变压器的基本工作原理

电力变压器1、变压器的基本工作原理2、变压器的结构、类型、型号、参数3、变压器故障与预防1、变压器的基本工作原理变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。

只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。构造示意图(1)闭合铁芯

(绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈(初级线圈)

其匝数用n1表示与交变电源相连(3)副线圈(次级线圈)

其匝数用n2表示与负载相连(4)输入电压U1

输出电压U2原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽——互感现象

变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化

(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)变压器的工作原理原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽0ett1t2t3t4变压器的工作原理

原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁),因此产生的感应电动势分别是：若不考虑原副线圈的内阻有

U1=E1

U2=E2

I1U2U1n1n2I2R~原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽变压器的工作原理

理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比1、n2

>n1

U2>U1——升压变压器3、n2

<n1

U2<U1——降压变压器2、n2

=n1

U2=U1——等压变压器2变压器的结构、类型、型号、参数2.1分类按用途分：电力变压器（升压变压器、降压变压器）和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。●铁芯结构——芯式、壳式芯式——结构简单工艺简单应用广泛壳式——

结构复杂，用在小容量变压器和电炉变压器图铁芯结构示意图变压器器身铁心绕组引线（包括调压装置、引线夹件等）绝缘附件（包括油枕、油门闸阀等）油箱本体油箱冷却装置（包括散热器、风扇、油泵等）保护装置（包括防爆阀、气体继电器、测温元件、呼吸器等）出线装置（包括套管等）变压器结构与器身构造2.2基本结构铁芯变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。绕组变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。油箱油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。绝缘套管将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。

油枕：油枕保证油箱内充满油，使变压器缩少与空气的接触面，减少油的劣化速度；变压器油温随着负载和环境温度的变化而变化，当油的体积随着温度膨胀或缩少时，油枕起储油及补油作用；在油枕的侧面装有监视油位的油位计（玻璃式、连杆式、铁磁式）。油枕内放置气囊，与呼吸器配合调节油位变化。变压器油：绝缘及冷却调压装置：调整电压比。

a、有载调压：变压器带负载状态下切换分接头位置；

b、无载调压：变压器调压时不带任何负载，且与电网断开，在无励磁情况下变换绕组分接头。

净油器：改善运行中绝缘油特性，防止绝缘油继续老化（多应用于有载调压油箱）。净油器内装吸附硅胶，吸收油中的水份及氧化物，使油保持洁净，延长油的使用年限，改善油的电气化学性能。冷却器：当变压器上层油温与下部油温产生温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。呼吸器：当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩少时，排出或吸入的空气都经呼吸器，呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水份，对空气起过滤作用，从而保证油的清洁。呼吸器内的硅胶变色过程：蓝色→淡紫色→淡粉红（≥2/3时需更换）。

瓦斯继电器：变压器的保护装置，装在变压器油箱至油枕的连接管上。

a、轻瓦斯：通过检测瓦斯继电器中积聚气体达到一定量时动作。

b、重瓦斯：通过检测油流速度达到一定值时动作。防爆阀：当变压器发生内部故障时，温度升高，油剧烈分解产生大量气体，使油箱内压力剧增，当压力达到防爆阀动作值时，防爆阀打开，油及气体油阀门喷出，防止变压器的油箱爆炸或变形。绝缘

1、绝缘等级：绝缘材料按其耐热程度可分为7个等级，它们的最高允许温度也各不相同。各级绝缘材料通常有：Y级绝缘材料：棉纱、天然丝、再生纤维素为基础的纱织品，纤维素的纸、纸板、木质板等。A级绝缘材料：经耐温达的液体绝缘材料浸渍过的棉纱、天然丝、再生纤维素等制成的纺织品、浸渍过的纸、纸板、木质板等。E级绝缘材料：聚脂薄膜及其纤维等。B级绝缘材料：以云母片和粉云母纸为基础的材料。F级绝缘材料：玻璃丝和石棉及以其为基础的层压制品。H级绝缘材料：玻璃丝布和玻璃漆管浸以耐热的有机硅漆。C级绝缘材料：玻璃、电瓷、石英等。2、绝缘结构变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部的绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等。绕组绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两种。主绝缘指的是绕组与绕组之间、绕组与铁心及油箱之间的绝缘；纵绝缘指的是同一绕组匝间以及层间的绝缘。1、同一绕组中的不同点，如线饼间、层间、线匝间的绝缘；2、同一绕组的各引出线间的绝缘；3、分接开关各部分的绝缘。主绝缘纵绝缘绕组绝缘引线和分接开关的绝缘套管内部的绝缘套管内部闪络和泄漏距离空气气隙内绝缘外绝缘变压器绝缘1、高压绕组间绝缘、绕组对地（铁心、油箱）绝缘；2、各相间的绝缘；3、引出线对地和其它绕组的绝缘；4、分接开关对地和其它绕组的绝缘。绝缘结构变压器的外形结构变压器铁心结构变压器铁心结构变压器铁心结构变压器绝缘结构变压器绝缘结构线圈绝缘纸筒变压器绝缘结构绝缘压板变压器绝缘结构端部静电环端部角环变压器绝缘结构引线夹木变压器外绝缘结构主要是套管对地和套管之间空间距离和套管沿面爬距。油油套管油气套管油纸电容式散热方式自冷方式风冷方式强油风冷方式强油水冷方式三相自耦式变压器高压有载开关调压装置其他1）压力释放阀2）油枕（胶囊式、隔膜式、波纹式）3）气体继电器4）温度计1）压力释放阀压力释放阀油枕波纹式（外油式）采用金属弹性元件作为补偿器的储油柜，其又分为外油式和内油式两大类外油卧式储油柜是以波纹管为气囊，卧式放置于储油柜筒体之内，波纹管外侧与筒体之间盛装绝缘油，而波纹管内是与外界相通的空气，依靠波纹管伸缩改变储油柜内部容积实现绝缘油体积补偿，外观形状为横置圆柱体。油枕波纹式（内油式）内油立式储油柜是以波纹管为装油容器，根据补偿油量大小采用一个或多个波纹管将油管并联立式放在一个底盘上，外部加防尘罩，依靠波纹管上下移动进行绝缘油体积补偿，外观形状多为长方体。敞开式开式(无密封)储油柜，变压器油与外界空气直接相通隔膜式胶囊式A、罩

