变压器与互感器

1、变压器与互感器第一节 变压器的作用与结构一、变压器的作用在传输和分配电能过程中是离不开变压器的，当远距离输送电能时，如果传输的功率一定，则电压愈高，电流就愈小。而减少电流既可以减少传输电能时在线路中的电能和电压损失，又可以减小导线截面，降低线路的建设投资。变压器是一种静止的电气设备。电力变压器在系统中工作时，可以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变高或变低。变压器在变换电压时，是在同一频率下使其二次侧与一次侧具有不同的电压和不同的电流。由于能量守恒的缘故，其二次侧与一次侧的电流与电压的变化是相反的，即要使某一侧电路的电压升高时，则该侧的电流就必然减小；反

2、之，当电压降低时电流就一定增大。变压器并不可能将电能的量变大或变小。在电力的转变过程中，因为变压器本身要消耗一定能量，因此输入变压器的总能量，应等于输出的能量加上变压器本身消耗的能量。由于变压器无旋转部分，工作时没有机械损耗，而且新产品在设计和结构、工艺等方面采取了多项节能的措施，所以它的工作效率很高。通常，中小型变压器的效率不低于95，大容量变压器的效率则可达98以上。生产中应用较广泛的变压器有：（1）电力变压器，在电力网中用于输电、配电所需的升压和降压，是应用最为普遍的一种变压器。（2）启动变压器，是一种将一、二次绕组合为一个绕组的单绕组变压器（属于小容量自耦变压器），主要用作笼型异步电动

3、机的降压启动器。（3）调压变压器，用于小容量负荷的电压调整，同时也是实验室常用的一种变压器。型式多为自耦式和感应式调压型，主要供试验时调压用。（4）试验变压器，一般为单相变压器，能产生高电压，用于对电气设备的绝缘进行高压试验。（5）互感器，是一种特殊变压器，主要用于测量仪表和继电保护装置，将高电压变为低电压或将大电流变为小电流，再输入仪表检测或供给保护用。前者常称电压互感器，后者则称电流互感器。（6）专用变压器，亦属特殊变压器，如电焊用的电焊变压器、冶炼用的电炉变压器、电解用的整流变压器等。根据电力变压器的用途和结构等特点可分为：（1）按用途划分有升压变压器（使电力从低压升为高压，然后向远方输

4、送）；降压变压器（使电力从高压降为低压，对近处或较近处负荷供电）。（2）按相数划分有单相变压器、三相变压器。（3）按绕组数划分有单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器）、双绕组变压器、三绕组变压器。（4）按绕组材料划分有铜绕组变压器、铝绕组变压器。（5）按调压方式划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划分有油浸式变压器和干式变压器。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）、强迫油循环风冷却（在前者基础上还装有潜油泵，以促进油循环）。此外变压器还有采用强迫油循环水冷却等。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

5、多在部分配电网内用作配电变压器。目前已可制造到35kV级，具有广泛的发展前途。二、变压器的结构变压器的结构如图41所示。其各部件的作用如下：（一）铁芯变压器的最基本组成部件，用于构成变压器的闭合磁路，变压器的一次、二次绕组绕在其上。铁芯从形式上分为内铁式（变压器的一次、二次线圈围住铁芯柱）和外铁式（铁芯柱围住变压器的一次、二次线圈），由铁芯柱和铁轭组成。为减少磁滞损耗和涡流损耗，变压器铁芯采用0.350.5mm的硅钢片叠成。为防止直接短路，硅钢片两面均涂有较薄的绝缘漆。为防止因电磁感应在铁芯上产生悬浮电位，铁芯在运行中必须接地，但必须避免造成两点接地。为便于检查接地情况，大、中型变压器将铁芯及

6、夹件接地经接地套管引至变压器外。（二）线圈线圈是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。从一、二次绕组之间的相对位置来讲，变压器线圈可分为同心式和交迭式两类。同心式线圈的高压、低压线圈同心地套装在铁芯柱上。为了便于绝缘，一般低压线圈靠近铁芯，高压线圈套装在低压线圈的外面。交迭式线圈都做成饼式，高、低压线圈互相交迭放置。为了降低绝缘距离，通常靠近铁轭处放置低压线圈。因同心式线圈结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。同心式线圈可分为圆筒式、螺旋式和连续式等几种基本形式。圆筒式线圈是最简单的一种形式，一般用于每柱容量为210kVA及以下的变压器中。螺旋式线圈主要用于800kV

7、A及以下、35kV及以下的变压器，该线圈电流较大，匝数较少。连续式线圈主要用于6301000kVA变压器的高压线圈或10000kVA以上的低压线圈。连续式线圈由单根或多根并联扁线，分若干线饼绕成。变压器线圈的导线过去均采用铜线。近年来，国内生产的中小型系列变压器已开始采用铝线线圈。（三）净油器用来改善运行中变压器的绝缘油特性，防止绝缘油老化的装置。它利用变压器上下部的油温差形成的油循环，从绝缘油中清除数量不大的一些水、渣、酸和氧化物。净油器中的吸附剂是硅胶或活性氧化铝。（四）油枕油枕也称储油柜，安装在变压器的顶端，其容量为油箱容积的810，与本体之间有管路相连，结构见图42。其作用有调节变压器

