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變壓器常識(1)-1 冷壓硅鋼板返回目前，一般都采用晶粒取向冷軋硅鋼板作為鐵心導磁材料。由于晶粒取向冷軋硅鋼板種類與牌號較多，價格也不相同。所以，應較好地掌握其材料特性。 晶粒取向冷軋硅鋼板包括：傳統型、高導磁型和激光照射或等離子表面處理等。 (1) 厚度 : 最常用的是 0.3mm 。 0.35mm 以趨淘汰。還可選用 0.27mm 與 0.23mm 厚的。厚度越薄，單位損耗越低，疊片系數較小。 (2) 單位損耗 : 有二個概念，標準值與最大保證值。設計時最好以最大保證單位損耗作為計算值。 一般是保證 50Hz 或 60Hz 時 1.7T 下單位損耗值。 傳統型晶粒取向冷軋硅鋼板與高導磁冷軋硅鋼板是以 25cm 寬退火后疊片用方框試驗得出的結果為準。而激光處理與等離子處理硅鋼板是以單片試驗結果為準。 (3) 取向度 : 高導磁硅鋼板為 3 ，傳統型晶粒取向硅鋼板為 7 , 鐵心宜用全斜接縫結構。 (4) 磁感應強度，以 B8 表示，即激磁力為 800A/m 時磁通密度， B8 越高越好。 (5) 損耗的工藝系數與下列因素有關 毛刺大?。?硅鋼板彎曲度； 每疊片數及疊片工藝 ( 是否疊上軛 ) ； 接縫型式； 疊片重量的允差； 剪切時所受壓力。 (6) 硅鋼板對變壓器性能的影響。 硅鋼板材質與加工工藝影響變壓器的空載損耗、噪聲水平。 (7) 變壓器的各個工藝過程有不同的空載損耗。 硅鋼板取樣作入廠試驗； 鐵心疊完后未套繞組前； 套完繞組的器身工序； 成品變壓器； 沖擊試驗后。 一般應以沖擊試驗后空載損耗值作為出廠保證值，因沖擊試驗后，一般會使空載損耗有所增加。 但應注意，半成品試驗時，一般不能加全電壓，故應掌握某一百分數電壓時空載損耗與全電壓下空載損耗關系。 對超高壓、高壓變壓器而言，應做半成品空載試驗，一旦有問題總返工就要影響返工質量了。配電變壓器因批量大，可以不做半成品試驗，但對各加工工序要加強檢測。 (8) 鐵心的工作磁通密度不宜高，太高時會影響噪聲水平、空載損耗值、空載電流值及其諧波含量。 對各種冷軋硅鋼板，包括晶粒取向冷軋硅鋼、高導磁冷軋硅鋼板、激光照射處理或等離子表面處理高導磁硅鋼板、飽和磁通密度都是一樣的。變壓器常識(1)-2 空載損耗返回空載損耗指變壓器二次側開路，一次側加額率與額定電壓的正弦波電壓時變壓器所吸取的功率。一般只注意額定頻率與額定電壓，有時對分接電壓與電壓波形、測量系統的精度、測試儀表與測試設備卻不予注意。對損耗的計算值、標準值、實測值、保證值又混淆了。 如將電壓加在一次側，且有分接時，如變壓器是恒磁通調壓，所加電壓應是相應接電源的分接位置的分接電壓。如是變磁通調壓，因每個分接位置時空載損耗都不相同，必須根據技術條件要求，選取正確的分接位置，施加規(guī)定的額定電壓，因為在變磁通調壓時，一次側始終加一個電壓于各個分接位置。 一般要求施加電壓的波形必須為近似正弦波形。所以，一是用諧波分析儀測電壓波形中所含諧波分量，二是用簡便辦法，用平均值電壓表，但刻度為有效值的電壓表測電壓，并與有效值電壓表讀數對比，二者差別大于 3% 時，說明電壓波形不是正弦波，測出的空載損耗，根據新標準要求應是無效了。 對測量系統而言，必須選合適的測試線路，選合適的測試設備與儀表。因為導磁材料的發(fā)展，每公斤損耗的瓦數在大幅度下降，制造廠都選用優(yōu)質高導磁晶粒取向硅鋼片或甚至選用非晶合金作為導磁材料，結構上又發(fā)展了諸如階梯接縫與全斜無孔，工藝上采用不疊上鐵軛工藝，制造廠都在發(fā)展低損耗變壓器，尤其空載損耗已在大幅度地下降。因此對測量系統提出新的要求。容量不變，空載損耗下降是意味著空載時變壓器功率因數的下降，功率因數小就要求制造廠改變和改造測量系統。宜用三瓦特表法測，選用 0.05-0.1 級互感器，選用犄低功率因數的瓦特表，只有這樣，才能保證測量精度。在功率因數為 0.01 時，互感器的相位差為 1 分時會引起功率誤差 2.9% 。所以，在實際測量時還要正確選擇電流互感器與電壓互感器的電流比與電壓比。實際電流遠小于電流互感器所接的電流時，電流互感器的相位差與電流誤差越大，這會導致實測結果有較大的誤差，所以，變壓器吸取的電流應接近于電流互感器的額定電流。 另外，在設計中根據規(guī)定程序，參照所選用硅鋼片的單位損耗與工藝系數所算得的空載損耗，一般叫計算值。這個值要與標準中規(guī)定的標準值或與合同中規(guī)定的標準值或保證值對比。計算值必須小于標準值或保證值，不能在計算上吃寬裕度，尤其批量生的變壓器。另外計算值只對設計員或設計科內有效，沒有法律效應，不能用計算值來判斷產品的損耗水平。而標準上規(guī)定的標準值或合同上規(guī)定的保證值是法律效應的。超過標準值加允許偏差，或者叫保證值（保證值等于標準值加允許偏差）的產品即為不合格產品。如有損耗評價制度時，一般在合同上會指出，尤其出口產品，超過規(guī)定損耗值要罰款，空載損耗的罰款最高，歐洲各國的損耗評價值可參見變壓器雜志 1994 年第 11 期。每千瓦要罰幾千美元。這就是法律效應，并與經濟效益直接掛鉤。 對實測值的概念也要正確理解，不是互特表的讀數（或叫功率轉換器的讀數）就是實測值要換算到額定條件，并要有足夠的精度。