供配電技術(shù)電氣設(shè)備---電力變壓器主要內(nèi)容一.電氣設(shè)備的定義

二.電氣設(shè)備的分類三.電力變壓器的用途四.電力變壓器的分類五.變壓器的工作原理一、電氣設(shè)備的定義供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備是指用于發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的所有設(shè)備，包括發(fā)電機、變壓器、控制電器、保護設(shè)備、測量儀表、線路器材和用電設(shè)備（如電動機、照明用具）等。二、電氣設(shè)備的分類1.按電壓等級分（1）高壓設(shè)備交流50Hz、額定電壓1200V以上直流、額定電壓1500V以上（2）低壓設(shè)備交流50Hz、額定電壓1200V及以下直流、額定電壓1500V及以下（1）一次回路及一次設(shè)備一次回路供配電系統(tǒng)中用于傳輸、變換和分配電力電能的主電路一次設(shè)備或一次電器設(shè)置在一次回路中的電氣設(shè)備（2）二次回路及二次設(shè)備二次回路指用來控制、指示、監(jiān)測和保護一次回路運行的電路二次設(shè)備或二次電器設(shè)置在二次回路中的電氣設(shè)備。2．按設(shè)備所屬回路分三、電力變壓器的用途

變壓器是傳輸電能而不改變其頻率的靜止的電能轉(zhuǎn)換器。變壓器是電力系統(tǒng)中數(shù)量極多且地位十分重要的電氣設(shè)備，變壓器的總?cè)萘看蠹s是發(fā)電機總?cè)萘康?倍以上。其功能是將電力系統(tǒng)中的電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。在電力系統(tǒng)中，輸送同樣功率的電能，電壓越高，電流就越小，輸電線路上的功率損耗也越小；輸電線的截面積也可以減小，這樣就可以減少導(dǎo)線的金屬用量。

由于制造上的困難，發(fā)電機電壓不可能很高（目前在20KV以下），所以在發(fā)電廠中要用升壓變壓器將發(fā)電機電壓升到很高，才能將大量的電能送往遠處的用電地區(qū)，如35KV、66KV、110KV、220kv、330kv、500kv等。而在用電負荷處，再用降壓變壓器將電壓降低到適當?shù)臄?shù)值供用戶電氣設(shè)備使用。電力變壓器在傳輸電能的時候，本身也有一些有功損耗，但數(shù)量不大，因而傳輸效率很高。中小型變壓器的效率不低于95％，大型變壓器效率可達到98％以上。

四、電力變壓器的分類按功能分：

電力變壓器按功能分，有升壓變壓器和降壓變壓器兩大類。工廠變電所都采用降壓變壓器。終端變電所的降壓變壓器，也稱配電變壓器。按相數(shù)分：電力變壓器按相數(shù)分，有單相和三相兩大類。工廠變電所通常都采用三相電力變壓器。電力變壓器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列兩大類。

R8容量系列指容量等級是按R8≈1.33倍數(shù)遞增的，我國老的變壓器容量等級采用此系列，如：100kvA、135kvA、180kvA、240kvA、320kvA、420kvA、560kvA、750kvA、1000kvA等。

