变压器的基本知识和结构「电力变压器的基本结构及主要部件」

今天带来变压器的基本知识和结构「电力变压器的基本结构及主要部件」，关于变压器的基本知识和结构「电力变压器的基本结构及主要部件」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

变压器是一种改变交流电源的电压、电流而不改变频率的（静止）电气设备。它在相同频率下，通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为至少另一个系统的交流电压和电流并借以传送电能。因此，变压器通常应具有至少两个匝数（即额定电压）不相同的绕组，并且分别连接到交流电压值不相同的至少两个系统上。

变压器是一种通过电磁感应而工作的交流电气设备，因此，它必须具有作为磁路的铁心；必须具有至少两个通常匝数（即额定电压）不相同的绕组；由于绕组之间及其对地存在电位差，因而它必须具有相应的绝缘系统等。这就是说，铁心、绕组、绝缘系统这三个基本部分，是任何变压器都不可缺少的组成部分。

此外，为了将作为电路的绕组出头引至外部，就需要相应绝缘等级的变压器套管；为了使变压器可以根据需要而改变绕组的匝数，就需要分接开关；为了监视变压器在运行中的温度以及根据温度适时变更变压器的冷却状态，需要有测量温度（甚至测量绕组温度）的测温元件，并且应用测量的温度来控制冷却系统的不同运行方式（如果有）或报警；为了变压器的安全运行，还需要其他一些必要的测量与保护器件等。

对于油浸式变压器而言，需要作为冷却介质的变压器油以及作为盛油容器的油箱，并在油箱上安装所需的附件及冷却系统。为了调节变压器油在运行中由于温度变化而引起的体积变化，就需要储油柜。一些有载调压变压器，还装设了在线的有载开关滤油装置；一些油浸式变压器，还装设了在线的灭火装置、油中气体分析装置、局部放电监测装置等。

在油浸式变压器中，变压器油除了作为冷却介质外，它也是一种良好的绝缘材料。 毫不夸张地说，交流电得到广泛应用得益于变压器。因此，变压器在现代人类社会中得到了广泛的应用。

变压器的基本原理介绍

变压器的一次绕组（一次绕组）与交流电源接通后，经绕组内流过交变电流产生磁通，在这个磁通作用下，铁芯中便有交变磁通，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能，在铁芯中同时交（环）链原、副边绕组（二次绕组），由于电磁感应作用，分别在原、二次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流过负载，铁芯中的磁能又转换为电能。这就是变压器利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。

一，变压器的分类

1，按相数分：

单相变压器:用于负荷单相和三相变压器组。

三相变压器：用于三相系统的升、降电压。

2.按冷却方式分：

干式变压器，依靠空气对流进行冷却

油浸式变压器、依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环风冷等。

3、按用途分：

电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。

仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

试验变压器：能产生所需电压，对电气设备进行试验。

特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。

4、按绕组形式分:

