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变压器常识及基本理论第一节 概述一、 变压器的用途变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。变压器是电力系统中重要的电气设备。众所周知，输送一定的电能时，输电线路的电压越高，线路中的电流和相应的线路损耗就越小；为此需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压，通过高压输电线将电能经济地送到用电地区，然后再用降压变压器逐步将输电电压降到配电电压，供用户使用。二、 变压器的分类变压器的种类很多，可以按不同的方式进行分类：1. 按用途分类变压器按用途可以分为电力变压器、电炉变压器、整流变压器、弧焊变压器、试验变压器、（补偿用）电抗器、（测量用）互感器等。其中，电力变压器是用途最多、最广的变压器，其他变压器又称特种变压器。2. 按相数分类变压器按相数可以分为单相变压器、三相变压器和多相变压器（如整流变压器）。3. 按绕组分类变压器按绕组可以分为双绕组变压器、自耦变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。4. 按冷却条件分类变压器按冷却条件可以分为油浸变压器、干式变压器和充气变压器。其中油浸变压器又分为油浸自冷（ONAN）、油浸风冷（ONAF）、强迫风冷（OFAF）、强迫水冷（OFWF）等多种。5. 按调压方式可分为有载调压变压器和无载调压变压器。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。7. 按铁心形式可分为心式变压器和壳式变压器。三、 变压器的额定参数1. 额定容量（Sr），是某一个绕组的视在功率的指定值，和该绕组的额定电压一起决定其额定电流。（注：双绕组变压器的两个绕组有相同的额定容量，即是这台变压器的额定容量。）（30、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000、31500、40000、50000、63000、90000kVA）2. 额定电压（Ur），在处于主分接的带分接绕组的端子间或不带分接的绕组端子间，指定施加的电压或空载时感应出的电压。对于三相绕组，是指线路端子间的电压。（0.5、3、6、10、15、20、35、66、110、220kV）3. 额定电流（Ir），由变压器额定容量和额定电压推导出的流经绕组线路端子的电流。对于三相变压器绕组，其额定电流表示为线电流。对于单相变压器：Sr=UrIr对于三相变压器：Sr=UrIr4. 频率f，我国为50Hz。当频率由50Hz变为60Hz时，空载电流降低到0.834倍,空载损耗降低到0.88倍，电抗值增加到1.2倍，负载损耗增加到1.12倍，总损耗增加，温升增加，输出容量降低。5. 相数。6. 变压器冷却方式。7. 绝缘水平8. 安装地点。9. 联结组别；Yyn0、Dyn11、YNd11等10. 短路阻抗，在额定频率和参考温度下，一对绕组中某一绕组端子之间的等效串联阻抗Z=R+jX（）。确定此值时，另一绕组的端子短路，而其他绕组（如果有）开路。通俗的讲，双绕组变压器当二次绕组短接，一次绕组通过额定电流而施加的电压称阻抗电压。多以额定电压的百分数表示。11. 空载损耗P0。12. 负载损耗Pk。13. 空载电流I0。第二节 变压器的基本工作原理及常识一、 电磁定律1. 基尔霍夫第一定律，即在电路或则磁路联结点上，电流或磁通代数和等于零。基尔霍夫第二定律为电势平衡定律，即在闭合的回路中，电势（磁势）之和等于所有压降（磁压降）之和。2. 全电流定律，在闭合的磁路中，磁场强度线积分等于作用在该回路上的总的磁势（安匝），即：IN。3. 法拉第电磁感应定律，绕组中通过交变电流时，就建立相应的交变磁通，在固定绕组中的感应电动势为：e=-N，E=4.44fNm 由此可见，当交流铁心线圈加正弦交流电压时，线圈中的感应电动势和铁心中的磁通量也均为正弦，但三者的相位彼此不同，e滞后90电角度，而u则超前于90电角度二、 变压器的空载运行变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压，此时变压器处于空载运行的阶段。一次绕组中所流通的电流称空载电流I0，其较小的有功分量用以补偿铁心的损耗，其较大的无功分量用于励磁以平衡铁心的磁压降。