電力變壓器手冊

1、變壓器是一種通過改變電壓而傳輸交流電能的靜止感應電器。它有一個共同的鐵心和與其交鏈的幾個繞組，且它們之間的空間位置不變。當某一個繞組從電源接受交流電能時，通過電感生磁、磁感生電的電磁感應原理改變電壓（電流），在其余繞組上以同一頻率、不同電壓傳輸出交流電能。因此，變壓器的主要結構就是鐵心和繞組。鐵心和繞組組裝了絕緣和引線之后組成了變壓器的器身。器身一般裝在油箱或外殼之中，再配置調壓、冷卻、保護、測溫和出線裝置，就成為變壓器的結構整體。變壓器分為電力變壓器和特種變壓器。電力變壓器又分為油浸式和干式兩種。目前，油浸式變壓器用作升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡變壓器和配電變壓器， 干式變壓器只在部分配電變

2、壓器中采用。電力變壓器可以按繞組耦合方式、相數、冷卻方式、繞組數、繞組導線材質和調壓方式 分類。如稱為單相變壓器、雙繞組變壓器等。但是這樣的分類包含不了變壓器的全部特征， 所以在變壓器型號中往往要把所有的特征表達出來，并標記以額定容量和高壓繞組額定電壓等級。圖示是電力變壓器產品型號的表示方法。高壓繞組額定電壓等級（KV) - /防護代號（一般不標，TH-濕熱，TA干熱）額定容量（KVA）設計序號（1、2、3；半銅半鋁加 b）調壓方式（無勵磁調壓不標，Z-載調壓）導線材質（銅線不標，L鋁線）繞組數（雙繞組不標，S 繞組，F 分裂繞組）循環(huán)方式（自然循環(huán)不標，P 強迫循環(huán)）冷卻方式（J油浸自冷，亦

3、可不標； G干式空氣 自冷，C-干式澆注絕緣，F-油浸風冷, S油浸水冷）相數（D單相，S 三相）繞組耦合方式（一般不標，O 自耦）（1） 相數和額定頻率變壓器分單相和三相兩種。一般均制成三相變壓器以直接滿足輸配電的要求，小 型變壓器有制成單相的，特大型變壓器做成單相后組成三相變壓器組，以滿足運輸的 要求。（2） 額定電壓、額定電壓組合和額定電壓比a.、額定電壓 變壓器的一個作用就是改變電壓，因此額定電壓是重要數據之一。變壓器的額定應與所連接的輸變電線路電壓相符合，我國輸變電線路電壓等級（KV）為0.38、3、6、10、15 （20）、35、63、110、220、330、500輸變電線路電壓等

4、級就是線路終端的電壓值，因此連接線路終端變壓器一側的額定電壓與上列數值相同。線路始端（電源端）電壓考慮了線路的壓降將比等級電壓為高。35KV以下電壓等級的始端電壓比電壓等級要高5%,而35KV.及以上的要高10%,因此變壓器的額定電壓也相應提高。線路始端電壓值（ KV）為0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550由此可知，高壓額定電壓等于線路始端電壓的變壓器為升壓變壓器，等于線路終端電壓（電壓等級）的變壓器為降壓變壓器。變壓器產品系列是以高壓的電壓等級而分的，現在電力變壓器的系列分為10KV及以下系列、35KV系列、63KV系列、110KV系

5、列和220KV系列等。額定電壓是指線電壓，且均以有效值表示。但是，組成三相組的單相變壓器，如繞組為星形聯(lián)結，則繞組的額定電壓以線電壓為分子，J3為分母表示，如380/ v13 V.變壓器應能在105%的額定電壓下輸出額定電流，因為5%過電壓下的較高空載損耗而引起的溫升稍許增長可略去不計。對于特殊的使用情況（如變壓器的有功功率可以在 任何方向流通），用戶可在不超過 110%的額定電壓下運行。因此變壓器鐵心的磁通密 度選取值要偏低，以防過勵磁。當電流為額定電流的k （0Wkwi）倍時，一般應按下式對電壓加以限制：2U（%）=110 5Kb.額定電壓組合 變壓器的額定電壓就是個繞組的額定電壓，是指定

