變壓器的基本工作原理

電力變壓器1、變壓器的基本工作原理2、變壓器的結(jié)構(gòu)、類型、型號、參數(shù)3、變壓器故障與預防1、變壓器的基本工作原理變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達到改變壓的目的。構(gòu)造示意圖(1)閉合鐵芯

(絕緣硅鋼片疊合而成)(2)原線圈(初級線圈)

其匝數(shù)用n1表示與交變電源相連(3)副線圈(次級線圈)

其匝數(shù)用n2表示與負載相連(4)輸入電壓U1

輸出電壓U2原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽——互感現(xiàn)象

變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：電能→磁場能→電能轉(zhuǎn)化

(U1、I1)(變化的磁場)(U2、I2)變壓器的工作原理原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽0ett1t2t3t4變壓器的工作原理

原、副線圈中通過的磁通量始終相同(無漏磁),因此產(chǎn)生的感應電動勢分別是：若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有

U1=E1

U2=E2

I1U2U1n1n2I2R~原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽變壓器的工作原理

理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比1、n2

>n1

U2>U1——升壓變壓器3、n2

<n1

U2<U1——降壓變壓器2、n2

=n1

U2=U1——等壓變壓器2變壓器的結(jié)構(gòu)、類型、型號、參數(shù)2.1分類按用途分：電力變壓器（升壓變壓器、降壓變壓器）和特種變壓器。按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)分：芯式變壓器和殼式變壓器。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器?！耔F芯結(jié)構(gòu)——芯式、殼式芯式——結(jié)構(gòu)簡單工藝簡單應用廣泛殼式——

結(jié)構(gòu)復雜，用在小容量變壓器和電爐變壓器圖鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖變壓器器身鐵心繞組引線（包括調(diào)壓裝置、引線夾件等）絕緣附件（包括油枕、油門閘閥等）油箱本體油箱冷卻裝置（包括散熱器、風扇、油泵等）保護裝置（包括防爆閥、氣體繼電器、測溫元件、呼吸器等）出線裝置（包括套管等）變壓器結(jié)構(gòu)與器身構(gòu)造2.2基本結(jié)構(gòu)鐵芯變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用0.35mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。繞組變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。油箱油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。絕緣套管將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。

油枕：油枕保證油箱內(nèi)充滿油，使變壓器縮少與空氣的接觸面，減少油的劣化速度；變壓器油溫隨著負載和環(huán)境溫度的變化而變化，當油的體積隨著溫度膨脹或縮少時，油枕起儲油及補油作用；在油枕的側(cè)面裝有監(jiān)視油位的油位計（玻璃式、連桿式、鐵磁式）。油枕內(nèi)放置氣囊，與呼吸器配合調(diào)節(jié)油位變化。變壓器油：絕緣及冷卻調(diào)壓裝置：調(diào)整電壓比。

a、有載調(diào)壓：變壓器帶負載狀態(tài)下切換分接頭位置；

b、無載調(diào)壓：變壓器調(diào)壓時不帶任何負載，且與電網(wǎng)斷開，在無勵磁情況下變換繞組分接頭。

凈油器：改善運行中絕緣油特性，防止絕緣油繼續(xù)老化（多應用于有載調(diào)壓油箱）。凈油器內(nèi)裝吸附硅膠，吸收油中的水份及氧化物，使油保持潔凈，延長油的使用年限，改善油的電氣化學性能。冷卻器：當變壓器上層油溫與下部油溫產(chǎn)生溫差時，通過散熱器形成油的對流，經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。呼吸器：當油枕內(nèi)的空氣隨變壓器油的體積膨脹或縮少時，排出或吸入的空氣都經(jīng)呼吸器，呼吸器內(nèi)的干燥劑吸收空氣中的水份，對空氣起過濾作用，從而保證油的清潔。呼吸器內(nèi)的硅膠變色過程：藍色→淡紫色→淡粉紅（≥2/3時需更換）。