B、项针

C、气塞D、磁铁E、开口杯F、重锤

G、探针

H、支架

K、弹簧

L、挡板

M、磁铁

N、螺杆

P、干簧接点（跳闸用）Q、调节杆R、干簧节点（信号用）S、套管

T、嘴子

3）气体继电器4）温度计顶层温度计2.3变压器型号一、型号型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。型号中符号排列顺序含

义代表符号内

容类

别

1（或放在末数）线圈耦合方式自耦降压（或自耦升压）O

2相

数单

相D三

相S

3冷却方式油浸自冷J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S

5线圈导线材质铜—铝L

6调压方式无励磁调压—有载调压Z

7加强干式Q干式防火H移动式D成

套T例一：SL7—500/10低损耗三相油浸自冷双绕组铝线，额定容量500KVA，高压侧额定电压10KV级电力变压器；例二：SFPL——63000/110三相强迫油循环风冷双绕组铝线，额定容量63000KVA，高压侧额定电压110KV级电力变压器。2.4变压器技术参数（1）额定容量（SN）额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态（即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态）下变压器输出的视在功率的保证值，以SN表示。

额定容量通常是指高压绕组的容量；当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量。（2）额定电流（I1、I2）

变压器一、二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的线电流，单位以A表示。（3）额定电压（UN）

变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指额定施加的或空载时产生的电压。一次额定电压U1N是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值；二次额定电压U2N是指当一次绕组所接的电压为额定值、分接开关放在额定分触头位置上，变压器空载时二次绕组的电压（单位为V或KV）。三相变压器的额定电压指的均是线电压。一般情况下在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独调压绕组常常套在最外面，引出分接头方便；其次是高压侧电流小，引出分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。（5）阻抗电压（短路阻抗）

阻抗电压也称短路电压（Uz%），它表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗（百分值）。用试验求取的方法为：将变压器二次侧短路，在一次侧逐渐施加电压，当二次绕阻通过额定电流时，一次绕阻施加的电压Uz与额定电压Un之比的百分数,即：Uz%=Uz/Un×100%。正常运行时，阻抗电压少一些较好，因为阻抗电压过大时，会产生过大的电压降，而在变压器发生短路时，阻抗电压大一些较好，因可以限制短路电流，否则变压器经受不住短路电流冲击。

（6）空载电流（I0）变压器一次侧施加（额定频率的）额定电压，二次侧断开运行时称为空载运行，这时一次绕组中通过的电流称空载电流，它主要仅用于产生磁通，以形成平衡外施电压的反电动势，因此空载电流可看成也就是励磁电流。变压器容量大小、磁路结构和硅钢片的质量好坏，是决定空载电流的主要因素。（7）空载损耗（P0）空载电流的有功分量I0a为损耗电流，由电源所汲取的有功功率称空载损耗P0。空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗。

（8）短路损耗（Pf）短路损耗变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时变压器由电源所汲取的（亦即消耗的）功率（单位为W或KW）。（9）连接组别表示变压器各相绕组的连接方式和一、二次线电压之间的相位关系。符号顺序由左至右各代表一、二次绕组的连接方式，数字表示两个绕组的连接组号。一般的高压变压器基本都是Yn，Y,d11接线。在变压器的联接组别中“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。3变压器故障与预防突发性的绝缘故障（事故）

突发性的绝缘故障，往往会造成事故。例如，绕组的导线匝间短路、线饼之间短路、绕组间的绝缘击穿以及引线间及引线对地的绝缘击穿；高电场区域较严重的局部放电引起沿绝缘纸板树枝状放电或者对地绝缘击穿等。

