变压器的原理和分类

变压器的基本知识设备动力部赵建华2014年6月18日变压器是一种根据电磁感应原理制成的电器设备。它广泛应用于电力系统和电子线路中，在测量系统中也是一种不可缺少的电器设备。变压器是一种十分常见的电气设备。按其用途的不同可分为电力变压器和特殊变压器两大类。应用于电力系统变配电的变压器称为电力变压器，常见的有升压变压器、降压变压器、配电变压器和联络变压器等。如果是针对某种特殊需要而制造的变压器，称为特殊变压器。例如，矿用防爆变压器、整流变压器、高压试验变压器、仪用变压器、自耦变压器、电焊变压器、音频变压器、高压变压器和电炉变压器等等。变压器的分类与作用一般常用变压器的分类可归纳如下：1、按相数分：1）单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。2）三相变压器：用于三相系统的升、降电压。2、按冷却方式分：1）干式变压器：依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却，多用于高层建筑、高速收费站点用电及局部照明、电子线路等小容量变压器。主要分类2）油浸式变压器：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。3、按用途分：1）电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。2）仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。3）试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。4）特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。主要分类4、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。主要分类5、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地方。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。主要分类要正确使用变压器，必须首先搞清楚变压器的有关技术指标：１．型号由字母和数字组成，字母表示的意义为：Ｓ表示三相，Ｄ表示单相，Ｋ表示防爆，Ｆ表示风冷等。例如，Ｓ９－５００／１０，Ｓ９表示三相变压器的系列，它是高效节能变压器；５００表示容量，单位为千伏安。10表示电压，单位为千伏。变压器的技术指标1）:S7-315/10变压器即三相（S）铜芯10KV变压器,容量315KVA,设计序号7为节能型.2）：scr9-500/10，s11-m-100/10S--三相C--浇注成型（干式变压器）r缠绕型9（11）--设计序号500（100）--容量（KVA）10--额定电压（KV）m--密闭变压器的技术指标3）：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。变压器的技术指标２．连接组别Ｙ／Ｙ０表示三相变压器的接法及高低压绕组线电压之间的相位关系。例如，Ｙ／Ｙ０－12，Ｙ表示高压绕组呈星形联结，Ｙ０表示低压绕组呈星形联结且有中线，12表示一次、二次绕组线电压的相位相同，即同相。关于三相变压器绕组的连接方法，以后再进一步介绍。变压器的技术指标３．阻抗电压变压器的一个绕组短路，另一个绕组输入电压使一次、二次绕组的电流分别达到额定值，则该输入电压为阻抗电压，或称为短路电压。４．额定电压变压器铭牌上有两个额定电压，即一次侧额定电压和二次侧额定电压。一次侧额定电压是指一次侧正常工作时的电压，它是根据变压器的绝缘程度和允许的发热条热条件决定的。变压器的技术指标使用时，电源的电压必须与一次侧电压相等，否则变压器不能正常工作。二次侧额定电压是指一次侧加上额定电压后二次侧的空载电压。５．额定电流额定电流是指根据变压器允许的发热条件而规定的电流值，使用时变压器的电流不应超过额定值。对于三相变压器，额定电流是指线电流。变压器的技术指标６．额定容量以变压器二次绕组的额定视在功率表示，它反映变压器正常工作运行时可能传输的最大电功率。单位为ｋＶＡ或ＭＶＡ。