瓦斯繼電器：變壓器的保護裝置，裝在變壓器油箱至油枕的連接管上。

a、輕瓦斯：通過檢測瓦斯繼電器中積聚氣體達到一定量時動作。

b、重瓦斯：通過檢測油流速度達到一定值時動作。防爆閥：當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，溫度升高，油劇烈分解產(chǎn)生大量氣體，使油箱內(nèi)壓力劇增，當壓力達到防爆閥動作值時，防爆閥打開，油及氣體油閥門噴出，防止變壓器的油箱爆炸或變形。絕緣

1、絕緣等級：絕緣材料按其耐熱程度可分為7個等級，它們的最高允許溫度也各不相同。各級絕緣材料通常有：Y級絕緣材料：棉紗、天然絲、再生纖維素為基礎的紗織品，纖維素的紙、紙板、木質(zhì)板等。A級絕緣材料：經(jīng)耐溫達的液體絕緣材料浸漬過的棉紗、天然絲、再生纖維素等制成的紡織品、浸漬過的紙、紙板、木質(zhì)板等。E級絕緣材料：聚脂薄膜及其纖維等。B級絕緣材料：以云母片和粉云母紙為基礎的材料。F級絕緣材料：玻璃絲和石棉及以其為基礎的層壓制品。H級絕緣材料：玻璃絲布和玻璃漆管浸以耐熱的有機硅漆。C級絕緣材料：玻璃、電瓷、石英等。2、絕緣結(jié)構(gòu)變壓器的絕緣分為外絕緣和內(nèi)絕緣兩種：外絕緣指的是油箱外部的絕緣，主要是一次、二次繞組引出線的瓷套管，它構(gòu)成了相與相之間和相對地的絕緣；內(nèi)絕緣指的是油箱內(nèi)部的絕緣，主要是繞組絕緣和內(nèi)部引線的絕緣以及分接開關的絕緣等。繞組絕緣又可分為主絕緣和縱絕緣兩種。主絕緣指的是繞組與繞組之間、繞組與鐵心及油箱之間的絕緣；縱絕緣指的是同一繞組匝間以及層間的絕緣。1、同一繞組中的不同點，如線餅間、層間、線匝間的絕緣；2、同一繞組的各引出線間的絕緣；3、分接開關各部分的絕緣。主絕緣縱絕緣繞組絕緣引線和分接開關的絕緣套管內(nèi)部的絕緣套管內(nèi)部閃絡和泄漏距離空氣氣隙內(nèi)絕緣外絕緣變壓器絕緣1、高壓繞組間絕緣、繞組對地（鐵心、油箱）絕緣；2、各相間的絕緣；3、引出線對地和其它繞組的絕緣；4、分接開關對地和其它繞組的絕緣。絕緣結(jié)構(gòu)變壓器的外形結(jié)構(gòu)變壓器鐵心結(jié)構(gòu)變壓器鐵心結(jié)構(gòu)變壓器鐵心結(jié)構(gòu)變壓器絕緣結(jié)構(gòu)變壓器絕緣結(jié)構(gòu)線圈絕緣紙筒變壓器絕緣結(jié)構(gòu)絕緣壓板變壓器絕緣結(jié)構(gòu)端部靜電環(huán)端部角環(huán)變壓器絕緣結(jié)構(gòu)引線夾木變壓器外絕緣結(jié)構(gòu)主要是套管對地和套管之間空間距離和套管沿面爬距。油油套管油氣套管油紙電容式散熱方式自冷方式風冷方式強油風冷方式強油水冷方式三相自耦式變壓器高壓有載開關調(diào)壓裝置其他1）壓力釋放閥2）油枕（膠囊式、隔膜式、波紋式）3）氣體繼電器4）溫度計1）壓力釋放閥壓力釋放閥油枕波紋式（外油式）采用金屬彈性元件作為補償器的儲油柜，其又分為外油式和內(nèi)油式兩大類外油臥式儲油柜是以波紋管為氣囊，臥式放置于儲油柜筒體之內(nèi)，波紋管外側(cè)與筒體之間盛裝絕緣油，而波紋管內(nèi)是與外界相通的空氣，依靠波紋管伸縮改變儲油柜內(nèi)部容積實現(xiàn)絕緣油體積補償，外觀形狀為橫置圓柱體。油枕波紋式（內(nèi)油式）內(nèi)油立式儲油柜是以波紋管為裝油容器，根據(jù)補償油量大小采用一個或多個波紋管將油管并聯(lián)立式放在一個底盤上，外部加防塵罩，依靠波紋管上下移動進行絕緣油體積補償，外觀形狀多為長方體。敞開式開式(無密封)儲油柜，變壓器油與外界空氣直接相通隔膜式膠囊式A、罩