對空載損耗的實測值而言，主要是電源的電壓波形要正弦波，平均值電壓表讀數與有效值電壓讀數之差小于 3% 。 綜上所述，眾所周知的空載損耗如不能正確理解，在設計與制造，或測量中有所誤解，會引起產品的不合格或根據合同要求被罰款。變壓器常識(1)-3 負載損耗 返回負載損耗是指額定電流下與參與溫度下的負載損耗。展開些說，所謂額定電流是指一次側分接位置必須是主分接，不能是其它分接的額定電流。對參考溫度而言，要看變壓器的絕緣材料的耐熱等級。對油浸式變壓器而言，不論是自冷、風冷或強油風冷，都有是 A 級絕緣材料，其參考溫度是根據傳統概念加以規(guī)定的，都是 75 。而干式變壓器的參考溫度都按公式算出，參考溫度等于允許溫升加 20 ，其物理概念是絕緣材料的年平均溫度。 A 級絕緣材料的參考溫度為 60 加 20 等于 80 ，它與油浸式（同為 A 級絕緣材料）的參考溫度 75 差 5 。干式變壓器的 E 級絕緣材料參考溫度為 95 ， B 級為 100 ， F 級為 120 ， H 級 145 ， C 級為 170 。負載損耗只是衡量產品損耗水平的一個參數，或者說是考核產品合格與否的一參數，而不是運行中的實際損耗值。運行中溫度是變量，負載電流也是變量，所以運行中負載損耗不是變壓器名牌上標定的負載損耗值，主要是運行溫度不等到于參考溫度。 另外，對比產品損耗水平時，尤其干式變壓器，一定要在規(guī)定參考溫度下對比。反過來，如 B 級與 H 級干式變壓器有相同負載損耗，因為參考溫度是在溫升限值的基礎上加以規(guī)定的，在實際運行中如都是額定負載，實際負載也接近相同。 在溫度換算時應注意，電阻損耗與溫度成正比，負載損耗中附加損耗與溫度成反比。所以應將負載損耗分解成二部分后再換算。在溫度換算時，對銅導線而言，參考溫度應按規(guī)定 35 加規(guī)定參考溫度值計算，測量負載損耗時溫度也應加班費 35 后再換算。 低損耗變壓器的負載損耗的功率因數較低，所以測量系統與測量設備與儀表的選取用與以前提到的測量空載損耗的要求相同。 負載損耗的計算值、標準值、保證值與實測的概念也與空載損耗相同。但是在實際測量中，所加電流不能低于 50% 額定電流。這是新標準的要求，否則實測值不能換算，即使換算也無效。負載損耗的評價值比空載損耗要低些，但負載損耗的絕對值大，如超出同樣的百分數，或同樣的測量誤差，其 z 絕對值還是大的。 空載損耗與溫度基本無關，而負載損耗是溫度的函數。 這里還要強調一下，如果產品要進行型式試驗，空載損耗是指沖擊試驗后的實測值，如果硅鋼片的漆膜質量不好，沖擊試驗后空載損耗會增加。測負載損耗時，繞組溫度應接近外圍溫度，在干燥出爐后不久，或注油的油溫比室溫高時不宜立即測量負載損耗，因為負載損耗是溫度的函數。另外，測負載損耗的時間要短，時間一長，繞組溫度會變。用作短接繞組的短路工具要有足夠的導電截面，短接大電流繞組時必須用螺栓擰緊。否則短路工具聯接不好時會在聯接處產生局部過熱，這部分熱量倒涌入繞組時會影響測量精度。 對有載調壓變壓器而言，在新標準里還有新的要求，除保證額定電流下，即主分接位置下的負載損耗外，還要保證最大與最小分接位置的負載損耗。對最大或最小分接位置的負載損耗，應通相應的分接電流。如最小分接位置不能保證滿容量而要降容量時，應取得用戶同意，或向用戶說明是按哪個標準或技術條件執(zhí)行。 附機的損耗，不包括在空載損耗與負載損耗中。這種損耗如風扇電機、潛油泵、有載分接開關操動機構中的電機等。這種損耗雖不加考核，但應盡量的低。如強油風冷卻器的風機與泵的損耗一般應在散熱功率的 5% 以下。即 100kW 以下。 對多繞組變壓器而言，負載損耗的保證值是指具有最大負載損耗的一對繞組在運行或繞組復合運行時的最大負載損耗。復合運行的繞組必須在技術條件上規(guī)定，即哪些繞組對哪些繞組供電。 在負載損耗計算時，應正確計算渦流損耗。只要是處漏磁場中的導線，不論導線中有無工作電流，此導線中有渦流損耗。如繞組變壓器在內外兩繞組運行時，中間繞組有渦流損耗；在主分接運行的繞組，對正分接匝數的導線內也有渦流損耗，用作內屏蔽或叫插入屏蔽、電容屏蔽的導線，此導線有電位無電流但有渦流損耗。 大容量變壓器應計及橫向漏磁引起的渦流損耗，故導線不宜過寬，螺旋式繞組的也不宜在均勻間隔內換位，繞組兩端的換位間應略大些。變壓器常識(1)-4 主磁通與漏磁通返回當變壓器中一個繞組與電源相聯后，就會在鐵心中產生磁通，在鐵心中由于激磁電壓產生的磁通叫主磁通，主磁通大小決定于激磁電壓的大小。額定電壓激磁時產生的主磁通不應使鐵心飽和，即此時的磁通密度不應飽和。主磁通是矢量，一般用峰值表示。 當變壓器中流過負載電流時，就會在繞組周圍產生磁通，在繞組中由負載電流產生的磁通叫漏磁通，漏磁通大小決定于負載電流。漏磁通不宜在鐵磁材質中通過。漏磁通也是矢量，也用峰值表示。 主磁通與漏磁通都是封閉回線，都是矢量，但不在同一相位上。主磁通在閉合磁路的鐵心中成封閉回路，但在飽和后會溢出鐵心成回路，漏磁通在開磁路結構件包括通過部分心柱或磁屏蔽成回路，主漏通與漏磁通在心柱內為矢量相加或相減，主磁通在鐵心內產生空載損耗，漏磁通在繞組內與結構件內產生附加負載損耗。主磁通在數量上有下列關系： Uk% 為變壓器阻抗電壓分數， 0 為主磁通， s 為漏磁通。 