變壓器的原理和分類

變壓器的基本知識

設(shè)備動力部趙建華

2014年6月18日

變壓器是一種根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的電器設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)和電子線路中，在測量系統(tǒng)中也是一種不可缺少的電器設(shè)備。

變壓器是一種十分常見的電氣設(shè)備。按其用途的不同可分為電力變壓器和特殊變壓器兩大類。應(yīng)用于電力系統(tǒng)變配電的變壓器稱為電力變壓器，常見的有升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器等。如果是針對某種特殊需要而制造的變壓器，稱為特殊變壓器。例如，礦用防爆變壓器、整流變壓器、高壓試驗變壓器、儀用變壓器、自耦變壓器、電焊變壓器、音頻變壓器、高壓變壓器和電爐變壓器等等。變壓器的分類與作用一般常用變壓器的分類可歸納如下：1、按相數(shù)分：1）單相變壓器：用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。2）三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。2、按冷卻方式分：1）干式變壓器：依靠空氣對流進行自然冷卻或增加風(fēng)機冷卻，多用于高層建筑、高速收費站點用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。主要分類

2）油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。3、按用途分：1）電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓。2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。3）試驗變壓器：能產(chǎn)生高壓，對電氣設(shè)備進行高壓試驗。4）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調(diào)整變壓器、電容式變壓器、移相變壓器等。主要分類4、按繞組形式分：1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。2）三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等級。3）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。主要分類5、按鐵芯形式分：1）芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導(dǎo)磁材料，空載電流下降約80%，是節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低地方。3）殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。主要分類

要正確使用變壓器，必須首先搞清楚變壓器的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)：１．型號由字母和數(shù)字組成，字母表示的意義為：Ｓ表示三相，Ｄ表示單相，Ｋ表示防爆，Ｆ表示風(fēng)冷等。例如，Ｓ９－５００／１０，Ｓ９表示三相變壓器的系列，它是高效節(jié)能變壓器；５００表示容量，單位為千伏安。10表示電壓，單位為千伏。變壓器的技術(shù)指標(biāo)1）:S7-315/10變壓器即三相（S）銅芯10KV變壓器,容量315KVA,設(shè)計序號7為節(jié)能型.2）：scr9-500/10，s11-m-100/10S--三相C--澆注成型（干式變壓器）r纏繞型9（11）--設(shè)計序號500（100）--容量（KVA）10--額定電壓（KV）m--密閉變壓器的技術(shù)指標(biāo)3）：SFPZ9-120000/110指的是三相（雙繞組變壓器省略繞組數(shù)，如果是三繞則前面還有個S）雙繞組強迫油循環(huán)風(fēng)冷有載調(diào)壓，設(shè)計序號為9，容量為120000KVA，高壓側(cè)額定電壓為110KV的變壓器。變壓器的技術(shù)指標(biāo)

２．連接組別Ｙ／Ｙ０表示三相變壓器的接法及高低壓繞組線電壓之間的相位關(guān)系。例如，Ｙ／Ｙ０－12，Ｙ表示高壓繞組呈星形聯(lián)結(jié)，Ｙ０表示低壓繞組呈星形聯(lián)結(jié)且有中線，12表示一次、二次繞組線電壓的相位相同，即同相。關(guān)于三相變壓器繞組的連接方法，以后再進一步介紹。變壓器的技術(shù)指標(biāo)

３．阻抗電壓變壓器的一個繞組短路，另一個繞組輸入電壓使一次、二次繞組的電流分別達到額定值，則該輸入電壓為阻抗電壓，或稱為短路電壓。４．額定電壓變壓器銘牌上有兩個額定電壓，即一次側(cè)額定電壓和二次側(cè)額定電壓。一次側(cè)額定電壓是指一次側(cè)正常工作時的電壓，它是根據(jù)變壓器的絕緣程度和允許的發(fā)熱條熱條件決定的。變壓器的技術(shù)指標(biāo)

使用時，電源的電壓必須與一次側(cè)電壓相等，否則變壓器不能正常工作。二次側(cè)額定電壓是指一次側(cè)加上額定電壓后二次側(cè)的空載電壓。５．額定電流額定電流是指根據(jù)變壓器允許的發(fā)熱條件而規(guī)定的電流值，使用時變壓器的電流不應(yīng)超過額定值。對于三相變壓器，額定電流是指線電流。變壓器的技術(shù)指標(biāo)