R10容量系列指容量等級是按R10≈1.26倍數(shù)遞增的。R10系列的容量等級較密，便于合理選用，是IEC（國際電工委員會）推薦采用的。我國新的變壓器容量等級采用此系列，如：100KVA、125kvA、160kvA、200kvA、250kvA、315kvA、400kvA、500kvA、630kvA、800kvA、1000kvA。按容量分：按調(diào)壓方式分：電力變壓器按調(diào)壓方式分，有無載調(diào)壓（又稱無勵磁調(diào)壓）和有載調(diào)壓兩大類。工廠變電所大多數(shù)采用無載調(diào)壓變壓器。按繞組導(dǎo)體材質(zhì)分：電力變壓器按繞組導(dǎo)體材質(zhì)分，有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器兩大類。工廠變電所過去大多采用鋁繞組變壓器，但低損耗的銅繞組變壓器現(xiàn)在得到了越來越廣泛的應(yīng)用。電力變壓器按繞組結(jié)構(gòu)分，有單繞組自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器。工廠變電所大多采用雙繞組變壓器。按繞組結(jié)構(gòu)分：電力變壓器按繞組絕緣及冷卻方式分，有油浸式、干式和充氣式（SF6）等。其中油浸式變壓器，又有油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸水冷式和強迫油循環(huán)冷卻式等。工廠變電所大多采用油浸自冷式變壓器。所謂充氣式變壓器是指變壓器的磁路（鐵心）與繞組均位于一個充有絕緣氣體的外殼內(nèi)的變壓器。以往，一般情況下是采用SF6氣體，所以又稱氣體絕緣變壓器。按繞組絕緣及冷卻方式分類：電力變壓器的型號特殊使用環(huán)境代號額定電壓額定容量特殊用途和特殊結(jié)構(gòu)代號設(shè)計序號調(diào)壓方式導(dǎo)線材料繞組數(shù)油循環(huán)方式冷卻方式相數(shù)產(chǎn)品類別產(chǎn)品類別代號O-自耦變壓器，通用變壓器不標H-電弧爐變壓器C-感應(yīng)電爐變壓器Z-整流變壓器K-礦用變壓器Y-試驗變壓器相數(shù)D-單相變壓器S-三相變壓器冷卻方式F－風(fēng)冷式W－水冷式注：油浸自冷式和空氣自冷式不標注油循環(huán)方式N－自然循環(huán)O―強迫導(dǎo)向循環(huán)P―強迫循環(huán)繞組數(shù)S―三繞組注：雙繞組不標注導(dǎo)線材料L―鋁繞組注：銅繞組不標注調(diào)壓方式Z―有載調(diào)壓注：無載調(diào)壓不標注性能水平代號（設(shè)計序號）性能水平代號電壓等級kV性能參數(shù)空載損耗負載損耗76、10符合GB/T6451組Ⅱ符合GB/T6451≥35符合GB/T645186、10符合GB/T6451組Ⅰ≥35比GB/T6451平均下降10%96、10配電變壓器符合表A26、10電力變壓器比GB/T6451組Ⅰ平均下降10%比GB/T6451平均下降10%≥35比GB/T6451平均下降20%106、10比GB/T6451組Ⅰ平均下降20%比GB/T6451平均下降15%≥35比GB/T6451平均下降30%116、10比GB/T6451組Ⅰ平均下降30%≥35比GB/T6451平均下降40%特殊用途或特殊結(jié)構(gòu)代號Z――低噪聲用；L――電纜引出X――現(xiàn)場組裝式；J――中性點為全絕緣；CY――發(fā)電廠自用變壓器變壓器的額定容量變壓器的額定容量，單位為KVA。變壓器的額定電壓變壓器的額定容量，單位為KV。例1：一臺三相、油浸、風(fēng)冷、雙繞組、無勵磁調(diào)壓、鋁導(dǎo)線、20000kVA、110kV級電力變壓器產(chǎn)品，其性能水平符合GB/T6451規(guī)定，該產(chǎn)品的型號是？例1答案：該產(chǎn)品的型號為：SFL7—20000/110例2：一臺三相、油浸、水冷、強迫油循環(huán)、雙繞組、有載調(diào)壓、銅導(dǎo)線、360000kVA、220kV級低噪聲用電力變壓器的產(chǎn)品，其性能水平符合GB/T6451規(guī)定，該產(chǎn)品的型號是？例2答案：該產(chǎn)品的型號為：SWPZ7—Z—360000/220

油浸式電力變壓器

油浸式變壓器在電力系統(tǒng)使用最為廣泛，三相油浸式電力變壓器的外形如圖。其基本結(jié)構(gòu)可分成以下幾個部分：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件等。

