第1章_变压器

1、第一章 变压器主要内容：变压器的运行原理；变压器的运行参数、运行性能及分析方法；变压器的使用和日常维护检查。三相变压器的结构、参数、接线组别和应用。电流互感器和电压互感器的基本原理和应用。教学目标：理解变压器的原理；掌握变压器参数的测定和计算的方法；能正确使用和维护变压器。会三相变压器绕组极性的判别，掌握三相变压器接线组别的识别和接线方法。熟知变压器的正确使用和日常维护。变压器是一种利用电磁感应原理变换交流电电压、电流的静止电器。广泛应用于电力系统、电子线路、电气控制系统等，进行电能传输和信号变换。变压器按照用途分，有电力变压器、互感器、供特殊电源用的变压器（如整流变压器、电炉变压器、电焊变压

2、器、脉冲变压器）、电子电路变压器（信号耦合、变换）等。按照绕组数目分，有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等。按照相数分，有单相变压器、三相变压器、多相变压器等。按照冷却方式分，有油浸自冷、风冷变压器、干式变压器等。本章介绍一般用途的电力变压器和互感器。第一节 单相变压器一、变压器的基本工作原理图1-1是单相变压器的结构和基本工作原理图。单相变压器由一个闭合的铁心和套在铁心上的两个绕组构成。与电源连接的绕组称为原绕组，也称为一次绕组或原边；与负载连接的绕组称为副绕组，也称为二次绕组或副边。我们在表示原绕组电磁量的符号加下标 “1”，在表示副绕组电磁量的符号加下标“2”，以示区

3、别。例如，、分别表示原绕组的电压、电流、感应电动势相量；、分别表示副绕组的电压、电流、感应电动势相量。 （a） （b）（c）图1-1 变压器结构与工作原理（a）小型单相变压器外形图 （b）小型单相变压器结构图 （c）变压器工作原理示意图将原绕组的两个出线端与单相交流电源连接，原绕组中便流过交流电流，该电流在铁心中生成与电源频率相同的交变磁通，此交变磁通同时交链原、副绕组。根据电磁感应原理，原、副绕组中将分别感应出交变电动势。将副绕组的两个出线端与负载连接，负载就有交流电流通过。在这个过程中，电能从电源经变压器变换电压和电流后传递到负载。单相变压器中各物理量的参考方向标示于图1-1。二、变压器的

4、空载运行变压器空载运行指变压器一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组开路的运行状态。（一）空载运行时的电磁过程 图1-2是变压器空载运行原理图。变压器空载运行时的电磁过程如下：图1-2 单相变压器空载运行原理（1）在变压器一次绕组施加电源电压，在一次绕组中产生空载电流（取参考正方向与正方向一致）。（2）空载电流在一次绕组的电阻上产生压降，在变压器铁芯中建立空载磁动势，产生交变磁通；铁心磁导率远大于空气磁导率，绝大部分磁通沿铁心闭合，同时交链一、二次绕组，称为主磁通（取参考正方向与电流正方向符合“右手螺旋定则”）。另外有很少一部分磁通只交链一次绕组，主要沿非铁磁材料闭合，称为一次绕组的

5、漏磁通。主磁通与漏磁通的区别：作用不同。主磁通同时交链一、二次绕组，起一、二次绕组间的耦合作用，是变压器实现电能传递的媒介；漏磁通仅交链一次绕组，表现为电感，在一次电路中产生漏感电动势。路径不同。主磁通沿铁磁材料闭合，铁磁材料磁阻小，但存在饱和性，磁化曲线是非线性的；漏磁通主要沿非铁磁材料闭合，非铁磁材料磁阻大，但不存在饱和性，磁化曲线是线性的。（3）根据电磁感应定律，主磁通在一、二次绕组中分别产生感应电动势和（取电动势参考正方向与磁通正方向符合“右手螺旋定则”)，漏磁通只在一次绕组中产生感应漏电动势。（4）二次绕组开路，二次绕组电流等于零，二次绕组开路电压为。当一次侧电源电压为额定电压时，二

6、次侧的开路电压为定义为变压器的二次侧额定电压。（二）空载运行时的主要物理量1. 电源电压空载运行时，一次绕组接额定频率、额定电压的正弦交流电，其相量表示为。在变压器运行中，可认为基本不变。2. 空载电流空载电流又称为激磁电流，空载电流建立空载磁动势，该磁动势在铁心中产生交链一、二次绕组的主磁通，还在铁芯中产生涡流和磁滞损耗。因此空载电流包含两个分量：一个分量是产生主磁通的无功分量，又称磁化电流，起激磁作用，与主磁通同相位，用表示 ；另一个分量是对应变压器铁芯损耗的有功分量，又称铁损电流，超前主磁通90°，用表示。空载电流的数值很小，一般仅占额定电流的1%至10%，变压器容量愈大，空载