8、油量，保证变压器内始终充满变压器油；减少油和空气的接触，防止变压器油的过快老化和受潮。油枕分为通用型和胶囊式。（五）防爆管安全气道当变压器内部发生短路或严重对地放电时，变压器油箱内部的压力将急剧增高。为防止变压器油箱发生爆炸，高压油和气体通过防爆管冲破防爆膜向外喷出，迅速释放变压器的内部压力。变压器运行规程规定，8000kVA及以上的变压器均需安装防爆管。如图43所示。防爆管分为通气式和密封式两类。现在大、中型变压器已广泛采用压力释放阀。（六）油箱油箱是变压器的外壳，其内部装设变压器器身并注满变压器油。油箱一般分为平顶式和拱顶式（即钟罩式），如图44所示。（1）平顶式。箱盖是椭圆平板型，器身与

9、箱盖一体，变压器内部检查时需吊芯进行。一般用于中小型变压器。（2）拱顶式。分为上、下两节油箱，上节为拱形，下节为平板式放置变压器器身。变压器进行内部检查时，只需要吊罩，一般用于大型变压器。拱顶式油箱制造工艺比较复杂，在变压器顶部工作时不方便。（七）变压器油变压器油是石油分馏时的产物，280350的石油分馏物，主要成分是烷族和环烷族碳氢化合物。变压器油的作用有以下几种：（1）绝缘作用，用于相间、层间和主绝缘；（2）作为冷却介质；（3）使设备与空气隔绝，防止发生氧化受潮，降低绝缘能力。绝缘油具有下列基本物理、化学性质：（1）比重，在20时，一定体积油的质量与同体积的水在4时的质量的比，称为油的比重

10、。新油的比重一般在0.800.90g/cm3。（2）粘度，当液体之间发生相对运动时，沿着液体的边界面就产生阻碍运动的力，这个性质称为液体的粘性。用粘性系数或运动粘性系数表示。（3）凝固点，即油品在一定的标准条件下失去了流动性的温度。（4）闪点，油品在一定的条件下加热时，油受热分解，不断的蒸发出可燃气体。其数量随温度的增高而增大，当油加热到某个温度时，油面上产生可燃气体与周围的空气混合成混合气体，遇到火焰接近时发生闪光，而后随即熄灭，此时的温度称为油的闪点。（5）活性硫，油中的硫通常是在精制时残留于油馏分中的，因为硫有较大的活泼性油中存在硫及硫化物是不允许的。（6）灰分，油中含有不能燃烧的杂质，

11、当油燃烧后，产生的固体残渣称为灰分。新油不得大于0.005，运行中的油不得大于0.01。（八）出线装置将变压器绕组的引线从油箱内引出，使引出线穿过油箱时与接地的油箱之间保持一定的绝缘，并固定引出线。变压器的出线装置一般采用绝缘套管，分为纯瓷式、充油式和电容式套管。1kV以下的套管采用纯瓷式，1035kV采用空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式套管。（九）冷却装置由于变压器运行中铁芯、绕组将产生一定的热量，将使变压器油的温度升高、比重降低，形成油的自循环，将铁芯、绕组的热量带走。冷却装置是利用变压器油的自循环，采用有效的方法，加快油的循环速度，使热量更快地散发到空气中的装置。变压器冷

12、却装置按照冷却方式可以分为：自冷式、风冷式、强迫油循环式，其中强迫油循环式又可分为：风冷、水冷、导向式风冷。图45为自冷式变压器。图46为强迫油循环风冷式冷却器。（十）温度计温度计的作用为用来测量变压器上层油温，监视变压器的运行状态。常用的温度计分为水银式、压力式和电阻式等3种。水银式应用于小型变压器上。压力式温度计也叫信号式温度计，因采用一只弹簧管式压力计而得名。基于密封的测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系而设计，由测温装置、压力指示、毛细管和氯甲烷液体组成。带有可调节的上下限接点，根据需要可以发出信号或控制冷却装置。压力式温度计如图47所示。电阻式主要用于大型变压器的远方

13、测温装置。（十一）吸湿器吸湿器又叫呼吸器。如图48所示，当油枕随变压器油的体积膨胀或缩小，呼出或吸入空气时，气体需经过吸湿器。吸湿器中的吸湿剂和底部的油封吸收空气中的水分和杂质，对空气进行过滤，从而避免变压器油受潮和氧化。吸湿剂俗称硅胶，分为可变色和不变色两种。可变色的是浸氯化钻硅胶，正常时为天蓝色，吸湿后变为红色；不变色的采用白色的活性氧化铝。（十二）绝缘材料变压器的绝缘可分为内、外绝缘。内绝缘是指变压器油箱中各部件的绝缘；外绝缘是指变压器套管上部对地和套管之间的绝缘。变压器内绝缘常用绝缘材料有变压器油、电缆纸、绝缘纸板、酚醛压制品、环氧制品、电瓷、黄蜡管、黄蜡绸、木材、布带和绝缘漆等。三、

14、变压器分接开关（一）变压器调压在变压器内部具有漏阻抗，当流过负载电流时，必定会引起电压降落，使二次侧端电压发生变化。就二次侧端电压变化数值的大小而言，感性负载电流的影响最为显著。当二次侧的负载一定时，则绕组内部的电压降也一定，如果针对二次侧电压变化的大小适当改变变压器的变比，使二次侧的感应电势升高（或降低），则负载时二次侧的电压就可升高（或降低）到规定的水平。变压器在正常运行时，由于负载的变动，或一次侧电源电压的变化，二次侧电压也是经常在变动的。电网各点的实际电压一般不能恰好与额定电压相等。这种实际电压与额定电压之差称为电压偏移。电压偏移的存在是不可避免的，但要求这种偏移不能太大，否则就不能保

