第二章 电力变压器

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第二章 电力变压器

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变成另一种电压的交流电能。

变压器按用途分为电力变压器和特种变压器（电流互感器和电压互感器）。

电力变压器按冷却介质可分为油浸式和干式两种。

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。

根据电磁感应定律可以导出：

一次侧绕组感应电势为：E1=4.44fN1Фm

(2-1)

二次侧绕组感应电势为：E2=4.44fN2Фm

(2-2)

式中： f -----电源频率

N1 ------一次侧绕组匝数

N2------二次绕组匝数

Фm ------铁芯中主磁通幅值

由（2-1）、（2-2）式得出： E1/E2=U1/U2 (2-3)

一次电压有效值：U1=E1,二次电压有效值：U2=E2,于是有

U1/U2= E1/E2=N1/N2=k (2-4)

如果忽略变压器的内部损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即

(2-5)

由此可得出

(2-6)

二、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.铁芯 （1）特芯结构 变压器的铁芯是磁路部分。由铁芯柱和铁轭两部分组成。铁芯的机构分为心式和壳式两种。 1212UUII11221NINkI2

（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。 国产冷轧钢片的厚度为0.35mm、0.30mm、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一层绝缘漆以使片与片之间绝缘。

2.绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线绕制而成。

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 绕组抽出分接以供调压的电路，成为调压电路；交换分接以进行调压所采用的开关，成为分接开关。 变压器二次不带负荷，一次也与电网断开（无电源励磁）的调压，称为无励磁调节，带负荷进行变换绕组分接头的调压，称为有载调压。

5.油箱 根据变压器的大小分为吊器身式油箱和吊箱壳式油箱（又称钟罩式油箱）两种。

6.冷却装置

7.储油柜（又称油枕）

8.安全气道（又称防爆管）

9.吸湿器

10.气体继电器

11.高、低压绝缘套管

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。需要标出的技术数据见表2-1（27页）。

变压器的型号表示方法如图2-5（29页）。

2.相数

3.额定频率

4.额定电压

5.额定容量

6.额定电流 1)单相变压器额定电流 2)三相变压器额定电流

7.绕组联接标号

8.调压范围

9.空载电流

10.阻抗电压和短路损耗

11.电压调整率

12.效率

13.温升和冷却方式 （1）温升 （2）冷却方式 干式自冷、油浸风冷等。

第二节 变压器运行

一、变压器允许运行方式

1.允许温度与温升

变压器运行时，其绕组和特芯产生的损耗转变成热量，一部分被变压器各部件吸收使之温度升高，另一部分则散发到介质中。

变压器运行时各部件的温度是不同的，绕组温度最高，铁芯次之，变压器油的温度最低。变压器的允许温度主要取决与绕组的绝缘材料。我国变压器大多采用A级绝缘材料，其允许最高温度为105℃，绕组的平均温度一般比油温高10℃，我国规定周围环境温度为40℃。

变压器的温度与周围环境温度的差称为温升。

2.变压器的过负荷能力

在不损害变压器绝缘和降低变压器使用寿命的前提下，变压器在较短时间内所能输出的最大容量为3

变压器的过负荷能力。

一般以过负荷倍数（变压器所能输出的最大容量与额定容量之比）表示。

变压器过负荷能力可分为正常情况下的过负荷能力和事故情况下的过负荷能力。

（1）变压器在正常情况下过负荷能力 比起在正常运行时，允许过负荷是因为变压器在一昼夜的负荷有高峰、有低谷。

对室外变压器，总的过负荷不得超过30%，对室内变压器为20%。

（2）变压器在事故时过负荷能力 当电力系统或用户变电站发生事故时，为保证对重要设备的连续供电，允许变压器段时过负载的能力称为事故过负载能力。

（3）变压器运行短路 当变压器发生短路故障时，由于保护动作和断路器跳闸均需一定的时间，因此难免不使变压器受到短路电流的冲击。

变压器突然短路时，其短路电流的幅值一般为额定电流的25～30倍。

3.允许电压波动范围

变压器的电源电压一般不得超过额定值的±5%。

二、变压器并列运行

并列运行时将两台或多台变压器的一次和二次侧绕组分别接于公共的母线上，同时向负载供电。

1.并列运行的目的

（1）提高供电的可靠性 并列运行时，如果其中一台变压器发生的故障从点网中切除时，其余变压器仍能继续供电。

（2）提高变压器运行经济型 可根据负荷的大小调整投入并列运行的台数，以提高运行效率。

（3）可以减少总备用容量 并可随着用电的增加分批增加新的变压器。

2.理想并列的条件

1) 变压器的联接组别相同。

2）变压器的电压比相等。±5%

3）变压器的阻抗电压UZ % 相等。±10%

4）变压器的容量比不超过3：1

三、变压器油及运行

1.变压器油的作用 变压器油在运行中主要起绝缘的作用，此外，变压器油在运行中还可以吸收绕组和铁芯的热量，起到散热和冷却的作用。

2．变压器油运行

（1）变压器油试验 变压器油每年都要取样试验，试验项目一般为耐压试验、介质损耗试验和简化试验。

（2）变压器油运行管理 应经常检查充油设备的密封性，储油柜、呼吸器的工作性能，以及油色、油量是否正常，另外，应结合变压器运行维护工作，定期或不定期取样作油的气相色谱分析，以预测变压器的潜伏性故障，防止变压器发生事故。

