一、變壓器的主要用途

變壓器按用途一般分為電力變壓器和特殊變壓器兩大類。

1、電力變壓器的用途

電力變壓器是指電力系統一次回路中輸、配、供電用的變壓器。

1）升高電壓

由于發電機輸出電壓受發電機絕緣水平的限制，通常為6.3kV、10.5kV，最高不超過20kV。用這樣低的電壓進行遠距離輸電時，因為電流很大，消耗在輸電線路電阻上的電能將很大。用升壓變壓器將發電機的端電壓升高到幾十萬伏或幾百萬伏，以降低輸送電流，減少輸電線路上的能量損耗而又不增大導線截面，將電能遠距離輸送出去。

2）降低電壓

輸電線路將幾十萬伏或幾百萬伏高電壓的電能輸送到負荷區后，必須經過降壓變壓器將高電壓降低到適合用電設備使用的低電壓。在供電系統中，需要大量的降壓變壓器將輸電線路輸送的高電壓變換成各種不同等級的電壓，以滿足各類負荷的需要。

3）連接輸電線路

當多個電站聯合起來組成一個電力系統時，除需要輸電線路等設備外，還需要依靠變壓器把各種電壓不相等的線路連接起來，形成一個系統。

2、特殊變壓器的用途

特殊變壓器是指特殊電源、控制系統、電信裝置中用的用途特殊、性能特殊、結構特殊的變壓器。

1）工礦企業中使用的整流變壓器、電爐變壓器、中頻變壓器。

2）檢測高電壓、大電流使用的電壓互感器和電流互感器。

3）做試驗時使用的試驗變壓器和調壓變壓器。

4）自動控制系統及自動裝置中使用的控制變壓器、脈沖變壓器、音頻變壓器等。

二、變壓器的基本原理

變壓器是根據電磁感應原理工作的。

1 、在閉合的鐵芯上繞有兩個互相絕緣的繞組，接入電源的一側叫一次繞組，輸出電能的一側叫二次繞組。

2 、當交流電源電壓U1加到一次側繞組后，就有交流電流I1流過該繞組，在鐵芯中產生交變磁通Φ。這個交變磁通不僅穿過一次側繞組，同時也穿過二次側繞組，兩個繞組中分別產生感應電動勢E1和E2，二次側繞組與外電路的負載接通時，有電流I2流過負載，即二次側繞組有電能輸出。

3 、變壓器一、二次側感應電動勢之比等于一、二次側繞組匝數之比，由于變壓器一、二次側的漏電抗和電阻都比較小，可以忽略不計。變壓器一、二次側繞組匝數不同，導致一、二次側繞組的電壓高低不等，匝數多的一側電壓高，匝數少的一側電壓低，這就是變壓器改變電壓的基本原理。

4 、變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組的匝數成反比，即變壓器匝數多的一側電流小，匝數少的一側電流大，也就是電壓高的一側電流小，電壓低的一側電流大，這是變壓器的變流作用。

