1、1第一部分 电力变压器基础知识一、电力系统常识 在交流电力系统中，发电机、变压器、输配电设备都是三相的，这些设备之间的连接状况，可以用电力系统接线图来表示。我国规定，电力系 统的额定频率为50Hz ，也就是工 业用电的标准频率，简称工频。二、变压器原理一、变压器基本原理：变压器是借助于电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的 绕组之间，变换 交流电压和电流而 传输交流电能的一种静止电器。当电源电压加入后，原线圈将有电流流过，就是 I0在 铁心中就建立起0，磁通穿 过副线圈时，感 应出电动势E2。如果，低压侧接入负载，将产生电流I2，同时电流I2产生磁通2 ，又在原线圈产生I1，电流I1产 生磁通
2、 1，2=-1。这样 ，在负载运行时， 铁心中仍然只存在0。当然，还有一部分磁通没有经过铁心进行闭合，形成了漏磁通，也产生了感应电势。变压器原理的重要公式： ，12UNk12Ik式中 U 1原绕组的感应电势有效值 U 2副绕组的感应电势有效值N1原绕组的匝数 N 2副绕组的匝数即电压比等于匝数比，电流比等于匝数比的倒数。（对于三相变压器来说， 电压比一般是指线电压之比。）就目前大的方向来说，在电力系统上变压器主要用于传输电能，为了克服输出电能过程中的损耗，就要尽可能提高 传输电压，而到达用 户终 端的时候又需要降低电压， 变压器的作用就在于此。额定电压（kV） 输送功率（kW ） 输送距离（k
3、m）10 2002000 620 35 200010000 2550 60 350030000 30100 2110 1000050000 30150 220 100000500000 200300 330 360000 200250 500 900000 250800 750 2300000 5001200 500kV 3000000 1200 1000 5500000 10002000 三、变压器分类1. 按用途分：变压器顾名思义，就是改变电压的电器，凡是需要改变电压的场合几乎都要用到变压器。变压器主应用在电力系统中，电力变压器又细分为：1）升压变压器：把发电机组所产生交流电压升高后向电力
4、网输出电能的变压器叫升压变压器。2）降压变压器：用于降低电压的变压器叫降压变压器。3）配电变压器：将电压降低到电器设备工作电压的变压器叫配电变压器。4）联络变压器：用于联络两种不同电压网络的变压器叫联络变压器除电力变压器外，还有用在特殊用途的特种变压器1）电炉变压器：用于给冶炼金属材料和化工材料的电炉提供电源，特点是二次电压很低（一般由几十伏到几百伏），但电流却很大。 电炉变压器种类很多，根据冶 炼不同的原材料，又可分为炼钢电弧炉变压器、矿热炉变压器、 电阻炉变压器、岩浴炉变压器以及工频感应炉整流变压器和电渣炉变压器等。2）整流变压器：用于给整流器提供电源的变压器，为了提高整流效率，整流变压器
5、二次绕组要接成六相或十二相，特点是二次电压低， 电流大；二次侧相数一般不少于三相，有 时采用六相、十二相或加移相绕组。3）工频试验变压器：又称高压试验变压器。它在电气工厂、发电站、 电业部门和科研等单位应用十分广泛，是不可缺少的试验设备。通 过采用工频试验变压器可以对各种电工产品、 电气元件、绝缘子、套管和绝缘材料等进行工频电压下绝缘强度试验。特点：一、二次 绕组具有很大的电压比。一次电压通常为0.38、 3、6和10kV等，二次电压为502200kV或更高。试验变压运行持续时间都在1h以下。4）电抗器：具有一定电感值的电器，通称为电抗器。电抗器种类很多，按 结构可以分为两类，一类为空心电抗器
