变压器的工作原理

1、变压器基础知识培训课件,主办：电石一部电气工段,崔振华,变压器,第一节 变压器的工作原理 分类及结构,第一节 变压器的工作原理 分类及结构,1.1 变压器的构造和分类 变压器是基于电磁感应原理工作的静止的电磁器械。它主要由铁心和线圈组成，通过磁的耦合作用把电能从一次侧传递到二次侧。并且能将某一电压值的交流电压变换成同频率的所需电压值的交流电，以满足高压输电、低压供电及其他用途的需要。 在电力系统中.已油侵自冷式双绕组变压器应用最为广泛。变压器的基本结构是由铁心和绕组构成的器身，铁心是磁路部分，绕组是电路的部分，另外还有油箱及其他附件。 1.12铁心 铁心一般由0.350.5mm厚的硅钢片叠装而

2、成。硅钢片的两面涂以绝缘漆，使片间绝缘，以减小涡流损耗。 铁心包括铁心柱和铁 车厄 两部分。铁心柱的作用是套装绕组， 铁轭的作用是连接铁心柱，使磁路闭合,变压器的工作原理 分类及结构,1.3 铁心 变压器的绕组是在绝缘筒上用绝缘铜线绕成。一般把接于电源的绕组称为一次绕组，接于负载的绕组称为二次绕组。或者把电压高的线圈称为高压绕组，电压低的线圈称为低压绕组。从高低绕组的装配位置看，可分为同心式和交叠式绕组。 (1) 同心式 同心式绕组的 高.低 压线圈同心的套在铁心上。为了对地绝缘，一般是低压绕组靠近铁心柱，高压绕组在低压绕组的外边。 同心式绕组结构简单，制造方便，电力变压器均采用这种结构。 (

3、2) 交叠式 交叠式绕组又称饼式绕组，它将 高低 压绕组分成若干线饼，沿着铁心柱的高度方向交错排列为了便于铁心和绕组绝缘，一般最上层和最下层放置低压绕组,变压器的工作原理,根据法拉弟电磁感应定律和楞次定律，简单说明如下：当原线圈(就是本来就有电的那组线圈)中的电流增大时，这个线圈在铁芯中产生的磁场也增强(磁场的方向可以用右手螺旋定则来判断)，这时，在副线圈(就是原本没有通电的那组线圈)上就要产生感应电流，感应电流的方向与原线圈中的电流方向相反(这样的结果是副线圈中的电流产生的磁场的方向与原线圈中的电流产生的磁场的方向相反,变压器的工作原理,当原线圈中的电流在减小时，电流在铁芯上产生的磁场也减弱

4、，这时在副线圈中就产生了与原线圈电流方向相同的电流，这个电流在铁芯上产生的磁场方向与原线圈在铁芯中产生的磁场方向相同。 如此变化下去，原线圈中由于电流的改变，就在副线圈中产生了电流。这就是变压器的工作原理,变压器的附件,1.4附件 电力变压器的附件主要包括油箱 储油具 分接开关 安全气道 气体继电器 绝缘套管等 。 油箱 油侵式变压器的外壳就是油箱 它保护变压器铁心和绕组不受外力和潮气的侵蚀 并通过油的对流 对铁心与绕组进行散热。 储油柜在变压器的油箱上装有储油柜 也称油枕 它通过连通管与油箱相同 储油柜内油面高度随变压器的热胀冷缩而变动 储油柜限制了油与空气接触的面积 从而减少了水分的侵入与

5、油的氧化。 气体继电器 气体继电器是变压器的主要安全保护装置 当变压器内部发生故障时 变压器油气话产生的气体使继电器动作 发出信号 示意工作人员及时处理或令其开关跳闸 绝缘套管 变压器绕组的引线是通过箱盖上的陶瓷绝缘套管引出的 作用是使高低压绕组引线与变压器箱体绝缘 10到35采用空心气式或充油式套箱及以上的采用电容式套箱,变压器主体,瓷瓶,变压器本体瓦斯继电器,变压器出油口,变压器本体油位指示器,变压器本体油枕,油泵,油水冷却器控制柜,油流指示器,油水换热器,油水冷却系统,变压器二次短网,变压器二次出线（两相12根,冷却水管,电石炉二次短网12根,变压器附件,变压器本体油枕注油管,变压器调档