可以理解：漏磁通產生阻抗電壓，高阻抗電壓百分數的變壓器實質上是高漏磁變壓器。在這種變壓器中應采用漏磁回路控制技術，使漏磁在希望的回路中成閉合回路，以免過大的附加負載損耗或避免不應該有的局部過熱。 漏磁產生 4 的效應較多，除上述說明中提到的漏磁通會引起繞組內渦流損耗、換位不完全損耗、心柱小及疊片上渦流損耗、結構損耗外，還會引起機械力。 由于負載電流在高、低壓繞組沿軸向分布不均衡，即所謂安匝不平衡，還會引起附加的漏磁通。 繞組中負載電流產生的漏磁通為軸磁通（繞組端部有橫向漏磁通），不平衡安匝引起的漏通一般為橫向漏磁通。 即使導電材料內無負載電流，漏磁通會使處于漏磁場內無電流的導電材料中產生渦流損耗。 大容量變壓器與高阻抗變壓器中要合理控制漏磁通回路。 采用高壓 低壓高壓或低壓高壓低壓排列的繞組結構可使漏磁通密度降低。 另外要特別注意大電流引線產生的漏磁通，引線產生的漏磙這分布與繞組產生的漏磁通分布不同。 為減少引線漏磁通的影響，引線不宜靠箱壁很近； A 、 B 、 C 三相垂直引線靠近走線時三相漏磁通之矢量和可為零。引線通過箱蓋或箱壁引出時，如引線中通過電流較大，箱蓋上開孔處應用隔磁裝置。引線無法遠離箱壁或箱蓋時，宜將局部靠近引線的箱壁或箱蓋用不導磁鋼作結構件材料。引線漏磁通產生的局部過熱是特別應避免的技術問題。 總之，漏磁通引起的局部過熱是難予解決的問題。所以，在工廠的溫升試驗中應注意探測漏磁通引起的局部過熱，包括由油中含氣色譜分析的接測局部過熱的方法，現在也有用高性能液相色譜分析探測油中糠醛含量的方法來判明繞組中是否有不允許的熱點溫度存在，這一方法已在變壓器期刊中作了介紹。當然，最好是在繞組中埋入溫度傳感器以探險明繞組中是否有局部過熱存在，或者說，探險明漏磁通的集中區(qū)。 以上各種方法，在國內外是可行的，對高漏磁變壓器而言，要保證其運行可靠性，這些檢測是必不可少的，不是用計算機輔助設計作磁場分布分析所能代替的。 還有一點，也應特別注意的，如果大容量變壓器兩個繞組的磁中心不在同一水平上（設計上是在同一水平上的，制造上不一定在同一水平上）會有附加的橫向漏磁場存在。所以在繞組套裝前，應加強對高壓和低壓繞組磁中心是否一致的控制。 附帶強調一下，三相變壓器的電壓不平衡時（如單相短路）在變壓器中還有零序磁通。在三相三柱 Yyno 接法變壓器中還有三次諧波磁通，由于它在三個柱上都是同相位，且在空氣中成回路，故它們值是較小的。 變壓器常識(1)-5 噪聲式聲級水平返回一般的所謂聲級水平都有是指聲壓級水平的簡稱。 過去由于聲級水平沒有列入考核指標之內，隨著用電量的增加，變電所接近市區(qū)或居民區(qū)，環(huán)境法又對噪聲聲值在法律上加以限制。所以，變壓器對聲級水平提出了考核的參數，因此，對聲級水平就有進一步的理解。 聲級水平是指額定電壓與額定頻率下變壓器處于空載激磁條件時在規(guī)定輪廓回線上測得的聲壓級水平（ A ）加權值。因為屬于空載時的聲級水平，所以目前考核的聲壓級水平主要是由鐵心激磁時產生的磁致伸縮所引起的空載聲壓級水平。 聲級水平標準中規(guī)定的 Db(A) 值，也是指 A 加權聲壓級水平在空載時的值。 但是這一聲級水平是在離變壓器為規(guī)定距離輪廓線上的值，為計算任一距離的聲級水平，還必須根據聲級測量國家標準中規(guī)定的公式算出聲功率水平。由聲功率水平可換算成任一距離的聲級水平。 同時，變壓器的容易越來越大，負載電流引起的聲級水平就不可忽略了。故目前的標準中對負載電流引起的聲級水平也加規(guī)定了。 負載電流在箱壁的磁屏蔽中會產生噪聲，負載電流在繞組內也會產生噪聲。所以，大容量變壓器在滿載運行時測得的聲級水平為空載與負載下聲級水平之和。當然，兩者之和為對數之和，可根據國家標準的公式加以合成。 負載下聲級水平值與負載電流大小有關。將來我國國家標準也會對負載下聲級水平加以規(guī)定。 可利用做溫升試驗的機會測負載 下聲級水平值，如不做溫升試驗，那么也要做負載下聲級水平的測量。當然，這主要是對大容量變壓器的要求，尤其是大容量發(fā)電機用升壓變壓器必須進行負載下聲級水平測量。 另外，目前所謂低噪聲變壓器也是指空載電壓激磁下（施加電壓為額定電壓，電源頻率為額定頻率）測得的聲壓級 A 加權水平。對大容量變壓器而言，真正的低噪聲變壓器應是額定電壓，額定頻率并通過額定電流時為低聲壓級水平。 過激磁運行時，空載下聲壓級水平會提高，超名牌容量運行時，負載下聲壓級水平會增高。變壓器的磁通密度越高，鐵心中磁致伸縮越大，空載下聲壓級水平越高。在變壓器周圍設隔音墻可降低聲壓級水平。如將變壓器安裝在隔音室內更能大幅度地降低聲壓級水平。 為降低聲壓級水平，也可從結構與工藝上采取措施而加以解決。如鐵心采用階梯式接縫，疊完鐵心后在剪切邊緣上用樹脂漆粘合，防止鐵心的噪聲傳到箱底，繞組用恒壓干燥處理工藝，合理布置磁屏蔽位置并防止磁屏蔽噪聲傳到箱壁等等。 城網改造工程、居民小區(qū)、樓內安裝的變壓器都有需要低聲壓級水平。因此，這是一種值勤得發(fā)展的變壓器新品種。但在技術條件中必須明確：變壓器技術條件上規(guī)定的聲壓級水平是空載下還是空載下已包括負載下的值。這個值是在規(guī)定輪廓線上測得的值，如用戶要求的值離此輪廓線還有一段距離，那么通過聲功率級水平的換算，并換算到要求距離后再與用戶要求值對比。 