６．額定容量以變壓器二次繞組的額定視在功率表示，它反映變壓器正常工作運行時可能傳輸?shù)淖畲箅姽β?。單位為ｋＶＡ或ＭＶＡ。忽略損耗，額定容量可表示如下：單相ＳＮ＝Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈Ｕ１ＮＩ１Ｎ三相ＳＮ＝３Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈３Ｕ１ＮＩ１Ｎ式中：Ｕ１Ｎ、Ｕ２Ｎ及Ｉ１Ｎ、Ｉ２Ｎ分別為一、二次側(cè)的額定線電壓、額定線電流。變壓器的技術(shù)指標(biāo)

６．額定容量以變壓器二次繞組的額定視在功率表示，它反映變壓器正常工作運行時可能傳輸?shù)淖畲箅姽β?。單位為ｋＶＡ或ＭＶＡ。忽略損耗，額定容量可表示如下：單相ＳＮ＝Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈Ｕ１ＮＩ１Ｎ三相ＳＮ＝３Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈３Ｕ１ＮＩ１Ｎ式中：Ｕ１Ｎ、Ｕ２Ｎ及Ｉ１Ｎ、Ｉ２Ｎ分別為一、二次側(cè)的額定線電壓、額定線電流。變壓器的技術(shù)指標(biāo)

1．２．１電源變壓器在電子儀器中，一般都有電源變壓器，以便將電網(wǎng)交流電壓變成所需要的數(shù)值不同的電壓，經(jīng)過整流后再變成直流電壓，供給電子線路使用。電源變壓器的容量不大，一般為幾十伏安。１．結(jié)構(gòu)電源變壓器的鐵心是由硅鋼片疊壓而成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種。熱軋硅鋼片通常沖制成Ｅ字形，繞組套在中間柱上，做成殼式，如圖1．２．１所示。冷特種變壓器及變壓器產(chǎn)品軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能有方向性，順著碾壓方向?qū)Т拍芰?，所以先將其卷成環(huán)狀，然后切成兩半成Ｃ形，將繞組分別套在兩邊，最后再將兩半鐵心合在一起，用抱箍包裝，如圖1．２．２所示。特種變壓器及變壓器產(chǎn)品

圖1．２．１殼式電源

圖1．２．２Ｃ形電源

這是一個三相電力變壓器的模型。從外觀看主要由變壓器的箱體、高壓絕緣套管、低壓絕緣套管、油枕、散熱管組成。電力變壓器的構(gòu)造

移去變壓器箱體可看到變壓器的鐵芯與繞組。在鐵芯上有A、B、C三相繞組，每相繞組又分為高壓繞組與低壓繞組。左邊是高壓繞組引出線，右邊是低壓繞組引出線。電力變壓器的構(gòu)造把鐵芯與繞組放入箱體，繞組引出線通過絕緣套管內(nèi)的導(dǎo)電桿連到箱體外，導(dǎo)電桿外面是瓷套管，通過它固定在箱體上，保證導(dǎo)電桿與箱體絕緣。為減小因灰塵與雨水引起的漏電，瓷套管外型為多級傘形。右邊是低壓絕緣套管，左邊是高壓絕緣套管，由于高壓端電壓很高，高壓絕緣套管比較長。電力變壓器的構(gòu)造電力變壓器的構(gòu)造電力變壓器的構(gòu)造

變壓器箱體（即油箱）里灌滿變壓器油，鐵芯與繞組浸在油里。變壓器油比空氣絕緣強度大，可加強各繞組間、繞組與鐵芯間的絕緣，同時流動的變壓器油也幫助繞組與鐵芯散熱。在油箱上部有油枕，有油管與油箱連通，變壓器油一直灌到油枕內(nèi)，可充分保證油箱內(nèi)灌滿變壓器油，防止空氣中的潮氣侵入。電力變壓器的構(gòu)造