鐵心和繞組是變壓器的主要部件，稱為器身，如圖，器身放在油箱內(nèi)部。油浸式電力變壓器器身油箱冷卻裝置保護裝置出線裝置鐵心、繞組、絕緣結(jié)構(gòu)、引線、分接開關(guān)油箱本體（箱蓋、箱壁、箱底）和附件（放油閥門、油樣活門、接地螺栓、銘牌散熱器和冷卻器儲油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全氣道）、吸濕器(呼吸器)、溫度計、凈油器、氣體繼電器（瓦斯繼電器）高壓套管、低壓套管油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)2.分接開關(guān)1.高壓套管4.瓦斯繼電器3.低壓套管6.油枕5.防爆管8.吸濕器7.油位表10.銘牌9.散熱器12.油樣活門11.接地螺栓14.活門13.放油閥門16.溫度計15.繞組18.凈油器17.鐵芯20.變壓器油19.油箱油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)鐵心（磁路部分）鐵心的材料

為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減小鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料—0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成。變壓器用的硅鋼片其含硅量比較高。硅鋼片的兩面均涂以絕緣漆，這樣可使疊裝在一起的硅鋼片相互之間絕緣。鐵心形式

鐵心是變壓器的主磁路，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)，它是將A、B、C三相的繞組分別放在三個鐵心柱上，三個鐵心柱由上、下兩個鐵軛連接起來，構(gòu)成閉合磁路。繞組

繞組是變壓器的電路部分，它是由銅或鋁的絕緣導(dǎo)線繞制而成。為了便于絕緣，低壓繞組靠近鐵心柱，高壓繞組套在低壓繞組外面。油箱

油浸式變壓器均要有一個油箱，裝入變壓器油后，將組裝好的器身裝入其中，以保證變壓器正常工作。變壓器油用作加強變壓器內(nèi)部絕緣強度和散熱作用。儲油柜

變壓器在運行中，隨著油溫的變化，油的體積會膨脹和收縮，為了減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率，通常在變壓器上部安裝一個儲油柜（俗稱油枕）。1－油位計；2－氣體繼電器連通導(dǎo)管的法蘭；3－吸濕器連通管；4－集污盒；5－注油孔；6－與防爆管連通的法蘭；7－吊環(huán)；8－端蓋；9、10－閥門呼吸器

變壓器隨著負荷和氣溫變化，各變壓器油溫不斷變化，這樣油枕內(nèi)的油位隨著整個變壓器油的膨脹和收縮而發(fā)生變化，為了使潮氣不能進入油枕使油劣化，將油枕用一個管子從上部連通到一個內(nèi)裝硅膠的干燥器（俗稱呼吸器），硅膠對空氣中水份具有很強的吸附作用，干燥狀態(tài)狀態(tài)為蘭色，吸潮飽和后變?yōu)榉奂t色。吸潮的硅膠可以再生。冷卻器

直接裝配在變壓器油箱壁上，對于強迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，電動泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇中，這些管簇的外表受到來自風(fēng)扇的冷空氣吹拂，使熱量散失到空氣中去，經(jīng)過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到變壓器油箱內(nèi)。無論電動泵裝在冷卻器上部還是下部，其作用是一樣的。冷卻器有強油風(fēng)冷卻器、新型大容量風(fēng)冷卻器、強油水冷卻器絕緣套管

變壓器繞組的引出線從油箱內(nèi)部引到箱外時必須經(jīng)過絕緣套管，使引線與油箱絕緣。絕緣套管一般是陶瓷的，其結(jié)構(gòu)取決于電壓等級。1kV以下采用實心磁套管，10～35kV采用空心充氣或充油式套管，110kV及以上采用電容式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級傘形裙邊。電壓等級越高，級數(shù)越多。分接開關(guān)

變壓器常用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。分接開關(guān)分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負載情況下進行切換。分接開關(guān)安裝在油箱內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的變壓器油是完全獨立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電器、呼吸器。壓力釋放閥