7、电流占额定电流的百分数愈小。在空载电流的两个分量中，有功分量所占比重极小，仅为无功分量的10%左右，因此空载电流基本上属于无功性质，滞后电源电压约90°。3. 感应电动势（1）主磁通感应电动势和设主磁通，根据电磁感应定律，一次绕组的感应电动势为 （1-1）有效值为 （1-2）相量表达式为 （1-3）同理二次绕组感应电动势为 （1-4）（2）一次绕组漏磁通感应电动势由上述分析可知，一次绕组漏磁通在一次绕组的感应电动势为 （1-5）由于一次绕组漏磁通主要通过非铁磁材料闭合，其磁导率近似为常数，所以漏磁通的大小与产生漏磁通的电流成正比，且相位相同。采用绕组漏电感来表示二者之间的关系，即 （

8、1-6）式中 一次绕组漏电感。将式（1-6）代入式（1-5）可得漏磁通感应电动势为 （1-7）式中 一次绕组的漏抗，。4. 空载损耗变压器空载运行时的有功损耗称为空载损耗。主要包括空载电流流过一次绕组时在电阻中产生的损耗（铜损）和交变磁通在铁心中产生的损耗（铁损），铁损由涡流损耗和磁滞损耗组成。其中铁损占主要分量，可认为空载损耗约等于铁损。（三）空载运行时各物理量的关系1. 一次绕组电动势平衡方程式根据基尔霍夫第二定律，参照图1-1所示参考正方向和图1-2所示空载运行时各物理量的关系，可得一、二次绕组的电动势平衡方程式。 （1-8）式中 Z1一次绕组漏阻抗；。忽略一次绕组漏阻抗压降不计时，和两

9、者大小相同，波形相同，但方向相反。因此称为反电动势。忽略一次绕组漏阻抗压降不计时，根据式（1-3）可得重要结论：当电源频率和绕组匝数不变时，主磁通的大小主要由电源电压的大小决定。即当电源电压不变时，主磁通基本不变。这是分析变压器负载运行的重要依据。2. 二次绕组电动势平衡方程式 （1-9）即变压器空载运行时二次端电压与二次电动势平衡。3. 变压比变压比定义为一、二次绕组电动势之比，简称变比，用表示，即 （1-10）实际变压器的变压比通常用变压器一、二次侧额定电压之比表示。（四）空载运行的等效电路在变压器中，既有电路和磁路问题，又有电和磁之间的相互关系。用一个等效电路来表征，就可使分析简化。等效

10、电路在和不变的条件下，与变压器实际电磁关系等效。由式（1-8）可知，漏磁通感应电动势可用漏抗压降的形式表示。同样主磁通感应的电动势也可用压降的形式来表示。引入一个激磁阻抗，就可以用空载电流在激磁阻抗上的压降来表示。即 （1-11）式中 激磁阻抗；。其中为励磁电阻，是铁芯损耗的等效电阻；为激磁电抗，是与主磁通对应的电抗，；是主磁通所经磁路的磁阻。将式（1-11）代入式（1-8）可得 （1-12）对应于上式的电路即为变压器空载运行时的等效电路，如图1-3所示。图1-3所示等效电路中的激磁阻抗参数随电源电压变化，即随铁心的饱和程度变化。但通常电源电压基本不变（为额定电压），所以等效电路中的激磁阻抗参

11、数一般取额定电压时的值，且认为是常量。另外，由于主磁通沿铁心闭合，所遇磁阻远小于漏磁通所遇磁阻，因此。图1-3 变压器空载运行时的等效电路（五）空载运行时的相量图根据前述变压器空载运行时各物理量之间的关系式可作出空载运行的相量图。如图1-4所示。作图步骤如下：（1）以主磁通作为参考相量；图1-4 变压器空载运行相量图（2）根据和，可画出和，滞后主磁通，且=；（3）根据空载电流的组成，先画出与主磁通同相位的空载电流无功分量，再画出超前主磁通的空载电流有功分量，最后合成空载电流；（4）根据作出。先画出-，依次叠加（与平行）和（超前），最后合成得出相量图。与夹角为变压器空载运行时的功率因数角，用表示

12、。由于只有的10%左右，故接近，所以变压器空载运行时的功率因数很低，一般。三、变压器的负载运行变压器的负载运行是指变压器一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组接负载阻抗ZL的运行状态。变压器的负载运行原理图如图1-5所示。图1-5 变压器负载运行原理（一）负载运行时的电磁过程负载运行时，变压器以同时与原、副绕组相交链的主磁通为媒介，将原绕组从电源吸收的电能传送到副绕组，向负载供电。负载运行时，副绕组中有电流流过，副绕组中产生相应的磁动势，与原绕组中产生的磁动势共同作用，产生铁心中的主磁通。（二）负载运行时的基本方程式1. 磁动势平衡方程式铁心中的磁动势由原边磁动势和副边磁动势合成，为