B、項針

C、氣塞D、磁鐵E、開口杯F、重錘

G、探針

H、支架

K、彈簧

L、擋板

M、磁鐵

N、螺桿

P、干簧接點（跳閘用）Q、調(diào)節(jié)桿R、干簧節(jié)點（信號用）S、套管

T、嘴子

3）氣體繼電器4）溫度計頂層溫度計2.3變壓器型號一、型號型號表示一臺變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環(huán)風冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。型號中符號排列順序含

義代表符號內(nèi)

容類

別

1（或放在末數(shù)）線圈耦合方式自耦降壓（或自耦升壓）O

2相

數(shù)單

相D三

相S

3冷卻方式油浸自冷J干式空氣自冷G干式澆注絕緣C油浸風冷F油浸水冷S強迫油循環(huán)風冷FP強迫油循環(huán)水冷SP4線圈數(shù)雙

線

圈—三

線

圈S

5線圈導線材質(zhì)銅—鋁L

6調(diào)壓方式無勵磁調(diào)壓—有載調(diào)壓Z

7加強干式Q干式防火H移動式D成

套T例一：SL7—500/10低損耗三相油浸自冷雙繞組鋁線，額定容量500KVA，高壓側(cè)額定電壓10KV級電力變壓器；例二：SFPL——63000/110三相強迫油循環(huán)風冷雙繞組鋁線，額定容量63000KVA，高壓側(cè)額定電壓110KV級電力變壓器。2.4變壓器技術參數(shù)（1）額定容量（SN）額定容量是制造廠所規(guī)定的在額定工作狀態(tài)（即在額定電壓、額定頻率、額定使用條件下的工作狀態(tài)）下變壓器輸出的視在功率的保證值，以SN表示。

額定容量通常是指高壓繞組的容量；當變壓器容量因冷卻方式而變更時，則額定容量是指它的最大容量。（2）額定電流（I1、I2）

變壓器一、二次額定電流是指在額定電壓和額定環(huán)境溫度下使變壓器各部分不超溫的一、二次繞組長期允許通過的線電流，單位以A表示。（3）額定電壓（UN）

變壓器的額定電壓就是各繞組的額定電壓，是指額定施加的或空載時產(chǎn)生的電壓。一次額定電壓U1N是指接到變壓器一次繞組端點的額定電壓值；二次額定電壓U2N是指當一次繞組所接的電壓為額定值、分接開關放在額定分觸頭位置上，變壓器空載時二次繞組的電壓（單位為V或KV）。三相變壓器的額定電壓指的均是線電壓。一般情況下在高壓繞組上抽出適當?shù)姆纸宇^，因為高壓繞組或其單獨調(diào)壓繞組常常套在最外面，引出分接頭方便；其次是高壓側(cè)電流小，引出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。（5）阻抗電壓（短路阻抗）

阻抗電壓也稱短路電壓（Uz%），它表示變壓器通過額定電流時在變壓器自身阻抗上所產(chǎn)生的電壓損耗（百分值）。用試驗求取的方法為：將變壓器二次側(cè)短路，在一次側(cè)逐漸施加電壓，當二次繞阻通過額定電流時，一次繞阻施加的電壓Uz與額定電壓Un之比的百分數(shù),即：Uz%=Uz/Un×100%。正常運行時，阻抗電壓少一些較好，因為阻抗電壓過大時，會產(chǎn)生過大的電壓降，而在變壓器發(fā)生短路時，阻抗電壓大一些較好，因可以限制短路電流，否則變壓器經(jīng)受不住短路電流沖擊。