6、（分接开关）油枕,调档呼吸器,调档油枕注油管,调档油枕油位指示器,变压器附件,变压器阻容吸收器,氧化锌避雷器,高压电缆头,变压器附件,变压器进油口,变压器在线净油装置,变压器二次端子箱,变压器附件,除水过滤器,除杂过滤器,变压器附件,轻瓦斯继电器,压力释放,档位连接杆,有载分接开关操纵机构,变压器的分类及结构,二.变压器的分类 1.变压器按用途一般分为电力变压器和特种变压器两大类 电力变压器可分为: 升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等 电力变压器外形,变压器的分类及结构,2、特种变压器可分为: 整流变压器、电炉变压器、高压试验变压器、控制变压器等,变压器的分类及结构,2.2变压器

7、按相数可分为单相和三相变压器 三相变压器外观示意图,分类,变压器的分类： 1、按冷却方式分类：有自然冷式、风冷式、水冷式、强迫油循环风（水）冷方式、及水内冷式等。 2、按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。 3、按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器、辐射式变压器等,分类,4、按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。 5、按用途分类：有电力变压器、特种变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器

8、、电子变压器、电抗器、互感器等）。 6、按冷却介质分类：有干式变压器、液（油）浸变压器及充气变压器等。 7、按线圈数量分类：有自耦变压器、双绕组、三绕组、多绕组变压器等,分类,8、按导电材质分类：有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝、超导等变压器。 9、按调压方式分类：可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。 10、按中性点绝缘水平分类：有全绝缘变压器、半绝缘（分级绝缘）变压器,变压器常用的冷却方式有以下几种,1、油浸自冷(ONAN)； 2、油浸风冷(ONAF)； 3、强迫油循环风冷(OFAF)； 4、强迫油循环水冷(OFWF)； 5、强迫导向油循环风冷(ODAF)； 6、强迫导向油循环水冷OD

9、WF,按变压器选用导则的要求，冷却方式的选择推荐如下,1、 油浸自冷 31500kVA及以下、35kV及以下的产品； 50000kVA及以下、110kV产品。 2 、油浸风冷 12500kVA63000kVA、35kV110kV产品； 75000kVA以下、110kV产品； 40000kVA及以下、220kV产品,3、 强迫油循环风冷 5000090000kVA、220kV产品。 4 、强迫油循环水冷 一般水力发电厂的升压变220kV及以上、60MVA及以上产品采用。 5 、强迫导向油循环风冷或水冷(ODAF或ODWF) 75000kVA及以上、110kV产品； 120000kVA及以上、22

10、0kV产品； 330kV级及500kV级产品,型号与额定值,一、型号,型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器,电石炉变压器型号：HTDSPZ-8500/35锦州新生电设备有限公司,变压器型号,二、额定值,此外，额定值还有额定频率、效率、温升等,指长期运行时所能承受的工作电压,指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率,指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流,4.变压器的额定值 (1).额定

11、容量 S 变压器视在功率的惯用数值，以 VA，KVA，MVA 表示 (2).额定电压 U 变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值，对于三相变压器额定电压系指线电压，以 V 或 KV 表示 (3).额定电流 I 变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值，以A表示 单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 I1N = S N/ U1N I2N = S N/ U2N 三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 I1N = S N/ U1N I2N = S N/ U2N (4).额定频率 我国工业用电频率为 50 HZ,变压器并联运行的条件,所谓 变压器的并联运行，是指变压器的原绕组