還要了解，變壓器是安裝在敞開空間還是安裝在隔音室內。如不正確理解這些區(qū)別，就不能正確地發(fā)展這一新品種。 變壓器常識(1)-6 激磁涌流、空載電流、短時動穩(wěn)定電流、短時熱穩(wěn)定電流、暫態(tài)短路電流、穩(wěn)態(tài)短路電流 返回從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉變?yōu)榱硪粋€穩(wěn)定狀態(tài)時在這兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間存在著過渡時期。 平常所謂空載電流是指空載變壓器在額定電壓與額定頻率下激磁后在變壓器內流動的穩(wěn)態(tài)對稱空載電流。此值很小，一般只占額定電流的百分之幾或小于百分之一。但在變壓器上一合上額定電壓與額定頻率的電源時，在空載的變壓器合閘間，處于過渡過程的非對稱合閘空載電流叫激磁涌流，作用時間很短，逐漸衰減到穩(wěn)態(tài)空載電流，涌流峰值按指數曲線衰減，其時間常數為合閘側繞組電感量與電阻量之比。小容量變壓器在涌流時間常數較小，即很快過渡到穩(wěn)態(tài)空載電流，而大容量變壓器的涌流時間較大，要有一過程才過渡到穩(wěn)態(tài)空載電流。涌流一般以峰值表示，空載電流以均方根值表示。 空載電流是變壓器主要性能參數之一，在國家標準上有標準值與允許偏差的規(guī)定。在運行中要吸取無功容量。但涌流不是考核指標，它影響運行性能。合閘激磁涌流與鐵心參數，如硅鋼片特性中剩磁與飽和點、額定磁通密度，與繞組幾何形狀、匝數，與合閘時電壓瞬時值等參數有關。如合閘瞬間正好為電壓波形過零，鐵心中剩磁與瞬變磁通的符號相反，當電壓再過零時鐵心飽和合閘激磁涌流的峰值將最大，有時可能超過額定電流很多倍，可用時間繼電器使過流保護繼電器對持續(xù)時間不長的合閘激磁涌流峰值不靈敏，另外內部繞組合閘時的合閘激磁涌流要比外部繞組合閘時的合閘激磁涌流要大，但時間常數要短些。在變壓器做突發(fā)短路試驗時，因一側短路，另一側加全電壓時短路電流會與合閘激磁涌流疊加，所以，最好是內部繞組短接，而外部繞組加壓以避免鐵心飽和。短路 電流與涌流的差異在于涌流第一個波含二次諧波分量，而短路 電流第一個波不含二次諧波分量，可從波形中第一個波中諧波分量來區(qū)別短路電流與合閘激磁涌流。 合閘激磁涌流與暫態(tài)短路電流還有一點區(qū)別，合閘激磁涌流只在合閘側繞組中流（三相角接繞組中有合閘激磁涌流的感應分量，起降低合閘激磁涌流作用），暫態(tài)短路電流在高壓與低壓側繞組中都流過而且短路電流的倍數在兩側也相等。 當電壓波形達峰值時合閘，從合閘間開始即達穩(wěn)態(tài)空載電流，鐵心也不存在飽和現象，所以，這種合閘條件不存在合閘激磁涌流。這一點與短短電流一樣，當電壓 波形達峰值時發(fā)生短路，從短路瞬間開始即達穩(wěn)態(tài)短路電流。 還有一點要注意，空載電流也會呈非線性。當變壓器在過激磁情況下運行，穩(wěn)態(tài)空載電流是較差的非線性電流，但此時穩(wěn)態(tài)空載電流含較多的 3 次、 5 次諧波分量，一般以 5 次諧波分量表示過激磁空載電流特性。不論空載電流是否含諧波分量，穩(wěn)態(tài)空載電流（包括過激磁時）的波形都是對稱，為對稱非線性或對稱線性波形。 短時動穩(wěn)定電流為過渡過程中衰減的非對稱短路電流的峰值，短時熱穩(wěn)定電流為規(guī)定時間內穩(wěn)態(tài)對稱短路電流的均方根值。 用動穩(wěn)定電流考核變壓器承受動穩(wěn)定效應的能力，即承受短路電流產生的機械力的能力；用熱穩(wěn)定電流考核變壓器承受外部短路時的熱效應的能力。在 2s 內的熱穩(wěn)定電流作用下，銅導體制成的繞組的平均溫度應小于 250 。實際上是對短路電流密度作一限制。 暫態(tài)短路電流是指整個短路電流過渡期間非對稱短路電流的衰減電流。電壓波形過零時短路，暫態(tài)短路電流的第一個峰值最大，可達 1.8 倍穩(wěn)態(tài)短路電流均方根值。暫態(tài)短路電流峰值也按指數曲線衰減，其時間常數為整臺變壓器的電感量與電阻量之比。這與涌流時間常數僅與合閘側繞組的電感量與電阻量之比有關。大容量變壓器的短路電流衰減時間常數要比小容量變壓器的電流衰減時間常數要大，也就是說大容量變壓器會遭到較多個峰值很大的短路電流的作用，因此，宜用快速繼電器在短暫時間內使斷路器動作將短路電流切除。 穩(wěn)態(tài)短路電流是短路電流過渡過程結束后的對稱短路電流均方根值。穩(wěn)態(tài)短路電流的長時間作用會對繞組或引線，分接開關或套管產生熱效應，靠斷路器動作解除對變壓器的熱效應。 變壓器本身應承受住短時動穩(wěn)定電流與短時熱穩(wěn)定電流產生的機械力與熱的效應。 在變壓器設計要進行繞組中安匝平衡計算內繞組失穩(wěn)計算，各個繞組動態(tài)與靜態(tài)應力計算，對短路電流密度限制到 2s 內銅導體平均溫度小于 250 。在工藝上加墊塊進行密度壓處理，繞組進行恒干燥處理，各繞組的磁中心要一致。尤其注意繞組中換位與段到段過渡處的機械強度，不能在機械力作用發(fā)生匝間到段間短路。 