正方向的规定：1) 一次侧电流的正方向与电源电压的正方向取一致，二次侧电流的正方向与绕组感应电动势的正方向一致；2) 磁动势的正方向与产生该磁动势的电流的正方向之间符合右手螺旋关系；3) 磁通的正方向与磁动势的正方向一致；4) 感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向符合右手螺旋关系；简言之，对于同一铁心柱而言，绕向相同，端子标记相同，则感应电动势相同；绕向相反，端子标记相反，则感应电动势相同；绕向相反，端子标记相同，则感应电动势相反；绕向相同，端子标记相反，则感应电动势相反。对于不在同一铁心柱的绕组，感应电动势的关系正好相反。三、 变压器的联结组别变压器常用的联结组别有Y，yn0 、D,yn11和YN，d11。如果高压侧的三相标号A，B，C保持不变，把低压侧的三相标号a，b，c顺序改标为c，a，b，则低压侧的各线电压相量将分别转过120，相当于短针转过4个钟点；若改标为b，c，a，则相当于短针转过8个钟点。因而对于Y，y联结，可得0、4、8、6、10、2六个偶数组号；对于Y，d联结，可得11、3、7、5、9、1六个奇数组号；总共12个联结组标号。四、 变压器的阻抗电压和负载损耗双绕组变压器当二次绕组短接，一次绕组流过额定电流而施加的电压称阻抗电压，通常阻抗电压以额定电压百分数表示，且应折算到参考温度。对于A、B级绝缘，参考温度是75，对于F、H、C级绝缘，参考温度是115。双绕组变压器的标准阻抗电压电压等级（kV）6103566110220阻抗电压（%）45.56.588910.51214二次绕组短接，一次绕组流过额定电流时所汲取的有功功率称负载损耗。五、 变压器的温升和冷却方式1. 温升海拔 不超过1000m；最高气温 +40；最高月平均气温 +30；最高年平均气温 +20；最低气温 -30（户外式）；最低气温 -5（户内式）。对于A级绝缘的变压器：a、 线圈温升限值为：98-20-13=65 k；105-40=65 kb、 油顶层温升限值为：95-40=55 k；c、 铁心本体为：使相邻绝缘材料不致损伤的温升；d、 油箱及结构件温升限值为：80 K。绝缘系统的耐热等级绝缘耐热等级AEBFHC耐热温度（）105120130155180220最高温升（K）6075801001251302. 冷却空气的温度超过任一规定的环境温度，则线圈、铁心和油的温升限值应予以降低。3. 对于在超过1000m的海拔处运行，而正常海拔试验的空气冷却变压器，温升限值应在1000m以上每500m为一级减小2.0%（油浸自冷）、3.0%（油浸风冷或强油风冷）。4. 如果变压器海拔运行地点的环境温度比规定的值均有下降，且每升高1000m降低5或更多时，温升限值不须降低。冷却介质、循环种类的字母代号冷却介质种类矿物油或可燃性合成油不燃性合成油气体水空气OLGWA循环种类自然循环强迫循环（非导向）强迫导向油循环NFD六、变压器的绝缘水平 （GB1094.3-2003）对不同类型绕组的要求和试验绕组类型设备最高电压Um/kV（方均根值）试 验雷电冲击操作冲击（SI）长时感应（ACLD）短时感应（ACSD）工频耐压线端全波（LI）线端截波（LIC）中性点全波（LI）全绝缘Um72.5型式型式型式b不适用不适用例行例行全绝缘和分级绝缘72.5 Um170例行型式型式不适用特殊例行例行b 对于全绝缘的三相变压器，当中性点不引出时，中性点的雷电全波冲击试验为特殊试验设备最高电压Um170kV变压器绕组的额定耐受电压（kV）系统标称电压（方均根值）设备最高电压Um/kV额定雷电冲击耐受电压（峰 值）额定短时感应或外施耐受电压（方均根值）全 波截 波12.5系统短路视在容量系统标称电压/kV设备最高电压/kV短路视在容量/MVA6、10、2035661107.2、12、2440.572.5126500150050009000注：如无规定，则认为系统零序阻抗与正序阻抗之比为13 承受短路的耐热能力 三相双绕组变压器对称短路电流值I=（2S） I对称短路电流的方均根值，kA； Zs系统短路阻抗，每相欧姆（等值星形联结），按下式计算：Zs=Us（系统标称电压，kV）2/S（系统短路视在容量，MVA）对于主分接：U所考虑绕组的额定电压Ur，kV；Zt折算到所考虑绕组的变压器的短路阻抗，每相欧姆（等值星形联结），按下式计算：Zt=ztUr2/（100Sr）zt在参考温度、额定电流和额定频率下所测出的主分接短路阻抗，用%表示；Sr变压器的额定容量，MVA；对于其他分接：U所考虑绕组在相应分接的电压，kV；Zt折算到所考虑绕组在相应分接的短路阻抗，以每相欧姆表示。 