6、；一类为铁心电抗器。用于限制短路电流的电抗器称为限流电抗器。例如，电力系统中用于限流的限流电抗器，电炉炼钢炉变压器用的串联电抗器，电动机启动用的启动电抗器等。限流电抗器通常是串联接在电路中。用于补偿电容电流的电抗器称为补偿电抗器。例如，电力系统中用的并联电抗器，中性点接地用的消弧 线圈，串联谐振试验装置中用的试验电抗器等。补偿电抗器有的并联在电力系统中，有的串联在电力系统中。35）调压器：调压器的特点是二次侧电压变化范围很大，一般可以从零调到额定电压，调压器因结构特点不同，可分为自耦式调压器、移圈 调压器、感应调压器及磁饱和调压器等。大容量调压器一般同试验变压器和整流变压器配套使用。6）矿用变
7、压器：矿用变压器用在煤矿井下，为各种动力设备和各种用电装置提供电源。矿用变压器分为油浸式和干式两类。考虑到安装在矿坑下面，为防止矿石打碎套管和防止受潮，一般制成密封式结构，即一次侧和二次侧是通过焊在箱壁两侧电缆盒中电缆线引出的。一次侧设有无励磁调压，调压范围5%，二次 绕组引出六个端子，可以进行Y-D改接，得到690/400V电压 。该类变压器外形低矮，不带储油柜，油箱内油面以上留有适当空间，以防止箱盖上的通气孔堵塞时箱内产生过大的压力。7）其他特种变压器：冲击变压器、隔离变压器、 电焊机变压器、 X光变压器、无线电变压器、换相器、增波器、互感器等。2、按相数分：电力变压器按相数分，有单相和三
8、相两大类。3、按调压方式分：电力变压器按调压方式分， 有无载调压（又称无励磁调压）和有载调压两大类。在不励磁条件下调压的变压器叫无励磁调压变压器。在负载下调压的变压器叫有载调压变压器。4、按绕组结构分：电力变压器按绕组结构分，有自耦变压器、双 绕组变压器、三绕组变压器。5、按绕组绝缘及冷却方式分类：a）油浸式变压器。 b）干式变压器。6、按中性点绝缘水平可分为全绝缘变压器和半绝缘变压器(或称分级绝缘变压器)。7、按铁心形式可分为心式和壳式等。8、按导线材料分可分为铝的和铜的。四、变压器的型号及各符号代表的意思序号 分类 涵义代表的字母序号 分类 涵义 代表的字母独立 - 铜 -1 绕组耦合方式
9、 自耦 O 铜箔 B单相 D 铝 L2 相数三相 S8线圈导线材质 铝箔 LB变压器油 - 电工钢片 -空气（干式） G 9铁心材质 非晶合金 H气体 Q 密封式 M成型固体浇注式 C 串联用 C包绕式 CR 起动用 Q3 绕组外绝 缘介质难燃液体 R 防雷保护用 B自然循环冷却装置 - 调容用 T风冷却器 F 高阻抗 K4冷却装置种类水冷却器 S 地面战牵引用 QY自然循环 - 低噪声用 Z5 油循环方式 强迫油循环 P 电缆引出 L双绕组 - 隔离用 G三绕组 S 电容补偿用 RB6 绕组数双分裂绕组 F 油田动力照明用 Y无励磁调压 - 厂用变压器 CY7 调压方式有载调压 Z 全绝缘
10、J10特殊用途或特殊结构同步电机励磁用 LC例如：SF8-20000/110按字母排列顺序，第1个字母表示绕组耦合方式，这是一台独立绕组变压器，无表4示字母；第2个字母是相数，三相用S 表示；冷却方式为油浸风冷，用F表示，以下循 环方式、绕组数、导线材质、调压方式均无字母表示，数字 8表示 变压器性能水平符合GB/T6451中8型产品的要求。容量20000kVA，高压电压是110kV。OSFPSZ10-240000/220：自耦、三相、风冷、强迫油循环、三 绕组 、铜线、有 载调压、损耗水平代号为10型、额定容量240000kVA、电压等级为220kV的电力变压器。五、变压器耐热等级绝缘材料按
11、耐热等级分为： A：105、E：120、B：130、F：155、H：180、D: 200、C：220。六、冷却方式对于干式变压器，冷却方式的标准按GB-6450的规定。对于油浸式变压 器，可用四个字母 顺序代号标志其冷却方式。第一个字母表示与绕组接触的内部冷却介质：O 矿物油或燃点不大于300的合成绝缘液体；K 燃点大于300的绝缘液体；L 燃点不可测出的绝缘液体；第二个字母表示内部冷却介质的循环方式：N 流经冷却设备的绕组内部的油流是自然的热对 流循环；F 冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环；D 冷却设备中的油流是强迫循环，（至少）在主要绕组内的油流是强迫导向循环。第