變壓器常識(1)-7 絕緣水平 返回絕緣水平是變壓器能夠承受住運行中各種過電壓與長期最高工作電壓作用的水平。 在電力系統中一般都用非線性元件，即避雷器限制電力系統的過電壓水平，如電力系統遭受過電壓時，如雷電過電壓，由于非線性特性的避雷器在高電壓時，電阻值降低，致使對地擊穿放電，放電后，在避雷器閥片上有殘壓存在，不同電壓等級的避雷器具有不同的殘壓值，變壓器應能承受住作用到變壓器的殘壓。以絕緣水平是按絕緣配合決定的，用不同特性的避雷器保護變壓器時，變壓器可選用不同的絕緣水平，或者說，變壓器可有不同的試驗電壓。一般有下列幾種避雷器，普通閥式、磁吹閥式、碳化硅避雷器、氧化鋅避雷器。高壓與超高壓系統一般用性能較高的氧化鋅避雷器。超高壓變壓器用氧化鋅避雷器保護時，試驗電壓與最高系統電壓之比值在降低。下表為幾個代表性電壓等級的試驗電壓： 電壓等級kV 設備最高電壓Um ， kV rms 額定全波沖擊耐受電壓 kVp K 35 40.5 200 3.5 220 252 950 2.7 330 363 1175 2.3 500 550 1550 2.0 上表中 k 為額定全沖擊耐受電壓與 Um 之比值。 Um 超高， k 越小。 對 Um 252kV 的變壓器，更應注意變壓器能承受住雷電沖擊電壓的作用。對 Um=550kV 的變壓器，則應注意長期工作電壓的作用。 從總的原則來講，變壓器的絕緣水平應高于避雷器的保護水平，這就是絕緣配合。變壓器沒有避雷器保護時是不能運行的。避雷器的性能越好，變壓器的試驗電壓可越低。變壓器的 Um 越高，長期最高工作電壓越重要。 變壓器的試驗電壓種類： (1)Um 126kV 1min 工頻試驗電壓、全波與截波雷電沖擊試驗電壓。 (2 ） Um=252kV 除 Um 126kV 的試驗電壓外，還有局部放電試驗電壓。 （ 3 ） Um=363kV 與 550kV 除 Um=252kV 的試驗電壓外，還有操作波沖擊試驗電壓。 Um=550kV 的變壓器還要做油流帶電試驗。 如果變壓器與 GIS （氣體絕緣變電站）相聯時還要考慮特快瞬變過電壓（ VFTO ）的作用，應加試陡截波試驗電壓。 各種電壓沿繞組的分布是不同的。 沿繞組作線性分布的電壓有：長期工作電壓、感應試驗電壓、局部放電試驗電壓、操作波沖擊試驗電壓。在作這些試驗時，繞組都不同短路。 沿繞組作非線性分布的電壓為雷電沖擊試驗電壓，包括全波與截波沖擊試驗電壓。作雷電沖擊試驗時，非被試驗組應兩端短接并接地。 為驗證變壓器能否承受住試驗電壓的作用，可用場強低于允許值來事先控制。在試驗時 Um 126kV 變壓器而言，主要是從試驗電壓下有沒有放電或擊穿來考核，對 Um 252kV 變壓器現時言，主要是從局部放電試驗電壓下局部放電量來考核。所以對 Um 252kV 變壓器現時言，應控制局部放電試驗電壓下場強低于允許值，長期最高工作電壓下場強也要低于允許值。 要保證變壓器能具有一定的絕緣水平，還應注意試驗電壓的傳遞作用，如高壓繞組在作沖擊試驗時，低壓繞組雖兩端接地，但通過靜電電容感受應，在低壓繞組中部會有感受應沖擊電壓；低壓繞組與低壓側引線的局部放電會傳遞到高壓繞組。 所以說，變壓器的絕緣水平是對整臺變壓器而言的，決不是對某一繞組而言，應使整臺變壓器能具有承受住各種試驗電壓作用的要求。在運行時，變壓器的每一側，即高壓、中壓與低壓側，都應有相應的電壓等級的避雷器保護。即使是配電電壓 0.4kV 側也應有非線性保護元件保護。 變壓器承受過電壓的能力還與變壓器繞組的接法有關。如多雷地區(qū)用的配電變壓器應選 Yzn11 接法。還應注意，試驗電壓分對地與相間兩大類；對 Um 252kV 變壓器而言，對地試驗等到于相同試驗電壓； Um 363kV 變壓器的相間試驗電壓大于對地試驗電壓。對 Um=550kV 三相變壓器而言，操作波沖擊試驗電壓與感應試驗電壓的相間值約為對地值的 1.5 倍。 變壓器常識(1)-8 環(huán)境影響 返回(1) 氣候環(huán)境 a. 海拔高度 在海拔高度為 1000m 及以下地區(qū)使用的變壓器可不考慮海拔高度的影響。 在海拔高度為 1000m 以上地區(qū)使用的變壓器必須考慮高海拔處的空氣比較稀薄，它對變壓器的散熱與外絕緣的電介質穩(wěn)定性有影響。 因此，對海拔高度 1000m 的高海拔地區(qū)使用的變壓器必須在合同上規(guī)定產品運行地點的海拔實際高度，以便制造廠考慮變壓器的溫升限值以及外絕緣的最小空間隙。一般是加強套管的外絕緣，加大沿面泄露距離與對地跳電距離，加大套管間與套管對地部件的空氣間隙尺寸。如制造廠位于正常海拔地區(qū)，那就可以按降低的升限值控制高海拔地區(qū)變壓器的溫升限值。 對溫升限值而言，是以 1000m 以上的每 500m 為一級，側得的溫升不得超過按每 500m 為一級而降低的溫升限值；油浸自冷每 500m 降 2% ，油浸風冷嘲熱諷及強油風冷嘲熱諷為 3% ，干式自冷每 500m 降 2.5% ，干式風冷為 5% 。如在 1800m 處運行的油浸風冷式變壓器線圈平均溫升限值為： (65-2 0.03 65) 61.1K 油面溫升限值： (55-2 0.03 55) 51.7K 如果使用部門提供的高海拔運行地點的環(huán)境溫度比正常規(guī)定的環(huán)境溫度低，且符合每升高 1000m 降低 5 及更多時，則認為變壓器在高海拔運行時，由于散熱條件降低而使溫升增加的影響已由環(huán)境溫度的降低所補償。