15、证供电质量，就会对用户带来不利的影响。因此，对变压器进行调压（改变变压器的变比），是变压器正常运行中一项必要的工作。为了改变变压器的变比，变压器必须有一侧绕组具有所需的几个分接抽头，以供改变该绕组运行的匝数，从而达到改变变压器变比的目的。连接以及切换分接抽头的装置，称为分接开关。如果切换分接头必须将变压器从网络中切除，即不带电切换，称为无励磁调压或无载调压。这种分接开关称为无励磁分接开关，或无载调压分接开关。如果切换分接头不需要将变压器从网络中切除，即可以带负载切换，则称为有载调压。这种分接开关称为有载分接开关。随着对供电可靠性要求的提高，很多场合下停电调压不仅十分不便，而且有时甚至是不可能的

16、。因此现在的电力系统中，日益广泛地采用带有有载分接开关的电力变压器。通常，电压在35kV以下、容量在10000kVA及以下的变压器，它们的高压绕组可设有3个分接抽头，中间一个分接头对应于额定电压，上、下两个分接头对应于改变变比±5。大型电力变压器设有5个分接抽头，相应的调压范围为±2.5和±5。针对特殊要求，分接头的数目和分接头调压的百分比数可以增减。表4-1 无励磁分接开关型号中符号的意义根据变压器分接抽头在绕组中的位置不同，可分为三相中性点调压和三相中部调压。（二）无励磁分接开关无励磁分接开关，也称无载调压分接开关。它必须具备灵活可靠、操作方便，具有足够的电气

17、强度、良好的热稳定性和动稳定性、足够的机械强度、足够的使用寿命，外形尺寸适宜和便于检修维护等技术要求。根据无励磁分接开关的结构不同，分成数种型式，其型号中各符号的意义如表41所示。例41SWX8210/60，表示三相中性点调压，10kV，60A的无励磁分接开关（工厂序号为82）；DW35220/500，表示单相220kV，500A的无励磁分接开关（工厂序号为35）。无励磁分接开关在调压侧绕组抽头分接调压方式如图49所示。其中图49（a）为三相中性点调压方式，当连接X1Y1Z1后为+5级，即为分接；当连接X2Y2Z2后为额定电压，即分接；当连接X3Y3Z3后为-5级，即分接。要想中性点得到这样的

18、连接，变压器绕组的各分接头和分接开关之间需要采用如图410（a）所示的连接。图49（b）和图（c）为三相中部调压的方式，例如U相，当连接U2U3、U3U4、U4U5、U5U6、U6U7时，可得到±2×2.5的5个调压级。变压器绕组分接头和分接开关的接线如图410（b）所示（U相），这种连接要用三相或三个单相的中部调压的分接开关。无励磁分接开关的典型结构，以二相中性点调压方式用无励磁分接开关为例加以说明。这种分接开关的型号为SWX和SWXJ型，其典型结构如图411所示。SWX和SW型分接开关直接固定在变压器的箱盖上，是一种箱盖型手动操作机构，适用于中、小型变压器。它由绝缘部分

19、、接触系统和操动机构三部分组成。这种开关绝大多数用在10kV电压等级的变压器上，分接头引线连接在定触头尾部，动触头为夹片式，是SWXJ型。如果电流小于60A，定触头改为螺钉，动触头改为单片式，就成为SWX型。SWX型也可用于35kV，但此时电流应不大于50A。（三）有载调压分接开关有载调压分接开关，也称带负荷调压分接开关。装有这种分接开关的电力变压器，称为有载调压变压器。有载调压的基本原理，就是在变压器的绕组中，引出若干分接抽头，通过有载调压分接开关，在保证不切断负荷电流的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头，以达到改变绕组的有效匝数，即改变变压器变压比的目的。在切换过程中需要过渡电路，过渡

20、电路中有的用电抗，有的用电阻。电抗过渡类型为电抗式有载分接开关，其体积大，耗材多，触头烧蚀严重，现在已不再生产。电阻式有载分接开关，由于其材料消耗少、体积小、电弧时间短、弧触头寿命长等原因，这种结构已被各国普遍采用。变压器配置有载分接开关，是为了保证电网的电压质量、保持电网安全稳定运行、提高供电可靠性，因此原则上只在500kV和110kV、35kV两级降压变电所的主变压器上配置载调压开关。500kV主变压器：原则上应配置，调压范围为500/230±9×1.33/35kV。220kV主变压器：原则上不配置，双绕组和三绕组变压器均只在220kV一侧配置无励磁分接头切换开关。调压

21、范围为220±×2.5/10.5kV或37kV。110kV主变压器：配置调压范围为110±×1.5/10.5kV。35kV主变压器：配置调压范围为35±×2.5/10.5kV。10kV主变压器：原则上不配置，10kV侧只配置无励磁分接开关。调压范围为10±×2.5/0.4kV；10.5±5/0.4kV或10.5±2×2.5/0.4kV。有载分接开关型号中字母的含义，和无励磁分接开关是类似的，以Y代表有载，用T代表端部调压，用Z代表电阻式，其余符号与无励磁分接开关相同。有载调压分接开关的

