电力变压器理论

电力变压器基础知识变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。

变压器用途一般分为电力变压器和特种变压器及仪用互感器（电压互感器和电流互感器）。

电力变压器按冷却介质可分为油浸式和干式两种。

在电力系统中，电力变压器（以下简称变压器）是一个重要的设备。

发电厂的发电机输出电压由于受发电机绝缘水平限制，通常为6.3kV、IO.5kV，最高不超过2OkV。

在远距离输送电能时，须将发电机的输出电压通过升压变压器将电压升高到几万伏或几十万伏，以降低输电线电流，从而减少输电线路上的能量损耗。

输电线路将几万伏或几十万伏的高压电能输送到负荷区后，须经降压变压器将高电压降低，以适合于用电设备的使用。

故在供电系统中需要大量的降压变压器，将输电线路输送的高压变换成不同等级的电压，以满足各类负荷的需要由多个电站联合组成电力系统时，要依靠变压器将不同电压等级的线路连接起来。

所以，变压器是电力系统中不可缺少的重要设备。

第一节变压器的工作原理与结构一、变压器的工作原理变压器是根据电磁感应原理工作的。

图2-1是单相变压器的原理图。

图中在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕组。

当交流电源电压U i加到一次侧绕组后，就有交流电流I i通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通0,这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿二次侧组，两个组分别生感应过绕绕产单相变压器原理 C. 1势E i 和E 2，。

这时，如果二次侧绕组与外电路的负荷接 通，便有电流12,流入负荷，即二次侧绕组有电能输出根据电磁感应定律可以导出 一次侧绕组感应电势为：E i =4.44fN i $ m二次侧绕组感应电势为:E 2=4.44fN 2 $ m式中:f------电源频率；N i ---- 一次侧绕组匝数N 2-----二次侧绕组匝数$ m ---铁芯中主磁通幅值。

由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等于「 二次侧绕组匝数之比。

由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以忽略不计，因此可近似地认为由(2-1)、(2-2)式得出:N r N 22一次电压有效值:U i 〜E l ，二次电压有效值:U 2〜E 2。

式中：K----变压器的变比变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次 侧绕组的电压高低不等，匝数多的一边电压高，匝数少 的一边电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。

如果忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即U i l i =U 2I 2 （2一5）式中1仆12分别为变压器一次、二次电流的有效值由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。

即变压器匝数多的一侧电流小，匝 数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压 低的一侧电流大。

于是由此可得出:I 2 N 1 K (2-6)1、变压器的结构中小型油浸电力变压器典型结构如图2-2所示1、高压套管2、分接开关3、低压套管4、气体继电器5、安全气道（放爆管）6、油枕（储油柜）7、油表8、呼吸器（吸湿器）9、散热器10、铭牌11、接地螺栓12、油样活门 13、放油阀门1、铁芯（1）铁芯结构变压器的铁芯是磁路部分。

由铁芯柱和铁扼两部分 组成。

绕组套装在铁芯柱上，而铁扼则用来使整个磁路 闭合。

铁芯的结构一般分为心式和壳式两类。

心式铁芯的特点是铁扼靠着绕组的顶面和底面，但 不包围绕组的侧面。

壳式铁芯的特点是铁扼不仅包围绕 组的顶面和底面，而且还包围绕组的侧面。

由于心式铁 芯结构比较简单，绕组的布置和绝缘也比较容易，因此 我国电力变压器主要采用心式铁芯，只在一些特种变压 器（如电炉变压器）中才采用壳式铁芯。

常用的心式铁芯 如图2-3。

近年来，大量涌现的节能性配电变压器均采 14、活门17、铁芯19、油箱15、绕组（线圈） 18、净油器 20、变压器油 16、信号温度计用卷铁芯结构“)三相三柱式*iiiiFfi 单相稚铁芯載曲图0B2-3常用的心式铁菇(2)铁芯材料由于铁芯为变压器的磁路，所以其材料要求导磁性能好，导磁性能好，才能使铁损小。

