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浅议电力变压器论文
在现实的学习、工作中，大家都跟论文打过交道吧，论文写作的过程是人们获得直接经验的过程。写起论文来就毫无头绪？以下是我帮大家整理的浅议电力变压器论文，希望对大家有所帮助。
摘要： 随着我国经济建设的发展，电力工业规模迅速的壮大起来，电力变压器的单台容量和安装容量快速增长。本文针对实际工作中常遇到的问题，从变压器的构成；变压器的噪音；变压器的防雷；变压器故障四个方面，来进行阐述。
关键词： 构成噪音防雷故障
变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。它可以把一种交流电压、交流电流的电能转换成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能。变压器在电力系统中的主要作用是变换电压，以利于电能的传输。电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高送电经济性，达到远距离送电的目的。电压经降压变压器降压后，获得各级用电设备的所需电压，以满足用户使用的需要。
一、变压器的构成
为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁心和绕组浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的联接由绝缘套管引出。变压器由器身、油箱、冷却装置、保护装置、出线装置及调压装置等部分组成：器身包括铁心、绕组、绝缘结构及引线等；油箱包括本体（箱盖、箱壁和箱底）和一些附件（放油阀门、小车、油样油门、接地螺栓及铭牌等）；冷却装置包括散热器和冷却器；保护装置包括储油柜、油位计、安全气道、吸湿器、测温元件、浮油器及气体继电器等；出线装置包括高压套管、低压套管等；调压装置即分接开关，分为无载调压和有载调压装置。
二、变压器的噪音极其措施
变压器在运行中产生的声音主要是硅钢片在磁场的作用下产生的磁致伸缩和器身由于电磁力所引起的振动，和冷却系统风机和风扇产生的噪音。声音的振动频率在16Hz~2000 Hz之间可引起人们的'听觉，次声和超声都是人们的听觉所感受不到的。电力变压器噪声的传播是由铁心到夹件、绕组，同时由铁心到空气。为了降低噪声可以减少铁心硅钢片磁致伸缩，降低磁通密度是降低噪声的有效措施，但降低磁密又会导致铁心尺寸增大，从而增加铁心硅钢片的数量，会造成成本的增加。所以应该把成本控制在一定的范围内来降低噪声。也可以在变压器适当的位置加缓冲件，如在铁心和低压绕组间加橡胶适形撑块，其作用是一面撑紧低压绕组，一方面起到缓冲作用，使声音通过缓冲结构而得到衰减。
三、变压器的防雷
据不完全统计，年平均雷暴日数在35—45的地区，10kV级配电变压器被雷击损坏率占其总数的4%—10%。损坏的主要原因是变压器避雷器装设不当和接地引下线接线不妥。主要表现为：变压器高压侧避雷器利用支架作接地引下线；变压器中性点及高低压侧避雷器分别接地；避雷器未作预防性试验；低压侧未装设避雷器；接地引下线截面过小及引线过长等。
四、变压器故障
根据变压器运行现场的实际状态，在发生以下情况变化时：需对变压器进行故障诊断。正常停电状态下进行的交接、检修验收或预防性试验中一项或几项指标超过标准；运行中出现异常而被迫停电进行检修和试验；运行中出现其他异常（如出口短路）或发生事故造成停电，但尚未解体（吊心或吊罩）。当出则上述任何一种情况时，往往要迅速进行有关试验，以确定有无故障情况。
故障判断的步骤：
①判断变压器是否存在故障，是隐性故障还是显性故障。
②判断属于什么性质的故障，是电性故障还是热性故障，是固体绝缘故障还是油性故障等。
③判断变压器故障的状况，如热点温度、故障功率、严重程度、发展趋势以及油中气体的饱和程度和达到饱和而导致继电器动作所需的时间等。