22、结构原理如图412所示，其主要元件及其作用有：（1）有载分接开关。它是能在变压器励磁或负荷状态下进行操作的分接头切换开关，是用于调换线圈分接头运行位置的一种装置。通常它由一个带过渡阻抗的切换开关和一个带（或不带）范围开关的分接选择器所组成。整个开关是通过操动机构来操作的。在有些形式的分接开关中，切换开关和分接选择器的功能被结合成为一个选择开关。（2）分接选择器。它是能承载但不能接通或断开电流的一种装置，与切换开关配合使用，以选择分接头的连接位置。（3）切换开关。它是与分接选择器配合作用，以承载、接通和断开已选电路中电流的一种装置。（4）选择开关。它把分接选择器和切换开关的作用结合在一起，是能承

23、载接通和断开电流的一种装置（即复合开关）。（5）范围开关。它具有通电能力，但不能切断电流。它可将分接绕组的一端或另一端接到主绕组上。（6）操动机构。它是驱动分接开关的一种装置。（7）过渡阻抗。在切换时用以限制在两个分接头间的过渡电流，以限制其循环电流。由于过渡时间短，其电流密度很大（约80A/mm2）。（8）主触头。承载通过电流的触头，是不经过过渡阻抗而与变压器绕组相连接的触头组，但不用于接通和断开任何电流。（9）主通断触头。不经过过渡阻抗而与变压器绕组相连接，是能接通或断开电流的触头组。（10）过渡触头。它是经过串联的过渡阻抗而与变压器绕组相连接的，是能接通或断开电流的触头组。图413为该操

24、动机构电气控制原理图，图中SY为联锁开关，当不用电动操作而用手动操作时，手动操作手柄插入图412中的18后，此时电动机的控制电路被SY断开，电动机无法启动，从而保证手动操作时的人身安全。第二节 变压器的工作原理与技术参数一、变压器的工作原理变压器是基于电磁感应原理而工作的。正是因为它的工作原理以及工作时内部的电磁过程与电机完全相同，因此将它划为电机一类，仅是旋转速度为零而已。变压器本体主要由绕组和铁芯组成。工作时，绕组是“电”的通路，而铁芯则是“磁”的通路。一次侧输入电能后，因其交变电流在铁芯内产生交变的磁场（即由电能变成磁场能）；由于匝链，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

25、势，当外电路接通时，则产生了感应电流，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。下面再由理论分析及公式推导来进一步加以说明：在单相变压器的原理图中，如图414所示，闭合的铁芯上绕有两个互相绝缘的绕组。其中接入电源的一侧叫一次绕组，输出电能的一侧叫二次绕组。当交流电源电压加到一次绕组后，就有交流电流通过该绕组并在铁芯中产生交变磁通。这个交变磁通不仅穿过一次绕组，同时也穿过二次绕组，两个绕组中将分别产生感应电势和。这时若二次绕组与外电路的负载接通，便会有电流流入负载Z，即二次绕组就有电能输出。根据电磁

26、感应定律可以导出一次绕组感应电动势值 二次绕组感应电动势值 式中：f电源频率（Hz），工频为50Hz；N1一次侧绕组匝数，匝；N2二次侧绕组匝数，匝；Bm铁芯中磁通密度的最大值，T；S铁芯截面积，mm2。由以上两式可以得出 （43）可见，变压器一、二次侧感应电动势之比等于一、二次侧绕组匝数之比。由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可忽略不计，故可近似地认为：U1=E1；U2=E2。于是有 （44）式中：K变压器的变压比。变压器一、二次绕组的匝数不同，将会导致一、二次绕组的电压高低不等：显然，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压低。这就是变压器之所以能够改变电压的道理；在一、二次绕组电流

27、、的作用下，铁芯中总的磁势为式中：变压器的空载励磁电流。由于比较小（通常不超过额定电流的35），在数值上可忽略不计，故上式可演变为进而可推得 可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数成反比。即绕组匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大；也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。二、变压器的技术参数变压器在给定的技术条件下其性能规定的各种量值，包括冷却介质的条件等，称为定额。定额中所规定的各量值称为额定值，这些额定值都写在每台变压器的铭牌上。一台变压器的额定值包括容量SN、电压UN、电流IN、频率fN、温升N，以及冷却介质的额定要求。铭牌上除标有额定值外，还有阻抗电压百分数uK、空载

28、电流百分数I0、空载损耗、负载损耗等性能参数。（一）额定容量（SN）和容量比额定容量是指变压器在铭牌规定的条件下，以额定电压、电流连续运行时所输送的单相或三相总视在功率。变压器的额定容量，是以绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率来表示的，它的单位为kVA或MVA。变压器各侧额定容量之间的比值称为容量比。1单相双绕组变压器或 式中：U2N二次侧额定电压，V；I2N二次测额定电流，A。2三相双绕组变压器或 式中：U2N二次侧额定线电压，V；I2N二次侧额定线电流，A。3三绕组变压器三绕组变压器，不论是单相还是三相，其额定容量的计算方法，原则上与上述双绕组变压器是相同的。但三绕组变压器，根