对于主分接，Zt= /相每个绕组在短路后的平均温度最大允许值变压器的型式绝缘系统温度/温度最大值/铜绕组铝绕组油浸式105（A）250200干式105（A）120（E）130（B）155（F）180（H）220180250350350350350180200200200200200 铜绕组温度1的计算： 1=0+ 承受短路的动稳定能力 双绕组变压器的试验电流峰值=Ik系数k的值X/R11.52345681014k1.511.641.761.952.092.192.272.382.462.55八、变压器的并联运行条件：1. 各变压器的额定电压与电压比相等；2. 各变压器的联结组标号应相同；3. 各变压器的短路阻抗应相同。九、变压器铭牌的内容：1. 必须标志的项目（在任何情况下）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；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；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）；n) 总重；o) 绝缘油重。如果在设计中，已特别指明绕组有几种不同的联结，因而变压器有不止一组额定值时，则其补充的额定值应在铭牌上给出，或对每一组额定值分别用各自的铭牌单独给出。2. 附加项目（在适用的情况下）a) 对具有一个或多个绕组的变压器，绕组的设备最高电压Um不低于3.6kV，绝缘水平的简要标志按GB1094.3的相关规定。b) 对有一个带分接绕组的变压器：分接范围不超过5%的变压器，所有分接位置上的分接电压值（特别适用于配电变压器）。分接范围超过5%的变压器，以表格列出所有分接位置上的分接电压、分接电流和分接容量。此外，还要给出主分接以及至少是极限分接上的短路阻抗值，最好用每个绕组的每相欧姆数表示。c) 顶层油温升和绕组温升（若不是标准值时），对规定安装在高海拔地区的变压器，还应给出降低的温升值（与正常环境条件相比），或给出高海拔地区条件下仍维持标准温升（降低负载后）时的负载值（具有正常冷却能力的变压器）。d) 绝缘液体（如果不是矿物油）。e) 联结图（当联结组标号不能完全表示内部连接时），若连接可在变压器内部改变时，则应以单独的接线标志牌，或两块铭牌表示，并应明确变压器出厂时的联结状况。f) 运输重量（对总重超过5t的变压器）。g) 器身重（对总重超过5t 的变压器），或上节油箱重（对于钟罩式变压器）h) 油箱及储油柜的真空耐受能力。变压器除装设标有以上项目的主铭牌外，还应装设标有关于附件性能的铭牌，需分别按所用附件（套管、分接开关、电流互感器、冷却装置）的相应标准列出。十、允许偏差要使一对绕组的匝数比绝对等于规定的额定电压比，有时是不可能的，特别是对多绕组、额定电压较低的大型变压器来说，更是不易达到。也有其他因素，如某些参数在投标时不能很准确地确定，或者受制造和测量上的不确定性的影响。变压器参数的实测值与规定值之差，不得超过以下规定：a) 总损耗不超过10%，空载损耗和负载损耗不超过15%；b) 主分接变比不超过0.5%，其他分接按协议；c) 主分接阻抗电压值10%时，7.5%，主分接阻抗电压值10%时，10%，其他分接阻抗电压值10%时，10%，其他分接阻抗电压值10%时，15%，d) 空载电流不超过30%。十一、变压器试验1. 例行试验（每台变压器都要进行的试验）a) 绕组电阻测量；b) 电压比测量和联结组标号检定；c) 短路阻抗和负载损耗测量；d) 空载电流和空载损耗测量；e) 绕组对地绝缘电阻和（或）绝缘系统电容的介质损耗因数（tan）的测量；（注：此测量值用来与安装现场测量作比较，故不给出限值。）f) 绝缘例行试验；g) 有载分接开关试验；h) 绝缘油试验。2) 型式试验（在一台有性的变压器产品上所进行的试验）a) 温升试验；b) 绝缘型式试验。3) 特殊试验（处型式试验和例行试验外，按制造厂和用户协议所进行的试验）a) 绝缘特殊试验；b) 绕组对地和绕组间的电容测定；c) 暂态电压传输特性测定；d) 三相变压器零序阻抗测量；e) 短路承受能力试验；f) 声级测定；g) 空载电流谐波测量；h) 风扇和油泵电机所吸取功率测量。