④提出相应的反事故措施，如能否继续运行，继续运行期间的安全技术措施和监视手段或是否需要内部检查修理等。
由于变压器故障涉及面较广，具体类型的划分方式较多，如从回路划分主要有电路故障、磁路故障和油路故障。而对变压器本身影响最严重、目前发生机率最高的又是变压器出口短路故障，同时还存在变压器放电故障等。
变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的故障。这类故障的案例很多，特别是变压器低压出口短路时形成的故障一般要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此，尤应引起足够的重视。例如：某110kV、31。5MVA变压器（SFS2E8—31500/110）发生短路事故，重瓦斯保护动作，跳开主变压器三侧开关。返厂吊罩检查，发现C相高压绕组失团，C相中压绕组严重变形，并挤欢囚板造成中、低压绕组短路；C相低压绕组校烧断二股；B相低压、中压绕组严重变形；所有绕组匝问散布很多细小铜珠、铜末；上部铁芯、变压器底座有锈迹（事故发生当天有雷雨）。原因：①变压器绕组松散。②该变压器撑条不齐且有移位、垫块有松动位移。③绝缘结构的强度不高。
放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氯等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。如某63MvA、220kv变压器在进行1。5倍电压局部放电时，有放电声响，放电量达4000—5000pC。改为匝间倍电压，线端倍电压的支撑法时，无放电声响，放电量也降为1000pC以下。拆升变压器检查，发现沿端部绝缘角环有树枝状放电痕迹，系绝缘角环材质不良所致。沿固体绝缘表面的局部放电，以电场强度同时有切线和法线分量时最严重。原因：局部放电故障可能发生在任何电场集中或绝缘材质不良的部位，如高压绕组静电屏出线、高电压引线、相间围屏以及绕组匝间等处。
变压器是在电力系统和电子线路中应用广泛的电气设备。在电能的传输、分配和使用中，变压器是关键设备，具有极其重要意义，所以在实际工作中要对变压器予以高度的注意。
参考文献:
[1] 李丹娜、孙成普编著, 电力变压器应用技术[M]. 中国电力出版社. 2009(05).
[2] 谢毓城主编,电力变压器手册[M].机械工业出版社. 出版时间: 2003(02).
摘要:
变压器在发生事故之前，通常都会有异常情况，因为变压器内部故障是由轻微发展为严重的。变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障；外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。文章主要分析变压器运行的检查维护及故障处理的方法，可供广大同行技术参考。
关键词:
变压器；运行维护；故障：分析；处理
一、变压器运行中的检查维护
变压器在发生事故之前，一般都会有异常情况，因为变压器内部故障是由轻微发展为严重的。值班人员应随时对变压器的运行状况进行监视和检查。通过对变压器运行时的声音、震动、气味、变色、温度及外部状况等现象的变化，来判断有无异常，分析异常运行的原因、部位及程度，以便采取相应措施。
(1)检查变压器上层油温是否超过允许范围。
(2)检查油质，应为透明、微带黄色，由此可判断油质的好坏。
(3)应检查套管是否清洁，有无裂纹和放电痕迹，冷却装置应正常。
(4)变压器的声音应正常。正常运行时一般有均匀的嗡嗡电磁声。
(5)天气有变化时，应重点进行特殊检查。
二、变压器运行中出现的不正常现象的分析
(一)声音异常
1.变压器正常运行时声音应为连续均匀的“嗡嗡”声，如果产生不均匀或其他响声都属于不正常现象。
2.内部有较高且沉着的“嗡嗡”声，则可能是过负荷运行，可根据变压器负荷情况鉴定并加强监视。
3.内部有短时“哇哇”声，则可能是电网中发生过电压，可根据有无接地信号，表计有无摆动来判定。