12、三个字母表示外部冷却介质:A 空气；W 水；第四个字母表示外部冷却介质的循环方式：N 自然对流；F 强迫循环（风扇、泵等）。一台变压器规定有几种不同的冷却方式时，在说明书中和铭牌上，应给出不同冷却方式下的容量值（见GB1094.1第7.1条m项），以便在某一冷却方式及所规定的容量下运行时，能保证温升不超过规定的限值。在最大冷却能力下的相应容量便是变压器的（或多绕组变压器中某一绕组的）额定容量。不同的冷却方式一般式按冷却能力增大的次序进行排列。例1：ONAN/ONAF变压器装有一组风扇，在大负载时，风扇可投入运行，在这两种冷却方式下，油流均按热对流方式循环。例2：ONAN/0FAF 变压器带有油
13、泵和风扇的冷却设备。也规定了在自然冷却方式（例如，辅助电源出现故障的情况下），降低负载后的冷却能力。七、变压器重要参数1.额定容量：变压器某一个绕组的视在功率的指定值，常以kVA或MVA表示。（如：10000kVA =10MVA）。视在功率 S=UI ，单位（VA）伏安单相 三相 NSUI3NSIUI线 线 相 相2.额定电压：绕组主分接施加的电压或空载时感应的电压。对于三相绕组，是指线路端子间的电压。单位一般用kV如图所示为用线电压表示的220kV电压具有抽头（22.5%）Un的变压器的抽头额定电压。53.额定电流：由变压器额定容量（S）和额定电压（U）推导出的流经绕组线路端子的电流。4.
14、变比k和电压 比K 变比k：一个绕组的电压与另一个绕组的电压之比（匝数比），电压比K：线电压比。5.绝缘水平：变压器能够承受住运行中各种过电压与长期最高工作电压作用的水平。包括耐受工频、感应、冲击全波、冲 击截波、操作波电压和局部放电水平。6.空载损耗和空载电流：变压器一次绕组施加额定频率下的额定电压，其他绕组开路时，变压器吸取的功率定义为空载损耗。空载损耗主要是铁损。变压器一个绕组施加额定频率下的额定电压，其他绕组开路时，流经该绕组线路端子的电流的有效值，定 义为变压器的空载电流。通常以变压器额定容量下绕组额定电流的百分值表示。7.负载损耗和阻抗电压：在变压器一对绕组中，一次绕组流经额定电流
15、，二次绕组短路，其他绕组开路时，在额定频率及参考温度下，所汲取的功率是变压器的负载损耗。 变压器负载损耗主要是铜损。在额定频率及参考温度下，在变压器一对绕组中，某一 绕组端子之间的等效串联阻抗是变压器的短路阻抗。确定此短路阻抗时，另一个绕组短路，其他 绕组开路。通常把短路试验在原边电流为额定时的短路电压实际值U k用原边额定电压的百分数表示，常称 为阻抗电压u k，即 10%kNUu8.总损耗：变压器空载损耗和负载损耗之和。9.零序阻抗：在额定功率下，三相星形或曲折形联结绕组中，连接在一起的线路端子与中性点端子之间的以每相欧姆数表示的阻抗。10.变压器油温升：绕组顶部油温度与外部冷却介质温度之
16、差。11.变压器绕组温升：绕组以电阻法确定的平均温度与外部冷却介质温度之差。绕组平均温度是通过绕组电阻确定的。三相变压器中，最好在中柱进行测量。 12.绕组联结组标号：变压器的联结组标号相同是变压器可以并联的条件之一，因此，联结组标号是变压器的重要特性。例如 （a）YNd1 （b ） YNd11 八、变压器铭牌变压器应设有铭牌，铭牌的材料应不受气候的影响，并应固定在明显可见位置。 铭牌上所标志的项目应清晰且牢固。出厂前填写的项目内容，应是去不掉的刻印。6下述项目应标注在铭牌上： a.变压器的种类（如：变压器、自耦变压器、增 压变压器等）；b.本标准代号；c.制造厂名；d.出厂序号；e.制造年月
17、； f.相数； g.额定容量（kVA或MVA。对于多绕组变压器， 应给出每个绕组的额定容量，如果一个绕组的额定容量并不是其他绕组额定容量的总和时，则应给出负载组合）;h.额定频率（Hz）；i.各绕组额定电压（V或kV）和分接范 围；j. 各绕组额定电流（A 或kA）；k.联结组标号；l.以百分数表示的短路阻抗实测值（对于多 绕组变压器，应给出不同的两绕组组合下的短路阻抗以及列出各自的参考容量）；m.冷却方式（若变压器有多种冷却方式时，各自的容量值可用额定容量的百分数表示。如：ONAN/ONAF 70/100%）;n.总重；o.绝缘油重。第二部分 变压器结构第一章 变压器结构总述 电力变压器是根