13、+。由于电压不变，主磁通不变，即磁动势仍然为。有 （1-13）可见，负载运行时的原边磁动势有两部分作用：一是产生铁芯中的励磁磁动势，以产生主磁通；二是产生一个与副边磁动势大小相等、方向相反的磁动势，抵消副边磁动势的作用，以维持铁芯中的主磁通不变。该式称为磁动势平衡方程式。将式（1-13）两边除以N1，可得 （1-14）式中 二次绕组电流折算值；。负载运行时的原边电流大于变压器空载运行时的原边电流，它由反映主磁通大小的励磁电流分量和负载电流分量组成。当负载增大时，增加，副边磁动势增加，原边电流的负载电流分量也相应增大。可见，虽然变压器的原、副边没有直接的电路联系，但负载电流的变化也会使原边电流相

14、应地改变。若忽略不计，则 （1-15）可见，一、二次绕组电流与其匝数成反比，即变压器在变换电压的同时也变换电流，这是变压器的变流原理。2. 电压平衡方程式副边电流产生副边磁动势，与原边磁动势共同作用产生铁心中的主磁通，还产生仅与副绕组交链的漏磁通。漏磁通在副绕组中感应出漏感电动势，也可以以副边漏电抗上的压降形式来表示，有 （1-16）据原、副边电路，列出变压器负载运行时的电压平衡方程式 （1-17） （1-18） （1-19） （1-20）式中 二次侧负载阻抗；。（三）负载运行时的等效电路利用上面得出的变压器基本方程组进行实际计算是相当困难的。我们需要建立一个能正确反映变压器的电、磁关系和功率

15、关系的电路等效电路，以便找到一种简便实用的计算方法。1. 折算所谓折算，就是在保证变压器的电、磁关系和功率关系不变的前提下，把变压器原副边的参数统一到原边或副边。现以将副边参数折算成原边为例，确定副边各物理量的折算值。副边各物理量的折算值用原有符号加“”表示。（1）副边电动势的折算 （1-21）（2）副边电流的折算保证折算前后副边磁动势的作用不变 （1-22）（3）副边阻抗的折算保证折算前、后的铜损和无功功率不变，有、，则 （1-23）同理 （1-24）（4）副边电压的折算保证折算前、后的视在功率不变，有，则 （1-25）折算后，变压器负载运行时的基本方程组可简化如下 （1-26）2. 等效电

16、路折算后，原、副绕组中的感应电动势和是相等的。将分别作用于原、副边电路的、看成是（或）同时作用于原、副边电路，便得到变压器负载运行的T形等效电路，如图1-6所示。图1-6 变压器的T形等效电路 图1-7 变压器的简化等效电路变压器负载运行时的T形等效电路与实际变压器的电、磁关系和功率关系完全等效。但T形等效电路属于混联电路，要对其进行复数运算比较麻烦。由于空载电流很小，工程上常忽略激磁回路，得到如图1-7所示的简化等效电路。图1-7中，称为短路电阻，称为短路电抗，称为短路阻抗，可由变压器的短路试验得出。例1-1 一单相变压器，SN=100VA，U1N=380V，U2N=38V，试计算k、I1N

17、、I2N；如果在副边接20的负载阻抗，折算到原边的阻抗是多大？解：（1）计算k、I1N、I2NAA（2）阻抗折算（四）负载运行时的相量图1. T形等效电路的相量图设已知负载电压，负载电流及其功率因数角和变压器的参数，。以感性负载为例，根据T形等效电路对应的基本方程式画出变压器负载运行时的相量图，如图1-8所示。步骤如下：（1）画出负载电压、电流，二者的夹角为功率因数角。（2）在上依次叠加（与平行）和（超前）得电动势。又，即得。与的夹角称为内功率因数角，用表示。（3）根据，可画出主磁通，超前。（4）根据可得，作出激磁电流相量，超前角，。（5）作出，并与叠加得。（6）作出，在上依次叠加和得电源电压

18、。与的夹角为变压器负载运行时的功率因数角，用表示。可见，变压器负载运行时的功率因数提高了。2. 简化等效电路的相量图以感性负载为例，根据与简化等效电路对应的电压方程式画相量图。如图1-9所示。首先画出已知的负载电压、负载电流及其夹角，根据=得；然后在上依次叠加和，合成得出。图1-9 变压器负载运行简化相量图四、变压器的运行特性变压器的运行特性是指变压器的外特性和效率特性，而表征变压器运行特性的主要指标是电压变化率和效率。电压变化率表征变压器的供电电压质量，效率表征变压器运行的经济性。1. 外特性与电压变化率当电源电压及负载功率因数一定时，副边端电压随副边电流变化的曲线，称为变压器的外特性。如图