4.变压器有放电声，则可能是套管或内部有放电现象，这时应对变压器作进一步检测或停用。
5.变压器有水沸声，则为变压器内部短路故障或接触不良，这时应立即停用检查。
6.变压器有爆裂声，则为变压器内部或表面绝缘击穿，这时应立即停用进行检查。
7.其他可能出现“叮当”声或“嘤嘤”声，则可能是个别零件松动，可以根据情况处理。
(二)油温异常
1.变压器的绝缘耐热等级为A级时，线圈绝缘极限温度为105℃，根据国际电工委员会的推荐，保证绝缘不过早老化，温度应控制在85℃以下。若发现在同等条件下温度不断上升，则认为变压器内部出现异常，内部故障等多种原因，这时应根据情况进行检查处理。
2.导致温度异常的原因有：散热器堵塞、冷却器异常、内部故障等多种原因。这时应根据情况进行检查处理。
(三)油位异常
变压器油位变化应该在标记范围之间，如有较大波动则认为不正常。常见的油位异常有：
1.假油位，如果温度正常而油位不正常，则说明是假油位。运行中出现假油位的原因有呼吸器堵塞、防暴管通气孔堵塞等。
2.油位下降，原因有变压器严重漏油、油枕中油过少、检修后缺油、温度过低等。
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一种新颖的用于消除PWM逆变器输出共模电压的有源滤波器题目是这个意思，原文在哪里啊找到了貌似是这个，是个论文PWM逆变器在应用中会产生共模电压, 共模电压在IGBT的高速开关期间产生充放电电流。此电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流。漏电流过大将对电源产生电磁干扰，还会使电机轴承过早毁坏，从而影响系统运行的可靠性。文中提出了一种新颖的可以有效消除脉冲宽度调制（PWM）逆变器产生的共模电压的有源滤波器。这个有源滤波器由一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器组成，可以产生与PWM逆变器输出的电压幅值相等，相位相反的共模电压，通过五绕组共模变压器叠加到逆变器输出中，从而有效消除感应电机端的共模电压。这种有源滤波器结构简单，控制容易。文中通过理论分析，仿真和实验结果证明了这种结构的有效性。关键词：PWM逆变器；输出有源滤波器; 共模电压; 五绕组变压器引言：高速电力半导体器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的发展使电压源型脉宽调制逆变器的载波频率大大提高（如20 kHz），高开关频率以及零开关损耗方案可显著提高PWM变频器的性能。但在PWM变频器的应用中，出现了一些负面问题。 例如，传统的IGBT的控制策略使PWM逆变器输出产生了共模电压。共模电压使IGBT在高速开关期间，产生充放电电流。电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流，漏电流过大将引起电机保护电路的误动作；频率从100 kHz到几兆范围变化的漏电流经地线流回系统的三相电源中，产生电磁干扰(EMI) ，影响电网上的其他设备的正常运行；轴电压和轴承电流过大使电机轴承过早毁坏[1,2] 。
为抑制逆变器输出的共模电压，提高系统的可靠性，传统的方法是采用转轴接地，轴承绝缘，具有传导性的润滑剂等来降低轴电流，保护电机轴承，但是电机端共模电压仍然存在。电机负载运行时，共模电压仍会通过负载轴承产生具有破坏性的电流。为此开始采用由无源器件组成的滤波器[3,4]，这类方法对消除过电压的影响非常有效，但载波频率发生变化时，对降低逆变器输出中的谐波成分的作用非常有限。因此，近年来开始尝试用有源器件来消除这些负面影响。Alexander Julian等提出了四相逆变器来消除共模电压[5]，这种方法会产生严重的开关损耗和谐波失真。Annette Jouanne提出双桥逆变器(DBI)用于消除电机共模电压和由此产生的轴承漏电流[6]，这种方法增加了一个三相逆变器及相应的驱动设备，所采用电机的定子必须有两套绕组，从而限制了这种方法的应用范围。日本学者Satoshi Ogasawara等人提出了一种有源共模噪声消除器(ACC)方案用于消除共模电压[7]，效果非常理想，但是这种方法需要射极跟随器，限制了其在高电压中应用。 提出了有源共模电压补偿器(ACCom)用于降低PWM VSI驱动感应电机系统中的轴电流[8]，这种结构的滤波器的变压器原边由具有6个开关器件组成的四电平半桥逆变器驱动，由于元件的数量很多并且驱动这些元件的电路非常复杂，因此串联电容的电压平衡问题没有解决，此文仅给出了仿真结果。