18、据电磁感应原理制造出来的电气设备，因此，电力变压器至少应能高效利用电磁感应的铁心和绕组。 电力变压器的主要部分是铁心、绕组、 绝缘、外壳和必要的组件等。由于容量、 电压的不同，电力 变压器的铁心、绕组、绝缘、外壳和必要的组件的结构形式可以是不一样的。 铁心器身 绕组引线和绝缘油箱本体（箱盖、箱壁和箱底或上、下节变压器 油箱 油箱）油箱附件（放油阀门）调压装置无励磁分接开关或有载分接开关保护装置储油柜、油位计、 压力释放阀、吸湿器、油温元件、净油器、气体继电器等出线装置高、中、低压套管、电缆 出线等从变压器的基本原理知，变压器主要是由铁心以及绕在铁心上的原、副绕组所组成。因此，绕组 和铁心是变压
19、器的最基本部件电磁部分。下面以绕组和铁心为重点来介绍。第二章 变压器铁心结构一.铁心的作用 在原理上：铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电能转化为磁能，又由自己的磁能转化为二次电路的电能，是能量转化的媒介。在结构上：铁心的结构件不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上几乎安装了变压器内部的所有部件。相当于变压器的骨架。二.铁心的型式 壳式：铁心包围线圈的壳式铁心；心式：除壳式外，其余为心式铁心，心式铁心一般有：三相三柱、三相五柱、单相铁心。心式铁心的优点：a. 工艺性 较好，线圈为圆形，易于绕制。b.经济性好，充分利用空间，节省原材料。c. 机械强度好。7大多数电力变压器公司均
20、用心式铁心。个别特殊变压器用壳式铁心，例如电机车变压器。 三.铁心的构成: 铁心是电力变压器的基本部件，由铁心叠片、 绝缘件和铁心结构件、 铁心接地部分等组成。 铁心结构件又由夹件垫脚、上梁、拉板、侧梁、压钉等组成。结构件保证叠片的充分夹紧，形成完整而牢固的铁心结 构。叠片与 夹件、垫脚、上梁、侧梁、拉带和拉板之间均有绝缘件。 铁心叠片及夹件接地引出线通过油箱到外部可靠接地，铁心不允许多点接地。四.铁心叠片4.1 铁心材料1）硅钢片国产硅钢片牌号及叠片系数一般按下表选取：牌号 叠片系数(fd) 30QG120 0.97 30QG110 0.97 27QG100 0.965 23QG90 0.9
21、55例：30QG120，表示硅钢片厚度0.3mm，在 频率50Hz下，磁通密度为1.7T 时，每公斤的铁损保证值是1.2w。2）非晶合金4.2涡流的形成变压器铁芯涡流的形成 ，当成块 的金属放在变化的磁 场中或者在磁 场中运 动时，金属内将 产生感应电流。这种电流在金属内自成闭合回路，犹如水的旋涡故称涡流，由于成块金属的电阻很小，所以 涡流很强，使成块金属大量发热，同时电 能遭到大量的浪费。为了减少铁心的磁滞和涡流损耗，铁心用厚度为0.230.3mm的硅钢片冲剪成几种不同尺寸，按一定规则叠装而成。目前公司使用的硅 钢片一般为0.27mm、 0.3mm。由于硅钢片比普通钢的电阻大，因此利用硅钢片
22、制成的铁心可以进一步减小涡流损耗。4.3 铁心叠片大型油浸式电力变压器多为叠铁心，且为搭接形式，各接缝错开压住， 这样做有两个好处：a.绝缘问题 ：避免了可能 发生的片间短路问题；b. 易于夹紧：机械强度好接缝：1）接缝数量：一般有二级、三级、四 级、五级、六级 2）确定接缝数量的因素：a.损耗；b.噪音；c. 空载电流； d.工艺性。3）角度：目前国内的制造厂均为45，因 为冷 轧电工钢片是取向的，45斜接缝利用磁通沿轧制方向流通，磁阻小。4）接缝尺寸：在铁心叠积中，接缝尺寸大小对变压器铁心的损耗也有一定的影响，磁畴细分硅钢片模型在不同接缝条件下的损耗，相对铁心接缝尺寸的试验结果如下图。4.
