成了一个电容器,其介质是绝缘层和空气,在绕组出槽口、通风槽口和绕组与端箍连接处电场较高的部位,空气易游离出现电晕。
电晕会使空气局部游离,产生臭氧(O3)及氮的氧化物(N2O、NO、NO3、N2O4)而腐蚀绝缘。特别是有机绝缘材料将使绕组加速老化和损坏,进而使电动机绕组发生故障。
2. 防止高压电动机产生电晕的原则和具体措施是什么?
防止高压电动机产生电晕的原则是在绕组表面增加一半导电层,使电容电流由半导电层流到铁芯,而不会使空气游离。
高压电动机的具体防晕措施是:
(1)绕组绝缘处理完后,先在绕组直线部分刷低阻半导体漆,刷漆长度比铁芯长度每边长出25mm。低阻半导体漆一般可用5150环氧树脂半导体漆,其表面电阻为103~105Ω。
(2)由于电容电流大部由半导体层汇入铁芯出槽口处,为避免出槽口处局部发热,必须要做到从绕组出槽口到端部的表面电阻系数逐步增加。所以在绕组出槽口附近至端部约200~250mm部分,刷高阻半导体漆一次,其位置应与低阻半导体漆重叠10~15mm。高阻半导体漆一般采用5145醇酸半导体漆,其表面电阻系数为109~1011。
(3)在半导体漆还未干时,在外面平绕0.4mm厚铁质石棉带一层,或用0.1mm厚脱蜡玻璃丝带半叠绕一层。脱蜡方法是将无碱玻璃丝带放入烘炉,加热到180~220℃,持续3~4h即可。
(4)在铁质石棉带或玻璃丝带外面,再刷一层低阻半导体漆和高阻半导体漆,部位同步骤(1)和(2)。
(5)除对绕组进行防晕处理外,铁芯在下线前还需进行喷低阻半导体漆。槽楔和槽内垫条都应采用半导体玻璃丝布板。
3. 变压器种类如何划分?
变压器可做如下划分:
(1)按结构分,可分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。
(2)按相数分,可分为单相变压器和三相变压器。
(3)按调压方式分,可分为无载调压变压器和有载调压变压器。
(4)按冷却介质分,可分为油浸变压器、干式变压器和充气变压器。
(5)按冷却方式分,可分为油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、油浸水冷变压器、强迫油循环风冷变压器和水冷变压器。
(6)按用途分,可分为电力变压器、试验用变压器、测量变压器(互感器)、矿用变压器、调压器、电抗器、整流变压器、电焊变压器和冲击变压器等。
(7)按中性点绝缘水平分,可分为全绝缘变压器和半绝缘变压器。
4. 电力变压器主要由哪些部件组成?
电力变压器主要由器身、油箱、油枕、套管、散热器等部件组成。
其中器身由铁芯和绕组组成,绕组包括一次绕组和二次绕组。
油箱上装有防爆筒(压力释放器)、呼吸器、气体继电器和温度计等部件。
5. 变压器是怎样运行的?