故变压器的铁芯采用硅钢片叠制而成。

硅钢片有热轧和冷轧两种。

由于冷轧硅钢片在沿着辗轧的方向磁化时有较高的导磁系数和较小的单位损耗，其性能优于热轧的，国产变压器均采用冷轧硅钢片。

国产冷轧硅钢片的厚度为0.35mm、0.3Omm、0.27mm 等几种。

片厚则涡流损耗大。

片薄则叠片系数小，因为硅钢片的表面必须涂覆一层绝缘漆以使片与片之间绝缘。

2、绕组绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线烧制而成。

根据高、低压绕组排列方式的不同，绕组分为同心式和交叠式两种。

对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕组靠近铁芯柱。

对于交叠式绕组。

为了减小绝缘距离，通常将低压绕组靠近铁扼。

3、绝缘变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。

4、分接开关为了供给稳定的电压、控制电力潮流或调节负载电流，均需对变压器进行电压调整。

目前，变压器调整电压的方法是在其某一侧绕组上设置分接，以切除或增加一部分绕组的线匝，以改变绕组的匝数，从而达到改变电压比的有级调整电压的方法。

这种绕组抽出分接以供调压的电路，称为调压电路；变换分接以进行调压所采用的开关，称为分接开关。

一般情况下是在高压绕组上抽出适当的分接。

这是因为高压绕组一则常套在外面。

引出分接方便；二则高压侧电流小，分接引线和分接开关的载流部分截面小，开关接触触头也较容易制造。

变压器二次不带负载，一次也与电网断开(无电源励磁)的调压，称为无励磁调压，带负载进行变换绕组分接的调压，称为有载调压。

5、油箱油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。

油箱结构，根据变压器的大小分别吊器身式油箱和吊箱壳式油箱两种。

(1)吊器身式油箱多用于6300kVA及以下的变压器，其箱沿设在顶部，箱盖是平的，由于变压器容量小，所以重量轻，检修时易将器身吊起。

(2)吊箱壳式油箱多用于8000kVA及以上的变压器，其箱沿设在下部，上节箱身做成钟罩形，故又称钟罩式油箱。

检修时无需吊器身，只将上节箱身吊起即可。

6、冷却装置变压器运行时，由绕组和铁芯中产生的损耗转化为热量，必须及时散热，以免变压器过热造成事故。

变压器的冷却装置是起散热的作用的。

根据变压器容量大小不同，采用不同的冷却装置。

对于小容量的变压器，绕组和铁芯所产生的热量经过变压器油与油箱内壁的接触，以及油箱外壁与外界冷空气的接触而自然地散热冷却，无须任何附加的冷却装置。

若变压器容量稍大些，可以在油箱外壁上焊接散热管，以增大散热面积。

对于容量更大的变压器，则应安装冷却风扇，以增强冷却效果。

当变压器容量在50000kVA及以上时，刚采用强迫油循环水冷却器或强迫油循环风冷却器。

与前者的区别在于循环油路中增设一台潜油泵，对油加压以增加冷却效果。

这两种强迫循环冷却器的主要差别为冷却介质不同，前者为水，后者为风。

7、储油柜（又称油枕）储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通，如图2-4崗2-4防热件垮变压#曲枕冏的遂通1. ntt2.跡觸it i.4. <KS2t5. MUR & "体f»电再7. t. K£当变压器的油温变化时，其体积会膨胀或收缩。

储油柜的作用就是保证油箱内总是充满油，并减小油面与空气的接触面，从而减缓油的老化。

8、安全气道（又称防爆管）位于变压器的顶盖上，其出口用玻璃防爆膜封住。

当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时，油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出，保护变压器不受严重损害。