19、1-10所示。图1-10 变压器的外特性外特性直观反映了变压器输出电压随负载电流变化的趋势。电容性负载随的增大而增大；电阻和电感性负载随的增大而减小。变化程度用电压变化率来表示。电压变化率指变压器一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组的开路电压（即U2N）和二次绕组在给定功率因数下带负载时的实际电压之差，与二次绕组额定电压的比值的百分值，即 （1-27）在（感性）左右时，额定负载的电压变化率约为410.5。2. 变压器的效率与效率特性变压器效率，是指二次侧输出有功功率和一次侧输入有功功率的比值，通常用百分值来表示，即 （1-28）变压器的效率与变压器的损耗有直接的关系。变压器的基本损

20、耗可分为两大类，即铁损和铜损。铁损与电源电压有关，因电源电压基本不变，所以铁损也基本不变，故称之为不变损耗。通常取空载损耗近似等于铁损。铜损是电流流过变压器绕组时产生的损耗，它与电流的大小和绕组电阻的大小（即短路电阻）有关。铜损随负载变化而变化，故称之为可变损耗。铜耗可通过负载系数和额定短路损耗求得，即= （1-29）综上所述，变压器的总损耗为+=+ （1-30）又变压器的输出有功功率为= （1-31）则变压器的效率为= （1-32）负载功率因数一定时，效率与负载系数的关系曲线称为效率特性曲线，如图1-11所示。图1-11 变压器的效率特性五、互感器互感器是电力系统中用来变换高电压、大电流的特

21、殊变压器。利用互感器使测量仪表与高电压、大电流隔离，保证仪表和人身的安全，便于仪表和继电器的标准化。互感器被广泛应用于交流电压、电流、功率的测量和各种继电保护、控制电路中。（一）电压互感器 电压互感器是用来变换高电压的互感器，其原理接线如图1-12所示。电压互感器的一次绕组匝数很多，并联在被测线路上；二次绕组匝数较少，并联连接阻抗很大的仪表（电压表或功率表、电度表的电压线圈）。因此，电压互感器相当于空载运行的降压变压器。忽略漏阻抗压降，则有 （1-33）式中 kv电压互感器的变压比。 图1-12 电压互感器结构和接线原理图电压互感器利用一、二次绕组匝数不同，将线路的高电压转换成低电压便于测量。

22、通常电压互感器二次绕组的额定电压为100V、100/、100/3。实际上，由于空载电流和一、二次绕组漏阻抗的存在，电压互感器总有一定的变比误差和相位误差。为了减少误差，电压互感器的铁心一般采用性能较好的硅钢片制成，还尽量减小磁路中的气隙，使铁心不饱和，以减小空载电流；在绕组的绕制上也设法减少绕组的漏磁通，以减少漏阻抗。通常电压互感器根据误差的大小分为0.2、0.5、1.0、3.0四个仪表级和3P、5P两个保护级，称为准确度等级。准确度等级表示互感器在规定使用条件下的最大引用误差的百分值。使用电压互感器时，应注意以下事项：（1）电压互感器的原边必须并联连接于被测电路，副边的负载也必须并联连接。（

23、2）电压互感器运行时二次绕组不允许短路。如果二次绕组发生短路，就会产生很大的短路电流而烧坏电压互感器。电压互感器使用时必须在一、二次绕组中串联熔断器作为短路保护。（3）电压互感器的铁心和二次绕组必须一点接地。以防止高压绕组绝缘损坏时，铁心和二次绕组带上高电压，危及操作人员和仪表的安全。（4）二次绕组连接的仪表阻抗值不应超过有关技术标准的规定，以降低测量误差。（5）电压互感器的极性一定要连接正确，否则将影响正确测量，甚至引起事故。电压互感器原边接线端子用A、N，副边星型接线端子用a、n表示，开口三角形接线端子用da、dn表示。A、a、da是同极性端（同名端）。（二）电流互感器电流互感器是用来变换

24、大电流的互感器。图1-13所示为额定电压为10kV的电流互感器结构图。电流互感器的原理接线如图1-14所示。电流互感器一次绕组由一匝或几匝大截面导体绕成，串接在被测回路中；二次绕组由匝数较多的细导线绕成，与阻抗很小的仪表（电流表、功率表的电流线圈或继电器的线圈）串联组成闭合回路。忽略激磁电流，则有 （1-34）式中 ki电流互感器的变流比。图1-13 10kV电流互感器结构1-原边接线端子；2-铁芯；3-副边线圈；4-原边绝缘套管；5-副边接线端子图1-14 电流互感器接线原理图电流互感器利用一、二次绕组匝数不同，将大电流变换成小电流以便于测量。通常电流互感器二次绕组的额定电流为5A。实际上，