12、都接在某一电压等级的公共母线上，而各变压器的副绕组也都接在另一电压等级的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。变压器并联运行有如下优点：1、多台变压器并联运行时，如果其中一台变压器发生故障或需要检修，那么另外几台变压器可分担它的负载继续供电，从而提高了供电的可靠性。2、可根据电力系统中负荷的变化，调整投入并联的变压器台数，以减少电能损耗，提高运行效率。3、可根据用电量的增加，分期分批安装新变压器，以减少初期投资。对变压器的并联运行状态有一定的要求，最理想的并联运行情况是：1、空载时各台变压器中只有原边的空载电流，由各变压器副边绕组通过母线组成的回路中，以及原边回路中没有环流,变压器并联运行的条

13、件,2、负载时各变压器所分担的负载量，应该按各自额定容量的大小成比例分配，防止其中某台过载或欠载。3、负载时各变压器所分担的电流，应该与总的负载电流同相位。这样当总的负载电流一定时，各变压器所分担的电流最小；如果各变压器所分但的电流一定时，则总的负载电流最大。要达到上述理想的并联状态，并联运行的变压器必须具备以下三个条件：1、各变压器的原边额定电压要相等，各副边额定电压也要相等，即变比要相等；2、各变压器副边线电势对原边线电势的相位差应相等，即连接组要相同；3、各变压器的阻抗电压标么值应相等，短路阻抗角应相等,变压器变比,当一次绕组上加上额定电压 U1N 时，一般规定此时二次绕组开路电压将是额

14、定电压 U2N ，因此可以认为，变压器的电压比就是匝数比 在三相变压器中，电压比规定为高压绕组的线电压与低压绕组的线电压之比，用“ K ”表示,三相变压器,一.三相变压器的电路系统-连接组 （一）联结法 绕组的首端和末端的标志规定,1.星形联结用符号“Y（或 y)”表示 三个首端 A、B、C（或 a、b、c)向外引出 末端 X、Y、Z（或 x、y、z）连接在一起成为中性点 2.三角形联结用符号“D（或d）”表示 各相间联结次序为 A - X - C - Z - B - Y（或 a- x - c - z - b - y) 从首端 A、B、C（或 a、b、c）向外引出,二、互感器 互感器是电流互感

15、器和电压互感器的合称。 互感器的主要功能是: （1）可使仪表和继电器标准化。如电流互感器副绕组的额定电流都是5A；电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V。 （2）可使测量仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离。降低仪表及继电器的绝缘水平，简化仪表构造，同时保证工作人员的安全。 （3）可以避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈,1. 电流互感器 电流互感器简称CT（文字符号为TA，单二次绕组电流互感器图形符号为 ），是变换电流的设备。 （1）工作原理和接线方式 电流互感器由一次绕组、铁芯、二次绕组组成。其结构特点是：一次绕组匝数少且粗，有的型号还没有一次绕组，利用穿过其铁芯的一次电路作为

16、一次绕组（相当于1匝）；而二次绕组匝数很多，导体较细。电流互感器的一次绕组串接在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭合回路，由于这些电流线圈阻抗很小，工作时电流互感器二次回路接近短路状态。 电流互感器的变流比Ki用表示，则 式中，I1N、I2N分别为电流互感器一次侧和二次侧的额定电流值，N1、N2为其一次和二次绕组匝数。变流比一般表示成如100/5A形式,2） 电流互感器种类和型号 按一次电压分，有高压和低压两大类； 按一次绕组匝数分有单匝（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、绕环式、串级式）； 按用途分有测量用和保护用两大类； 按绝缘介质类型分有油浸式、环氧树

17、脂浇注式、干式、SF6气体绝缘等。 电流互感器型号的表示和含义如下,图4-15 LQZ-10型电流互感器的外形图,图4-16 LMZJ1-0.5型电流互感器的外形图,3）电流互感器使用注意事项 电流互感器在工作时二次侧不得开路。 电流互感器二次侧有一端必须接地 电流互感器在接线时，必须注意其端子的极性,2.电压互感器 电压互感器简称PT，是变换电压的设备。 文字符号为TV，单相式电压互感器图形符号为 （1）工作原理和接线方式 电压互感器的基本结构原理如图4-17所示，它由一次绕组、二次绕组、铁芯组成。一次绕组并联在线路上，一次绕组匝数较多，二次绕组的匝数较少，相当于降低变压器。二次绕组的额定电