忽略损耗，额定容量可表示如下：单相ＳＮ＝Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈Ｕ１ＮＩ１Ｎ三相ＳＮ＝３Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈３Ｕ１ＮＩ１Ｎ式中：Ｕ１Ｎ、Ｕ２Ｎ及Ｉ１Ｎ、Ｉ２Ｎ分别为一、二次侧的额定线电压、额定线电流。变压器的技术指标６．额定容量以变压器二次绕组的额定视在功率表示，它反映变压器正常工作运行时可能传输的最大电功率。单位为ｋＶＡ或ＭＶＡ。忽略损耗，额定容量可表示如下：单相ＳＮ＝Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈Ｕ１ＮＩ１Ｎ三相ＳＮ＝３Ｕ２ＮＩ２Ｎ≈３Ｕ１ＮＩ１Ｎ式中：Ｕ１Ｎ、Ｕ２Ｎ及Ｉ１Ｎ、Ｉ２Ｎ分别为一、二次侧的额定线电压、额定线电流。变压器的技术指标1．２．１电源变压器在电子仪器中，一般都有电源变压器，以便将电网交流电压变成所需要的数值不同的电压，经过整流后再变成直流电压，供给电子线路使用。电源变压器的容量不大，一般为几十伏安。１．结构电源变压器的铁心是由硅钢片叠压而成。硅钢片有热轧和冷轧两种。热轧硅钢片通常冲制成Ｅ字形，绕组套在中间柱上，做成壳式，如图1．２．１所示。冷特种变压器及变压器产品轧硅钢片的导磁性能有方向性，顺着碾压方向导磁能力强，所以先将其卷成环状，然后切成两半成Ｃ形，将绕组分别套在两边，最后再将两半铁心合在一起，用抱箍包装，如图1．２．２所示。特种变压器及变压器产品图1．２．１壳式电源图1．２．２Ｃ形电源这是一个三相电力变压器的模型。从外观看主要由变压器的箱体、高压绝缘套管、低压绝缘套管、油枕、散热管组成。电力变压器的构造移去变压器箱体可看到变压器的铁芯与绕组。在铁芯上有A、B、C三相绕组，每相绕组又分为高压绕组与低压绕组。左边是高压绕组引出线，右边是低压绕组引出线。电力变压器的构造把铁芯与绕组放入箱体，绕组引出线通过绝缘套管内的导电杆连到箱体外，导电杆外面是瓷套管，通过它固定在箱体上，保证导电杆与箱体绝缘。为减小因灰尘与雨水引起的漏电，瓷套管外型为多级伞形。右边是低压绝缘套管，左边是高压绝缘套管，由于高压端电压很高，高压绝缘套管比较长。电力变压器的构造电力变压器的构造电力变压器的构造变压器箱体（即油箱）里灌满变压器油，铁芯与绕组浸在油里。变压器油比空气绝缘强度大，可加强各绕组间、绕组与铁芯间的绝缘，同时流动的变压器油也帮助绕组与铁芯散热。在油箱上部有油枕，有油管与油箱连通，变压器油一直灌到油枕内，可充分保证油箱内灌满变压器油，防止空气中的潮气侵入。电力变压器的构造油箱外排列着许多散热管，运行中的铁芯与绕组产生的热能使油温升高，温度高的油密度较小上升进入散热管，油在散热管内温度降低密度增加，在管内下降重新进入油箱，铁芯与绕组的热量通过油的自然循环散发出去。1、干式电力变压器可以避免由于运行中发生故障而导致变压器油发生火灾和爆炸的危险。由于干式变压器绝缘材料均为难燃材料，即使运行中变压器发生故障而引发火灾或有外来火源，也不会使火灾的灾情扩大。2、干式电力变压器不会像油浸式变压器那样存在渗漏油问题，更无变压器油老化等问题，通常干式电力变压器运行维护和检修工作量大为减少，甚至可以免维修。3、干式电力变压器一般为户内式装置，对特殊要求的场所也可制成为户外式，它可以和开关柜安装于同一室内，减少安装面积。4、干式电力变压器由于无油，故其所属附件也少，无储油柜、安全气道和大量的阀门等部件，无密封等问题。干式变压器及其优点：1、浸渍空气绝缘干式变压器：目前使用很少。绕组导线绝缘、绝缘结构材料根据需要选用不同耐热等级的绝缘材料，制成B级、F级和H级绝缘干式变压器。2、环氧树脂浇注干式变压器：采用的绝缘材料有聚酯树脂和环氧树脂。目前浇注绝缘干式电力变压器多采用环氧树脂。3、绕包绝缘干式变压器：绕包绝缘干式变压器也是树脂绝缘的一种，目前生产厂家较少。4、复合式绝缘干式变压器：（1）、高压绕组采用浇注式，低压绕组采用浸渍绝缘；（2）、高压采用浇注式，低压采用铜箔、铝箔绕制的箔式绕组。干式电力变压器的种类：干式电力变压器的种类：干式电力变压器的种类：干式电力变压器的种类：1、防止变压器过载运行：如果长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，匝间短路、相间短路或对地短路及油的分解；2、防止变压器铁芯绝缘老化损坏：铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，会使铁芯产生很大的涡流，铁芯长期发热造成绝缘老化；3、防止检修不慎破坏绝缘：变压器检修吊芯时，应注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，及时处理。