當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障而產(chǎn)生大量氣體時，油箱內(nèi)壓力迅速增加，為防止變壓器發(fā)生爆炸，油箱上安裝壓力釋放閥。防爆管

防爆管又名安全氣道，裝在油箱的上蓋上，由一個喇叭形管子與大氣相通，管口用薄膜玻璃板或酚醛紙板封住。為防止正常情況下防爆管內(nèi)油面升高使管內(nèi)氣壓上升而造成防爆薄膜松動或破損及引起氣體繼電器誤動作，在防爆管與儲油柜之間連接一小管，已使兩處壓力相等。1-儲油柜2-連接小管3-防爆管4-油箱氣體繼電器

氣體繼電器又稱為瓦斯繼電器，是變壓器的一種保護裝置，安裝在油箱與儲油柜的連接管道中，當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油使油面下降較多等）產(chǎn)生的氣體和油流，迫使氣體繼電器動作。輕者發(fā)出信號，以便運行人員及時處理。重者使斷路器跳閘，以保護變壓器。A、罩

B、項針

C、氣塞D、磁鐵E、開口杯F、重錘

G、探針

H、支架

K、彈簧

L、擋板

M、磁鐵

N、螺桿

P、干簧接點（跳閘用）Q、調(diào)節(jié)桿R、干簧節(jié)點（信號用）S、套管

T、嘴子

凈油器又名熱吸虹器，是用鋼板焊接成圓筒形的小油罐，罐內(nèi)也裝有硅膠或活性氧化鋁吸附劑。當油溫變化而上下流動時，經(jīng)過凈油器達到吸取油中水分、渣滓、酸、氧化物的作用。

3150KVA及以上變壓器均有這種凈化裝置。凈油器安裝再變壓器上部時凈化效率高，裝在下部時易于更換，安裝位置視情況而定。凈油器凈油器

大型變壓器都裝有測量上層油溫的帶電接點的測溫裝置，它裝在變壓器油箱外，便于運行人員監(jiān)視變壓器油溫情況。溫度計

變壓器的一次繞組（一次繞組）與交流電源接通后，經(jīng)繞組內(nèi)流過交變電流產(chǎn)生磁通，在這個磁通作用下，鐵芯中便有交變磁通，即一次繞組從電源吸取電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍埽阼F芯中同時交（環(huán)）鏈原、副邊繞組（二次繞組），由于電磁感應(yīng)作用，分別在原、二次繞組產(chǎn)生頻率相同的感應(yīng)電動勢。如果此時二次繞組接通負載，在二次繞組感應(yīng)電動勢作用下，便有電流流過負載，鐵芯中的磁能又轉(zhuǎn)換為電能。這就是變壓器利用電磁感應(yīng)原理將電源的電能傳遞到負載中的工作原理。五、變壓器的工作原理

在主磁通的作用下，兩側(cè)的線圈分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢，電勢的大小與匝數(shù)成正比，K為變壓器變比。

變壓器匝數(shù)多的一側(cè)電流小，匝數(shù)少的一側(cè)電流大。變壓器的原、副線圈匝數(shù)不同，起到了變壓作用。變壓器一次側(cè)為額定電壓時，其二次側(cè)電壓隨著負載電流的大小和功率因素的高低而變化。

變壓器電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)成反比，即

變壓器一次繞組接電源，二次繞組開路，負載電流I2為零，這種情況即為變壓器的空載運行。N1和N2為一、二次繞組的匝數(shù)分別繞在兩個鐵心柱上。變壓器的空載運行

一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負載，二次側(cè)中便有負載電流流過，這種情況稱為負載運行。變壓器的負載運行阻抗電壓百分比

短路試驗時使電流達到額定值時所加電壓U1K稱為阻抗電壓或短路電壓。阻抗電壓用額定電壓百分比表示時有:

阻抗電壓百分比是銘牌數(shù)據(jù)之一，是變壓器的主要參數(shù)，阻抗電壓的大小反映變壓器在額定負載下運行時，漏阻抗壓降的大小。變壓器額定值的含義和作用

