电力变压器基础知识

         变压器是一种静止的电气设备，属于一种旋转速度为零的电机。电力变压器在系统中工作时，可将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二次侧，同时根据输配电的需要将电压升高或降低。故它在电能的生产输送和分配使用的全过程中，作用十分重要。整个电力系统中，变压器的容量通常约为发电机容量的3倍以上。 二、电力变压器分类及工作原理 （一）电力变压器的分类 根据电力变压器的用途和结构等特点可分如下几类： （1）按用途分有：升压变压器（使电力从低压升为高压，然后经输电 线路向远方输送）；降压变压器（使电力从高压降为低压，再由 配电线路对近处或较近处负荷供电）。 （2）按相数分有：单相变压器；三相变压器。 （3）按绕组分有：单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器）；双绕 组变压器；三绕组变压器。 （4）按绕组材料分有：铜线变压器；铝线变压器。 （5）按调压方式分有：无载调压变压器；有载调压变压器。 （6）按冷却介质和冷却方式分有： a）油浸式变压器。冷却方式一般为自然冷却，风冷却（在散热器 上安装风扇），强迫风冷却（在前者基础上还装有潜油泵，以促进 油循环）。此外，大型变压器还有采用强迫油循环风冷却、强迫油 循环水冷却等。 b）干式变压器。绕组置于气体中（空气或六氟化硫气体），或是浇注环 氧树脂绝缘。它们大多在部分配电网内用作配电变压器。目前已可制造到 35KV级，其应用前景很广。 （二）变压器的工作原理 变压器是基于电磁感应原理而工作的。变压器本体主要由绕组和铁心组成。工作时，绕组是“电”的通路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。一次侧输入电能后，因其交变故在铁心内产生了交变的磁场（即由电能变成磁场）；由于匝链（穿透），二次绕组的磁力线在不断地交替变化，所以感应出二次电动势，当外电路沟通时，则产生了感生电流，向外输出电能（即由磁场能又转变成电能）。这种“电—磁—电”的转换过程是建立在电磁感应原理基础上而实现的，这种能量转换过程也就是变压器的工作过程。 三、变压器结构与器身构造 （一）主变的主要组成部分及其作用 1、铁芯：变压器的磁路部分。铁芯是用导磁性能很好的硅钢片叠放组 成的闭合磁路，变压器的原线圈和副线圈都绕在铁芯上。 2、绕组：变压器的电路部分。变压器有原线圈和副线圈，它们是用铜 线或铝线绕成圆筒形的多层线圈，绕在铁芯柱上，导线外边 采用纸绝缘或纱包绝缘等。 3、套管：支持引出线之间及与变压器箱体绝缘。 110kV及以上套管采用全密封油浸纸绝缘电容式套管，套管自身密封不与变压器本体相同，并充有变压器油，下部装设CT以供测量和保护用。 4、油枕：油枕保证油箱内充满油，使变压器缩少与空气的接触面，减少油的劣 化速度；变压器油温随着负载和环境温度的变化而变化，当油的体积随着温度膨胀或缩少时，油枕起储油及补油作用；在油枕的侧面装有监视油位的油位计（玻璃式、连杆式、铁磁式）。油枕内放置气囊，与呼吸器配合调节油位变化。 5、油箱：承载铁芯和线圈、变压器油。 6、变压器油：绝缘及冷却 。 7、调压装置：调整电压比。 a、有载调压：变压器带负载状态下切换分接头位置 ； b、无载调压：变压器调压时不带任何负载，且与电网断开，在无励磁情况 下变换绕组分接头。 8、净油器：改善运行中绝缘油特性，防止绝缘油继续老化（多应用于有载调压 油箱）。净油器内装吸附硅胶，吸收油中的水份及氧化物，使油保持洁净，延长油的使用年限，改善油的电气化学性能。 9、冷却器：当变压器上层油温与下部油温产生温差时，通过散热器形成油的对 流，经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。 10、呼吸器：当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩少时，排出或吸入的 空气都经呼吸器，呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水份，对空气起 过滤作用，从而保证油的清洁。呼吸器内的硅胶变色过程： 蓝色→淡紫色→淡粉红（≥2/3时需更换）。 11、瓦斯继电器：变压器的保护装置，装在变压器油箱至油枕的连接管上。 a、轻瓦斯：通过检测瓦斯继电器中积聚气体达到一定量时动作。 b、重瓦斯：通过检测油流速度达到一定值时动作。 12、防爆阀：当变压器发生内部故障时，温度升高，油剧烈分解产生大量气 体，使油箱内压力剧增，当压力达到防爆阀动作值时，防爆阀打 开，油及气体油阀门喷出，防止变压器的油箱爆炸或变形。 （二）绝缘 1、绝缘等级：绝缘材料按其耐热程度可分为7个等级，它们的最高允许温度也各不相同。 各级绝缘材料通常有： Y级绝缘材料：棉纱、天然丝、再生纤维素为基础的纱织品，纤维素的 纸、纸板、木质板等。 