当变压器的一次绕组的两端接入电源后,一次绕组中就有电流流过。根据电磁感应原理,在变压器的铁芯上产生磁通并且穿过二次绕组。于是在二次绕组中感应出电动势,它的大小等于变压器空载时二次绕组两端之电压,与磁通所链接的二次绕组的匝数成正比。所以只要一、二次绕组匝数不同,则一、二次绕组两端的电压大小就不同,这就是变压器变换电压大小的作用。如果在二次绕组两端接上负载,则二次绕组内便有电流流过,由于磁动势平衡作用,一、二次绕组匝数之比与它们的电流成反比,也就是一、二次绕组两端电压之比与它们的电流成正比。如果忽略变压器损失,则一、二次绕组的功率是不变的,这样,变压器即起到了功率传送的作用。
6. 简述变压器铁芯的结构和作用。
变压器铁芯由铁柱和铁轭两部分组成。线圈(绕组)装在铁柱上,而铁轭则用来使整个磁路闭合。为了减少铁芯内的磁滞及涡流损耗,铁芯通常用含硅量约5%、厚度为0.35~0.50mm,并且两面涂有0.01~0.13mm厚的硅钢片绝缘漆的硅钢片按一定规则叠装而成。硅钢片的叠装一般采用交叠式,即把铁柱和铁轭的硅钢片一层层交错重叠并用夹紧装置将铁芯夹紧。
7. 简述变压器绕组的结构形式。
变压器绕组通常用绝缘铜线绕制而成,老式变压器也有用绝缘铝线绕制而成的。按照一、二次绕组的相互位置不同,可分为同心式绕组和交叠式绕组两种形式。
同心式绕组是把一次绕组和二次绕组套在同一个铁芯上。一般是将二次绕组放在里边,一次绕组套在外边,以便于绝缘处理。但容量输出电流很大的变压器,二次绕组引出线的工艺复杂,往往把二次绕组放在一次绕组的外面。同心式绕组结构简单、绕制方便。按照绕制方法的不同,同心式绕组又可分为圆筒式、螺旋式、连续式和纠结式等几种。
交叠式绕组是把一次、二次绕组按一定的交替次序套装在铁芯柱上,一般靠近铁轭处,为便于绝缘而装二次绕组。这种绕组的一、二次绕组之间间隙较多,绝缘复杂,优点是漏抗小、强度好、引线方便,常用于低电压、大电流的变压器。
8. 简述变压器油箱的结构形式。
油浸式电力变压器油箱的结构可分为平顶式和拱顶式两种。油箱既是变压器的外壳,又是盛变压器油的容器,它是用6~12mm厚的钢板焊成的。平顶式油箱的箱盖是平的,多用于中小型变压器。拱顶式油箱的箱沿设在下部,上节箱身做成钟罩型,多用于大型变压器。箱身做成椭圆形,箱壁还用槽钢或工字钢做成水平腰箍或垂直加强带,机械强度较高,所需油量较少。为了散热,小容量变压器的油箱上装设圆管形或扁管形散热器。对于大容量变压器在油箱壁上焊有安装散热器等的连接法兰和各个附属部件的安装孔和连接装置。散热器上还装有风扇、潜油泵等,以加快变压器油和空气的流动速度。下节箱身还装有放油阀门、取油样阀门、接地螺栓和安装滚轮或底座的附件。
9. 变压器套管的结构和作用是什么?
变压器套管是变压器箱外的主要绝缘装置,变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管,使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘,同时起固定引出线的作用。因电压等级不同,绝缘套管有纯瓷套管、充油套管和电容套管等形式。纯瓷套管多用于10kV及以下变压器,它是在瓷套管中穿一根导电铜杆,瓷套内为空气绝缘。充油套管多用于35kV级变压器,它是在瓷套管充油,在瓷套管内穿一根导电铜杆,铜杆外包绝缘纸。电容式套管由主绝缘——电容芯子、外绝缘——上下瓷件、连接套筒、油枕、弹簧装配、底座、均压球、测量端子、接线端子、橡皮垫圈、绝缘油等部件组成。它用于100kV以上的高电压变压器。
10. 电力变压器分接开关的种类、结构和作用是什么?
分接开关是调整电力变压器绕组电压的装置,它用于变换一次或二次绕组的分接头,改变其有效匝数,进行分级调压。它分为无载调压分接开关和有载调压分接开关。前者用于停电后手动操作,后者用于带电情况下电动操作。
无载分接开关一般有3~5个分接头。分接开关的触头由镀镍的黄铜制作,具有耐磨和导电良好的特点。触头结构常用的有环形触头(定触头为圆柱形)、夹片式触头(定触头做成刀形)。
有载分接开关一般有7~15个分接头。它由调换开关(带快速机构)、选择开关、范围开关和操动机构等部分组成。
11. 变压器油枕的结构和作用是什么?