25、电流互感器总有一定的变比误差和相位误差。通常电流互感器的准确度等级分为0.2、0.5、1.0、3.0四个仪表级和5P、10P两个保护级。使用电流互感器时，应注意以下事项：（1）电流互感器的原边必须串联连接于被测电路，副边的负载也必须串联连接。（2）运行时二次绕组绝对不允许开路。如果二次绕组开路，被测回路的大电流使铁心中的磁通密度猛增，磁路严重饱和造成铁心过热而损坏绕组绝缘；且在二次绕组将感应出很高的过电压，可能击穿绝缘，危及操作人员和仪表的安全。因此，电流互感器二次绕组中不允许安装熔断器；运行中的电流互感器二次侧闲置不用时，必须将二次绕组短接。（3）铁心和二次绕组的一端必须一点接地。以避免绝缘

26、损坏时，一次侧的高电压传到二次侧，危及操作人员和仪表的安全。（4）二次绕组串联的仪表阻抗值不应超过有关技术标准的规定。以降低测量误差。（5）接线时电流互感器的极性一定要连接正确，否则将影响正确测量，甚至引起事故。电流互感器一次侧的端子的标志为P1、P2（或L1、L2），一次侧电流由P1流入，由P2流出。二次侧的端子为S1、S2（或K1、K2），即二次侧的端子由S1流出，由S2流入。 P1与S1为同极性端（同名端）、P2与S2为同极性端（同名端）。（6）电流互感器的两个副边分为仪表用和保护用，接线时要特别注意仪表用副边和保护用副边不能混用和错用。1S1、1S2为仪表用，2S1、2S2为保护用。如

27、果把仪表用副边接保护装置，则保护装置在电网短路时不会动作，如果把保护用副边接仪表，则会在电网短路时烧坏仪表。例1-2 某变电所用10kV线路向一用户供电，用户的负荷电流为180A，试选择电压互感器和电流互感器，并计算kv、ki。解：（1）所选电压互感器的一次侧额定电压必须与电网额定电压相同，选U1N=10kV；二次侧额定电压为100V。故电压互感器的变压比为（2）所选电流互感器的一次侧额定电压应与电网额定电压相同，一次侧额定电流应大于用户的负荷电流，取200A；二次侧额定电流为5A。故电流互感器的变流比为实训1-1 变压器的结构、特性和参数测试一、实训目的（1）熟悉变压器的的基本结构；（2）学

28、会测取变压器的空载参数的方法；（3）学会测取变压器的短路参数的方法。二、实训设备根据实训线路及实训设备条件，正确选用实训设备及仪器，并记入表1-1。表 1-1 实训设备及仪器序号名 称型 号数量1交流电压表2交流电流表3单、三相智能功率表4三相组式变压器三、实训步骤1. 认识变压器的基本结构在指导教师指导下认识变压器各部分的结构。2. 空载参数测定（1）在三相交流电源断电的条件下，按图1-15接线。被测变压器选用三相组式变压器中的一只作为单相变压器。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。（2）选好所有电表量程，将三相调压器输出电压调到零位。（3）经指导老师检查确认后（以后每次改接线

29、路后都要指导老师检查确认后，方可通电），合上交流电源总开关，接通三相交流电源。调节三相调压器使变压器空载电压，然后逐次降低电源电压，在的范围内，测取变压器的、。图1-15 变压器空载参数测定接线图（4）测取数据时，点必须测，在该点附近测点较密，共测取数据78组。记录于表1-2中。（5）为了计算变压器的变比，在以下取3点测取原、副边电压数据记录于表1-2中。表1-2 空载参数测定数据记录序号实 训 数 据U0/VUAX/VkI0/AP0/W123456783. 短路参数测定（1）切断三相调压交流电源（以后每次改接线路，都要关断电源），按图1-16接线。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

30、（2）选好所有电表量程，将交流调压器调到输出电压为零的位置。图1-16 变压器短路参数测定接线图（3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到电流表读数Ik（短路电流）等于1.1I1N为止。在范围内测取变压器的、。（4）测取数据时，点必须测，这时的为额定短路损耗。共测取数据67组，记录于表1-3中。同时记录周围环境温度（）。（5）按照技术标准规定，在计算变压器的性能时，绕组的电阻要换算到75时的数值。铜线变压器，换算公式为式中为实验室的室温。铝线变压器，换算公式为。表1-3 短路参数测定数据记录 室温 序号实 训 数 据Uk/VIk/APk/Wrk75123456第二节 三相变压器一、三相变压

31、器的结构现代电力系统普遍采用三相变压器变换电压。三相变压器可以由三个单相变压器连接组成，称为三相组式变压器。但大多数均采用三相合为一体的三相变压器，体积小，经济性也好。图1-17 三相油浸式和干式电力变压器结构1-信号温度计；2-吸湿器；3-储油柜；4-油标；5-安全气道；6-气体继电器；7-高压绝缘套管和接线端；8-低压绝缘套管和接线端；9-分接开关；10-油箱；11-铁芯；12-绕组；13-放油阀图1-17为三相油浸式和干式电力变压器的结构示意图。各部件的结构、作用如下。1. 铁芯铁芯通常用厚度为0.35mm或0.5mm高磁导率的硅钢片叠成。硅钢片两面有绝缘层，以减小涡流损耗。硅钢片的叠装