額定容量SN：指變壓器的視在功率。對三相變壓器指三相容量之和。單位：伏安（VA）千伏安（kVA）

額定電壓UN：U1N指電源加到原邊繞組上的電壓，U2N是副邊繞組開路即空載運行時副繞組的端電壓。對于三相變壓器一般指線電壓值。單位：伏（V）千伏（kV）額定電流IN：由SN和UN計算出來的電流，即為額定電流.對單相變壓器：對三相變壓器：

在電源電壓不變的情況下，變壓器二次側(cè)接入負載后，一、二次繞組都有電流通過，必然產(chǎn)生一、二次側(cè)的內(nèi)阻抗壓降，從而使二次電壓隨負載的增減而變化。二次電壓從隨二次電流變化的特性曲線稱為變壓器的外特性。變壓器的外特性

一般情況下，外特性曲線近似一條略向下傾斜的直線，且傾斜的程度與負載的功率因數(shù)有關(guān)，對于感性負載，功率因數(shù)愈低，下傾愈烈。從空載到滿載（），二次電壓變化的數(shù)值與空載電壓的比值稱為電壓調(diào)整率，即

電力變壓器的電壓調(diào)整率一般為2％～3％。電壓調(diào)整率三相變壓器聯(lián)接組別

變壓器聯(lián)接組別，是表征變壓器原、副繞組線電勢相位差的一種標記。高壓側(cè)：

首端用A、B、C，

末端X、Y、Z；三相變壓器繞組的標記·

·

·

A B C ·

·

·

a b c X Y Z x y z 低壓側(cè)：首端用a、b、c，末端用x、y、z。

單相變壓器原副繞組是被同一主磁通交鏈。故當主磁通交變時，在原、副繞組感應(yīng)出的電動勢有一定的極性關(guān)系。即任一瞬間，一個繞組的某一端點的電位為正時，另一繞組必有一個端點的電位為正。這兩個同極性端又名同名端。用表示。三相變壓器繞組的極性

如果原副繞組繞向相同，標記相同，即把同名端都標為首端（末端），則具有同樣標記的原副繞組電動勢EXA與Exa的相位就是相反的了。三相變壓器的原、副繞組的連接方法有：星（Y）形連接和三角（D）形連接兩種。聯(lián)結(jié)方法

根據(jù)變壓器原、付方對應(yīng)的線電壓之間的相位關(guān)系，把變壓器繞組的連接分成不同的組合稱為繞組的聯(lián)結(jié)組。實踐與理論證明，變壓器高、低壓方相對應(yīng)的線電壓的相位差總是30度的倍數(shù)。因此采用“時鐘表示法”來表示這種相位差是很簡明的。

“時鐘表示法”：把高壓邊線電壓作為長針始終指向“12”。而低壓邊相對應(yīng)的線電壓作為短時，短針指向的數(shù)字稱為三相變壓器連接組的組號。國家標準聯(lián)結(jié)組:Y/Yn-12、Y/D-11、

Yn/D-11、Yn/Y-12、Y/Y-12聯(lián)結(jié)組變壓器的并聯(lián)運行變壓器并聯(lián)運行：原、副繞組分別并聯(lián)到原邊和副邊的公共母線上。變壓器并聯(lián)運行的優(yōu)點：（1）能提高供電的可靠性；（2）提高系統(tǒng)的運行效率；（3）減少初投資；并聯(lián)運行的理想情況：（1）空載時各變壓器之間無環(huán)流，避免環(huán)流損耗。（2）負載時各變壓器合理分擔負載，負載與變壓器容量大小成比例分配。變壓器并聯(lián)運行滿足的條件：（1）各變壓器的原、副邊額定電壓分別相等，即變比k相等。（2）各變壓器的聯(lián)接組號相同；（3）各變壓器短路電壓或短路阻抗的相對值相等。變壓器的銅損和鐵損

銅損（短路損耗）是指變壓器一、