29、据运行方式的不同，三个绕组的容量可以相等，也可以不相等。这是它和双绕组变压器的不同之处。（1）三个绕组容量相等时。以高压绕组的容量作为变压器的额定容量，即作为100，其余两个绕组的容量也是100，通常用100/100/100表示，即表示三个绕组的容量相等。当三个绕组的容量相等时，由于运行中总是其中两个绕组的全部功率总和，等于另一个绕组的功率。当两个绕组都按电源共同通过第三个绕组供给负载时，因第三个绕组的负载不能超过其额定容量，因此两个接电源侧的绕组所通过的功率一定小于其额定容量，不可能达到满载。（2）三个绕组容量不相等时。以高压绕组的容量为额定容量，令其为100，其余两个绕组的容量以其与高压绕

30、组容量之比的百分数表示。三个绕组容量不等时，中、低压绕组容量的百分数必有一个或两个不是100。根据我国现行规定的制造标准，可以有多种搭配方式，即100/100/50或100/50/100（旧标准规定小容量绕组的容量百分数为67）。各侧绕组的功率，以任何方式运行时，均不能超过其定额的允许值。（二）额定电压（UN）和电压比（变比）额定电压是指变压器长时间运行时，设计条件所规定的电压值（线电压）。变压器一次侧的额定电压是指规定的加到一次例的线电压，变压器二次侧的额定电压是指变压器空载，而一次侧加上额定电压时，二次侧的端电压（线电压）。在我国低压配电变压器采用dn接线方式时，低压侧的额定电压采用400

31、/230V，即线电压为400V，相电压为230V；变压器较高压的额定电压值有3000、3150、3300、6000、6600、10000、13800、15700、35000、63000、110000、220000、330000、500000V等。电压比（变比）是指变压器各侧额定电压之间的比值。（三）额定电流（IN）额定电流是指变压器在额定容量、额定电压下运行时通过的线电流。三相变压器一次侧和二次侧的额定电流，等于变压器的额定容量或该侧的额定容量除以倍的该侧额定电压，所得的电流值就是相应的额定电流。因为变压器的效率很高，所以可以认为两侧绕组的额定容量是相等的。下面举两个计算额定电流的例子。例42

32、有一台三相变压器，它的额定容量SN=120000kVA；一次侧和二次侧的额定电压分别为U1N=220000V；U2N=37500V。这时一次侧和二次侧的额定电流应为例43有一台三相三绕组变压器，它的额定容量为180000kVA，它们之间的容量比为100/100/100，高、中、低三侧电压分别220000V、110000V、37500V。这时各侧的额定电流应为（四）额定频率（fN）我国规定标准工业频率为50Hz。（五）相数单相或三相。（六）连接组标号（接线组别）三相变压器的每一个电压侧都有三个绕组，高压侧绕组用U-X、V-Y、W-Z作线端标志，低压侧绕组用u-x、v-y、w-z作线端标志，若为三

33、绕组变压器，则中压侧绕组用Um-Xm、Vm-Ym、Wm-Zm作线端标号。U、V、W、Um、Vm、Wm和u、v、w为绕组的首端，X、Y、Z、Xm、Ym、Zm和x、y、x为绕组的末端。双绕组变压器有高压和低压两个绕组，它们由一个共同的主磁通键链着。当主磁通随时间变化时，两个绕组都要产生感应电势，这两个电势之间有一定的相位关系，也就是说，在某一瞬间，当一个绕组的某一端头为正（高电位）时，则另一个绕组中的一个端头也是正（高电位）的，这两个端头在图415中用符号“·”（或“+”、“*”）表示出来，称为变压器的同极性端子。变压器绕组的绕线方向可有两种，一种是两个绕组的绕线方向相同，如图415（a

34、）所示，这时根据产生磁通的右手定则来确定极性时，它们的同极性端头都在上端；另一种是两个绕组的绕线方向不相同，如图415（b）所示，这时用右手定则来确定极性时，它们的同极性端子，一个在上端，另一个在下端。在给绕组的端头规定首端和末端的线端标志时，有两种标志方法，这样高压绕组和低压绕组的电势在相位关系上也就出现两种情况，一种标志方法是将高、低压绕组的同极性的端头，都标志为首端，然后接到相应的出线套管上，如图416（a）、（b）所示，用这种标志法时，高压绕组电势EXU与低压绕组电势EXU。是同相位的，即没有相位差；另一种标志法是将高、低压绕组的不同极性（也称减极性）的端头标志为首端，如图416（c）

35、、（d）所示，用这种标志法时，电势EXU与EXU的相位是相反的，它们之间有180°的相位差。由上可知，变压器的两个首端U与u、两个末端X与x都不一定是同极性的端子。上述两种不同的线端标志法，使高压和低压绕组的电势之间存在着不同的相位关系。为了判定这种相位关系，可用下面的试验方法来测定。图417所示为交流法测定变压器极性的测试电路，将尾端X、x连接起来，在高压侧UX、低压侧ux及首端U、u之间，分别接上电压表PV1、PV2和PV3，然后在高压侧加一适当的交流电压，读取电压表PV1、PV2和PV3的数值，如果高、低压两侧电势的相位相同，则电压表PV3的读数为PV1与PV2之差；如果高、低

