变压器的基本知识

1、第一章 变压器的基本知识变压器是一种电能转换装置，它以相同的频率，但往往是不同的电压和电流把能量从一个或多个电路转换到另一个或多个电路中去，它由一个硅钢片叠成的铁芯和围绕着铁芯的绝缘铜线或铝线绕组所组成。 在电力系统中变压器是一种重要的设备，（1） 用升压变压器可以将电源端的电压升高到几十万伏（目前最高的电压为交流1000KV），以降低输送电流，减少输电线路上的电能损耗，将电能进行远距离输送.（2） 用降压变压器可以将高电压降低到适合不同用户用电设备的不同电压等级的电压，以满足各类用户的用电需求。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线的线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知

2、频率) 流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率的交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链的程度。 一般指连接交流电源的线圈称之为“一次线圈”；而跨于此线圈的电压称之为“一次电压”。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的“匝数比”所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度的磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者的线圈匝数比相同。因此，变压器的匝数比

3、，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化。第一节 变压器的种类变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等等，变压器的规格和品种繁多，分类的方法不尽相同；变压器按用途可以分为：升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、 单相变压器、电炉变压器、整流变压器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变压器 试验变压器 转角变压器 大电流变压器 励磁变压器等；按冷却方式分： (1)干式变压

4、器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。油浸式变压器：(2)依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。按绕组形式分： (1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。 (2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。 (3)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。按铁芯形式分： (1)芯式变压器：用于高压的电力变压器。 （2）非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变 压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。

5、(3)壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器 箱式变压器。 变压器按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。第二节 变压器的基本型号变压器的型号通常由表示相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯等材料的符号，以及变压器容量、额定电压、绕组连接方式组成电力变压器产品型号其它的字母排列顺序及涵义。（）绕组藕合方式，涵义分：独立（不标）；自藕（表示）。（）相数，涵义分：单相（）；三相（）。（）绕组外绝缘介质，涵义分；变压器油（不标）；空气（）：气体（）；成型固体浇注式（）：包绕式（）：难燃液体（）。 （）冷却装置种类，涵义分；自然

6、循环冷却装置（不标）：风冷却器（）：水冷却器（）。（）油循环方式，涵义：自然循环（不标）；强迫油循环（）。（）绕组数，涵义分；双绕组（不标）；三绕组（）；双分裂绕组（）。 （）调压方式，涵义分；无励磁调压（不标）：有载调压抑（）。（）线圈导线材质，涵义分：铜（不标）；铜箔（）；铝（）铝箔（）。（）铁芯材质，涵义；电工钢片（不标）；非晶合金（）。（）特殊用途或特殊结构，涵义分；密封式（）；串联用（）；起动用（）；防雷保护用（）；调容用（）；高阻抗（）地面站牵引用（）；低噪音用（）；电缆引出（）；隔离用（）；电容补偿用（）；油田动力照明用（）；厂用变压器（）；全绝缘（）；同步电机励磁用（）。电力变

7、压器后面的数字部分：斜线左边表示额定容量（千伏安）；斜线右边表示一次侧额定电压（千伏）。表1：变压器的型号和符号含义 型号中符号排列顺序含 义代表符号内 容类 别1（或末数）线圈耦合方式自耦降压（或自耦升压）02相 数单 相D三 相S3冷却方式油浸自冷干式空气自冷G干式浇注绝缘C油 浸 风 冷F油 浸 水 冷S强迫油循环风冷FP强迫油循环水冷SP4线 圈 数双 线 圈三 线 圈S5线圈导线材质铜铝L6调压方式无励磁调压有载调压Z加强干式Q干式防火H移 动 式D成 套T变压器的型号表示：变压器绕组数+相数+冷却方式+是否强迫油循环+有载或无载调压+设计序号+“-”+容量+高压侧额定电压组成。例如

8、1：SFPZ9-120000/110 指的是三相（双绕组变压器省略绕组数，如果是三绕则前面还有个S）双绕组强迫油循环风冷有载调压，设计序号为9，容量为120000KVA，高压侧额定电压为110KV的变压器例如2：SCB9-2000/0.40.23 Dyn11 此为干式变压器的型号表示 S是代表三相； C代表环氧树脂浇注绝缘； B配电变压器； 2000是容量KVA ；低压侧额定线电压、额定相电压； Dyn11 接线方式表示的是一次侧三相三角形接线，低压侧星形接线，低压侧线电压为11点，即：低压侧线电压超前高压侧线电压30度第二章 变压器的基本结构油浸变压器的结构主要有以下部分组成： 一、器身：包