本文提出了一种新颖的逆变器输出有源滤波器来消除共模电压，从理论上分析了这种结构的滤波器的工作原理，最后通过仿真和实验证明了这种方案的有效性。
2 有源共模电压消除器
概述
共模电压的定义公式为
当电机的定子绕组接三相对称电源时，（Vao+Vbo+Vco）为零，电机端不存在共模电压；当电机的定子绕组接三相两电平逆变器时，由于逆变器在任意给定时刻都有三个开关动作，组成8种开关状态，使逆变器输出电压（Vao+Vbo+Vco）的总和通常不为零，为±Vdc/2（所有上三个开关或下三个开关导通）或±Vdc/6（两上一下或两下一上开关导通）(Vdc为逆变器直流母线电压)。电机端共模电压非常高，而且随着逆变器的调制频率的增加和电机零序阻抗的降低，共模电压可以产生非常大的共模电流，产生电磁干扰（EMI）等问题，破坏系统或电机，因此需要抑制。
三相逆变器输出产生的共模电压是一个四电平电压，如图1所示。电压参考点为直流母线电压中性点。< 有源滤波器结构 为消除三相逆变器输出产生的共模电压，本文采用一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器，其原理结构如图2所示。三相和单相逆变器由控制单元（DSP）控制。这种软件控制方法可以省掉硬件电路如共模电压检测电路等，简化单相逆变器的控制电路。五绕组共模变压器结构如图3所示。采用两个环型铁心，每一个铁心上套一个原绕组，匝数N1=3/2N；三个副绕组同时绕在两个铁心上，匝数均为N。两个原绕组中1b端和2a端相连且接到直流母线上两个电容C的中性点0上，1a端接到单相逆变器中IGBT7和8的中点c上，2b端接到IGBT9和10的中点d上，三个副绕组的a端接到三相逆变器的输出端上，b端接到电机的三相出线端上。由于单相逆变器中IGBT9、10桥臂工作时实际上是处于三电平的工作状态，在其输出点d与0点之间串入一电阻R，使IGBT9、10关断时，其输出点d电位迅速回落到0点电位。
由于流入感应电机的共模电流非常小（理论上为零），单相逆变器中的IGBT和二极管的额定电流非常小，其额定电压与逆变器中的IGBT相同。共模变压器的两个原绕组的额定电流也非常小，其副绕组由于要通过驱动系统的额定电流，要求绕组导线直径较大。共模变压器的铁心要用高频铁磁材料制作，由于PWM脉冲的频率非常高，故所需铁心的截面积不大。 控制原理：为消除三相逆变器输出的共模电压，必须要求本文提出的有源滤波器能够产生四电平的输出电压。为此，根据本文所提结构，单相逆变器的四个IGBT的控制规律如表1所示。表中ON表示该IGBT处于导通状态，OFF表示该IGBT处于关断状态。输出表示经五绕组共模变压器叠加到三相逆变器输出端的电压。输出计算举例：假设IGBT7和IGBT9导通，其它关断（第二种情况），这时，单相逆变器的c点和d点均输出+1/2Vdc，加到五绕组变压器的原边上。根据同名端和绕组的匝数比及绕组原边的接线，三个副绕组上均感应电压：（+1/2Vdc）-2/3%26acute;（+1/2Vdc）= +1/6Vdc。由于通过共模变压器叠加到三相逆变器输出端的电压与三相逆变器输出的共模电压反向，从而达到消除共模电压的目的。由于三相逆变器的输出相电压波形与其相应相的上桥臂IGBT的控制信号波形相同，仅幅值不同，而共模电压是逆变器输出相电压对参考地的三相和的1/3，因此逆变器输出的共模电压可以通过IGBT的控制信号计算出来。而单相逆变器又是根据共模电压进行工作的，单相逆变器的控制信号也可以根据三相逆变器的三个上桥臂IGBT的控制信号得出。因此用一个控制单元（DSP）即可实现三相逆变器和单相逆变器的控制工作。