36、压两侧电势的相位相反，则电压表PV3的读数为PV1与PV2之和。所以，由测得数据可确定前者为减极性变压器，如图417（a）所示；后者为加极性变压器，如图417（b）所示。在我国，国家标准规定只生产减极性电力变压器。变压器的极性关系是可以改变的，只需将任一侧绕组的绕线方向或线端标记改变即可实现。这样减极性的变压器便可以变为加极性的变压器，而加极性的变压器也可以变为减极性的变压器，但如果同时改变两侧绕组的绕线方向或线端标记，则变压器的极性关系并不会改变。上述两种不同的线端标志法，即构成两种不同的连接组，它们可以用一种特别规定的符号来表示，即时钟表示法。就是把高压侧和低压侧的电势相量分别视为时钟的长

37、针和短针，针头为首端，把长针固定在12点钟位置上，再看短针所指的位置，并以其所示的钟点数作为变压器的连接组号。于是，图416（a）与（b）所示的变压器即为I，i0（I/I12）接线组，因为高压侧的电势相量和低压侧的电势相量都指在12点钟上，图416（c）与（d）所示的变压器即为I，i6（I/I6）接线组，因为高压侧的电势相量指在12点钟上，而低压侧的电势相量则指在6点钟上。其中I，i（I/I）是表示为单相变压器，在我国，单相变压器的标准接线组规定为I，i0（I/I12）。三相变压器的一次侧和二次侧，各有U-X、V-Y、W-Z与u-x、v-y、w-z三个单相绕组，每侧三个单相绕组在组成三相电路时

38、可有好几种接线方法。在我国，基本的接线方法有两种，即星形（或称Y或y形）和三角形（或称D或d形）接法。在星形接法中，是将每三个单相绕组的末端X、Y、Z或x、y、z连接在一起，成为中性点N（n），将三个单相绕组的首端U、V、W或u、v、w引出来，连接三相电路的相线。三角形接法按其连接顺序又可分两种，一种是将绕组按顺序UX-WZ-VY或ux-wz-vy连接，并将U、V、W或u、v、w引出来，连接三相电路的相线；另一种是将绕组按顺序UX-VY-WZ或ux-vy-wz连接，同样将U、V、W或u、v、w引出来，连接三相电路的相线。三相变压器的高压侧和低压侧绕组，均可以接成星形或三角形，于是三相变压器便可

39、构成很多种接线方式，例如高压侧和低压侧绕组都接成星形时，就构成Y，y（Y/Y）接线。高压侧是三角形连接，低压侧是星形连接时，就构成D，y（/Y）接线。高压侧星形连接，低压侧绕组是三角形连接时，就构成Y，d（Y/）接线。高、低压侧都接成三角形时，就构成D，d（/）接线。我国规定的标准连接组只采用前两种，即Y，y（Y/Y）和Y，d（Y/）两种接线方式。由于高、低压侧三相绕组接线方式的不同，高、低压侧对应的线电压之间，便可能产生各种不同的相位差。又由于同一种接线方式下，高、低压绕组之间可以有两种不同的极性，更增加了高、低压侧线电压之间相位差的差别。三相变压器的接线组别，可以得到从1点钟到12点钟的各

40、种连接组别，但其中只有Y，y0（Y/Y-12）和Y，d11（Y/-11）连接组被广泛采用。现将我国采用的两种接线组别的判断方法分述于下。1Y，y0（Y/Y-12）接线组当变压器的高压侧和低压侧都采用星形接线方式时，可以得到各偶数的接线组别。图418所示为Y，y0（Y/Y-12）接线组，变压器的高压侧和低压侧都接成星形接线，且高压侧和低压侧都以同极性的端头作为首端，末端X、Y、Z和x、y、z都连接成中性点，在这种接线组中，高压和低压绕组对应的相电压与、与、与都是同相位的，同时高、低压侧对应的线电压与、与、与也都是同相位的，即它们之间没有相位差。如采用时钟表示法，把高压侧的线电压相量当作时钟的长针

41、指向12点钟，这时低压侧的线电压的相量作为时钟的短针也指向12点钟，所以这种连接法应为Y，y0（Y/Y-12）接线组。2Y，d11（Y/-11）接线组当变压器采用此种接法时，可以得到各奇数的接线组别。图419所示的为Y，d11（Y/-11）接线组，高压侧接成星形，而低压绕组按顺序ux-wz-vy接成三角形，高、低压绕组都以同极性的端头作为首端。这时相电压与、与、与都是同相位的，而线电压与、与、与均有滞后30°的相位差角，即高压侧线电压比对应的低压侧线电压滞后30°。采用时钟法来表示时，应将指在12点钟位置，而则指在11点钟处，所以这种接法是Y，d11（Y/-11）接线组。我

42、国制造的双绕组电力变压器，规定采用下列3种标准接线组别。（1）Y，yn0（Y/Y0-12）用在低压侧电压为400/230V的配电变压器中，供电给动力和照明混合负载。三相动力负载用400V线电压，单相照明负载用230V相电压。Yn表示星形连接的中心点引至变压器箱壳的外面再接地。（2）Y，d11（Y/-11），用在低压侧电压高于400V、高压侧电压为35kV及以下的输配电系统中。（3）YN，d11（Y0/-11），用在高压侧需要中性点接地的输电系统中，例如110kV及220kV等高压系统中。此外也可用在低压侧电压高于400V、高压侧电压为35kV及以下的输配电系统中。（4）三相三绕组变压器常用连接