23、4 心柱及铁轭形状五.铁心结构件5.1 夹件5.2 铁心拉板5.3 铁心柱绑扎带5.4其他结构件 六、铁心的绝缘1）铁心叠片的绝缘；2）铁心结构件对叠片的绝缘：七、铁心的冷却油道8为防止铁心过热，大容量变压器需要设置散热油道，油道有纵向冷却油道和横向冷却油道两种，目前公司仅使用纵 向冷却油道，公司油道形式有两种，一种是 纸板条结构，一种是纽扣结构。油道材料需用绝缘 材料制成，有一定的机械强度。当 设有油道时，被油道分隔开的铁心叠片需要用连接铜片连接起来，保持没有电位悬浮。八、铁心的接地为避免结构件电位悬浮引起放电，铁心必须接地，所有带电部件与这些部件的绝缘均按对地绝缘设计制造。铁心接地只能一点
24、接地，如果有两点或两点以上接地，则接地点之间可形成闭合回路，当主磁通穿过此闭合回路时，就会在其中 产生循环电流，造成内部 发热事故。铁心接地方式：1）小型变压器在变压器油箱内通过结构件和油箱连接。2）大型变压器通常将铁心接地片通过套管从变压器油箱引出，在 变压器油箱外部接地， 这一结构是为了便于检查铁心的绝缘状态。将外部接地打开，就可以使铁 心不接地，可以对铁心进行绝缘检测。九、铁心性能参数变压器铁心的空载性能是变压器的主要性能指标之一。空载性能包括空载损耗、空载电流、二次侧无负荷一次侧接入电源时的励磁涌流和磁滞噪声。十、铁心的制造工艺对空载性能的影响铁心制造工艺直接影响铁心的空载性能。硅钢片
25、的机械加工，如铁心片冲剪、毛刺、接 缝大小、铁 心片的夹紧和弯曲都影响空载损耗和空载电流：1）硅钢片变形和机械应力可增大空载损耗；2）铁心片毛刺和绝缘损伤与空载性能；3）铁心接缝尺寸对空载损耗的影响。第三章 变压器绕组结构绕组是变压器最基本的组成部分，它与铁心合称电力变压器本体，是建立磁场和传输电能的电路部分。电力变压器 绕组由高压绕组、低 压绕组 、对地绝缘层（主绝缘），高、低压绕组之间绝缘件及由燕尾垫块，撑条构成的油道、高压引 线、低 压引线等构成。一、导体：变压器中使电流流过的材料称为导体。比如说， 银、铜、铝等材料都可以使用。二、绕组用导线：1）圆导线；2）扁导线；3）组合导线；4）换
26、位导线。三.绕组的分类与结构变压器绕组结构一般可分为两大类：层式和饼式结构，其细分情况见下表绕组层式 饼式圆筒式 箔式 连续式 纠结式 螺旋式交错式单层圆筒式 双层圆筒式 多层圆筒式 分段圆筒式 一般箔式 分段箔式 一般连续式 半连续式 内屏蔽连续式 普通纠结式 插花纠结式 纠结连续式 单螺旋式 单半螺旋式 双螺旋式 双半螺旋式 三螺旋式 四螺旋式 连续螺旋交替排列壳式变压器用单饼或双饼螺旋式绕组换位：1）一次 标准换位；2）2-1-2换位；3）4-2-4换位；4）2-4-2换位9一次标准换位 2-1-2换位4-2-4换位2-4-2换位第四章 变压器绝缘结构一、油浸式变压器绝缘分类及结构形式