装在油箱的斜上方,有油管和油箱相通。当变压器油的体积随油温变化而膨胀缩小时,油枕起着储油和补油的作用。有的油枕里还装有隔膜或胶囊或金属膨胀盒,防止油和空气接触而被氧化和受潮。油枕上装有油标管,用以观察油位的变化。油枕下部设有集泥器,其作用是收集油中沉淀下来的机械杂质、油泥和水分。集泥器下部设有排污阀门。一般油枕的容积为变压器油箱的1/10。
12. 变压器呼吸器的结构和作用是什么?
呼吸器(也称吸湿器或吸潮器)通过管路连接在油枕上,其内部装有干燥剂,如硅胶、氯化钙或氯化钴。因为变压器油体积随温度而变化,油枕要通过呼吸器发生排气和吸气作用,所以油枕内的绝缘油通过呼吸器与大气连通,内部干燥剂吸收空气中的水分和杂质,以保持油的质量。呼吸器一般安装在离地面1.5~2m的高度,以便于检查和维护。
13. 变压器防爆筒的结构和作用是什么?
防爆筒(又称安全气道或压力释放器)装在油箱的上盖上,由一根喇叭型管子与大气相通,管口用薄膜玻璃或酚醛纸板封住。为防止正常情况下防爆筒内油面升高使筒内气压上升而造成防爆膜松动或破损及引起气体继电器误动作,在防爆筒上部与油枕之间连接一小管,以使两处压力相等。
防爆筒的作用就是当变压器内部发生故障时,将油里分解出来的气体及时排出,以防止变压器内部压力骤然增高而引起油箱变形或爆炸。近年来,大变压器的防爆筒由压力释放器取代,其特点是当变压器内部故障时压力释放器自动动作,不仅可报警,同时将变压器内部的压力释放后又恢复正常。
14. 变压器气体继电器、温度计的作用是什么?
气体继电器是变压器的保护装置,装在油箱和油枕的连接管上。一般容量在800kVA以上的油浸式变压器均装有气体继电器。气体继电器的作用是当变压器内部发生绝缘击穿、严重过热、匝间短路、铁芯短路等故障时将绝缘油分解产生气体,或油箱漏油使油面降低时,给值班员发出报警信号或切断电源以保护变压器,不使故障扩大。同时在气体继电器上部排气阀口还能取出气样进行分析,用以判断变压器内部故障情况。
温度计是监视变压器运行温度的表计,一般都把测温点放在变压器的上层。上层油温正常不应超过85℃,最高不得超过95℃,否则大中型变压器的温度计(带电触点)就会发出报警信号。
15. 变压器铁芯夹紧螺栓与铁芯是绝缘的,而铁芯又必须接地,为什么?
因为电力变压器铁芯上下夹件是不绝缘的,而且上下夹件的夹紧螺栓是穿过铁芯的,为了避免铁芯被夹件和夹紧螺栓短路,引起涡流损耗增加,所以铁芯夹紧螺栓必须与夹件和铁芯绝缘,因而夹紧螺栓外面套上绝缘电木管,螺栓下面垫上绝缘垫,夹件与铁芯间垫有绝缘板。可是铁芯及其金属附件在绕组电场作用下会产生电位,为了避免该电位造成放电,铁芯及其金属附件必须接地,而且铁芯只能是一点接地,否则会烧坏铁芯。
16. 变压器的硅钢片交错叠装和铁芯柱做成阶梯式的目的是什么?
变压器铁芯是主磁通的主要路径,要求磁阻越小越好,所以硅钢片交错叠装,相邻层的接缝错开,这样减少了对磁力线的不良影响,同时也增加铁芯柱和铁轭之间的机械强度。
铁芯柱所以做成阶梯形式的目的是尽量使铁芯横截面接近圆形,以利于套装线圈。
17. 变压器铁芯接地有几种方式,有何区别?