43、组标号。三绕组变压器，若高压侧为中性点引出的星形连接方式，中压侧为中性点引出的星形连接方式，低压为三角形连接方式，且各侧首、末端均为同极性则两个星形侧的对应线电压是同相位（钟时序数0）的，而三角形侧的对应线电压则超前30°（钟时序数11），所以连接组标号应为YN，yn0，d11（Y0/Y0/-12-11）。带第三绕组的自耦变压器，自耦连接的三相高、中压绕组为中性点引出的星形连接方式，低压的第三绕组为三角形连接方式。自耦连接的高、中压侧对应线电压同相位（钟时序数0），而三角形侧的对应线电压超前30°（钟时序数11），所以连接组标号应为YN，a0，d11（O-Y0/-12-11

44、）。（七）额定冷却介质温度对于吹风冷却的变压器，指的是变压器运行时，其周围环境中空气的最高温度，我国规定不应超+40。因为周围的空气就是这种冷却方式的冷却介质。温度过高时，将影响变压器的冷却效果，所以在铭牌上有对冷却介质温度的规定。（八）额定温升（N）变压器内绕组或上层油面的温度与变压器外围空气的温度之差，称为绕组或上层油面的温升。在变压器的铭牌上都规定了变压器温升的限值。根据国家标准的规定，当变压器安装地点的海拔高度不超过1000m时，绕组温升的限值为65。上层油面温升的限值为55，此时变压器周围空气的最高温度为+40，最低温度为-30。因此，变压器在运行时，上层油面的最高温度不应超过+95

45、。为保证变压器油在长期使用条件下不致过快地劣化变质，变压器的上层油面温度，不宜经常超过85。当变压器安装地点的海拔高度超过1000m时，或周围空气温度超过+40时，由于散热效率降低，为保证变压器的温度不超过上述限值，变压器的额定容量应作相应修正，需稍降低些。（九）冷却方式变压器的冷却介质有油（O）、水（W）和空气（A）。循环种类有自然循环（N）、强迫非导向油循环（F）、强迫导向油循环（D）。变压器的冷却方式，与其容量的大小有关，表示方法有以下几种：（1）浸自冷却ONAN。（2）油浸风冷却ONAF。（3）油浸强迫非导向油循环，风冷却OFAF。（4）油浸强迫非导向油循环，水冷却OFWF。（5）油浸

46、强迫导向油循环，风冷却ODFA。（6）油浸强迫导向油循环，水冷却ODWF。（十）空载损耗（P0）空载损耗又称铁损，是指变压器一个绕组加上额定电压，其余绕组开路时，在变压器中消耗的功率。变压器的空载电流很小，它所产生的铜损可忽略不计，所以空载损耗可认为是变压器的铁损。铁损包括磁滞损耗和涡流损耗。空载损耗一般与温度无关，而与运行电压的高低有关，当变压器接有负载后，变压器的实际铁芯损耗小于此值。（十一）空载电流（I0）空载电流是指变压器在额定电压下空载运行时，一次侧通过的电流。不是指刚合闸瞬间的激磁涌流峰值，而是指合闸后的稳态电流。空载电流常用其与额定电流比值的百分数表示 （411）（十二）负载损耗

47、（PK）（短路损耗或铜损耗）负载损耗是指当一侧加电压而另一侧短接，使电流为额定电流时（对三绕组变压器，第三个绕组应开路），变压器从电源吸取的有功功率。按规定负载损耗应是折算到参考温度（75）下的数值。因测量时实为短路状态，所以又称短路损耗。短路状态下，使短路电流达到额定值的电压很低，表明铁芯中的磁通量很少，铁损很小，可略去不计，故可认为短路损耗就是变压器绕组中的铜损耗。对三绕组变压器而言，有三个负载损耗，其中最大一个值作为该变压器的额定负载损耗。负载损耗是考核变压器性能的主要参数之一。实际运行时的变压器负载损耗并不是上述规定的负载损耗值，因为负载损耗不仅决定于负载电流大小，而且还与周围环境温度

48、有关。（十三）阻抗电压百分数（uK）双绕组变压器，当一侧人为地短路，另一侧施加一个降低了的电压并使两侧的电流都达到额定值时，这一降低了的电压数值与额定电压之比的百分数，即为这台双绕组变压器的阻抗电压百分数。上述短路状态下所加的电压实际上是变压器通过额定电流时内部漏阻抗所引起的电压降数值，且主要是漏电抗压降。为了求得变压器的阻抗电压百分数，需要对变压器进行短路试验，测试电路如图4-20所示。这时，将变压器的二次绕组端头u-x之间用导线短接起来，在一次绕组U-X的端头上加比其额定电压适当降低了的短路电压UK，这个短路电压的数值是这样确定的，它将使一次绕组的电流达到额定值，而这时二次绕组中的电流也必

49、定达到额定值，即一次和二次绕组的电流都同时达到额定值。这时，在一次绕组端头上所加的这个电压就称为变压器的短路电压UK。短路电压通常以其与额定电压之比的百分数来表示，即 （412）测试时所加的短路电压，就是降落在变压器绕组漏阻抗上的电压降，即短路阻抗用百分数uK来表示时 （413）上式中为基准阻抗，即当额定电压UN加到该阻抗上时，通过的电流就等于该变压器的额定电流IN。经过数学推导可以得到可见变压器漏阻抗百分数与短路电压百分数是相等的，故称为阻抗电压百分数。短路电压UK的物理意义即为该变压器在一次绕组和二次绕组的电流达到额定值时，所引起的内部漏阻抗总压降，也就是变压器在满载（额定电流）运行时，变