32、采用交错叠装，相邻两层的接缝错开，以减小磁阻和漏磁。2. 绕组变压器绕组用绝缘材料包覆的铜线或铝线绕成。为了使绕组在电磁力作用下受力均匀以及有良好的机械性能，一般将绕组制成圆形，套在变压器铁芯柱上。按照绕组在铁芯柱上的安排方式可分为同心式绕组和交叠式绕组。同心式绕组是将圆筒形的高、低压绕组同心套在铁芯柱上。为绝缘方便，通常低压绕组靠近铁芯（铁芯接地），高压绕组套在低压绕组外面。如图1-18所示。同心式绕组结构简单，制造方便，在电力变压器中常被采用。图1-18 三相同心式变压器器芯1-铁芯柱；2-铁轭；3-高压绕组；4-低压绕组3. 其他部件（1）油箱和散热器变压器的器芯放置在装满高绝缘强度、高

33、燃点变压器油的油箱内。变压器运行时，铁芯和绕组都要产生热量，使变压器油升温。变压器油在油箱内对流，将热量传送至油箱壁及散热器，散发到周围空气中，使变压器内保持合理的温度。（2）储油柜和吸湿器储油柜也称为油枕，安装在油箱上方，通过连通管与油箱连通。储油柜是为了减小油面与空气的接触面积，降低与空气接触的油面温度；在油枕下安装有吸湿器，过滤油枕与外界交换的空气中的水分和灰尘，减慢变压器油的受潮和老化的速度，保持油的品质。（3）气体继电器气体继电器也称为瓦斯继电器，安装在油箱与储油柜的连通管道中，对变压器的短路、局部过热、漏油等故障起到保护的作用。（4）安全气道安全气道也称为防爆管，是安装在变压器油箱

34、顶上的一个钢管，与油箱连通，管口以玻璃板封口。当变压器内部发生严重故障时，油箱内部的高压气体便会冲破玻璃板封口，以避免油箱受力变形或爆炸。（5）绝缘套管和接线端绝缘套管安装在变压器油箱盖上，绝缘套管内穿导体，保证变压器高、低压引出线与油箱的绝缘。接线端用来连接外部电路。（6）分接开关分接开关安装在变压器油箱盖上，通过调节分接开关来改变高压绕组的匝数，从而调节变压器二次侧的输出电压，以适应电源电压的变化。分接开关有无载调压分接开关和有载调压分接开关两种。无载调压分接开关必须停电后才能调节，有载调压分接开关可在不停电的情况下调压。无载调压分接开关通常有五个档位：±5%、±2.5

35、%和±0%。降压变压器若电源电压高于变压器一次侧额定电压，则将分接开关调至+5%或+2.5%档；反之，则将分接开关调至-5%或-2.5%档。有载调压分接开关的档位较多，调压范围可达±10%以上。二、电力变压器的铭牌和参数计算变压器铭牌用来表明该变压器的额定数据和使用条件。变压器铭牌如图1-19所示。电 力 变 压 器产品型号SL7-630/10标准号额定容量630kVA使用条件户外式额定电压10000/400V冷却条件ONAN额定电流36.4/909.3A短路电压4.5额定频率50Hz器身吊重1280Kg相数3相油重550Kg连接组别Y，d11总重2385Kg制造厂 生产日

36、期图1-19 变压器铭牌示意图1. 产品型号产品型号包括结构性能特点的基本代号、额定容量和高压绕组的额定电压。变压器型号中符号含义如表1-4所示。表1-4 变压器型号中符号含义排列顺序含 义代表符号内容类别1（或末位）线圈耦合方式自耦O2相数单相三相DS3冷却方式油浸自冷干式空气自冷干式浇注绝缘油浸风冷油浸水冷强迫油循环风冷强迫油循环水冷或JGCFSFPSP4线圈数双线圈三线圈S5线圈导线材质铜铝L6调压方式无励磁调压有载调压Z目前我国生产的电力变压器主要系列有S7、S8、S9、S11、SL7、SC、SCL等。2. 额定值额定值是保证设备能正常工作，且能保证使用寿命而规定的限额。（1）额定电压

37、表示变压器空载时，在额定分接头下各绕组端电压（线电压）的保证值，单位为V或kV。对三相变压器指的是线电压。U1N表示一次侧的额定电压，U2N表示分接头在额定位置，一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。（2）额定电流 表示变压器长期运行允许通过的最大电流，单位为A。三相变压器指的是线电流。I1N表示一次侧的额定电流；I2N表示二次侧的额定电流。（3）额定容量SN表示变压器在额定工作条件下输出功率的保证值，指的是视在功率，单位为kVA或MVA。对三相变压器指的是三相的总容量。 （1-35）（4）额定频率我国规定的标准工业用电频率为50Hz。3. 三相电力变压器常用参数计算（1）相电阻rk、电抗xk在