双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

自耦变电压：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

特殊类型变压器

二，变压器型号

每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。

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：

电力变压器产品型号其它的字母排列顺序及涵义

（１）绕组藕合方式，涵义分：独立（不标）；自藕（Ｏ表示）。

（２）相数，涵义分：单相（Ｄ）；三相（Ｓ）。

（３）绕组外绝缘介质，涵义分；变压器油（不标）；空气（Ｇ）：气体（Ｑ）；成型固体浇注式（Ｃ）：包绕式（ＣＲ）：难燃液体（Ｒ）。

（４）冷却装置种类，涵义分；自然循环冷却装置（不标）：风冷却器（Ｆ）：水冷却器（Ｓ）。（５）油循环方式，涵义：自然循环（不标）；强迫油循环（Ｐ）。

（６）绕组数，涵义分；双绕组（不标）；三绕组（Ｓ）；双分裂绕组（Ｆ）。

（７）调压方式，涵义分；无励磁调压（不标）：有载调压抑（Ｚ）。

（８）线圈导线材质，涵义分：铜（不标）；铜箔（Ｂ）；铝（Ｌ）铝箔（ＬＢ）。

（９）铁心材质，涵义；电工钢片（不标）；非晶合金（Ｈ）。

（１０）特殊用途或特殊结构，涵义分；密封式（Ｍ）；串联用（Ｃ）；起动用（Ｑ）；防雷保护用（Ｂ）；调容用（Ｔ）；高阻抗（Ｋ）地面站牵引用（ＱＹ）；低噪音用（Ｚ）；电缆引出（Ｌ）；隔离用（Ｇ）；电容补偿用（ＲＢ）；油田动力照明用（Ｙ）；厂用变压器（ＣＹ）；全绝缘（Ｊ）；同步电机励磁用（ＬＣ）。

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。

例1：一台三相、油浸、风冷、双绕组、无励磁调压、铝导线、20000kVA、110kV级电力变压器产品，其性能水平符合GB／T6451规定，该产品的型号为：

SFL－20000／110

三、变压器额定值

变压器的铭牌主要标示变压器的额定值，变压器的额定值是制造厂对变压器正常使用所作的规定，变压器在规定的额定值状态下运行，可以保证长期可靠的工作，并且有良好的性能。变压器的铭牌标注的额定值主要包括以下几方面：

（1）额定容量：是变压器在额定状态下的输出能力的保证值，单位用伏安（VA）、千伏安（kVA）或兆伏安（MVA）表示，额定容量是视在功率，是指变压器副边额定电压和额定电流的乘积．它不是变压器运行时允许输出的最大有功功率，后者和负载的功率因数有关．所以输出功率在数值上比额定容量小．由于变压器有很高运行效率，通常原、副绕组的额定容量设计值相等。

（2）额定电压：是指变压器空载时端电压的保证值，根据变压器的绝缘强度和允许温升而规定的电压值，单位用伏（V）、千伏（k）表示。三相变压器原边和副边的额定电压系指线电压。原边额定电压U1是指原边绕组上应加的电源电压（或输入电压），副边额定输出电压U2通常是指原边加U1时副边绕组的开路电压使用时原边电压不允许超过额定值（一般规定电压额定值允许变化±5％）．考虑有载运行时变压器有内阻抗压降，所以副边额定输出电压U2应较负载所需的额定电压高5－10％．对于负载是固定的电源变压器，副边额定电压U2有时是指负载下的输出电压。

（3）额定电流：额定电流是指变压器按规定的工作时间（长时连续工作或短时工作或间歇断续工作）运行时原副边绕组允许通过的最大电流，是根据绝缘材料允许的温度定下来的．由于铜耗，电流会发热．电流越大，发热越厉害，温度就越高．在额定电流下，材料老化比较慢．但如果实际的电流大大超过额定值，变压器发热就很厉害，绝缘迅速老化，变压器的寿命就要大大缩短。

（4）额定频率：便用变压器时，还要注意它对电源率的要求，因为在设计变压器时，是根据给定的电源电压等级及频率来确定匝数及磁通最大值的．如果乱用频率，就有可能变压器损坏．例如一台设计用50Hz，220V电源的变压器，若用25Hz，220V电源，则磁通将要增加一倍，由于磁路饱和，激磁电流剧增，变压器马上烧毁．所以在降频使用时，电源电压必须与频率成正比下降。另外，在维持磁通不变的条件下，也不能用到400Hz，1600V的电源上．此时虽不存在磁路的饱和问题，但是升频使用时耐压和铁耗却变成了主要矛盾．因为铁耗与频率成1．5－2次方的关系，频率增大时，铁耗增加很多．由于这个原因，一般对于铁心采用0．35m厚的热轧硅钢片的变压器，50Hz时的磁通密度可达0．9－1T，而400Hz时的磁通密度只能取到0．4T．此外变压器用的绝缘材料的耐压等级是一定的，低压变压器允许的工作电压不超过300－500V．所以在升频使用时，电源电压不能与频率成正比的增加，而只能适当地增加。