变压器铁芯接地有两种方式,即直接接地和套管引出接地。
直接接地是把镀锡铜片一端伸进铁轭的叠片之间,当铁轭压紧后,成为死端,另一端用螺栓拧固到上、下铁轭的夹铁上面,因为通常铁轭夹件与油箱直接接触,而油箱是接地的。在吊罩(吊芯)情况下,可以随时拆开测量铁芯的绝缘。
套管引出接地是为了大型电力变压器带电测量绕组介质损失角的需要,其铁轭夹件与油箱是绝缘的,把铁芯用铜片连接到铁轭夹件后,再用绝缘引线从安装在油箱下部的绝缘小套管引出,而后在油箱外面接地。此时,电力变压器的铁芯部分与油箱是绝缘的。
18. 何谓圆筒式绕组,它适用于哪种变压器?
所谓圆筒式绕组就是各个线匝彼此紧靠着绕成一个圆筒形的螺旋,分单层和多层绕法。单层和双层圆筒用于导线截面比较大的低压绕组,多层圆筒用于导线截面比较小的高压绕组。由于绕组端部结构需要坚固,所以单层圆筒用的较少。双层圆筒式绕组,第一层和第二层缠绕方式相反。圆筒形绕组的端部支撑表面不大,受短路轴向力的作用时,没有足够的机械强度,因此它宜于用小型电力变压器上,对大中型电力变压器不宜用之。
19. 何谓连续式绕组,它有什么优点?
所谓连续式绕组是由扁导线绕制的若干线段组成的,每个线段又包含几个线匝,线匝由不多于4根导线并列组成。每一个线段到另一个线段的连接处需要换位,在线段之间没有焊接头,绕组的连续用特殊绕法实现。连续式绕组的端部支撑面比较大,对短路轴向力的稳定性能也好,而且也有比较好的散热性能,所以在电力变压器中应用最广泛。
20. 何谓螺旋式绕组,它有什么特点?
所谓螺旋式绕组就是每个线匝由多根并列的导线绕成螺旋形,分单螺旋、双螺旋和四螺旋等绕法。导线需要换位。螺旋式绕组与圆筒形绕组一样都是缠绕成螺旋形,不同处是前者每匝并列的导线根数较多,而且各根导线叠压起来,每个线匝不象圆筒形绕组彼此紧靠,而是在中间隔着一个空隙。
螺旋式绕组同连续式绕组比较,匝数少、截面大,也具有较大的支撑端面,在轴向短路时稳定性能很好。
因此,螺旋式绕组适用于大电流的低压绕组,或者用于不宜采用连续式绕组的大型电力变压器。
21. 何谓纠结式绕组,它有什么特性?
纠结式绕组与连续式绕组一样,也是由线匝和线段组成。只是线匝的排列顺序不是按照自然数列,而是在顺序相邻的两个线匝之间有规律地插进其他顺序的线匝,在一个线段内,好象若干线匝纠结在一起。其绕法很多,一般是在两个线段内完成一次纠结连接,构成一个纠结单元。
纠结式绕组具有较大的纵向电容,冲击特性良好,尽管工艺复杂,但在大型电力变压器中的高压绕组中广泛应用,110kV中性点全绝缘及110kV以上变压器一律用纠结式绕组。
22. 大型电力变压器绕组的主绝缘和纵绝缘包括哪些绝缘?
大型电力变压器绕组的主绝缘包括有下列绝缘:
(1)放在高压绕组与低压绕组之间的绝缘筒。
(2)放在低压绕组与铁芯柱之间的绝缘筒。
(3)铁轭与绕组之间的绝缘隔板。
(4)相间绝缘隔板。
(5)放在高压绕组内部边缘和纸绝缘筒之间的角环和纸筒等。
(6)各绕组之间及绕组与铁轭之间的间隙充满的绝缘油。
(7)此外,在绕组的支撑端圈和铁轭之间尚有绝缘纸圈和垫块,在铁轭绝缘和铁轭夹铁的胶板之间有纸板、垫块或木料做成的平衡绝缘。
(8)绕组的纵绝缘包括匝间绝缘、层间绝缘和段间绝缘等。匝间绝缘主要是导线表面的绝缘纸(或沙包)。圆筒式绕组的层间绝缘是电缆纸和软纸板。连续式绕组和纠结式绕组的段间绝缘是绝缘垫块。
23. 大型电力变压器绕组是靠什么来压紧的,如何压紧?