A级绝缘材料：经耐温达 的液体绝缘材料浸渍过的棉纱、天然丝、再生 纤维素等制成的纺织品、浸渍过的纸、纸板、木质板等。 E级绝缘材料：聚脂薄膜及其纤维等。 B级绝缘材料：以云母片和粉云母纸为基础的材料。 F级绝缘材料：玻璃丝和石棉及以其为基础的层压制品。 H级绝缘材料：玻璃丝布和玻璃漆管浸以耐热 的有机硅漆。 C级绝缘材料：玻璃、电瓷、石英等。 2、绝缘结构 变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部的绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等 。 绕组绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两种。主绝缘指的是绕组与绕组之间、绕组与铁心及油箱之间的绝缘；纵绝缘指的是同一绕组匝间以及层间的绝缘。 三、变压器铭牌及技术参数 （一）变压器的型号 变压器的型号分两部分，前部分由汉语拼音字母组成，代表变压器的类别、结构特征和用途，后一部分由数字组成，表示产品的容量（KVA）和高压绕组电压（KV）等级。 汉语拼音字母含义如下： 第1部分表示相数。 D—单相（或强迫导向）；S—三相 第2部分表示冷却方式。 J—油浸自冷；F—油浸风冷； FP—强迫油循环风冷； SP—强迫油循环水冷。 第3部分表示电压级数。 S—三级电压；无S表示两级电压 其他：O—全绝缘；L—铝线圈或防雷；O—自耦（在首位时表示降压自耦，在末位时表示升压自耦）；Z—有载调压； TH—湿热带（防护类型代号）；TA—干热带（防护类型代号） （二）额定容量（SN） 额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态（即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态）下变压器输出的视在功率的保证值，以SN表示。 额定容量通常是指高压绕组的容量；当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量。 （三）额定电流（I1、I2） 变压器一、二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的线电流，单位以A表示。 （四）额定电压（UN） 变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指额定施加的或空载时产生的电压。一次额定电压U1N 是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值；二次额定电压U2N是指当一次绕组所接的电压为额定值、分接开关放在额定分触头位置上，变压器空载时二次绕组的电压（单位为V或KV）。三相变压器的额定电压指的均是线电压。 一般情况下在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独调压绕组常常套在最外面，引出分接头方便；其次是高压侧电流小，引出分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。 （五）阻抗电压（短路阻抗） 阻抗电压也称短路电压（Uz%），它表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗（百分值）。 用试验求取的方法为：将变压器二次侧短路，在一次侧逐渐施加电压，当二次绕阻通过额定电流时，一次绕阻施加的电压Uz与额定电压Un之比的百分数,即：Uz%=Uz/Un×100%。 正常运行时，阻抗电压少一些较好，因为阻抗电压过大时，会产生过大的电压降，而在变压器发生短路时，阻抗电压大一些较好，因可以限制短路电流，否则变压器经受不住短路电流冲击。 （六）空载电流（I0） 变压器一次侧施加（额定频率的）额定电压，二次侧断开运行时称为空载运行，这时一次绕组中通过的电流称空载电流，它主要仅用于产生磁通，以形成平衡外施电压的反电动势，因此空载电流可看成也就是励磁电流。变压器容量大小、磁路结构和硅钢片的质量好坏，是决定空载电流的主要因素。 （七）空载损耗（P0） 空载电流的有功分量I0a为损耗电流，由电源所汲取的有功功率称空载损耗P0 。空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗 。 （八）短路损耗（Pf） 短路损耗变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时变压器由电源所汲取的（亦即消耗的）功率（单位为W或KW）。 （九）连接组别 表示变压器各相绕组的连接方式和一、二次线电压之间的相位关系。符号顺序由左至右各代表一、二次绕组的连接方式，数字表示两个绕组的连接组号。一般的高压变压器基本都是Yn，Y,d11接线。在变压器的联接组别中“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。