如果试验方法不按本标准的规定，或合同中规定了其他试验项目，则应按协议规定第三节 变压器标准（GB/T6451-1999）三相油浸式电力变压器技术参数和要求一、6、10kV电压等级S9系列30kVA1600kVA双绕组无励磁调压变压器额定容量kVA高压kV高压分接范围低压kV联结组标号空载损耗W负载损耗W空载电流%阻抗电压%3066.31010.5115%22.5%0.4Yyn01306002.84.050Yyn0Dyn11Yzn111708702.56320010402.48025012502.210029015002.112534018002.016040022001.920048026001.825056030501.731567036501.640080043001.550096051501.4630Yyn0Dyn11120062001.34.5800140075001.210001700103001.112501950120001.016002400145000.9S11系列30kVA1600kVA双绕组无励磁调压变压器额定容量kVA高压kV高压分接范围低压kV联结组标号空载损耗W负载损耗W空载电流%阻抗电压%3066.31010.5115%22.5%0.4Yyn01006002.84.050Yyn0Dyn11Yzn111308702.56315010402.48018012502.210020015002.112524018002.016028022001.920034026001.825040030501.731548036501.640057043001.550068051501.4630Yyn0Dyn1181062001.34.580098075001.210001150103001.112501360120001.016001640145000.9以上只是配变的技术参数，其他的详见具体标准。下面着重介绍结构要求1. 800 kVA及以上的变压器应装气体继电器、压力释放阀；2. 100kVA及以上的变压器储油柜应带有吸湿器；3. 1000kVA及以上的变压器应装户外式信号温度计；4. 3150 kVA及以上的变压器应装净油器，如果采取防油老化措施，可不装净油器。5. 对于1600kVA及以下的变压器，直流电阻不平衡率相为4%，线为2%；2000kVA及以上的变压器，直流电阻不平衡率相（有中性点引出时）为2%，线（无中性点引出时）为1%。如果由于线材及引线结构等原因而使直流电阻不平衡率超过上述值时，除应在出厂试验记录中记录实测值外，尚应写明引起这一偏差的原因。二、35kV电压等级1、 结构要求1) 800 kVA及以上的变压器应装气体继电器、压力释放阀；2) 1000kVA及以上的变压器应装户外式信号温度计；3) 3150 kVA6300kVA变压器应装净油器，如果采取防油老化措施，可不装净油器；4) 8000kVA及以上变压器储油柜内部和油位计处应加装胶囊或隔膜等，或者采用其他防油老化措施。用户要求时，可装设净油器。5) 8000kVA及以上变压器，应装有远距离测温用的测温元件。6) 8000kVA及以上变压器，在油箱下部有供千斤顶顶起变压器的装置。S9系列800kVA31500kVA双绕组无励磁调压电力变压器额定容量kVA高压kV高压分接范围低压kV联结组标号空载损耗kW负载损耗kW空载电流%阻抗电压%80035522.53.156.310.5Yd111.2329.91.056.510001.4412.151.0012501.7614.670.9016002.1217.550.8520002.7217.820.7525003.220.70.7531503538.5522.53.156.310.53.824.30.707.040004.5228.80.7050005.233.030.6063006.5636.90.607.580003538.5522.53.153.36.36.610.511YNd119.240.50.551000010.8847.70.551250012.856.70.508.01600015.269.30.50200001883.70.502500021.28990.403150025.28118.80.40SZ9系列2000kVA12500kVA双绕组有载调压电力变压器额定容量kVA高压kV高压分接范围低压kV联结组标号空载损耗kW负载损耗kW空载电流%阻抗电压%20003532.56.310.5Yd112.8818.721.006.525003.421.7351.0031503538.532.56.310.54.0426.010.907.040004.8430.690.9050005.8360.8563007.0438.70.857.580003538.532.56.3（6.6）10.511YNd119.8442.750.751000011.650.580.