6、施加的或空載時產生的電壓?？蛰d時，某一繞組施加額定電壓，則變壓器其他繞組都同時產生額定電壓。繞組之間額定電壓組合是有規(guī)定的，參見表1-9。c.額定電壓比額定電壓比是指高壓繞組與低壓或中壓繞組的額定電壓之比，所以額定電壓比 k.>1。3）額定電壓變壓器得主要做用是傳輸電能，因此額定容量是他的主要數據。它是表觀容量的慣用值，表征傳輸電能的大小變壓器額定容量與繞組額定容量有所區(qū)別：雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量；多繞組變壓器應對每個繞組的額定容量加以規(guī)定，其額定容量為最大的繞組額定容量；電當變壓器容量由冷卻方式而變更時，則額定容量是指最大的容量。我國現在變壓器的額定容量等級是按聽0倍

7、數增加的R10優(yōu)先數系，只有 30KVA和63000KVA以上的容量等級與優(yōu)先數系有所不同。1967年以前變壓器的額定容量等級是按痂倍數增加的R8容量系列。4）額定電流變壓器的額定電流是由繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應的相詳細數（單相1,三相為 &）,而算得的流經繞組線端的電流。因此，變壓器的額定電流就是各繞組的額度電流，是指線電流，也以有效值表示。但是，組成三相組的單相變壓器，如繞組為三角形連接，繞組的額度電流以線電流為分子，J3為分母表小，例如500/43A。變壓器在額定容量運行時，繞組的電流為額定電流，參照國際電工委員會IEC標準油浸變壓器的負載導則，變壓器可以過載運行

8、。三相的額定容量不超過1000MVA （單相為33.3MVA）時，可有負載率不大于1.5 （負載電流/額定電流）的偶發(fā)性過載，容量更大時可有負載率不超過1.3的偶發(fā)性過載。1.5倍變壓器額定電流下運行，是以有載開關操作次數不超過3%為基礎的，套管也應有相應的過載能力，線圈熱點溫度和頂層油溫度不能超過140c和115C。（5）繞組聯(lián)結組標號a.繞組聯(lián)結組 變壓器同一側線圈是按照一定形式進行聯(lián)結的。單相變壓器除相線圈（線匝組合成的一相線圈）的內部聯(lián)結外，沒有線圈之間的聯(lián)結，所以其聯(lián)結符號用I表示。三相變壓器或組成三相變壓器組的單相變壓器，則可以聯(lián)結成星形、三角形和曲折形等。星形聯(lián)結是各相線圈的一端

9、結成一個公共點（中性點），其他端子結成相應的線端上；三角形聯(lián)結是三個相線圈互相串聯(lián)形成閉合回路，由串聯(lián)處結至相應的線端；曲折形聯(lián)結的相線圈是結成星形，但相線圈是由感應電壓相位不同的兩部分組成（不在同一鐵心心柱上）。星形、三角形、曲折形聯(lián)結，現在對于高壓繞組分別用符號Y、D、Z表示；對于中壓和低壓繞組分另J用符號 y、d、z表示。有中性點引出時則分別用符號 YN ZN和yn、zn表示。自 耦變壓器有公共部分的兩繞組中額定電壓低的一個用符號a表示。變壓器按高壓、中壓和低壓繞組聯(lián)結的順序組合起來就是繞組的聯(lián)結組別。例如：高壓為丫、低壓為yn聯(lián)結，則繞組聯(lián)結組為 Y, yn；高壓為YN中壓為yn、低壓

10、為d聯(lián)結，則繞組聯(lián)結組為 YN yn, d。聯(lián)結組對變壓器的特性有很大的影響。b.繞組聯(lián)結組標號 同側繞組聯(lián)結后，不同側間電壓相量有角度差一相位移。 以往采用線 電壓相量間的角度差表示相位移， 新標準中是用一對線圈各相應端子與中性點 （三角形聯(lián)結 為虛設的）間的電壓相量角度差表示相位移。這種繞組間的相位移用鐘時序數表示時，用分針表示高壓線端與中性點間的電壓相量，且指向定點0 （12）點；用時針表示低壓（或中壓）線端與中性點間的電壓相量，則時針所 指的小時數就是繞組的聯(lián)結組別。則聯(lián)結組標號=聯(lián)結組+組別單相雙繞組變壓器不同側繞組的電壓相量相位移為0?；?80。，其聯(lián)結組別只有 0和6兩種。但是，

