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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
3、步电动机的降压启动器。（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
4、远方输送） ；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
5、氧树脂绝缘。它们大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
6、接地情况，大、中型变压器将铁芯及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
7、压器中。螺旋式线圈主要用于 800kVA 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
8、本体之间有管路相连，结构见图 42。其作用有调节变压器油量，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
9、罩式） ，如图 44 所示。（1）平顶式。箱盖是椭圆平板型，器身与箱盖一体，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
10、 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。新油的比重一般在 0.800.90g/cm 3。（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
11、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，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
12、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
13、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
14、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、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
15、。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
16、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。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