18、压一般为100V。二次回路中，仪表、继电器的电压线圈与二次绕组并联，这些线圈的阻抗很大，工作时二次绕组近似于开路状态,图4-17电压互感器的结构原理,电压互感器的变压比用Ku表示 式中，U1N、U2N分别为电压互感器一次绕组和二次绕组额定电压，N1、N2为一次绕组和二次绕组的匝数。变压比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。电压互感器有单相和三相两大类，在成套装置内，采用单相电压互感器较为常见,3）电压互感器使用注意事项 电压互感器在工作时，其一、二次侧不得 短路 电压互感器二次侧有一端必须接地 电压互感器在接线时，必须注意其端子的极性,图4-19 JDZ-3、6、10型 电压互感器外型结构

19、,图4-20JSW-10型电压互感器外型结构,第二节、变压器的投运与停运及各项检查,变压器的投运,变压器检修后，在投运前应做以下试验： (1) 主变在投入运行前，应用发电机做零起升压试验。 (2) 其它变压器大修后投入运行或备用前，应用高压侧开关充电一次,变压器投运前的检查项目（一,1) 变压器投入运行或备用前，所有有关工作票应办理终结并有可投运交待，拆除临时安全措施，恢复常设安全措施，现场清洁。 (2) 相关保护和自动装置试验正常。 (3) 变压器外壳与铁芯接地良好。 (4) 油质及油色、油位正常，温度计指示正常，各部无渗漏油现象。 (5) 瓦斯继电器内充满油，内部无气体，瓦斯继电器与油枕之

20、间油门应打开,变压器投运前的检查项目（二,6) 套管清洁，无裂纹，破损及放电痕迹，吸潮剂无潮解变色现象，呼吸管畅通。 (7) 变压器本体及周围无杂物。 (8) 防爆膜完整，压力释放器不动作。 (9) 变压器分接开关位置一致，并与记录标注相符。 (10) 冷却器进出油阀应打开，油泵、风扇启、停试验良好，冷却器电源切换正常。 (11) 有载调压装置各部正常，信置指示正确,变压器停、送电的操作原则,变压器在投入运行前，应先开启冷却装置,停运后再停用。 变压器在停、送电前应合上各侧中性点接地刀闸。 变压器的充电应从装有保护的高压侧进行，严禁降压变压器倒送电运行。 一般情况下，主变不得从高压侧全电压冲击

21、，应采取零起升压的方法。 变压器投运前重瓦斯保护应投跳闸位置,变压器的正常运行,变压器的绝缘电阻 变压器的温度 变压器冷却装置运行 变压器调压装置,一、变压器的绝缘电阻,变压器绝缘电阻的测量及要求： (1) 新装、检修后的变压器在投入运行前，应测量绝缘电阻合格。 (2) 停用半月及以上的变压器投入运行前应测量其线圈绝缘电阻，并填入绝缘登记薄内。 (3) 电压等级为6kV以上的绕组，测量绝缘电阻应使用2500V摇表：1KV及以下的绕组可选用1000V（或500V）摇表测量,4) 测量形式：高对低、高对地、低对地、相间，测量后应对地放电。 (5) 线圈绝缘电阻的允许值要求每千伏不小于1M；500V

22、及以下的不小于0.5M，测量结果不得低于前次测量值的50%。干式变压器在投运前，高压对地绝缘，应用2500V摇表测量，绝缘电阻应300M,二、变压器的温度,1) 强迫油循环风冷式变压器上层油温经常不应超过75，最高不得超过85，其最大温升不超过45（环境温度40）。绕组平均温升不超过62，铁心绕组外部的电气连接或油箱中的结构件不超过80。 (2) 油浸风冷或油浸自冷式变压器，上层油温经常不超过85，最高不应超过95，其最大温升不应超过50。 (3) 干式变压器各部温度不应超过130,变压器附件,变压器本体油面温度计,变压器本体绕组温度计,三、油循环装置检查内容,1) 油泵、电动机转动应正常，无