用于高海拔地區(qū)變壓器在正常海拔制造廠試驗時溫升限值可不予校正?？稍诤贤厦鞔_這一點。這樣，變壓器可以更為經濟，更為便宜。 油浸式變壓器外絕緣距離按每超過 1000m 以上的 100m 加大 1% ，干式變壓器每超過 1000m 以上的 500m 加大額定短時工頻耐受電壓值 6.25% 。 b. 風速 通常規(guī)定在地面上某一距離在一段時間內的最大風速值。如地面上 10m 處， 10min 內為 35m/s 的風速。 風速對套管及裝在變壓器油箱上的附屬設備有影響。對上述的地面上 10m 處， 10min 內為 35m/s 的風速而言，對設計在每臺變壓器上配裝的套管、儲油柜、散熱器或冷卻器等附件時，應考慮此風速在機械上的影響。 c. 濕度 以某一溫度下的百分值表示相對溫度。 在高溫度下有高相對濕度時，易繁殖霉菌對油箱表面的噴漆有影響。另外，高溫下的高對濕度在溫度變化時，如溫度下降，相對溫度增加，這就易凝成水，使套管的沿面表面電阻下降。高濕度還影響金屬的腐蝕。 一般產品應按 25 時相對濕度為 90% 考慮。如有特殊要求，可在合同上注明。 d. 溫度 外圍環(huán)境濕度是指空氣自然變化的溫度。日外圍溫度的自然變化規(guī)律是正弦形式變化（見圖 1 ） 年外圍攻溫度的自然變化規(guī)律是雙重正弦函數形式變化（見圖 2 ）。 變壓器正常使用條件的溫度值： 在風速為 0.5m/s 下日照為 0.1w/cm 2 時，對變壓器而言。這是正常使用條件。日照輻射能量影響箱蓋溫升與變壓器油頂層溫升。對強油循環(huán)變壓器而言，對溫升限值無影響。 i. 暴雨 有暴雨地區(qū)，可提請制造廠供應相應泄漏比距，和一定跳距的套管，以防不必要的對地閃絡。 (2) 地質環(huán)境 主要是考慮變壓器能承受地震力。正常使用條件中規(guī)定的地面水平加速度小于 0.2g 。當變壓器安裝地點屬地震區(qū)時，可在訂貨時指明變壓器應承受住的里氏地震裂度。 對變壓器內部結構而言，由于已考慮在運輸中已能較好的固定緊，并已能承受短路電流產生的機械應力，因此，變壓器內部不受地震裂度的影響。主要是高壓與超高壓套管連同升高座的耐地震力。 為防止氣體繼電器在地震時的誤動，可供雙接點串聯聯的干簧式接點的氣體繼電器，如用戶要將小車固定在地基軌道上時，只要在合同中指明可提供特殊的固定裝置，以防地震時變壓器從軌道上跳出。 里氏地震裂度 地面水平加速度 g 地面垂直加速度 g 9 度 0.4 0.2 8 度 0.25 0.125 7 度 0.2 0.1 (3) 生態(tài)環(huán)境 a. 污染 污染對套管沿面放電強度有影響，對表面噴漆有影響，可根據不同污染水平，選取一定泄漏比的套管。根據國標，共有下列幾種泄漏比可供選用。 0 級 14.8mm/kV 級 16mm/kV 相當于復鹽密度 0.05mg/cm 2 級 20mm/kV 相當于復鹽密度 0.1mg/cm 2 級 25mm/kV 相當于復鹽密度 0.2mg/cm 2 級 31mm/kV 相當于復鹽密度 0.4mg/cm 2 泄漏比是指套管最小公稱沿南爬電距離與最高工作電壓 Um 之比。 爬山電距離增加時，跳電距離也應增加，使爬距 / 跳距 3.5 。 b. 沿海環(huán)境 沿?？諝庵泻}霧，它影響套管爬山距，金屬腐蝕?？捎玫戎蝶}密量來表示套管必須具有的泄漏比，已在泄漏比中列出等值鹽密。 等值鹽密量是指套管絕緣表面上污穢沉淀物的等值氯化鈉量。將套管絕緣表面上的全部污穢積物以及上述等值直鹽密量的氯化鈉分別溶解在相同體種的蒸餾水中，它們具有相同的體積電導率，是化學上的電性能相等的意義上的一種量，不是指閃絡電壓相同的條件下的相對應鹽密。 C. 其他 霉菌的分泌物會污染油漆，昆蟲會影響風冷卻器的散熱面（昆蟲將散熱面堵?。Ｔ谄綍r應用壓縮空氣清理風冷卻器表面與散熱面。 水冷卻時如用海水、或水中有懸浮雜質應向制造廠家說明。 (4) 為免除套管受各種因素的影響，可選用直接式或間接式電纜出頭，低壓套管可用封閉母線保護，變壓器與可供油 /SF 套管，以便與 GIS 聯。變壓器常識(1)-9 額定容量與負載能力 返回額定容量是指主分接下視在功率的慣用值。在變壓器名牌上規(guī)定的容量就是額定容量，它是指分接開關位于主分接，是額定空載電壓、額定電流與相應的相系數的乘積。對三相變壓器而言，額定容量等于 額定空載線電壓 額定線電流 , 額定容量一般以 kVA 或 MVA 表示。額定容量是在規(guī)定的整個正常使用壽命期間，如 30 年，所能連續(xù)輸出最大容量。而實際輸出容量為有負載時的電壓（感性負載時，負載時電壓小于額定空載電壓）、額定電流與相應系數的乘積。 對無載調壓變壓器而言，在 5% 的分接位置時 , 可輸出額定容量 , 低于 5% 的分接位置時要降低輸出容量。 對有載調壓變壓器而言，一般制造廠都規(guī)定在 10% 分接位置時仍可輸出額定容量 , 低于 10% 分接位置時降低額定容量 . 以上都是對恒磁通調壓電力變壓器或配電變壓器而言。對變磁通調壓電爐變壓器或整流變壓器而言，額定容量是指最大輸出容量，多數分接位置下輸出容量都小于額定容量。 