38、电力工程中，三相电力变压器每相的电阻和电抗用来计算电力系统的短路电流。可由额定短路损耗和短路电压百分值计算。短路电压百分值，又称为阻抗电压百分值或阻抗压降百分值。是变压器通过额定电流时在短路阻抗上的压降与额定电压之比的百分值。 （1-36）短路电压百分值是变压器的一个重要参数，一般中、小型变压器的。 （1-37） （1-38） （1-39）式中 变压器每相的电阻，；变压器的额定短路损耗，W；变压器的额定电压，V；变压器的额定容量，VA；变压器每相的阻抗，；变压器阻抗电压百分值；变压器每相的电抗，。（2）空载损耗变压器的空载有功损耗和无功损耗常用于电力系统的潮流计算。空载有功损耗P0可由变压器的

39、技术手册查到；空载无功损耗Q0可由下式计算 （1-40）式中 I0%空载电流百分值；变压器原边为额定电压时，空载电流与额定电流比值的百分值。三、三相变压器的连接组别连接组别是三相变压器高、低压绕组的连接方式及对应线电压相位关系的一种表示方法，国内、国际都采用时钟表示法。时钟表示法是把电动势相量图中的一次侧电动势相量看作时钟的长针，永远指向钟面上的“12”，二次侧电动势相量看作时钟的短针，二次侧电动势相量的钟点数即是该接线组别的编号。如二次侧电动势相量指向钟面上的12点，该变压器连接组别标号为“0”；若指向钟面上的11点，该变压器连接组别标号为“11”。三相变压器的一、二次绕组，都可以采用星形连

40、接或三角形连接。国家标准规定：一次绕组星形连接用“Y”表示，有中性点时用“YN”表示；三角形连接用“D”表示。二次绕组星形连接用“y”表示，有中性点时用“yn”表示；三角形连接用“d”表示。1. Y，y连接以如图1-20（a）所示的Y，y连接三相变压器为例，确定其连接组别。三相变压器绕组连接图中，上下相对着的一、二次绕组套在同一铁芯柱上。图1-20（a）中的绕组上，A与a、B与b、C与c打“”，表示每个铁芯柱的一、二次绕组都是首端为同极性端，称为同名端。该三相变压器电动势相量图见图1-20（b）。由一、二次绕组线电动势相量图中与的相位关系。根据时钟表示法的规定，指向钟面“12”的位置，由指的数

41、字确定连接组标号。如图1-20（b）所示，与幅角相同。因此，该变压器连接组别标号为0，表示为Y，y0。图1-20 Y，y0接线组别（a）接线图 （b）相量图2. Y，d连接（1）若二次绕组为如图1-21（a）所示三角形接法。画出一、二次绕组电动势相量图如图1-21（b）所示，从而确定它的连接组别为Y，d11。（2）若三相变压器二次绕组为如图1-22所示三角形接法，其连接组别为Y，dl。此外，还有其他的连接组别，不再一一赘述。图1-21 Y，d11接线组别（a）接线图 （b）相量图图1-22 Y，d1接线组别（a）接线图 （b）相量图3. 标准连接组别国家标准规定，三相双绕组电力变压器有五种标准

42、连接组别。即（Y，yn0）、（Y，d11），（YN，d11）、（YN，y0）及（Y，y0）。四、变压器并联运行变压器的并联运行是指两台变压器或多台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次公共母线上，同时向负载供电的运行方式。为使并联的变压器能安全、可靠的运行，必须满足以下条件。（1）连接组别应相同；（2）一、二次侧额定电压应相等；国家标准规定：变压器变压比不等时，并联运行中的差值必须小于1。（3）短路电压即短路阻抗应相等。变压器并联运行时，负载电流的分配与各变压器的短路阻抗成反比。短路电压小的变压器输出电流大，短路电压大的变压器输出电流小。一般规定各台变压器短路阻抗标幺值与所有并联运行变压器的短路

43、阻抗标幺值的算术平均值的差别不大于10%，且希望短路阻抗标幺值小的变压器容量大一些。（4）国家标准规定：并联运行的变压器，最大容量与最小容量之比不宜超过3:1。五、电力变压器的维护保养1. 运行标准（1）允许温度 变压器在正常运行时，不准超过绝缘材料所允许的温度。油浸式变压器绕组所用的绝缘材料，较多的是棉纱、丝绸、纸等A级的绝缘材料，其允许最高工作温度是105。油浸式变压器当上层油温在95时，则相当于绕组温度为105。所以，常以上层油温最高不得超过95为标准。但一般上层油温不宜经常超过85，以防变压器油劣化过速。（2）允许负载变压器一般应不超过其额定容量运行，但在下列规定的条件下，也允许作短时