9、括铁芯、绕组、绝缘、引线； 二、调压装置：即分接开关，分为无励磁调压和有载调压； 三、油箱：包括油箱本体、阀门、油路管道等；四、冷却装置：包括散热器、油泵、风扇等； 五、保护装置：包括储油柜、安全气道、吸湿器、气体继电器、净油器和测温装置等。 六、出线装置：包括高、低压套管。 为了叙述和介绍的方便起见，我们暂且将一、二、三、四这四个部份划分为变压器的主体结构部份，将五、六划分为变压器主要附件部份，下面就这两部份分别进行了解。第一节 变压器本体基本结构1油箱 2铁芯及绕组 3储油柜及油位计 4散热管 5高、低压绕组 6分接开关 7气体继电器 8信号温度计 9呼吸器 10安全气道 11铭牌现简单叙

10、述变压器本体基本结构各部件的结构、作用。 一、器身1铁芯铁芯作为变压器的闭合磁路和固定绕组及其他部件的骨架。为了减小磁阻、减小交变磁通在铁芯内产生的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁芯大多采用薄硅钢片叠装而成。缠绕绕组的部分叫铁芯，连接铁芯的部分称为铁轭，芯柱的截面一般为阶梯形，这可以充分利用圆形线圈的空间，另外较大直径的铁芯，叠片间留有油道，以利于散热，变压器的铁芯有芯式和壳式两种基本形式。芯式变压器的铁芯由铁芯柱、铁轭和夹紧器件组成，绕组套在铁芯柱上，如图所示。芯式变压器的结构简单，绕组的装配工艺、绝缘工艺相对于壳式变压器简单，国产三相油浸式电力变压器大多采用芯式结构。 壳式变压器的铁芯包围了

11、绕组的四面，就像是绕组的外壳，壳式变压器的机械强度相对较高，但制造工艺复杂，所用材料较多，一般的电力变压器很少采用。 2绕组绕组是变压器的电路部分，变压器的绕组由包有绝缘材料的扁导线或圆导线绕成，有铜导线和铝导线两种，为了使绕组便于制造和在电磁力的作用下受力均匀及良好的机械性能，将线圈绕成圆筒形，然后把圆筒形的高低压绕组同心地套在芯柱上，低压绕组在内，靠近铁芯，高压绕组在外，这样放置有利于绕组对铁芯的绝缘。容量较大的变压器绕组通常是由几根导线并列起来绕制的，在绕制时要换位，即让各导线在绕制时互换内外导线的位置，目的是为了使各股导线最终阻抗相等，运行时电流分布均匀，从而减少导线的附加损耗。按照高

12、、低压绕组之间的安排方式，变压器的绕组有同芯式和交叠式两种基本形式。3绝缘油浸式变压器的绝缘笼统地讲可分成油箱里的内绝缘和油箱外的空气绝缘（外绝缘）两类，所谓内绝缘指的是油箱中的各部分的绝缘。外绝缘是空气绝缘，即套管上部对地和彼此之间的绝缘以及保护间隙。内绝缘又分为主绝缘和从绝缘。主绝缘是绕组与地以及绕组与绕组之间的绝缘，从绝缘是指绕组的层间、匝间、分接开关部分之间的绝缘等。在变压器中存在很多的绝缘材料，分别起不同的绝缘作用，例如：绕组导线有纱包线，丝包线 纸包线 漆包线等，在单根导线表面的纱、丝、纸、漆等在经过专业处理后均属于绝缘材料，在多根导线并列后在外面绕有黄腊布，或亚胺膜等，做为绕组与

13、绕组之间的绝缘。在层间、匝间经常使用酚醛纸板、聚脂薄膜、环氧板等，分接开关处大量使用环氧材料。同时在变压器内部经常使用经处理的木材作固定和绝缘，对油浸式变压器而言，起到主绝缘作用的是变压器油，同时，变压器油也起到冷却作用。4引线这里讲的引线是指在变压器内部的，是指连接各绕组、绕组与套管以及绕组和分接开关的导线。引线要从绕组内部引出来必须要从绕组之间、绕组与铁芯油箱壁之间穿过，因此，必须保证引线对这些部分有足够的绝缘距离，变压器引线的绝缘材料是电缆纸或皱纹纸。二、调压装置所谓调压装置（分接开关）就是控制变压器输出电压在指定范围内变动的调节组件。利用分接开关对变压器绕组的分接头逐级切换来改变其变比

14、来实现调压。以满足电网电压在波动时，尽可能使变压器输出侧的电压的稳定。根据调压方式的不同可分为无励磁调压和有载调压两种。1无励磁调压（无载调压）是要在变压器一次侧和二次侧都停电，把隔离开关打开的情况下，确保变压器在无电情况下，调整分接位置，进行调压，2有载调压它可以在变压器带负载时，自动或手动进行分接位置的切换。因为切换是在瞬间完成的，所以不会影响正常的运行，也就是说，一次、二次侧都不用停电的情况下可以进行调压。三、油箱1油箱本体 油浸式变压器的器身（绕组及铁芯）都装在充满变压器油的油箱中，油箱用钢板焊成。中、小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成，变压器的器身放在箱壳内，将箱盖打开就可吊出器身进行