突发性的绝缘故障有可能是先天性的缺陷造成的，例如变压器的使用材料、设计结构、制造工艺（含装配工艺）等留下了先天性的局部缺陷；也有可能是后天性的原因造成的，例如变压器在现场装配、维修过程中，在维护中引起的局部缺陷等。

一些固有的局部缺陷可能在变压器特殊运行情况下，由于外部因素而引起突发性故障或事故；一些固有的局部缺陷可能在变压器正常运行情况下逐步演变，成为越来越严重的缺陷而突然出现故障。3.1变压器故障过热性故障

变压器中的载流导体、铁心、结构件都有可能发生局部过热。引起变压器局部过热的先天性因数较多：例如1）载流导体的接头焊接不良、采用螺栓连接引线（或接线片）的螺栓防松不当使接触电阻增大、绕组的加包附加绝缘（这种结构早期在其他工厂曾经采用）引起局部绕组的线饼温升过高等；2）大型变压器的漏磁场在并联的引出线中、甚至结构件中引起环流等；3）漏磁屏蔽结构设计不合理使涡流损耗局部集中等；4）铁心的局部短路、铁心的多点接地、铁心的结构不当等。

结构件发生局部过热，主要是结构件在设计时对漏磁场应对措施不完善或者不恰当、结构不尽合理等因数引起的。也有结构件加工中的疏忽、造成不应有的过失而引起局部过热的例子。放电性故障

比较严重的局部放电、悬浮放电、电弧放电等，属于放电性故障。

局部放电往往是在最高电场区域发生。

悬浮放电是高电场中处于悬浮电位的金属结构件，甚至非金属结构（或异物）引起电场畸变，从而产生悬浮放电性质的局部放电。套管的均压球松动或其等电位连线脱落、磁屏蔽板的接地不良、高电场区域的悬浮金属件或者引起电场畸变的异物等都可能引起悬浮放电。

电弧放电是在具有电位差的电极间绝缘受到破坏（击穿），或者是电极间接触（连接）不良，例如，分接开关的触头间接触不良等等而产生电弧放电等。变压器附件的故障

变压器套管、分接开关等的故障，属于变压器附件的故障。对于油-纸电容式套管，电容芯子在制造与检修中干燥不彻底，或在运行中受潮、电容芯子在制造中存在缺陷、结构不尽合理等等，都可能引起套管在运行中出现介质损耗因数增大甚至发生故障；分接开关通常出现的故障是动、定触头之间接触不良，有载分接开关的切换开关油箱中的油向变压器本体油箱渗油等。

分接开关的存在不仅增加了变压器结构的复杂性，分接开关本身质量的可靠性也是人们极为关注的问题。因此，尽可能不采用分接开关，可以提高变压器的可靠性。如果必须采用分接开关，调压范围应当选择适当，调压范围可以小一些的就不必选得更大，以便提高变压器的可靠性。

气体继电器、压力释放器等都应当定期进行检测；一些有寿命规定的器件，例如储油柜的胶囊、潜油泵等应当定期更换。3.2变压器故障预防1、运行中的不正常现象和处理1.1值班人员在变压器运行中发现不正常现象时，应设法尽快消除，并报告上级和做好记录。1.2变压器有下列情况之一者应立即停运，若有运用中的备用变压器，应尽可能先将其投入运行：a.变压器声响明显增大，很不正常，内部有爆裂声；b.严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度；c.套管有严重的破损和放电现象；d.变压器冒烟着火。1.3当发生危及变压器安全的故障，而变压器的有关保护装置拒动时，值班人员应立即将变压器停运。1.4当变压器附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对其压器构成严重威胁时，值班人员应立即将变压器停运。1.5变压器油温升高超过制造厂规定，或规程规定的限值时，值班人员应按以下步骤检查处理：a.检查变压器的负载和冷却介质的温度，并与在同一负载和冷却介质温度下正常的温度核对；b.核对温度测量装置；c.检查变压器冷却装置或变压器室的通风情况。若温度升高的原因是由于冷却系统的故障，且在运行中无法修理者，应将变压器停运修理；若不能立即停运修理，则值班人员应按现场规程的规定调整变压器的负载至允许运行温度下的相应容量。在正常负载和冷却条件下，变压器温度不正常并不断上升，且经检查证明温度指示正确，则认为变压器已发生内部故障，应立即将变压器停运。变压器在各种超额定电流方式下运行，若顶层油温超过105℃时，应立即降低负载。1.6变压器中的油因低温凝滞时，应不投冷却器空载运行，同时监视顶层油温，逐步增加负载，直至投入相应数量冷却器，转入正常运行。

寒冷气度或变压器油标号低所能见到的问题，油因低温凝滞，绝缘性能正常，但冷却效率降低，影响热点温度，因此，允许变压器投运，负载要逐步增加。考虑热点温度影响。1.7当发现变压器的油面较当时油温所应有的