（6）空載電流（I0）變壓器一次側(cè)施加（額定頻率的）額定電壓，二次側(cè)斷開運行時稱為空載運行，這時一次繞組中通過的電流稱空載電流，它主要僅用于產(chǎn)生磁通，以形成平衡外施電壓的反電動勢，因此空載電流可看成也就是勵磁電流。變壓器容量大小、磁路結(jié)構(gòu)和硅鋼片的質(zhì)量好壞，是決定空載電流的主要因素。（7）空載損耗（P0）空載電流的有功分量I0a為損耗電流，由電源所汲取的有功功率稱空載損耗P0?？蛰d損耗主要決定于鐵心材質(zhì)的單位損耗。

（8）短路損耗（Pf）短路損耗變壓器二次側(cè)短接、一次繞組通過額定電流時變壓器由電源所汲取的（亦即消耗的）功率（單位為W或KW）。（9）連接組別表示變壓器各相繞組的連接方式和一、二次線電壓之間的相位關系。符號順序由左至右各代表一、二次繞組的連接方式，數(shù)字表示兩個繞組的連接組號。一般的高壓變壓器基本都是Yn，Y,d11接線。在變壓器的聯(lián)接組別中“Yn”表示一次側(cè)為星形帶中性線的接線，Y表示星形，n表示帶中性線；“d”表示二次側(cè)為三角形接線。“11”表示變壓器二次側(cè)的線電壓Uab滯后一次側(cè)線電壓UAB330度（或超前30度）。3變壓器故障與預防突發(fā)性的絕緣故障（事故）

突發(fā)性的絕緣故障，往往會造成事故。例如，繞組的導線匝間短路、線餅之間短路、繞組間的絕緣擊穿以及引線間及引線對地的絕緣擊穿；高電場區(qū)域較嚴重的局部放電引起沿絕緣紙板樹枝狀放電或者對地絕緣擊穿等。

突發(fā)性的絕緣故障有可能是先天性的缺陷造成的，例如變壓器的使用材料、設計結(jié)構(gòu)、制造工藝（含裝配工藝）等留下了先天性的局部缺陷；也有可能是后天性的原因造成的，例如變壓器在現(xiàn)場裝配、維修過程中，在維護中引起的局部缺陷等。

一些固有的局部缺陷可能在變壓器特殊運行情況下，由于外部因素而引起突發(fā)性故障或事故；一些固有的局部缺陷可能在變壓器正常運行情況下逐步演變，成為越來越嚴重的缺陷而突然出現(xiàn)故障。3.1變壓器故障過熱性故障

變壓器中的載流導體、鐵心、結(jié)構(gòu)件都有可能發(fā)生局部過熱。引起變壓器局部過熱的先天性因數(shù)較多：例如1）載流導體的接頭焊接不良、采用螺栓連接引線（或接線片）的螺栓防松不當使接觸電阻增大、繞組的加包附加絕緣（這種結(jié)構(gòu)早期在其他工廠曾經(jīng)采用）引起局部繞組的線餅溫升過高等；2）大型變壓器的漏磁場在并聯(lián)的引出線中、甚至結(jié)構(gòu)件中引起環(huán)流等；3）漏磁屏蔽結(jié)構(gòu)設計不合理使渦流損耗局部集中等；4）鐵心的局部短路、鐵心的多點接地、鐵心的結(jié)構(gòu)不當?shù)取?/p>

結(jié)構(gòu)件發(fā)生局部過熱，主要是結(jié)構(gòu)件在設計時對漏磁場應對措施不完善或者不恰當、結(jié)構(gòu)不盡合理等因數(shù)引起的。也有結(jié)構(gòu)件加工中的疏忽、造成不應有的過失而引起局部過熱的例子。放電性故障

比較嚴重的局部放電、懸浮放電、電弧放電等，屬于放電性故障。

局部放電往往是在最高電場區(qū)域發(fā)生。

懸浮放電是高電場中處于懸浮電位的金屬結(jié)構(gòu)件，甚至非金屬結(jié)構(gòu)（或異物）引起電場畸變，從而產(chǎn)生懸浮放電性質(zhì)的局部放電。套管的均壓球松動或其等電位連線脫落、磁屏蔽板的接地不良、高電場區(qū)域的懸浮金屬件或者引起電場畸變的異物等都可能引起懸浮放電。