变压器运行中补油时注意事项：

1) 10KV及以下变压器可补入不同牌号的油，但应作混油的耐压试验。

2）35KV及以上变压器应补入相同牌号的油，也应作耐压试验。

3）补油后要检查气体继电器，及时放出气体。若在24h小时后无问题，可重新将气体保护接入掉闸回路。

4）对在运行中已经变质的油应及时进行处理，时期恢复到标准值，具有良好的性能。

四、变压器运行巡视检查

1.变压器运行巡视检查内容和周期如下：

1）检查储油柜和充油绝缘套管内油面的高度和封闭处有无渗漏油现象，以及油标管内的油色。 4

2）检查变压器上层油温。正常时一般在85℃以下，对强油循环水冷却的变压器为75℃。

3）检查变压器的响声。正常时为均匀的嗡嗡声。

4）检查绝缘套管是否清洁、有无破损裂纹和放电烧伤痕迹。

5）清扫绝缘套管及有关附属设备。

6）检查母线及接线端子等连接点的接触是否良好。

7）容量在630KVA及以上的变压器，且无人值班的，每周应巡视检查一次。容量在630KVA以下的变压器，可适当延长巡视周期，但变压器在每次合闸前及拉闸后应检查一次。

8）有人值班的变配电所，每班都应检查百年压器的运行状态。

9）对于强油循环水冷或风冷变压器，不论有无值班，都应每小时巡视一次。

10) 负荷急剧变化或变压器发生短路故障后，都应增加特殊巡视。

2.变压器异常运行和常见故障分析

（1）变压器声音异常的原因

1)当启动大容量动力设备时，负荷电流变大，使变压器声音加大。

2）当变压器过负荷时，发出很高且沉重的嗡嗡声。

3）当系统短路或接地时，通过很大的短路电流，变压器会产生很大的噪声。

4）若变压器带有可控硅整流器或电弧炉等设备时，由于有高次谐波产生，变压器声音也会变大。

（2）绝缘套管闪络和爆炸原因

1）套管密封不严进水而使绝缘受潮损坏。

2）套管的电容芯子制造不良，使内部游离放电。

3）套管积垢严重或套管上有大的裂纹和碎片。

五、变压器油色在线监测系统简介

基本原理是溶解于变压器油中的故障特性气体经脱气装置脱气后，在载气的推动下通过色谱柱，由于色谱柱对不同的气体具备不同的亲和作用，导致故障特性气体被逐一分离出来，传感器对故障气体按顺序分别进行检测，并将气体的浓度特性转换成电信号。数据处理器对电信号进行处理转化成数字信号，并存储在数据处理器的内嵌的大容量存储器上。

主控计算机模块，通过现场通讯总线获取日常监测数据，智能系统对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份和总烃的含量。故障诊断系统对变压器故障进行综合分析诊断，实现变压器故障的在线监测功能。

第三节 其他变压器

一、干式变压器

干式变压器是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘液体中的变压器。在结构上可分为固体绝缘包封绕组和不包封绕组。

1.环氧树脂绝缘干式变压器 环氧树脂是一种难燃、阻燃的化工材料。 用环氧树脂浇注或浸渍作包封的干式变压器即称为环氧树脂干式变压器。

2.气体绝缘干式变压器

3.H级绝缘干式变压器

二、非晶态合金铁芯变压器

三、低损耗油浸变压器

以S9和S11系列变压器为代表。

卷铁芯变压器

单相卷铁芯变压器适用于630KVA及以下变压器。

空载电流仅为叠装式的20%～30%。 5

第四节 互感器

互感器分电压互感器和电流互感器两大类。

电压互感器是将系统的高压改变为标准的电压(100或100/√3V)。

电流互感器是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流改变为低电压的标准小电流（5A或1A）。其原理接线如图2-7所示，TA（CT）为电流互感器，TV（PT）为电压互感器 。

一、互感器作用

1）与测量仪表配合，对线路的电压、电流、电能进行测量；与继电保护配合，对系统和电气设备进行过电压、过电流和单相接地等保护。

2）将测量仪表、继电保护装置和线路的高电压隔开，以保证操作人员和设备的安全。

3）将电压和电流变换成统一的标准，以利于仪表和继电器的标准。

二、电压互感器

1.电压互感器原理 电压互感器是利用电磁感应原理工作的，类似一台降压变压器。图2-8为电压互感器的原理图。 由于电压互感器的内阻抗很大，所以电压互感器运行时，相当于一台空载运行的变压器。故二次侧不能短路，否则绕组将被烧毁。

2.电压互感器按用途分为测量用电压互感器和保护用电压互感器。

标准有：0.2级、0.5级。

3.电压互感器型号 电压互感器型号字母含义（45页）。

4.电压互感器容量 电压互感器的容量是指其二次绕组允许接入的负荷功率（以VA值表示），分额定容量和最大容量。

5.电压互感器运行 （共4点，书46页）