在實際運行時，變壓器還有一個負載能力，額外負擔定容量決不是變壓器的負載能力。負載能力是指變壓器僅僅在所確認的一定時間間隔內所能夠輸出的實際容量值。這個容量值是由變壓器在所認定的時間間隔內的運行條件而決定，或者由是否損害其正常使用壽命，是否增加其絕緣的自然老化，是否危及變壓器的安全運行而決定。負載能力可以超過額定容量，但是負載能力有一上限值，即繞組熱點溫度不能超過 140 ，超過 140 時會使繞組熱點溫度附近的油分解出氣體，影響安全運行，繞組熱點溫度雖未超過 140 ，油溫超過 115 時，由于熱和電的復合作用，會影響油的許用場強。繞組熱點溫度超過 98 時會影響變壓器使用壽命。 由于急救的需要，變壓器的實際負載能力可超過額定容量，但要保證繞組熱點溫度不能超過 140 ，犧牲的使用壽命，要用低于額定容量運行時所增加的壽命來補償。在急救超過名牌容量運行時，負載損耗要比額定負載損耗高得多。負載下輸出電壓要比額定空載電壓低得多，效率也差。 自耦變壓器的額定容量是指通過容量，真正結構容量比額定容量小得多。自耦變壓器的輸出容量中僅有部分是屬于電磁感應過去的容量，一部分輸出容量是直接通過的。 三繞組變壓器的額定容量一般以百分數表示每個繞組的額定容量，如 100% /100%/100% 是指每個繞組都能達到額定容量， 100%/100%/60% 是指低壓繞組只能達到 60% 額定容量。 自耦變壓器的低壓繞組一般都達不到額定容量，如以 100%/100%/50% 表示時，低壓繞組只能達 50% 額定容量。 另外，當一臺變壓器具有幾種冷卻方式時，額定容量是指最大容量，改變冷卻方式時要改變輸出容量。 一臺變壓器有三種不同冷卻工況時，如強迫油循環(huán)風冷、油浸風冷、油浸自然冷卻方式三種不同冷卻工況運行的變壓器，相應于每種冷卻方式的額定容量以百分數表示時，為 100%/80%/60% 。強迫油循環(huán)風冷時可輸出 100% 額定容量，當冷卻泵運時為油浸風冷下可輸出 80% 額定容量，即泵停運時，輸出容量要降低 20% ，當冷卻泵與冷卻風扇都停運時，為油浸自冷下不僅可輸出 60% 額定容量，即泵與風扇都有停運時，輸出容量要降低 40% 額定容量。不同冷卻工況下相應的輸出容量與冷卻裝置結構有關，某些結構的冷卻器只能在強迫油循環(huán)風冷下運行，泵停用時要在較短時間內將輸出容量降為零。 100%/80%/60% 三種不同冷卻方式的容量是指散熱器式冷卻裝置加泵與風扇構成。 三種不同冷卻工況運行的變壓器可具有三個額定容量，但性能參數都以最大額定容量為基準。每種冷卻方式的額定容量都以溫升不超過規(guī)定限值為基準。 變壓器常識(1)-10 最高分接電壓與系統最高工作電壓返回以電壓比為 115000 8 1.25%/11000V 的三相變壓器為例。使用這臺變壓器的系統額定電壓為 110kV ，系統最高長期工作電壓 Um=126kV ，也就是說，作用在變壓器上的系統電壓是隨負載性質與大小在變化著，但最高值不會超過 126kV ，系統最高工作電壓 Um 是對系統而言的電壓。電壓比中最高分接電壓是按額定電壓計算出的，或者是按變壓器繞組匝數算出的電壓 。對上述 110kV 三相變壓器而言，最高分接電壓 115+10% 115=126.5kV 。這是對變壓器而言相對于最高分接匝數時的標稱最高分接電壓。 對降低變壓器而言，當系統最高工作電壓為 126kV 時，變壓器分接位置為最高分接匝數時，即 126.5kV ，此時，當變壓器為空載時，空載電壓僅 10957V 。 對升壓變壓器而言，當低壓側為 11000V 時，高壓側不能在最高分接位置時空載運行，因高壓側最高空載電壓 126.5kV 已超過系統最高工作電壓 。如果系統已接一定負載，變壓器高壓側負載下電壓就低于最高空載電壓 （變壓器本身阻抗會在包載電流通過時產生壓降）。 另一種情況，對恒磁通調壓變壓器而言，變壓器的分接電壓為 115000+3 1.25% 115000=119312.5V ，而系統電壓為 126000V 時，此時，變壓器就過激磁運行，此降壓變壓器在空載時的低壓空載電壓為 V, 這一電壓也已超過 10kV 級系統最高工作電壓 Um 為 11.5kV ，此時不能在此分接位置空載運行。負載下運行時低壓側電壓會低些。 對自耦變壓器、三繞組變壓器都應根據變壓器本身電壓比核算變壓器本身的空載或負載下電壓 ，加到系統上的電壓 要限制在 Um 以下。 系統最高工作電壓 Um 還決定變壓器的絕緣水平，在變壓器使用壽命期間，變壓器應承受住系統最高工作電壓的長期作用。 套管外絕緣的泄漏比是按系統最高工作電壓 Um 計算的。 局部放電試驗時所加電壓也按 Um 計算，不是按額定電壓計算。 感應試驗所加電壓是按電壓比計算。 最高分接位置時阻抗電壓分數是以最高電壓為基準，不是以額定電壓為基準，主分接時阻抗電壓百分數是以額定電壓為基準。最小分接位置時阻抗電壓百分數是以最小分接電壓為基準。 綜上所述，最高分接電壓是指變壓器按匝數計算而得的電壓 ，它在數值上可以高于系統最高工作電壓 。在運行時感應出的最高分接電壓不能高于系統最高工作電壓。系統最高工作電壓對某一絕緣等級而言有一規(guī)定固定值。 還有一點應注意，同一電壓等級的 Um 值在各國略有不同。