图4为逆变器采用正弦波PWM（SPWM）控制时根据IGBT的控制信号计算出的任一个PWM脉冲周期的共模电压波形及单相逆变器的控制信号波形。图4(a)为三相参考正弦波Va，Vb，Vc及载波Rec波形；参考正弦波与载波相比较，得出PWM脉冲，图4(b)~(d)为三相逆变器中上三个桥臂中IGBT的控制信号，下三个桥臂控制信号与之相反；图4(e)为计算出的共模电压波形，可见，共模电压为四电平电压；图4(f)~(i)为单相逆变器中4个IGBT(7~10)的控制信号，其控制规则满足表1的要求。当将这4个控制信号与共模电压相比较，同时考虑共模变压器变比的作用，可以看出，其输出规律与共模电压完全相同。因此，这种结构的滤波器可以做到完全消除三相逆变器输出的共模电压。3 仿真分析 采用仿真软件为Matlab ，三相电源电压为380 V，50 Hz；二极管整流，直流母线电压为537 V；PWM-IGBT逆变器，载波频率为2 kHz；3 kW感应电机。电容C的值为5 mF，为防止由于实际电容在充放电过程中可能出现的电压不相等而导致参考点电位出现波动的情况，在电容C上又分别并联了一个10 kW的均压电阻。在仿真时未出现电压不相等的情况。
图5为采用图2所示结构进行仿真一个PWM周期的结果，由图5(a)可知除幅值不同外，其波形形状与计算出的图4(e)相同；通过图5(a)和(c)比较可以看出，加入本文提出的逆变器输出有源滤波器，可以将三相逆变器输出的共模电压幅值几乎完全降为零，从而消除了共模电压对感应电机产生的不良影响。图5(c)中的两个毛刺脉冲产生的原因是共模电压从-1/6Vdc向-1/2Vdc变化或+1/6Vdc向+1/2Vdc变化时，相应的要求单相逆变器中的IGBT9或10关断（IGBT7或8仍然导通），而实际上d点输出电位不能迅速回到0点电位，使滤波器输出电压小于三相逆变器的输出共模电压，从而产生了毛刺脉冲。可以通过改变电阻R的阻值达到降低毛刺脉冲幅值的目的。4 改进方案图2所提方案虽然可以很大程度的消除电机端的共模电压，但是从图5(a)中的波形可以明显看出，一个PWM周期中逆变器输出的共模电压有6次变化，而图5(c)中消除了共模电压的4次变化，还有2次变化虽然在幅值上基本消除了逆变器输出的共模电压，但是对共模电压的dV/dt沿无明显影响。为此，对图2进行改进，改进的目的是当共模电压从-1/6Vdc向-1/2Vdc变化或从+1/6Vdc向+1/2Vdc变化时，使d点电位迅速回落到0点电位。图6为改进后的滤波器结构。与图2相比，在电阻R的两端反向并联了两个IGBT（11和12）。当IGBT9关断而IGBT7继续导通时（即需要滤波器输出+1/2Vdc时），IGBT11导通，使d点和0点电位差迅速降至IGBT的导通压降，而IGBT的导通压降为2～3 V，远远小于1/2Vdc，可以近似为0，使滤波器输出的电压迅速达到了三相逆变器输出的共模电压，从而起到消除共模电压的目的。
图7为IGBT7~IGBT12的控制信号波形。IGBT11和IGBT12的控制规律为当IGBT7或IGBT8导通期间，如果IGBT9或IGBT10关断（即需要滤波器输出+1/2Vdc或-1/2Vdc）时，IGBT11或IGBT12导通，其它时间关断。图8为采用改进后的滤波器时三相逆变器输出的共模电压(a)，滤波器输出共模电压(b)和电机端共模电压波形(c)。比较图8(c)和图5(c)，可以看出，加入IGBT11和IGBT12以后，毛刺脉冲的幅值减小了3/4。
5 实验分析
实验时采用自行研制的变频器。整流桥采用FUJI 6R130G-120；直流母线电容为HGC 450V 3300 mF，逆变器采用IPM 智能功率模块，载波频率为
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