電弧放電是在具有電位差的電極間絕緣受到破壞（擊穿），或者是電極間接觸（連接）不良，例如，分接開關的觸頭間接觸不良等等而產(chǎn)生電弧放電等。變壓器附件的故障

變壓器套管、分接開關等的故障，屬于變壓器附件的故障。對于油-紙電容式套管，電容芯子在制造與檢修中干燥不徹底，或在運行中受潮、電容芯子在制造中存在缺陷、結(jié)構(gòu)不盡合理等等，都可能引起套管在運行中出現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)增大甚至發(fā)生故障；分接開關通常出現(xiàn)的故障是動、定觸頭之間接觸不良，有載分接開關的切換開關油箱中的油向變壓器本體油箱滲油等。

分接開關的存在不僅增加了變壓器結(jié)構(gòu)的復雜性，分接開關本身質(zhì)量的可靠性也是人們極為關注的問題。因此，盡可能不采用分接開關，可以提高變壓器的可靠性。如果必須采用分接開關，調(diào)壓范圍應當選擇適當，調(diào)壓范圍可以小一些的就不必選得更大，以便提高變壓器的可靠性。

氣體繼電器、壓力釋放器等都應當定期進行檢測；一些有壽命規(guī)定的器件，例如儲油柜的膠囊、潛油泵等應當定期更換。3.2變壓器故障預防1、運行中的不正?，F(xiàn)象和處理1.1值班人員在變壓器運行中發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時，應設法盡快消除，并報告上級和做好記錄。1.2變壓器有下列情況之一者應立即停運，若有運用中的備用變壓器，應盡可能先將其投入運行：a.變壓器聲響明顯增大，很不正常，內(nèi)部有爆裂聲；b.嚴重漏油或噴油，使油面下降到低于油位計的指示限度；c.套管有嚴重的破損和放電現(xiàn)象；d.變壓器冒煙著火。1.3當發(fā)生危及變壓器安全的故障，而變壓器的有關保護裝置拒動時，值班人員應立即將變壓器停運。1.4當變壓器附近的設備著火、爆炸或發(fā)生其他情況，對其壓器構(gòu)成嚴重威脅時，值班人員應立即將變壓器停運。1.5變壓器油溫升高超過制造廠規(guī)定，或規(guī)程規(guī)定的限值時，值班人員應按以下步驟檢查處理：a.檢查變壓器的負載和冷卻介質(zhì)的溫度，并與在同一負載和冷卻介質(zhì)溫度下正常的溫度核對；b.核對溫度測量裝置；c.檢查變壓器冷卻裝置或變壓器室的通風情況。若溫度升高的原因是由于冷卻系統(tǒng)的故障，且在運行中無法修理者，應將變壓器停運修理；若不能立即停運修理，則值班人員應按現(xiàn)場規(guī)程的規(guī)定調(diào)整變壓器的負載至允許運行溫度下的相應容量。在正常負載和冷卻條件下，變壓器溫度不正常并不斷上升，且經(jīng)檢查證明溫度指示正確，則認為變壓器已發(fā)生內(nèi)部故障，應立即將變壓器停運。變壓器在各種超額定電流方式下運行，若頂層油溫超過105℃時，應立即降低負載。1.6變壓器中的油因低溫凝滯時，應不投冷卻器空載運行，同時監(jiān)視頂層油溫，逐步增加負載，直至投入相應數(shù)量冷卻器，轉(zhuǎn)入正常運行。

寒冷氣度或變壓器油標號低所能見到的問題，油因低溫凝滯，絕緣性能正常，但冷卻效率降低，影響熱點溫度，因此，允許變壓器投運，負載要逐步增加?？紤]熱點溫度影響。1.7當發(fā)現(xiàn)變壓器的油面較當時油溫所應有的