15、检修，这是所谓的桶式（或箱式），对于大型变压器往往采用钟罩式油箱，即上面的上节油箱就像反扣的钟。变压器的器身固定在下节油箱上，这是因为大变压器的铁芯线圈太重，吊芯困难。 变压器运行时，铁芯和绕组都要发出热量，使变压器油发热。发热的变压器油在油箱内发生对流，将热量传送至油箱壁及其上的散热器，再向周围空气辐射，达到散热的目的，从而使变压器内的温度保持在合理的水平上。2阀门、油路管道变压器器身上在不同的部位装有不同的管道和阀门，用来和其他装置进行连接，主要有油样取样阀、放油阀、排污阀、进油阀（加油阀）、冷却器连通管道与阀门、与呼吸器连通的管道与阀门等等。四、冷却装置1散热器 散热器的作用是，当变压器

16、上层油温和下层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到油箱，起到降低变压器温度的作用。为了提高变压器油的冷却效果可采用风冷和强油风冷，对散热器的要求是：变压器散热量小时，采用自然冷却散热器，对要求散热容量大时采用带风扇装置的散热器，散热器都采用扁管式结构,，常用的主要是片式和管式，片式散热器形式为固定式和可拆式两种。它由散热片、集流管、吊环、法兰和塞子等组成。2油泵在这里说的是变压器散热器专用的配套的冷却器潜油泵：对于大容量变压器，为了达到冷却效果，增强油的循环流动，增设潜油泵，潜油泵的作用是利用油泵的泵油能力，将经过散热器冷却的油泵入变压器的内部，使变压器上部的热油能通过散

17、热器进行冷却，提高了变压器的冷却能力。潜油泵电动机的电压采用交流380V，由双路供电。正常一路为工作电源，另一路为备用电源，当工作电源故障时，备用电源自动投入，而当工作电源恢复时，备用电源自动退出。同时为了确认油泵电机的正常工作，在油泵与散热器之间装有油流继电器，以监视油泵的正常工作。只有在强迫油循环风冷的变压器冷却系统中装有潜油泵，潜油泵是强迫油循环风冷中一个必不可缺少的不部件。3.风扇 变压器风扇装在每个散热器的环形空间内的支架上，该风扇主要是由轴流式单级叶轮和专用的户外形三相异步电动机组成，利用风扇强大的空气流对散热器进行冷却，以提高散热器对变压器油的冷却能力。第二节 变压器主要附件在上

18、一节中，我们介绍了变压器的主体结构部份，在这一节中，主要将介绍变压器的主要附件，即变压器的保护装置和出线装置。一、保护装置1储油柜（也称为油枕） 储油柜装置在油箱上方，通过连通管与油箱连通，起到保护变压器油的作用。变压器油在较高温度下长期与空气接触容易吸收空气中的水分和杂质，使变压器油的绝缘强度和散热能力相应降低。装置储油柜的目的是为了减小油面与空气的接触面积、降低与空气接触的油面温度并使储油柜上部的空气通过吸湿剂与外界空气交换，从而减慢变压器油的受潮和老化的速度。储油柜一般有四种形式，开放式、胶囊式、隔膜式和金属膨胀管式。目前主要使用的是后两种，关于储油柜各种形式的优缺点在此就不再进行详细的

19、描述。2安全气道（防爆管）由于安全气道在密封性等方面存在问题，目前以逐步被压力释放阀所替代，特别是大中型变压器已普遍使用压力释放阀，只有在小型的配电变压器上安全气道仍在使用。压力释放阀用于以变压器油为冷却介质的大中型变压器，安装在变压器油箱或侧壁上。压力释放阀在变压器正常工作时，保护变压器油与外部空气安全隔离，当变压器一旦发生短路时，变压器线圈将产生电弧和火花，使变压器油在瞬间产生大量气体，油箱内的压力猛增。这种过压全靠压力释放阀来保护。当压力达到动作压力时，阀门在两毫秒内开启，使变压器油箱内压力下降，不致使器身变形和爆裂。压力释放阀的关闭压力在0.3kgf/cm2左右，使油箱内保持正压，确保

20、油箱外部的空气、灰尘和水份不能进入油箱内3吸湿器（呼吸器）呼吸器安装在油枕与空气连通的管道末端。当变压器温度升高时，油箱内的油会相应膨胀，因此油枕内的油位也会相应升高，此时胶囊内的部分气体经呼吸器排出；当变压器温度下降时，油箱内的油会相应收缩，因此油枕内的油位也会相应下降，此时胶囊经呼吸器吸人部分气体。呼吸器又称吸湿器，内部充有吸附剂，吸附剂常采用变色硅胶，其作用是吸收空气中的水分，减少变压器油受潮和氧化。吸湿剂在未吸湿前，呈兰色，装入呼吸器后色泽鲜艳，便于观察。如果吸湿剂吸入足够的水份就处于饱和状态而变成白色。值班人员可通过呼吸器内硅胶颜色的变化，来判断硅胶是否潮解。当硅胶部分占到整体的三分