三、變壓器型號的含義

型號是變壓器基本情況的符號說明，由字母和數字組合而成，用以代表變壓器的產品分類、結構特征、用途和各種數據等。

1、字母組合部分

1）第一個字母表示繞組耦合方式，一般不標，O表示自耦。

2）第二個字母表示相數，S為三相，D為單相。

3）第三個字母表示冷卻方式，J為油浸自冷，可不標；G為干式空氣自冷；C為干式澆注絕緣；Q為氣體絕緣；F為油浸風冷；S為油浸水冷。

4）第四個字母表示循環方式，N為自然循環，可不標注；P為強迫循環；D為強油導向。

5）第五個字母表示繞組數，雙繞組不標注；S為三繞組；F為分裂繞組。

6）第六個字母表示導線材料，L為鋁線，銅線不標注。

7）第七個字母表示調壓方式，Z為有載調壓，無勵磁調壓不標注。

**2、特殊用途或特殊結構代號含義 **

Z表示低噪聲用變壓器；

H表示非晶態合金鐵芯變壓器；

R表示卷繞式鐵芯變壓器；

M表示密封變壓器；

J表示中性點為全絕緣變壓器；

X表示現場組裝式變壓器。

3、特殊使用環境代號含義

TA表示干熱帶地區使用；

TH表示濕熱帶地區使用；

T表示干濕帶通用變壓器；

GY表示高原地區使用。

四、變壓器的主要參數

1、額定容量SN

變壓器的額定容量是指分接開關位于主分接，銘牌所規定的額定工作狀態（額定電壓、額定頻率、額定使用條件）下變壓器的視在功率。單位為KVA。

單相變壓器 SN=UN2*IN2

三相變壓器 SN=√3UN2*IN2

2、額定電壓UN1和UN2

一次額定電壓UN1等于電網額定電壓，二次額定電壓UN2等于一次側加上額定電壓時，二次側測得的空載電壓值。

三相變壓器的一、二次額定電壓都是指的線電壓。

額定電壓比是指空載狀態下，一次側額定電壓與二次側額定電壓之比。

3、額定電流IN1和IN2

變壓器一、二次額定電流是指額定電壓和額定環境溫度下，一、二次繞組長期允許通過的線電流。

單相變壓器 IN1=SN1/UN1

IN2=SN2/UN2

三相變壓器 IN1=SN1/√3UN1

IN2=SN2/√3UN2

4、阻抗電壓

阻抗電壓也稱短路電壓。即把變壓器二次繞組短路，在一次繞組上慢慢升高電壓，當短路電流等于額定電流時一次側所施加的電壓。

阻抗電壓相等是兩臺變壓器并列運行的條件之一，短路電壓值的大小是計算短路電流選擇繼電保護特性的依據。

5、空載電流I0

當變壓器二次側開路，一次側施加額定電壓時流過一次繞組的電流為空載電流。空載電流的大小取決于變壓器的容量，磁路結構和硅鋼片質量等。一般配電變壓器的空載電流為一次額定電流的3%～8%。

6、空載損耗P0

指變壓器二次開路，一次施加額定電壓時變壓器損耗的功率。它包括激磁損耗和渦流損耗。大小與變壓器制造工藝和外加電壓有關，與負載大小無關。

7、短路損耗Pk

指變壓器二次側短接，一次繞組通過額定電流時，變壓器所消耗的功率。它能夠反映變壓器經濟性能的優劣。

8、溫升

國家規定變壓器上層油面溫升的極限值為55℃，為了不使變壓器油迅速老化變質，規定變壓器上層油面溫度一般不得超過85℃。

9、連接組別

表明變壓器兩側繞組連接方式及對應線電壓相位關系的標志，稱為變壓器的連接組別。

1）連接組標號

連接組標號由字母和數字兩部分組成。

（1）前面的字母自左向右依次表示一、二次繞組的連接方式，大寫字母表示一次繞組的接線方式，小寫字母表示二次繞組的接線方式。Y或y為星形接線，D或d為三角形接線。由于Y連接時還有帶中性線和不帶中性線兩種，不帶中性線則不用任何符號表示，帶中性線則在字母Y后面加字母n表示。

（2）后面的數字表示組別數，可以是0～11之間的整數，它代表二次繞組線電壓對一次繞組線電壓相位移的大小，該數字乘以30°即為二次繞組線電壓滯后于一次繞組線電壓相位移的角度數。0表示一、二次繞組對應線電壓是同相位。這種相位關系通常用“時鐘表示法”加以說明，即用一次繞組線電壓相量作為分針，固定指在時鐘12點的位置，二次繞組的線電壓相量作為時針，它所指示的時數即為變壓器繞組的組別數。

2）標準連接組別

為了避免制造和使用上的混亂，國家標準規定：單相雙繞組電力變壓器連接組別只有ⅠⅠ0一種；三相雙繞組電力變壓器只有Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0五種標準連接組別。高、低壓繞組都為星形連接時，連接組號選0；高壓繞組為星形連接，低壓繞組為三角形連接時，連接組號選11。

五、變壓器的主要部件

1、鐵芯

鐵芯是電力變壓器最基本的組成部分之一，是“磁”的通路，并且起繞組骨架的作用，變壓器一二次繞組都繞在鐵芯上，鐵芯上套著繞組的部分稱為鐵柱，不套繞組而用作連接芯、柱，以構成閉合磁路的部分稱為鐵軛。由于變壓器鐵芯內的磁路是交變的，故會產生磁滯損耗和渦流損耗。為減少這些損耗，變壓器鐵芯常用厚度為0.3～0.5mm的硅鋼片，在表面涂0.01~0.13mm厚的絕緣漆，烘干后按一定規則疊裝而成。

2、高低壓繞組

繞組是變壓器最基本組成部分之一，與鐵芯合成電力變壓器本體，是建立磁場和傳輸電能的電路部分，是變壓器“電”的通路。

按高低壓繞組相互排列位置不同，可分為同心式和交疊式兩種。

1）同心式繞組

把一二次繞組分別繞成直徑不同的圓筒形線圈，裝在鐵芯柱上，高低壓繞組之間用絕緣材料相互隔開，為方便高壓繞組抽引接頭，一般將低壓繞組放在里面，高壓繞組套在外面。但輸出電流很大的大容量電力變壓器，低壓繞組引出線的工藝復雜，往往把低壓繞組放在高壓繞組外面。

2）交疊式繞組

又稱交錯式繞組，在同一鐵芯柱上高壓繞組、低壓繞組交替排列，間隙較多，絕緣復雜，包扎工作量大。其優點是機械性能較好，引出線的布置和焊接比較方便，漏電抗較小。常用于低電壓、大電流的變壓器（如電爐變壓器、電焊變壓器等）。