油箱外排列著許多散熱管，運行中的鐵芯與繞組產(chǎn)生的熱能使油溫升高，溫度高的油密度較小上升進入散熱管，油在散熱管內(nèi)溫度降低密度增加，在管內(nèi)下降重新進入油箱，鐵芯與繞組的熱量通過油的自然循環(huán)散發(fā)出去。

1、干式電力變壓器可以避免由于運行中發(fā)生故障而導(dǎo)致變壓器油發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險。由于干式變壓器絕緣材料均為難燃材料，即使運行中變壓器發(fā)生故障而引發(fā)火災(zāi)或有外來火源，也不會使火災(zāi)的災(zāi)情擴大。2、干式電力變壓器不會像油浸式變壓器那樣存在滲漏油問題，更無變壓器油老化等問題，通常干式電力變壓器運行維護和檢修工作量大為減少，甚至可以免維修。3、干式電力變壓器一般為戶內(nèi)式裝置，對特殊要求的場所也可制成為戶外式，它可以和開關(guān)柜安裝于同一室內(nèi)，減少安裝面積。4、干式電力變壓器由于無油，故其所屬附件也少，無儲油柜、安全氣道和大量的閥門等部件，無密封等問題。干式變壓器及其優(yōu)點：

1、浸漬空氣絕緣干式變壓器：目前使用很少。繞組導(dǎo)線絕緣、絕緣結(jié)構(gòu)材料根據(jù)需要選用不同耐熱等級的絕緣材料，制成B級、F級和H級絕緣干式變壓器。2、環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器：采用的絕緣材料有聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。目前澆注絕緣干式電力變壓器多采用環(huán)氧樹脂。3、繞包絕緣干式變壓器：繞包絕緣干式變壓器也是樹脂絕緣的一種，目前生產(chǎn)廠家較少。4、復(fù)合式絕緣干式變壓器：（1）、高壓繞組采用澆注式，低壓繞組采用浸漬絕緣；（2）、高壓采用澆注式，低壓采用銅箔、鋁箔繞制的箔式繞組。干式電力變壓器的種類：干式電力變壓器的種類：干式電力變壓器的種類：干式電力變壓器的種類：

1、防止變壓器過載運行：如果長期過載運行，會引起線圈發(fā)熱，使絕緣逐漸老化，匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪芳坝偷姆纸猓?、防止變壓器鐵芯絕緣老化損壞：鐵芯絕緣老化或夾緊螺栓套管損壞，會使鐵芯產(chǎn)生很大的渦流，鐵芯長期發(fā)熱造成絕緣老化；3、防止檢修不慎破壞絕緣：變壓器檢修吊芯時，應(yīng)注意保護線圈或絕緣套管，如果發(fā)現(xiàn)有擦破損傷，及時處理。變壓器的養(yǎng)護

變壓器鐵芯采用優(yōu)質(zhì)低損耗冷軋硅鋼片，經(jīng)高速沖床沖剪，具有毛刺小、規(guī)則均勻、疊片整齊美觀，損耗小，線圈采用優(yōu)質(zhì)絕緣導(dǎo)線，經(jīng)專用機器繞制成圓形，矩形等形狀，具有繞制緊實，排列整齊，平整度好，外形美觀。五金夾件經(jīng)過防腐處理，變壓器整體經(jīng)預(yù)烘-真空浸漆-熱烘固化等流程，使變壓器線圈及鐵芯牢固成為一個整體，大大減小了運行時的噪音，提高變壓器的絕緣性能。制造工藝

油浸式變壓器的滲漏是變壓器故障的常見問題，特別是一些運行年限已久的變壓器更為普遍，輕者污染設(shè)備外表影響美觀，重者威脅設(shè)備安全運行甚至人員生命，變壓器的滲漏包括進出空氣(正常經(jīng)吸濕器進入的空氣除外和滲漏油。常見故障