11、通常繞組的繞向相同、 端子標志一致，所以電壓相量為同一方向 （極性相同）， 聯(lián)結組別僅為0。因此，雙繞組單相變壓器實用的聯(lián)結組別標號為I , IO三相雙繞組變壓器相位移為30。的倍數，所以有 0、1、2、11共12種組別。也由于通常繞組的繞向相同、端子和相別標志一致，聯(lián)結組別僅為0和11兩種。因此，三相雙繞組變壓器實用的聯(lián)結組標號為Y, yn0; Y, zn11; Y, d11 和 YN, d11三繞組變壓器的聯(lián)結組由高、中和高、低兩個聯(lián)結組組成， 所以在聯(lián)結組標號中有兩個聯(lián)結組別。實用的三繞組聯(lián)結組標號為：I ,10,I 0 和I,a0,I0（以上為單相）；YN yn0, d11 和YN,a

12、0,d11 （以上為三相）。（6）分接范圍（調壓范圍）為了調整所需要的電壓，變壓器的繞組要具有分接抽頭以改變電壓比。在分接抽頭中： 主分接一與額定電壓、額定電流和額定容量相對應的分接；分接因數一某一分接時的匝數與主分接時匝數之比，即為Ud/U N ,或以百分數表示的（Ud/U N ） X 100。其中Ud為某分接的電壓，UN為額定電壓。分接因數大于 1的分接為正分接，小于1的為負分接，等于1時則為主分接；分接級（調壓級）-相鄰分接間以百分數表示的分接因數之差；分接范圍（調壓范圍）-最大、最小兩個以百分數表示的分接因數與100相比的范圍，如在（100+a100 b）內，則分接范圍為+ a%、b%

13、。如果a=b,則分接范圍為土 a%。分接工作能力-主分接的工作能力就是額定電壓、額定電流和額定容量。其它分接的工作能力就是其它分接的繞組分接電壓、電流和容量。一般情況下，是在高壓繞組上抽出適當的分接頭。因為高壓繞組或其單獨調壓繞組常常套在最外面，引出分接頭方便；其次是高壓側電流小， 引出的分接引線和分接開關的載流部 分截面小，分接開關接觸部分容易解決。因此如果是升壓變壓器則在二次側調壓，磁通不變，為恒磁通調壓；如果降壓變壓器則在一次側調壓，磁通改變，為變磁通調壓。變壓器調壓方式通常分為無勵磁調壓和有載調壓兩種方式。當二次不帶負載，一次又與電網斷開時的調壓是無勵磁調壓；在二次負載下的調壓是有載調

14、壓。(7)空載電流、空載損耗和空載合閘電流當變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時，一次繞組中所流通的電流稱空載電流I0 .其較小的有功分量10a用以補償鐵心的損耗，其較大的無功分量10r用于勵磁以平衡鐵心的磁壓降?？蛰d電流I 0=，I 0a2 10r2 , A通常I 0以額定電流的百分數表示i 0%= ( I 0/I N ) x 100=1 3%變壓器容量越大，i 0越小?？蛰d電流的無功分量I 0r是勵磁電流。由于I 0r與鐵心中磁通的關系是非線性的，因此I 0r的波形是含有奇次諧波的非正弦波形。空載電流的有功分量10a是損耗電流。所汲取的有功功率稱空載損耗 P0,忽略空載運行

15、狀態(tài)0a0下一次繞組的電阻損耗時又稱鐵損，因此空載損耗主要決定于鐵心材質的單位損耗。 空載損耗=電工鋼片單位損耗X鐵心重量空載合閘電流是當變壓器空載合閘到線路時，由于鐵心飽和而產生很大的勵磁電流，所以又稱勵磁涌流?？蛰d合閘電流大大地超過穩(wěn)態(tài)的空載電流I 0,甚至可達到額定電流的 5倍?？蛰d合閘電流與合閘時鐵心的剩磁4r、電壓相角少有關。合閘時少=0,。m在半波內能變化到2。m。有同向剩磁。r時將增加到2。m +(f)r,空載合閘電流更為嚴重。變壓器容量越大，其持續(xù)時間越長，可達 5-10s o在三相變壓器中總有一相要產生這種過渡現象。不過， 目前差動繼電器可以不再因空載合閘而誤動作。8)阻抗電

16、壓和負載損耗雙繞組變壓器當二次繞組短接，一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓Uz,多繞組變壓器則有任意一對繞組組合的Uz0。通常阻抗電壓以額定電壓百分數表示，即Uz%= (Uz/ U N ) x 100%且應折算到參考溫度。阻抗電壓百分數 U z= . U x2 Ur2其中，Ux為電抗電壓百分數；Ur為電阻電壓百分數。小容量變壓器Ux/Ur=15,大容量變壓器 Ux/ Ur > 10,所以大容量變壓器的阻抗電壓可以用電抗電壓Ur表示。阻抗電壓大小與變壓器成本和性能，系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電質量有關，電力變壓器的標準阻抗電壓如表 1-15和1-16所示。二次繞組短接、一次繞組流通額定電流時所