（5）额定温升：变压器的额定温升是以环境温度＋40°C作参考，规定在运行中允许变压器的温度超出参考环境的最大温升。

（6）空载电流：变压器空载运行时激磁电流占额定电流的百分数。

（7）空载损耗：是指变压器在空载运行时的有功功率损失，单位以瓦（W）或千瓦（kW）表示。

（8）短路电压：也称阻抗电压，系指一侧绕组短路，另一侧绕组达到额定电流时所施加的电压与额定电压的百分比。

（9）短路损耗：一侧绕组短路，另一侧绕组施以电压使两侧绕组都达到额定电流时的有功损耗，单位以瓦（W）或千瓦（kW）表示。

（10）连接组别：表示原、副绕组的连接方式及线电压之间的相位差，以时钟表示。

四、电力变压器的基本结构

国家标准规定了我国交流电力系统的若干额定电压等级，例如110kV、220kV、500kV、1000kV。西北地区还有330kV、750kV等。在额定电压110kV及以下的电力系统中一般都采用独立绕组变压器，既有双绕组变压器，也有三绕组变压器；既有无励磁调压变压器，也有有载调压变压器。在额定电压330kV及以上电力系统中使用的变压器，几乎都是自耦变压器，绝大多数采用有载调压方式，仅少数采用无励磁调压方式。而在额定电压220kV的电力系统中，既有独立绕组变压器，也有自耦变压器，既有双绕组变压器，也有三绕组变压器；既有无励磁调压变压器，也有有载调压变压器。

干式变压器

1，主要部件

1．铁芯

铁芯是变压器最基本的组成部件之一，是变压器的磁路部分，变压器的一、二次绕组都在铁芯上为提高磁路导磁系数和降低铁芯内涡流损耗，铁芯通常用0．35毫米，表面绝缘的硅钢片制成。铁芯分铁芯柱和铁轭两部分，铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯连接起来，使之形成闭合磁路。

为防止运行中变压器铁芯、夹件、压圈等金属部件感应悬浮电位过高而造成放电，这些部件均需单点接地。为了方便试验和故障查找，大型变压器一般将铁芯和夹件分别通过两个套管引出接地。

2．绕组

绕组也是变压器的最基本的部件之一。它是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包裹的铜线或者铝线绕成。接到高压电网的绕组为高压绕组，接到低压电网的绕组为低压绕组。

大型电力变压器采用同心式绕组。它是将高、低压绕组同心地套在铁芯柱上。通常低压绕组靠近铁芯，高压绕组在外侧。这主要是从绝缘要求容易满足和便于引出高压分接开关来考虑的。变压器高压绕组常采用连续式结构，绕组的盘（饼）和盘（饼）之间有横向油道，起绝缘、冷却、散热作用。

3．绝缘材料及结构

变压器的绝缘材料主要是电瓷、电工层压木板及绝缘纸板。变压器绝缘结构分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部的绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等。绕组绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两种。主绝缘指的是绕组与绕组之间、绕组与铁心及油箱之间的绝缘；纵绝缘指的是同一绕组匝间以及层间的绝缘。

4．分接开关（调压装置）

变压器的调压方式分无载调压和有载调压两种。需停电后才能调整分接头电压的称无载调压；可以带电调整分接头电压的称有载调压。

分接开关的作用是：保证电网电压在合理范围内变动。分接开关一般从高压绕组中抽头，因为高压侧电流小，引线截面积及分接开关的接触面可以减小，减少了分接开关的体积。

4．1．无载分接开关

无载分接开关又称无励磁分接开关，一般设有3到5个分接位置。操作部分装于变压器顶部，经操作杆与分接开关转轴连接。

切换分接开关注意事项：1．切换前应将变压器停电，做好安全措施；2．三相必须同时切换，且处于同一档位置；3．切换时应来回多切换几次，最后切到所需档位，防止由于氧化膜影响接触效果；4．切换后须测量三相直流电阻。