27、1.变压器中绝缘的分类 1.1内绝缘1）绕组绝缘：主绝缘，同相各绕组之间、异相各 绕组之间、 绕组对油箱、绕组对铁心柱、铁轭、铁心旁柱。纵绝缘，绕组线匝之间、绕组线饼之间、绕组层间2）引线绝缘：主绝缘，引线对地、引 线对异相绕组。纵绝缘，同一个绕组的不同引线之间3）开关绝缘：主绝缘，开关对地、开关上异相 绕组引线触头之间。 纵绝缘，同相绕组引线各触头之间。1.2 外绝缘：套管对接地各部位、各套管之间。2.变压器内部的典型绝缘结构a)b)一L/4/2123456173L/42L/4一一一10（1）纯油油隙：低电压等级的引线之间，/D 愈小，电场逾不均匀。（2）纯油间隙：低电压等级汇流排之间、汇流
28、排对油箱或其他结构件之间。（3）引线对油箱或其他结构件之间。（4）绕组匝间和饼间绝缘 饼间绝缘可以使油、纸或纸板，线匝有不同厚度的绝缘覆盖。（5）引线之间或小容量变压器的绕组匝间 视电压等级不同，导线外可以包缠不同厚度的绝缘层或覆盖其他绝缘材料。（6）固体绝缘 固定不同电位的接线柱或引线（引线外可有绝缘层）。（7）油隔板绝缘 绕组间的主绝缘结构（包括同相和异相绕组之间）。（8）油隔板绝缘 绕组对油箱，绕组对铁心柱， 绕组端部对铁轭。二、主要绝缘材料2.1 液体绝缘材料1）变压器油：是天然石油在炼油过程中的一个馏分经精制和添加适当的稳定剂调制而成的。它的主要成分的环烷烃、烷烃、芳香烃。 变压器油
29、在变压器油箱中充满整个空间，起绝缘和传导热量（散热）的双重作用。对于变压器油， 还可以起到灭弧的作用，例如用于开关。2）其他液体绝缘材料：油、油、复敏 绝缘液体、聚氯联苯、硅油。2.2 气体绝缘材料1）空气-主要是外绝缘2）SF6气体-应用于断路器、组合电气、高 压变压器和互感器等设备上。2.3 固体绝缘材料1）绝缘纸、绝缘纸板和纸制品2）木材和木制品（层压木）3）胶纸板、胶布板、胶纸管、胶布管例如：酚醛纸板、酚醛补办、 环氧布板、 环氧玻璃布板、酚醛纸筒、环氧玻璃布筒4）纤维制品例如：直纹布带、斜纹布带、 热缩涤纶带5）化学制品三、油、纸绝缘结构：1）覆盖；2）绝缘层；3）绝缘隔板四、变压器
30、内部的典型电场1.稍不均匀电场：a ）平板形均匀 电场；b）圆柱形稍不均匀电场；C）同轴圆柱形稍不均匀电场；d）相互垂直圆柱形稍不均匀电场。2.极不均匀电场：e ）尖对尖极不均匀 电场；f）尖对板极不均匀 电场。五、变压器外部电场: 变压器外部电场，主要是套管对地和套管之间的电场。 这种电场可以用典型的尖对尖和尖对板电场来描述。电极之间的绝缘是空气，它既有纯空气间隙，又有沿套管表面的沿面爬电。六、变压器的主绝缘1.大油道厚纸筒:特点是在工频和冲击试验电压下，允许油道有放电现象，全部电压由厚纸筒所承受，且不被击穿。但这种配合不能保证在试验电压下固体绝缘不受损伤。因此，在 较高电压等级的变压器上已不再采用。2.薄纸筒小油道：特点是根据油体积减小时，油的耐压强度提高。因此，一般在 电压等级较高的变压器上使用。由于绝缘材料和工艺制造条件的限制，以及绕组散热要求，不可能把油道做的很小。根据主绝缘结构特点，其绝缘的薄弱点是油，因此，提高绝缘强度的有效途径是提高变压器油的绝缘强度。七、变压器上作用电压的种类1.正常工作电压