17、汲取的有功功率稱負載損耗p負載損耗=最大一對繞組的電阻損耗 +附加損耗附加損耗包括繞組渦流損耗、并繞導線的環(huán)流損耗、結構損耗和引線損耗。其中電阻損耗也稱銅耗，負載 損耗也要折算到參考溫度。9)效率和電壓調整率變壓器的效率為輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分數，效率刀為效率(刀)=輸出功率/輸入功率X 100%=輸出功率/ (輸出功率+空載損耗+負載損耗)x 100%滿負載時刀=S Co；0sp2 P 100%S2 N COS 2 p0 Pt任意負載時(以負載系數3=|2/| 2N)/ q MOS2 2P 100%S2 NCOS 2 P0 Pt式中S2N -二次側額定容量；cos 4 2

18、二次側功率因數，一般取 0.8。當3= JP07PT時，刀最大。中小型變壓器刀在96%以上，大型變壓器刀在 99%以上。變壓器負載運行時，由于有阻抗電壓，二次電壓將隨負載電流和負載功率因數的改變而改變。變壓器的電壓調整率為二次空載電壓U2N和二次負載電壓 U2之差，于二次空載電壓5n 的比，即：e % = (U2N- U 2)/ U 2N，%當已知變壓器電阻電壓百分數ur和電抗電壓百分數 ux時，可按不同的負載系數3和負載功率因數cos少2，用下式計算電壓調整率£ %= 3 ( u r cos ip2+uYsin 2) + 3 2 (u Y cos 2 ur sin 4 2) 2 /

19、200I2 X2X2 I2=3 ( u r cos 4 2 + u x sin 少 2)變壓器的阻抗電壓是一定的，如負載變化不大，則電壓調整率主要與負載功率因數有關，當 cos 少 2=1 時，e = 3 ur，因 ur<ux，故 e 最??；當 cosW2 = 0 時，£ = 3 ux，故e最大。電壓調整率是衡量變壓器供電質量好壞的數據，大型變壓器ux大，故cos少2不宜太低，否則£較大。10)溫升和冷卻方式a）溫升 變壓器的溫升，對于空氣冷卻變壓器是指測量部分的溫度與冷卻空氣溫度之差， 對于水冷卻變壓器是指測量部分的溫度與冷卻器人口處水溫之差。變壓器運行在海拔100

20、0m及以下，而環(huán)境溫度規(guī)定為下列數值時最高氣溫+40 C最高日平均氣溫+30 C最高年平均氣溫+20 C最低氣溫-30 C （戶外式）最低氣溫-5 C （戶內式）冷卻器入口處最高水溫+30 C油浸式變壓器的線圈、鐵心和變壓器的溫升不得超過表1-17的規(guī)定。油浸式變壓器線圈和頂層油溫升限值是這樣得來的：因為a級絕緣在98c產生的絕緣損壞為正常損壞，而保證變壓器正常壽命的年平均氣溫為20 C,線圈最熱點與其平均溫度之差為13k,所以線圈溫度升限值為 90-20-13=65k油正常運行的最高溫度為95 C,最高氣溫是 40 C,所以頂層油溫升限值為95-40=55k在下列情況下溫升限值可以改變：（a

21、） 浸有不燃性合成絕緣液體且所用絕緣材料的耐熱等級不是a級的變壓器，溫升可以增加；（b） 冷卻空氣的溫度超過任意規(guī)定的環(huán)境溫度，則線圈、鐵心和油的溫升限值應予降低。額定容量n 100MVA超過值w 10c時，降低值等于擦超過值；額定 容量10MVA超過值w 5 C時應降低5k。超過值5 C且w 10C時應降低10k。（c） 對于在超過海拔1000m處運行時，而正常海拔試驗的空氣冷卻變壓器，溫升 限值應在1000m以上每500m為一級減少2.0% （油浸自冷）、3.0% （油浸風冷 或強油風冷）。運行與試驗的海拔與上述相反，則所測得的溫升應按上述規(guī)定減小。（d） 如果變壓器高海拔運行地點的環(huán)境溫度比規(guī)定的值均有所下降，且每升高1000m降低5度或更多時，則海拔的影響已有環(huán)境溫度的降低所補償，溫升 限值不需降低。B.冷卻方式變壓器的冷卻方式有冷卻介