【技术知识】变压器的种类和功能特点

　变压器是一种用来变换电压、电流或阻抗的电气部件，是电力系统中输配电力的主要设备，其实物外形如图1所示。

图1　变压器的实物外形

       变压器的分类方式有很多种，根据其电源相数的不同，主要可以分为单相变压器和三相变压器。

　　1、单相变压器的功能特点

图2　单相变压器的结构特点

       单相变压器是一种初级绕组为单相绕组的变压器。如图2所示，单相变压器的初级绕组和次级绕组均缠绕在铁芯上，初级绕组为交流电压输入端，次级绕组为交流电压输出端。次级绕组的输出电压与线圈的匝数成正比。

　　单相变压器可将高压供电变成单相低压，供各种设备使用，例如可将交流6600V高压经单相变压器变为交流220V低压，为照明灯或其他设备供电，如图3所示。单相变压器有结构简单、体积小、损耗低等优点，适宜在负荷较小的低压配电线路（60Hz以下）中使用。

图3　单相变压器的功能示意图

       单相变压器多用于农村输配电系统中，以及一些照明或小型电动机的供电中，其应用实例如图4所示。此外在很多电子电气设备中，它也可作为电源变压器使用。

图4　单相变压器的应用实例

2、三相变压器的功能特点

　　三相变压器是电力设备中应用比较多的一种变压器。三相变压器实际上是由3个相同容量的单相变压器组合而成的，初级绕组（高压线圈）为三相，次级绕组（低压线圈）也为三相，如图5所示。

图5　三相变压器的结构特点

       三相变压器主要用于三相供电系统中的升压或降压，比较常用的就是将几千伏的高压变为380V的低压，为用电设备提供动力电源，如图6所示。

图6　三相变压器的功能示意图

       三相变压器的应用范围比较广泛，例如变电站、工矿企业、建筑工地、排灌设备、邮电、纺织、铁路、学校、医院、国防、电梯等，同时也适用于一些电源电压低、波动较大的低压配电线路中。其应用实例如图7所示。

图7　三相变压器的应用实例
 
变压器的型号与技术参数

　　电气系统中应用最多的就是电力变压器，由于电力变压器的种类很多，其型号的标识以及参数也有所不同，因此常常将这些型号与参数标识在变压器的铭牌上，以便于在安装和检修时进行查看。图8所示为典型电力变压器的铭牌标识。

图8　典型电力变压器的铭牌标识

       在变压器的铭牌上，标识有该变压器的型号以及技术参数等内容，下面分别介绍一下变压器的型号含义和技术参数。

1、变压器的型号含义

　　变压器的种类有很多，为了便于区别各种不同类型的变压器，通常使用字母或数字对变压器的型号命名进行标识。变压器的型号通常是由字母和数字组成的，用来表示变压器的相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯材料、绕组连接方式等内容，如图9所示：

图9　变压器的型号命名方法

       产品名称：变压器的产品名称通常用字母来表示，表示产品的线圈耦合方式、相数、冷却方式、线圈数、线圈导线材质、调压方式以及特殊用途等内容，见表1所列。
　　表1 变压器的产品名称含义
　　
续表
 
　　设计序号：也称技术序号，用数字表示，表示同类产品中的不同品种，以区分产品的外形尺寸和性能指标等，有时会被省略。

　　额定容量：变压器的额定容量用“kVA”来表示，可以读作“千伏安”。变压器使用kVA作单位，原因是在负载没有确定的情况下，是不能得到有功功率（符号P，单位kW）和无功功率（符号Q，单位kvar）的大小的，只能使用kVA为单位表示功率，例如1kVA的变压器的输出功率约为1kW。

       高压侧额定电压：变压器的高压侧额定电压即为初级绕组输入端输入的额定电压值，一般用字母“kV”表示，例如10kV表示变压器初级绕组可输入10kV的电压。
 
2、变压器的主要技术参数

　　变压器的主要技术参数一般都标注在变压器的铭牌上，一般包括额定容量、额定电压、额定电流、冷却方式、额定频率、绝缘电阻、绕组联结组、相数、阻抗电压等，如图10所示。

图10　变压器铭牌上的技术参数标识
 
　　此外，变压器的技术参数还有空载损耗、负载损耗、温升方式、空载电流、吊重、油重、总重、运输重、油箱耐受真空能力等，如图11所示。

图11　变压器的其他技术参数
 
变压器在线路中的符号标识

　　变压器一般用于电气设备的控制线路以及配电线路中，是电气设备控制线路中比较常用的设备之一，因此了解变压器在线路中的符号标识也是非常重要的。变压器在线路中一般用字母“T”表示，并使用图形符号进行标识，如图12所示。

　　图12　变压器在线路中的符号标识
 
　　变压器的一般图形符号有两种，分别用于配电线路和电气线路中，其中电压输入端为变压器的初级绕组，电压输出端为变压器的次级绕组。此外带有磁芯或中心抽头的变压器，在其图形符号中也有所表示，如图13所示。

　　图13　变压器的图形符号
 

　　图14　三绕组变压器的图形符号
 
　　有些三相变压器在图形符号中还可以体现出变压器的连接方式，如图15所示。

　　
图15　三相变压器图形符号表示的连接方式
 
　　在实际的线路中，单相变压器的连接方式有两种，分别为串联方式和并联方式，如图16所示。变压器经串联可以得到较大的额定电压，而并联可以得到较大的额定电流。

　　图16　单相变压器在线路中的连接方式
 
　　三相变压器内部的绕组较多，最常用的就是星形（Y形）的联结方式，这种结构是指三相变压器的初级绕组以Y形进行联结，即每个绕组的末端连接到中性点上，绕组的另一端与相应的线路进行连接，如图17所示。

　　图17　三相变压器星形联结方式
 
　　三相变压器在线路中最常用的就是Y-Y形联结，即初级绕组和次级绕组均用Y形的联结方式，如图18所示。

图18　三相变压器Y-Y形联结方式
 
       变压器主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯。铁芯是变压器中主要的磁路部分，通常由含硅量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。变压器的内部组成中，铁芯是磁路畅通、能量转化、电力安全的重要功能与结构部分，从电力设备和电气安全方面变压器铁芯故障不容忽视。

变压器铁芯常见的故障类型及测试方式

1、变压器铁芯常见的故障类型
（1）铁芯碰壳、碰夹件。
（2）穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接。
（3）油箱内有异物，使硅钢片局部短路。
（4）铁芯绝缘受潮或损伤，如底沉积油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘、铁盒绝缘（纸板或木块）受潮或损坏等，导致铁芯高阻多点接地。
（5）潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，堆积在底部，在电磁引力作用下形成桥路，使下铁轨与垫脚或箱底接通，造成多点接地。
（6）运行维护差，不按期检修。
 
2、变压器铁芯故障的测试方法
（1）钳型电流表法（在线测量）。对铁芯外引的变压器用钳型电流表法，能准确地、不停电测试铁芯多点接地故障。
（2）色谱分析法（带电取油）。抽样进行色谱分析，若总烃明显增加，且气体中的甲烷、乙烯占主要成分，可能是铁芯多点接地或铁芯硅钢片间维缘损坏。
（3）绝缘电阻法（停电测试）。用2500伏摇表摇测铁心与外壳之间电阻，绝缘电阻在200兆欧及以上，说明铁芯绝缘良好。若测量值为200~400欧时，说明铁芯有高阻接地点；若测量值为1000欧以上时，流过地线的电流较小，且难以将故障排除，可继续运行，定期进行在线监测；若测量值为1-2欧，则判断铁芯有金属接地点，必须对变压器进行处理。