9、吸湿器为了使储油柜内上部的空气保持干燥，避免工业粉尘的污染，储油柜通过吸湿器与大气相通。

吸湿器内装有用氯化钙或氯化钻浸渍过的硅胶，它能吸收空气中的水分。

当它受潮到一定程度时，其颜色由蓝色变为粉红色。

10、气体继电器位于储油柜与箱盖的联管之间。

在变压器内部发生故障（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等）产生气体或油箱漏油等使油面降低时，接通信号或跳闸回路，保护变压器。

11、高、低压绝缘套管变压器内部的高、低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的，它起着固定引线和对地绝缘的作用。

套管由带电部分和绝缘部分组成。

带电部分包括导电杆、导电管、电缆或铜排。

绝缘部分分外绝缘和内绝缘。

外绝缘为瓷管，内绝缘为变压器油、附加绝缘和电容性绝缘。

三、电力变压器的型号及技术参数1、型号变压器的技术参数一般都标在铭牌上。

按照国家标准，铭牌上除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。

需要标出的技术数据见表2-1 < 变压器除装设标有以上项目的主铭牌外，还应装设标有关于附件性能的铭牌，需分别按所用附件（套管、分接开关、电流互感器、冷却装置）的相应标准列出。

变压器的型号表示方法如图2-5nnuuuaDD-- 口/口口一防护代号（一不标.TH———干热）‘ I ----- 禹斥醍紜额定电压尊级（川〕--------- 额定容量（k¥A）设卄序号半铜乍怡加b》L调生方式（尤励確调斥不标足——有载调医）1 ----- ---------- 导线材喷（铜线不标，L一朝龍》-------------- 觥组数（双绕组不掾用——三绕堀规分裂疑纽）I ----------------- ------ 循环方式（白然備环不标.P——迪循环）;—------ ---- 冷却方式（”-油战自榜，亦可不标’ ------- r试空吒U玲・C——于式克济绝缝芒——油授风徐, S 油甩自橹】L-------- ----- ---------- 相数（D ---- 单希,S ——二和）------------- -------- ---- 蚩组牺合方式｛一般不标,——鬥罔）标注项目附加说明所有惜况下相数（单相、三相）緬定容量(kVAsicMVA)參绕组变压器应给出个绕绍的教定容童额定頻率＜Hz）各绕组皴定电压（V或kV）各绕纽额定电流（A）三绕组自耦变压器过注出公共线翩中长期允许电流联结组标号.绕组联结不億图16300kYA以下的变压眾可不甌联结示怠图额定电流下的限抗电压实测值，如果需要应给岀冬考容量，多绕组变压器应表示岀相当于100%籍定容凤时的阻抗电压冷却方式有几种冷却方式时.还应以额定容景有分数表示岀和应的冷却容丘；强近油循坏变压郑还应注出满载下停油泵和风嗨电动机的允许工作时限使用条件户内，户外使用，吊过或低于1000m 拔等总車虽（kgMEt）绝缘別重命（kg戎1）莫些况下绝缘的温度等级油浸式变斥器A级绝缘可不注岀温升当XI升不是标准规定伯时联结图当联结组标号不能说明内部连接的全部储况时绝缘水平额定电圧在3kV及以上的绕组和分级绝缘绕组的中性端运输重(kg JlJc 0WXXJIVA及以上的变斥器器身吊改.上节油箱舀（kg 或t）雅身吊敢在变压器总蛋超过51时标注.上节油箱重在钟罩式汕箱时标出绝缘液休名称在非矿物油时右关分接的详细说明18000kVA及以上的交圧恭标出带有分接绕组的示意图，毎一绕组的分接电.压、分接电流和分接容拭，极限分搖和主分接的短路阻抗值，以及超过分接电压105%时的运行能力等空载电流实测值；SOOOkVA或63ZV级及以t的变压器例如：SFZ-10000/110 表示三相自然循环风冷有载调压，额定容量为lOOOOkVA，高压绕组额定电压1IOkV电力变压器。