23、杂音；(2) 油流量继电器指示正常且与冷油器状态对应；(3) 各冷油器应无漏油现象；(4) 运转中和备用中冷油器各截门都在开启状态；(5) 备用中的冷油器应投入“备用”位置或“辅助”位置；(6) 发现设备存在缺陷时，应及时通知有关班组及时处理,2、有载调压装置的调整规定 (1) 正常情况下，有载调压分接头开关一般在DCS上操作调整，DCS不能调整时可在后备盘上或就地电动调整，只有电动失灵时才允许手动调整。每次调整后应检查分接头开关位置指示与机械位置一致。 (2) 启备变有载调压装置允许运行中调整厂用6kV母线电压，调整时必须经值长同意。一人操作，一人监护，事故处理除外。 (3) 分接变换指示器

24、的指针转一周表示一次分接变换操作。指示盘分33格，一格相当于手摇把转一圈。 (4) 当有载调压装置失控时，应立即按下“停止”按钮，通知检修处理。若此时分接头没有调整到所需要位置，可手动进行调节,四、变压器调压装置,5) 切换时应加强监视，如发现电流电压无变化，不得继续操作，应查明原因。 (6) 电机驱动的控制是采用级进原理，即在变换动作启动后，不管按钮是否被按下，都自动的、不可撤消的完成(紧急停止除外)，只有当控制系统重新处于静止位置，才能进行下一次操作。 (7) 当电动机构到达极限位置时，便不能再向下一级操作，当超越终点位置时，限位开关使电机停转。 (8) 为了防止电动机构自动再起动，在手动

25、操作之后，分接变换指示器的指针一定要位于红色区域的中间位置,有载调压就地手动操作方法,1) 戴好绝缘手套，将摇把插入上护板的电动机构轴端（此时即推动了安全开关，切断电动机的两相电源）。 (2) 安装联轴节，把电动机构和垂直传动轴联结起来。 (3) 向一个方向转动手摇把直到切换开关动作（打响）。在手摇电动机构过程中，要注意看分解变换指示器，它机械地反映着分接变换操作的进程。 (4) 切换开关打响后即向同一方向继续摇动手摇把，同时开始计数变换指示器指针达到中央标志时所走的格数。记下所走格数A和传动方向，分接变换操作完成,变压器附件,档位调节机构,N为最大，N到1降档；1到N 为升档；33r为一圈，

26、即为一档,档位手动操作杆,降档,升档,停止,档位显示窗口,变压器附件,档位电源开关,有载调压装置的检查,1) 分接开关头部，保护继电器和管路各接头的密封是否有漏油。(2) 电动机构箱体密封是否完好。(3) 电动机构中各控制电器的外观状态良好。(4) 如果保护继电器动作，必须对变压器和有载分接开关进行检查。(5) 重新投入运行前， 要检查分接开关和变压器有没有损坏，在变压器没有检查前绝对不可投入运行,2 变压器的异常运行及处理 (1) 值班人员发现变压器漏油、油位、温度、声音、振动、冷却系统不正常等，应尽快设法消除，并及时汇报值长和有关领导。 (2) 变压器过负荷运行时，值班人员应严格按过负荷的规定进行调整。 (3) 若变压器发生异常现象非停电不能消除时，应申请停机处理,变压器油位不正常的处理,1) 变压器正常运行中，油位因气温升高而超过最高限时，应联系检修及时放油。 (2) 因气温急剧变化，油位明显偏低，应及时联系检修加油。 (3) 变压器加油、放油、放气应将重瓦斯保护改投信号。 (4) 因变压器漏油致使油位下降，应立即采取堵漏措施，并迅速加油至油位正常。 (5) 大量漏油使变压器油位下降禁止将重瓦斯改投信号，如无法消除，变