4．2．有载分接开关

有载分接开关由选择开关、切换开关及操作机构等部分组成，供变压器在带负荷情况下调整电压。有载调压分接开关上部是切换开关，下部是选择开关。变换分接头时，选择开关的触头是在没有电流通过的情况下动作；切换开关的触头是在通过电流下动作，经过一个过渡电阻过渡，从个档转换至另一个档位。切换开关和过渡电阻器装在绝缘筒内。

操作机构经过垂直轴、齿轮盒和绝缘水平轴与有载调压开关相连接，这样就可以从外部操作有载调压开关，有载调压分接开关有单独的安全保护装置，包括储油柜、安全气道和气体继电器。

5．油箱

油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的铁芯和绕组置于油箱内，箱内注满变压器油。常见油箱有两种类型：

1．箱式油箱：一般用于中小型变压器

2．钟罩式油箱：用于大型变压器。

变压器油的作用就是绝缘和冷却为防止变压器油的老化，必须采取措施，防止油受潮，减少与空气的接触。

6．储油柜

储油柜也称作油枕，有常规油枕和波纹油枕之分，当变压器油的体积随油温的升降而膨胀或缩小时，油枕就起着储油和补油的作用，以保证油箱内始终充满油。油枕的体积一般为变压器总油量的8％～10％左右。

常规油枕有三种形式：敞开式、隔膜式和胶囊式。大型变压器为了保证变压器油的性能，防止油的氧化受潮，一般采用隔膜式和胶囊式，以避免油与空气直接接触。

油枕上装有油位计，现在一般采用磁力油位计，变压器的油位计和变压器油的温度相对应，用以监视变压器油位的变化。

7．呼吸器

呼吸器又叫吸湿器，由油封、容器、干燥剂组成。容器内装有干燥剂（如硅胶）；当油枕内的空气随着变压器油体积膨胀或缩小时，排出或吸入的空气都经过呼吸器，呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水分，对空气起过滤作用，从而保障了油枕内的空气干燥而清洁。呼吸器内的干燥剂变色超过二分之一时应及时更换。有载开关油枕的呼吸器干燥剂更需及时更换，原因是油枕属敞开式油枕，没有胶囊或者隔膜，呼吸器一旦失去吸潮功能，水分就会直接沿管道进入开关内。波纹油枕没有呼吸器。

8．冷却装置

变压器运行时产生的铜损、铁损等损耗都会转变成热量，使变压器的有关部分温度升高。变压器的冷却方式有：

1、油浸自冷式（0NAN）；

2、油浸风冷式（ONAF）；

3、强迫油循环风冷式（OFAF）；

4、强迫油循环水冷式（OFWF）；

冷控系统是根据变压器运行时的温度或负一荷高低手动或自动控制投入或退出冷却设备，三从而使变压器的运行温度控制在安全范围。

变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的。油浸变压器分为油箱内部冷却和油箱外部冷却，因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的。

第一个字母：与绕组接触的冷却介质

0：矿物油或燃点大于300℃的绝缘液体；

K：燃点大于300℃℃C的绝缘液体；

L：燃点不可测出的绝缘液体；

第二个字母：内部冷却介质的循环方式

N：流经冷却设备和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；冷却设备中的油流是强迫循环，在主要绕组内的油流是强迫导向循环

第三个字母：外部冷却介质

A：空气：

W：水

第四个字母：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）

9．油流继电器

油流继电器是检测潜油泵工作状态的部件，安装在油泵管路上。当油泵正常工作时，在油流的作用下，继电器安装在管道内部的挡板发生偏转，带动指针指向油流流动侧，同时内部接点闭合，发出运行信号；当油泵发生故障停止或出力不足时挡板没有偏转或偏转角度不够，指针偏向停止侧，点接通，跳开相应不出力的故障油泵，从而启动备用冷却器，发信号。

10．压力释放器（阀）

压力释放器装于变压器的顶部。变压器一旦出现故障，油箱内压力增加到一定数值时，压力释放器动作，释放油箱内压力，从而保护了油箱本身。在压力释放过程中，微动开关动作，发出报警信号，也可使其接通跳闸回路，跳开变压器电源开关。此时，压力释放器动作，标志杆升起，并突出护盖，表明压力释放器已经动作。当排除故障后三，投入运行前，应手动将标志杆和微动开关三复归。压力释放器动作压力有15、25、35、55kPa等各种规格，根据变压器设计参数选择。