如 110kV 的 Um ，在國內為 126kV ，而 IEC 標準規(guī)定為 123kV ； 220kV 的 Um ，在國內為 252kV ， IEC 標準規(guī)定為 245kV 。對 63kV 而言，新的國標中規(guī)定 Um=72.5kV ，這與 IEC 標準規(guī)定值是一致了。變壓器常識(1)-11 恒磁通調壓與變磁通調壓返回恒磁通調壓一般用于電力變壓器與配電變壓器的調壓。不論分接開關在哪個位置，不帶分接的繞組始終為額定空載電壓的調壓方式為恒磁通調壓。有分接的繞組上每匝所施加的電壓與無分接繞組的每匝電壓相等的情況就是恒磁通調壓。 在恒磁通調壓中，每個分接位置的輸出容量是等于或小于額定容量，空載損耗值在每個分接位置時都是相等的。每個分接位置的負載損耗與阻抗電壓都是不同的。恒磁通調壓時分接開關的選用都按最小分接位置時最大分接電流選取，并要考慮過載能力。 對恒磁通調壓變壓器而言，不是所有運行情況下都是恒磁通下運行，仍有過激磁與欠激磁的可能。 當分接位置固定時，外施電壓高于相應的分接電壓時，即每匝電壓高于額定匝電壓，鐵心中即存在過激磁，根據標準規(guī)定，恒磁通調壓變壓器應能在 110% 額定磁通密度下長期空載運行，或在 105% 額定磁通密度長期在額定電流下運行。系統中無功容量不足，系統電壓偏低，會使變壓器在欠激磁下運行。在運行中，如果每匝電壓雖保持相同，系統的頻率變化時也會引起過激磁與欠激磁。在運行中，如發(fā)電機功率不足，系統中頻率會下降，變壓器中磁通密度即增加，使變壓器在過激磁條件下運行。 為保持二次側始終為恒定電壓輸出，就可利用高壓側加有載調壓分接開關來實現。 所以，恒磁通調壓只是理論上存在一種調壓方式，在設計上相當于每匝電壓在任何分接位置都相同的一種調壓方式，在實際運行中，恒磁通調壓變壓器鐵心中磁通密度仍是會變動的。 變磁通調壓一般用于整流變壓器與電爐變壓器。 調壓用的分接匝數設在一次側，而一次輸入電壓為恒定值。因此，不同分接位置時會產生不同的每匝電壓，在鐵心中磁通密度也是變量。 自耦變壓器有時采用中點調壓方案，此時可選用較低絕緣等級的有載調壓分接開關。在自耦變壓器的中點調壓方案中，會產生過激磁與欠激磁。這是由于調壓匝數加在公共繞組上的原因，調壓匝數產生的電壓既影響一次又影響二次電壓。當自耦變壓器的電壓比越接近時，過激磁與欠激磁現象越嚴重。電壓經接近的自耦變壓器一般不選用中點調壓方案。變壓器常識(1)-12 油浸式變壓器冷卻方式選擇 返回油浸式變壓器可有自冷式、風冷式、強油風冷或水冷式冷卻方式可供選擇。 隨著低損耗技術的發(fā)展，采用油浸、自冷式冷卻的容量上限制在增加， 40000kVA 及以下額定容量的變壓器可選用油浸自冷冷卻方式。優(yōu)點是不要輔助供風扇用的電源，沒有風扇所產生的噪聲，散熱器可直接持在變壓器油箱上，也可集中裝在變壓器附近，油浸自冷式變壓器的維護簡單，始終可在額定容量下運行。 如選用可膨脹式散熱器，變壓器可不裝儲油柜并可設計成全密封型，維護量更少了，一般可在 2500kV 及以下配電變壓器上采用。 風冷式散熱器是利用風扇改變進入散熱器與流出散熱器的油溫差，提高散熱器的冷卻效率，使散熱器數量減少，占地面積縮小。 8000kVA 以上容量的變壓器可選用風冷冷卻方式。但此時要引入風扇的噪聲，風扇的輔助電源。停開風扇時可按自冷方式運行，但是輸出容量要減少，要降低到三分之二的額定容量。對管式散熱器而言，每個散熱器上可裝兩個風扇，對片式散熱器而言，可用大容量風機集中吹風，或一個風扇吹幾組散熱器。 強油風冷式水冷是采用帶有潛油泵與風扇的風冷卻器或帶有潛油泵的水冷卻器。一般用于 50000kVA 及以上額定容量的變壓器。強油風冷冷卻器可持在油箱上或單獨安裝。根據國內習慣，一般在變壓器上多供一臺備用冷卻器。這是供有一臺冷卻器有故障需維修時使用。由于不是額定容量下運行時，變壓器可停運一部分冷卻器，對停用冷卻器而言，潛油泵不能倒轉，因此，每臺冷卻器上應有逆止閥，使油只能沿一個方向流動。 對強油冷卻方式應注意幾個問題： (1) 油泵與風扇失去供電電源時，變壓器就不能運行，即使空載也不能運行。因此應有兩個獨立電源供冷卻器使用。 (2) 潛油泵不能有定子與轉子掃膛現象，金屬異物進入繞組會引起擊穿事故。 油路設計時不能使?jié)撚捅卯a生負壓，有負壓時勿吸入空氣，影響絕緣會引起擊穿事故。 (3) 強油冷卻的油面溫升較低，不能以油面溫度來判斷繞組溫升。尤其強油水冷，繞組溫升接近規(guī)定限值時，油面溫升很低。 (4) 超高壓變壓器采用強油冷卻時還應防止油流放電現象。在繞組內油路設計時，應防止油的紊流，限制油流速度，選用合適電阻率的油，絕緣件表面要光滑，鐵心上應有足夠體積使油釋放電荷。防止油流帶電發(fā)展到油流放電。在啟動冷卻器時可逐個啟動到應投入的冷卻器數。 (5) 選用大容量冷卻器時應注意油流不能短路，要使冷卻后的油能進入繞組。 (6) 選用水冷卻器時應注意冷卻水的水質，冷卻水內有雜質，易堵住冷卻器而影響散熱面。水壓不能大于油壓。 (7) 強油風冷變壓器外有隔墻時，隔墻應離冷卻器 3m 以上，以免干擾空氣自由運動。 選用散熱器或強油風冷冷卻方式，此時，停泵時可按 80% 額定容量運行，停泵與停風扇時可按 60% 額定容量運行，但安裝面積要足夠。 變壓器常識(1)-13