变压器的养护变压器铁芯采用优质低损耗冷轧硅钢片，经高速冲床冲剪，具有毛刺小、规则均匀、叠片整齐美观，损耗小，线圈采用优质绝缘导线，经专用机器绕制成圆形，矩形等形状，具有绕制紧实，排列整齐，平整度好，外形美观。五金夹件经过防腐处理，变压器整体经预烘-真空浸漆-热烘固化等流程，使变压器线圈及铁芯牢固成为一个整体，大大减小了运行时的噪音，提高变压器的绝缘性能。制造工艺油浸式变压器的渗漏是变压器故障的常见问题，特别是一些运行年限已久的变压器更为普遍，轻者污染设备外表影响美观，重者威胁设备安全运行甚至人员生命，变压器的渗漏包括进出空气(正常经吸湿器进入的空气除外和渗漏油。常见故障1、日常巡视每天应至少一次，夜间巡视每周应至少一次。2、下列情况应增加巡视检查次数：1）首次投运或检修、改造后投运72h内；2）气象突变（如雷雨、大风、大雾、大雪、冰雹、寒潮等）时；3）高温季节、高峰负载期间；4）变压器过载运行时。检查规定3、变压器日常巡视检查应包括以下内容：1）油温应正常，应无渗油、漏油，储油柜油位应与温度相对应；2）套管油位应正常，套管外部应无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象；3）变压器音响应正常；4）散热器各部位手感温度应相近，散热附件工作应正常；5）吸湿器应完好，吸附剂应干燥；检查规定6）引线接头、电缆、母线应无发热迹象；7）压力释放器、安全气道及防爆膜应完好无损；8）分接开关的分接位置及电源指示应正常；9）气体继电器内应无气体；10）各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮；11）干式变压器的外表应无积污；12）变压器室不漏水，门、窗、照明应完好，通风良好，温度正常；13）变压器外壳及各部件应保持清洁。检查规定变压器的绝缘等级，并不是绝缘强度的概念，而是允许的温升的标准，即绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。绝缘的温度等级分为A级E级B级F级H级。各绝缘等级具体允许温升标准如下：绝缘等级等级AEBFH最高允许温度（℃）105120130155180绕组温升限值（K）607580100125性能参考温度（℃）80951001201451、防止变压器过载运行：长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匝间短路、相间短路或对地短路及油的分解。2、保证绝缘油质量：变压器绝缘油在贮存、运输或运行维护中，若油质量差或杂质、水分过多，会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时，变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此，运行中变压器应定期化验油质，不合格的油应及时更换。运行维护3、防止变压器铁芯绝缘老化损坏：铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，使铁芯产生很大的涡流，引起铁芯长期发热造成绝缘老化。4、防止检修不慎破坏绝缘：变压器检修吊芯时，注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，应及时处理。5、保证导线接触良好：线圈内部接头接触不良，线圈之间的连接点、引至高、低压侧套管的接点、以及分接开关上各支点接触不良，会产生局部过热，破坏绝缘，发生短路或断路。运行维护此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解，产生大量气体，变压器内压力加大。当压力超过瓦斯断电器保护定值而不跳闸时，会发生爆炸。6、防止电击：电力变压器的电源一般通过架空线而来，而架空线很容易遭受雷击，变压器会因击穿绝缘而烧毁。7、短路保护要可靠：变压器线圈或负载发生短路，变压器将承受相当大的短路电流，如果保护系统失灵或保护定值过大，就有