21、之一以上时，就应该更换。4气体继电器（也称为瓦斯继电器）气体继电器安装在油箱和储油柜的联管中间，它的作用是当变压器内部发生绝缘击穿、线圈短路以及铁芯烧毁、漏油等故障时，给运行人员发出信号或切断电源以保护变压器。另外，利用气体继电器还可以观察分解出气体的颜色及数量，同时还能从瓦斯继电器中取气样，以便对变压器内部故障的性质进行分析。当变压器内部故障时，故障点局部发生过热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯气体。当故障轻微时，排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧

22、触点接通，发出信号。 当变压器内部故障严重时，,产生强烈的瓦斯气体，使变压器内部压力突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移劝，使干簧触点接通，作用于跳闸。 瓦斯保护能反应变压器油箱内的内部故障,包括铁芯过热烧伤、油面降低等，但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击，但表现在相电流上却并不大，因此差动保护没有反应，但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应，这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。5净油器 它是一个充满吸附剂（活性氧化铝或硅胶）的容器，它安装

23、在油浸变压器油箱的侧壁，变压器油箱内的油由于上下层温度的不同，油的本身有对流循环现象，其中流经净油器的油与吸附剂接触时，使油中所带的水分、游离酸和油中的过氧化物都被吸收，使变压器油得到净化从而延长了变压器油的使用期限净油器分为温差环流式和强制环流式两种类型。它主要由钢板焊制成筒状。其上下有滤网式滤板，并有蝶阀与油管连接。净油器内装硅胶等吸附剂，按质量分为35、50、100、150kg4种。填装硅胶粒28-7mm或48mm的粗孔硅胶，或填装287mm棒状活性氧化铝净油器主要安装在大型变压器上（如10000KVA及以上），一般的配电变压器不考虑安装净油器，主要原因是出于经济性以及运行、检修等各方面

24、考虑。目前，很多的大型变压器均已不再安装净油器，这里面牵涉的因素比较多，一方面，净油器对变压器油净化作用的必要性以及带来的相关诸多问题（该问题由于涉及的问题较多，在此不作进一步的探讨），同时随着各种性能优良的储油柜的使用，以及变压器密封的程度随着工艺的进步，对变压器油采用在线监测手段等等，因此在各种因素的综合作用下，净油器已经不是变压器的必要配置。6温度计 变压器温度计主要用于测量变压器的油温（上层油温）。 工业用双金属温度计主要的元件是一个用两种或多种金属片叠压在一起组成的多层金属片。为提高测温灵敏度，通常将金属片制成螺旋卷形状。当多层金属片的温度改变时，各层金属膨胀或收缩量不等，使得螺旋卷

25、卷起或松开。由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由转动的指针相连，因此，当双金属片感受到温度变化时，指针即可在一圆形分度标尺上指示出温度来。变压器温度计是用来指示变压器油温度，超过规定值时报警。电阻温度计是由热电阻转换开关，动圈式温度指示调节仪等部件组成，热电阻装在变压器上，随着变压器油温升降而改变其电阻值。热电阻由感温元件、绝缘套管、保护套管和接线盒等主要部分组成。热电阻座安装于变压器箱盖上，在热电阻座中必须注满变压器油，但管中应留有20mm的空气层高度，以便油的膨胀。测量变压器顶层油温当温度达到设定值时， 启动和关闭冷却系统和发出报警信号，目前，测量变压器温度的温度计已经不再只是测量变压

26、器的上层油温，已经发展到测量变压器绕组温度、铁芯温度等功能。7油位计变压器一般在油枕的侧面装有用于反映变压器油枕油位的表计，称为油位计（油位表）。油位计可分为几种类型，一种是在油枕的侧面直接开口，表面装上玻璃，并在玻璃上作出标记，直接反映油枕的油位，这种类型的油位计在小型的配电变压器上最为常见。一种是在油枕侧面安装玻璃管，玻璃管上下端口与油枕相连，通过玻璃管的油位来监视油枕的油位。随着气囊式油枕的使用，杠杆式的油位计同时应运而生，它是在气囊式油枕中的气囊上安装一个固定杆，然后通过连杆与油位计相连，当气囊随油位上下变化而伸缩时，通过连杆将该变化反映在油位计上。 另外，还有一种磁力油位计，磁力油位计的指针通过轴与一磁铁A相连，另一磁铁B通过轴与连杆相连，该连杆的两端又分别装有玻璃浮子和平衡锤。当