44、过载运行。正常过载 在不缩短变压器正常使用期限的条件下，允许在高峰负荷期间超额定容量运行，允许过载的时间和允许过载倍数由负载率决定。事故过载 当电网发生故障，如有一台变压器损坏时，其余的变压器可允许作短时的过载运行，事故时的过载倍数与允许过载时间的关系如表1-5所示。表1-5 变压器允许的事故过载倍数与时间的关系事故过载倍数1.31.61.752.02.43.0允许过载时间/min12030157.53.51.5（3）允许电压变动变压器一次侧所加电压一般规定应不超过额定值的105。（4）绝缘电阻变化绕组对地及相间的绝缘电阻，一般使用10002500V兆欧表进行测量，测得的绝缘电阻值，在相同的温

45、度下与上一次测得的相比较若不低于上次数值的70，可认为合格，但应不低于表1-6所列的允许值。绝缘电阻随温度而变化，温度增高10，其值可降低一半。表1-6 电力变压器绝缘电阻1min量值 （M）绕组电压/kV判断标准102030405060708090310要求值900450225120643619128最低允许值60030015080452413852035要求值1200600300155835027159最低允许值8004002001055533181062. 变压器运行中的检查（1）监视仪表变压器控制盘上的仪表，如电流表、电压表、功率表等指示着变压器的运行情况及电压质量，应每小时抄表一次。

46、低压配电变压器负载较大时，应测量其三相电流，如果发现不平衡，应重新分配。电压经常超过允许范围时，应设法调整电压或改换电压分接头。（2）现场检查电力变压器应定期进行外部检查。经常有人值班的，每天至少检查一次，每星期进行一次夜间检查；无固定值班人员的至少每两个月检查一次；在有特殊情况或气温急变时，要增加检查次数或进行即时检查。3. 输出电压的调整为了保证供电电压的质量，应尽可能使二次端电压保持在额定值。4. 变压器运行故障的排除方法（1）异常响声变压器在加上电源后，由于励磁电流以及磁通的变化，铁芯、绕组会振动而发出连续均匀的嗡嗡声，俗称电流声。但若有异常响声时，应按发声情况进行分析与检查。有较大而

47、均匀的响声时，可能是外加电压过高；如声大而嘈杂，则说明内部振动加剧或结构松动，必须密切注意，必要时停电修理。有滋滋声时，说明绝缘表面有闪络。要检查套管是否太脏或有裂纹；若套管无闪络，则可能是变压器内部的故障。当发现响声特大，而且很不均匀或有爆裂声时，表明有击穿现象。如绕组的绝缘损坏而导致短路，应立即停电修理。但要与大容量电动机起动时所引起的响声相区别。（2）油面不正常油面上升，主要是温度上升而引起的。油面下降，多数是由于容器渗油或漏油，或天气变冷收缩所致。（3）油温过高油温过高，若因负载过大，应降低负载；若因三相负载不平衡，则应调整三相负载的分配。（4）防爆管薄膜破裂变压器内部发生故障时，产生

48、大量气体，压力增加，致使防爆管的薄膜破裂，甚至将油喷出，这时应立即停电修理。（5）气体继电器动作当变压器内部发生严重故障或油面急速下降时，气体继电器的重瓦斯保护动作，要把变压器退出运行，进行检查与修理。故障较轻时，气体继电器的轻瓦斯保护动作，发出报警信号，应立即将继电器中的气体取样并检查。如系无色、无味、不可燃的空气，变压器可继续运行；若系有色、有味或可燃气体，则应立即停电检查。（7）变压器着火变压器着火是一种严重的故障，首先应该分断一、二次侧开关，同时抢救遇险人员；然后迅速放出全部变压器油，引入储油池或封闭沟内，扑灭火焰。灭火应用不导电的灭火剂如二氧化碳、1211灭火器以及黄砂等。实训1-2

49、 三相变压器的结构和连接组别认识一、实训目的（1）熟悉三相变压器的的基本结构；（2）掌握测定三相变压器绕组极性的方法；（3）学会连接三相变压器的连接组。二、实训设备根据实训线路及实训设备条件，正确选用实训设备及仪器，并记入表1-7。表1-7 实训设备及仪器序号型 号名 称数 量1交流电压表2交流电流表4三相变压器三、实训步骤1. 认识三相变压器的基本结构在指导教师指导下认识三相变压器各部分的结构。2. 测定三相变压器原、副边的极性（1）先用万用表测出变压器上哪两个出线柱是属于同一绕组的，标上标号。（2）测定相间极性 按图1-23所示接线。接入交流电源，在A、X间加(5070)UN电压。测电压UBY、UCZ、UBC，若UBC=UBYUCZ，则B、C为同名端；若UBC=UBYUCZ，则B、C不是同名端，需将B、C两相绕组首尾标志对调。同理，其它两相也可依此定出。图1-23 测定三相变压器相间极性的接线