1．电流互感器

俗称升高座，既支撑和固定套管，内部还装入套管式电流互感器，供继电保护和电气仪表用。

12．气体继电器

气体继电器也称瓦斯继电器，它是变压器的主要保护装置，安装在变压器油箱与储油柜的连接管上。有1％－1．5％的倾斜角度，以使气体能流到瓦斯继电器内，当变压器内部故障时，由于油的分解产生的油气流，冲击继电器下挡板，使接点闭合，跳开变压器各侧断路器。若空气进入变压器或内部有轻微故障时，可使继电器上接点动作，发出预报信号，通知相关人员处理。瓦斯继电器上部装有试验及恢复按钮和放气阀门。瓦斯继电器上部有引出线，分别接入跳闸保护及信号。瓦斯应有防雨罩，防止进水。瓦斯继电器应定期进行动作和绝缘校验。

13．温度计

温度计由温包、导管和压力计组成。将温包插入箱盖上注有油的安装座中，使油的温度能均匀地传到温包，温包中的气体随温度变化而胀缩，产生压力，使压力计指针转动，指示温度。

变压器还安装有PT100（铜铂合金）的电阻，该电阻阻值随温度呈线性变化，可以在控制室观察变压器温度。变压器的温度计除指示变压器上层油温和绕组温度以外，另一个作用是作为控制回路的硬接点启动或退出冷却器、一发出温度过高的告警信号。

14．绝缘套管

变压器绕组的引出线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管，以使带电的引出线与接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是瓷制的，它的结构取决于它的电压等级。

10kV以下的为单瓷制绝缘套管，瓷套内为空气绝缘或变压器油绝缘，中间穿过一根导电铜杆。

110kV及以上电压等级一般采用全密封油浸纸绝缘电容式套管。套管内注有变压器油不与变压器本体相通。

五、电力变压器运行维护

1、防止变压器过载运行：长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匣间短路、相间短路或对地短路及油的分解。

2、保证绝缘油质量：变压器绝缘油在贮存、运输或运行维护中，若油质量差或杂质、水分过多，会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时，变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此，运行中变压器应定期化验油质，不合格的油应及时更换。

3、防止变压器铁芯绝缘老化损坏：铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，使铁芯产生很大的涡流，引起铁芯长期发热造成绝缘老化。

4、防止检修不慎破坏绝缘：变压器检修吊芯时，注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，应及时处理。

5、保证导线接触良好：线圈内部接头接触不良，线圈之间的连接点、引至高、低压侧套管的接点、以及分接开关上各支点接触不良，会产生局部过热，破坏绝缘，发生短路或断路。此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解，产生大量气体，变压器内压力加。当压力超过瓦斯断电器保护定值而不跳闸时，会发生爆炸。

6、防止电击：电力变压器的电源一般通过架空线而来，而架空线很容易遭受雷击，变压器会因击穿绝缘而烧毁。

7、短路保护要可靠：变压器线圈或负载发生短路，变压器将承受相当大的短路电流，如果保护系统失灵或保护定值过大，就有可能烧毁变压器。为此，必须安装可靠的短路保护装置。

8、保持良好的接地：对于采用保护接零的低压系统，变压器低压侧中性点要直接接地当三相负载不平衡时，零线上会出现电流。当这一电流过大而接触电阻又较大时，接地点就会出现高温，引燃周围的可燃物质。

9、防止超温：变压器运行时应监视温度的变化。如果变压器线圈导线是A级绝缘，其绝缘体以纸和棉纱为主，温度的高低对绝缘和使用寿命的影响很大，温度每升高8℃，绝缘寿命要减少50％左右。变压器在正常温度（90℃）下运行，寿命约20年；若温度升至105℃，则寿命为7年5温度升至120℃，寿命仅为两年。所以变压器运行时，一定要保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风，以达到降低变压器温升的目的。