绕组的压紧非常重要,在径向应当使高压绕组和低压、中压绕组保持着同心的位置,并且支撑牢固,以便承受绕组径向短路机械力。靠里面的绕组与铁芯柱之间,高压绕组和低压绕组之间均用圆形或矩形的木撑条。如果靠里面的绕组是螺旋式、连续式或纠结式的,可以把构成水平油道的垫块突出到绕组外面,利用它们的角沿卡住外部绕组的绝缘筒。对于110kV以上的电力变压器,在绕组间装有软纸绝缘筒,筒间采用绝缘纸板压制的油隙撑条固定。
电力变压器承受的短路能力很大程度上与绕组的轴向压紧有关。有的变压器用绝缘纸板压制的楔形块打进铁轭和绕组端部的压板之间以压紧绕组。而多数电力变压器则采用压环和压钉来保证绕组的轴向压紧。压环放置在支撑绝缘上,拧动压钉使压环向下移动,就可以消除绕组的轴向松动。
24. 电容式套管的特点、分类及不同类别电容式套管的异同点是什么?
电容式套管的特点是这种套管以多层紧密配合的绝缘纸和铝箔交错卷制成的电容芯子作为套管的主绝缘,这是纯瓷套管和充油式套管没有的,它用于电压为60kV及以上的变压器上。
电容式套管分为胶纸电容式套管和油纸电容式套管两类。二者的主要区别是胶纸电容式套管的电容芯子由0.05~0.07mm厚的单面胶纸和0.01mm或0.07mm厚的铝箔加温交错卷制成型,经加热硬化后,进行外表机械加工并浸防潮漆。胶纸和铝箔形成中心导电管并列的同心圆柱体电容屏,使芯子的径向和轴向电位分布比较均匀。在电容屏两端还有半导体漆纸带的镶边电容屏,以改善电容屏两端电场,并减少电容屏数量。电容芯子的最里屏与导电管相连接构成同电位,最外屏与安装法兰连在一起接地,成为零电位。而且它只有上瓷套,而没有下瓷套,只用均压球来改善电场分布。在上瓷套与电容芯子之间一般是注进绝缘油。套管顶端有适应绝缘油热胀冷缩之用的贮油器。贮油器是密闭型的,与大气隔绝,但套管中的绝缘油可以通过空心导电管和油箱中的绝缘油连通。导电管是铜管,既是电容芯子的骨架,又是引线穿过的通孔。瓷管下部设有油样塞子和从电容芯子最外屏引出的接地套管,可作为测量套管介质损失角的端子。而油纸电容式容套管的电容芯子则是由0.08~0.12mm厚的电缆纸和0.01或0.007mm厚的铝箔加压力交错卷制成型,表面经过机械加工,然后进行真空干燥和真空浸油以消除屏端气隙。上下屏端均为包闭式而不用半导体屏。油纸电容式套管径向尺寸较小,除有上瓷套外还有下瓷套,结构比胶纸电容式套管复杂。法兰的内壁与电容芯子之间需有一定间隙,保持套管上、下部的绝缘油畅通,所以机械强度不如胶纸电容式套管好,安装角度不能太大。油纸电容的其他结构与胶纸电容式套管类似。
25. 电力变压器的引线有哪些种类,各在什么条件下使用,是如何连接的?
电力变压器的引线有圆铜线、铜排和软铜线。
引线直径为12mm以下时用圆铜线,引线的截面在80~100mm2时采用铜排。软铜线适用于复杂的引线,广泛用在大中型电力变压器上。
引线与绕组导线的连接以及引线相互之间的连接多用铜焊。细小的导线亦用熔焊。铝绕组与铜引线的连接用氩弧焊。引线与套管,引线与分接开关的连接,有用螺栓做成可拆卸的,或者用压接法把软引线与连接端头做成固定的等方式。