1、日常巡視每天應(yīng)至少一次，夜間巡視每周應(yīng)至少一次。2、下列情況應(yīng)增加巡視檢查次數(shù)：1）首次投運或檢修、改造后投運72h內(nèi)；2）氣象突變（如雷雨、大風(fēng)、大霧、大雪、冰雹、寒潮等）時；3）高溫季節(jié)、高峰負(fù)載期間；4）變壓器過載運行時。檢查規(guī)定3、變壓器日常巡視檢查應(yīng)包括以下內(nèi)容：1）油溫應(yīng)正常，應(yīng)無滲油、漏油，儲油柜油位應(yīng)與溫度相對應(yīng)；2）套管油位應(yīng)正常，套管外部應(yīng)無破損裂紋、無嚴(yán)重油污、無放電痕跡及其它異常現(xiàn)象；3）變壓器音響應(yīng)正常；4）散熱器各部位手感溫度應(yīng)相近，散熱附件工作應(yīng)正常；5）吸濕器應(yīng)完好，吸附劑應(yīng)干燥；檢查規(guī)定

6）引線接頭、電纜、母線應(yīng)無發(fā)熱跡象；7）壓力釋放器、安全氣道及防爆膜應(yīng)完好無損；8）分接開關(guān)的分接位置及電源指示應(yīng)正常；9）氣體繼電器內(nèi)應(yīng)無氣體；10）各控制箱和二次端子箱應(yīng)關(guān)嚴(yán)，無受潮；11）干式變壓器的外表應(yīng)無積污；12）變壓器室不漏水，門、窗、照明應(yīng)完好，通風(fēng)良好，溫度正常；13）變壓器外殼及各部件應(yīng)保持清潔。檢查規(guī)定變壓器的絕緣等級，并不是絕緣強度的概念，而是允許的溫升的標(biāo)準(zhǔn)，即絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級，分A、E、B、F、H級。絕緣的溫度等級分為A級E級B級F級H級。各絕緣等級具體允許溫升標(biāo)準(zhǔn)如下：絕緣等級1、防止變壓器過載運行：長期過載運行，會引起線圈發(fā)熱，使絕緣逐漸老化，造成匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪芳坝偷姆纸狻?、保證絕緣油質(zhì)量：變壓器絕緣油在貯存、運輸或運行維護中，若油質(zhì)量差或雜質(zhì)、水分過多，會降低絕緣強度。當(dāng)絕緣強度降低到一定值時，變壓器就會短路而引起電火花、電弧或出現(xiàn)危險溫度。因此，運行中變壓器應(yīng)定期化驗油質(zhì)，不合格的油應(yīng)及時更換。運行維護3、防止變壓器鐵芯絕緣老化損壞：鐵芯絕緣老化或夾緊螺栓套管損壞，使鐵芯產(chǎn)生很大的渦流，引起鐵芯長期發(fā)熱造成絕緣老化。4、防止檢修不慎破壞絕緣：變壓器檢修吊芯時，注意保護線圈或絕緣套管，如果發(fā)現(xiàn)有擦破損傷，應(yīng)及時處理。

5、保證導(dǎo)線接觸良好：線圈內(nèi)部接頭接觸不良，線圈之間的連接點、引至高、低壓側(cè)套管的接點、以及分接開關(guān)上各支點接觸不良，會產(chǎn)生局部過熱，破壞絕緣，發(fā)生短路或斷路。運行維護此時所產(chǎn)生的高溫電弧會使絕緣油分解，產(chǎn)生大量氣體，變壓器內(nèi)壓力加大。當(dāng)壓力超過瓦斯斷電器保護定值而不跳閘時，會發(fā)生爆炸。6、防止電擊：電力變壓器的電源一般通過架空線而來，而架空線很容易遭受雷擊，變壓器會因擊穿絕緣而燒毀。7、短路保護要可靠：變壓器線圈或負(fù)載發(fā)生短路，變壓器將承受相當(dāng)大的短路電流，如果保護系統(tǒng)失靈或保護定值過大，就有可能燒毀變壓器。為此，必須安裝可靠的短路保護裝置。運行維護8、保持良好的接地：對于采用保護接零的低壓系統(tǒng)，變壓器低壓側(cè)中性點要直接接地當(dāng)三相負(fù)載不平衡時，零線上會出現(xiàn)電流。當(dāng)這一電流過大而接觸電阻又較大時，接地點就會出現(xiàn)高溫，引燃周圍的可燃物質(zhì)。

9、防止超溫：變壓器運行時應(yīng)監(jiān)視溫度的變化。如果變壓器線圈導(dǎo)線是A級絕緣，其絕緣體以紙和棉紗為主，溫度的高低對絕緣和使