50、压器内部漏阻抗压降的数值。短路电压百分数是变压器的一个重要特性参数，它对变压器的电压变动及并列运行有重要意义，对变压器二次侧发生突然短路时的短路冲击电流，有决定性的意义。这个数值的大小与变压器容量的大小有关，一般的规律是变压器容量小时，短路电压百分数亦小，当容量逐渐增大时，短路电压百分数亦随之逐渐增大。我国生产的电力变压器，其短路电压百分数国家标准都有规定，它的数值在424的范围内。但亦有因为特殊的需要，制作成某一个特殊数值短路电压百分数的变压器。在设计变压器的短路电压百分数时，要非常准确地使设计值与实测值相一致是比较困难的，允许存在一定的误差。由于三绕组变压器有高、中、低三个电压的绕组，测每

51、两个绕组之间的阻抗电压百分数时，应将第三个绕组处在开路状态。这样就必须有三个阻抗电压百分数，即用高中；高低；中低共三个阻抗电压百分数表示之，它的详细情况，请参考其他教材。（十四）零序阻抗（ZK0）对于Y，d连接的双绕组变压器，在高压侧星形接线的U、V、W三相连在一起的端子和中性点端子间施加一个试验电压（UK0），低压侧出线开路，测量所加电压（UK0）和回路中电流（UI0），便可计算出高压侧接电源时的零序阻抗。对三绕组变压器，当其为YN，yn，d连接方式时，除在高压侧将三相绕组并联加单相电压，低压侧开路，中压侧开路、短路各测一次外，还要以同样的方法测量中压侧加试验电压，低压侧开路，高压侧开路和短

52、路各测一次。实际对三绕组变压器，零序阻抗共计要测4次，所测得的零序阻抗分别为高压侧和中压侧接电源时的零序激磁阻抗和零序漏阻抗。零序阻抗计算式为 （414）（十五）变压器型号及其含义在变压器的铭牌上，除规定了该变压器的额定运行数据外，还有用文字符号表示的变压器型号。变压器的产品型号已有新的国家标准，但目前旧型号的变压器仍在使用，因此必须熟悉新、旧两种型号所代表的意义。新、旧型号及其所代表的意义对比如表42所示。表4-2变压器型号的含义注：O在前面表示降压变压器；O在后面表示升压变压器。变压器型号文字符号后面的数字所代表的意义是：斜线的左面表示容量，单位为kVA；斜线的右面表示高压侧的额定电压，单

53、位为kV。型式举例如下：（1）三相油浸自冷式双绕组铝线500kVA、10kV电力变压器：新型号表示为S500/10；旧型号表示为SJL500/10。（2）三相油浸风冷三绕组铝线8000kVA、35kV电力变压器：新型号表示为SFSL8000/35；旧型号表示为SJFSL8000/35。第三节 互 感 器互感器是一种特种变压器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器分为电压互感器和电流互感器。电压互感器是原绕组并联于一次电路内，副绕组与测量仪表和继电器的电压线圈并联连接；电流互感器是原绕组串联于一次电路内，副

54、绕组与测量仪表和继电器电流线圈串联。互感器的作用如下：（1）互感器与电气仪表和继电保护及自动装置配合，测量电力系统高电压回路的电压。电流及电能等参数；（2）互感器使二次设备和工作人员均能与高电压隔离，且互感器二次接地，从而保障了工作人员与设备安全；（3）互感器使二次侧所取量统一，有利于二次设备标准化；（4）互感器使二次回路不受一次系统的限制，可以使接线简单化；（5）互感器使二次设备用低电压、小电流连接控制，便于集中控制。一、电压互感器电压互感器是将电力系统的高电压变成一定标准的低电压（100V或100/3A）的电气设备。电压互感器从结构上讲是一种小容量、高电压比的降压变压器，基本原理与变压器相

55、同。但是电压互感器不输送电能，仅作为测量和保护用的标准电源。其原理电路见图421。1电压互感器的特点（1）电压互感器二次回路的负载（测量表计的电压线圈和继电保护及自动装置的电压线圈）恒定且其阻抗很大；二次工作电流小，相当于变压器的空载运行状态。（2）电压互感器始终处于空载运行状态，消耗功率很小，二次电压基本上等于二次电动势，只决定于恒定的一次电压，所以测量电压具有一定的准确级。（3）电压互感器二次绕组不能短路。由于电压互感器的正常负载是阻抗很大的仪表或继电器电压线圈；而发生短路后，二次回路阻抗仅仅是互感器二次绕组的阻抗，因此在二次回路中会产生很大的短路电流，影响测量表计的指示，造成继电保护误动，甚至烧毁互感器。（4）电压互感器二次绕组及零序电压绕组的一端必须接地。否则在线路发生故障时，在二次绕组和零序电压绕组上感应出高电压，危及仪表、继电器和人身的安全。一般是中性点接地；也可采用V相接地。2电压互感器的结构电压互感器的结构可分为普通式和串级式两种。所谓普通式就是二次