3、分接開關

分接開關又稱調壓開關，是變壓器高壓繞組改變抽頭位置的裝置，調節分接開關位置，可以增加或減少一次繞組部分匝數，以改變電壓比，使輸出電壓得到調整，分接開關又分為有載調壓和無載調壓兩種。

1）無載調壓

又稱無勵磁調壓，是變壓器一二次繞組均與網絡斷開的情況下，變換一二次繞組匝數的方法進行分級調壓。小容量變壓器分接開關一般有三個位置，II位置相當于額定電壓，系統電壓過高時，將分接開關調到I位置，系統電壓過低時，將分接開關調到III位置。即“高往高調，低往低調”。

2）有載調壓

是變壓器帶負載運行中，在負載電流下，變換一次或二次繞組的分接，改變其匝數，進行分級調壓。有載調壓分接開關，在變換分接頭過程中，可采用電抗和電阻過渡，以限制其過渡時的循環電流。

4、氣體繼電器

又稱瓦斯繼電器，作為變壓器內部故障的一種保護裝置，安裝在油箱和油枕的連接管中間。氣體繼電器與控制電路聯通，構成瓦斯保護裝置。氣體繼電器上接點與輕瓦斯信號構成一個單獨回路，下接點連接外電路構成重瓦斯保護。重瓦斯動作使斷路器掉閘并發出重瓦斯動作信號。

規程規定凡容量為800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的廠用變壓器均應裝氣體繼電器。

5、防爆管

是當變壓器內部發生故障時，防止變壓器變形而裝設的一種保護裝置，故又稱安全氣道，裝于變壓器的大蓋上，有一個喇叭形管子與大氣相通，管口用薄膜玻璃板或酚醛紙板封住。

6、油枕

是變壓器運行中補油及儲油的裝置，裝在油箱的斜上方，有油管和油箱相通。當變壓器油的體積隨油溫變化而熱脹冷縮時，油箱內始終可以充滿絕緣油，以減少油與空氣的接觸面，防止油被過快氧化和受潮。通常油枕的容積為變壓器油箱容積的1/10，在油枕一側裝有油位指示器（油標管），用來監視油位變化，油枕的上方裝有注油孔和出氣瓣。

7、呼吸器

又叫吸潮器，為防止空氣中的水分進入油枕，油枕通過一個呼吸器與大氣相通。呼吸器內裝有硅膠，硅膠內部干燥劑吸收空氣中的水分和雜質，以保持變壓器內絕緣油的良好絕緣性能。呼吸器內的硅膠一般采用變色硅膠，在干燥的情況下呈淺藍色，當吸潮達到飽狀態時漸漸變為淡紅色，這時可將硅膠取出，在120～160℃的高溫下，烘干變成藍色便可繼續使用。

8、冷卻裝置

油浸式電力變壓器的冷卻裝置，包括散熱器和冷卻器，不帶強油循環的稱為散熱器，帶強油循環的稱為冷卻器。

散熱器由裝在變壓器油箱四周的散熱管或散熱片組成，變壓器運行時，上下層油溫的溫差通過散熱器促成油循環，使變壓器芯子周圍的高溫油，通過散熱器冷卻后再回到油箱內，起到了降低變壓器運行溫度的作用。

9、溫度計

是監視變壓器運行溫度的表計，一般都把測溫點放在油的上層。常用的溫度計有水銀式、氣壓式和電阻式。

1000KVA以下的油浸式變壓器，只裝水銀溫度計；1000KVA及以上的油浸變壓器須安裝帶報警信號的溫度計，強迫油循環冷卻的變壓器須安裝兩個；8000KVA及以上的油浸式變壓器需裝設遠距離測溫用的測溫元件，即電阻溫度計，強迫油循環冷卻的變壓器須安裝兩個。

10、高低壓絕緣套管

是變壓器箱外的主要絕緣裝置，大部分變壓器采用瓷質絕緣套管。干式變壓器的絕緣套管采用樹脂澆注成型。變壓器通過高低壓絕緣套管，把變壓器高低壓繞組的引線從油箱內引至箱外，高低壓絕緣套管是變壓器繞組對地（外殼和鐵芯）的絕緣，并且還是固定引線和外接線路的主要部件。

六、變壓器的并列運行

將兩臺或多臺變壓器的一次繞組并列到同一電網母線上，二次繞組也都并接到公共的二次母線上，這種運行方式叫變壓器的并列運行。

1、變壓器并列運行的意義

1）提高供電可靠性

并列運行中的某一臺變壓器發生故障時，可從電網切除并進行檢修。負載由有其余變壓器分擔，不用中斷供電，也不影響其余變壓器正常供電，必要時僅對某些用戶限電。采用并列運行，可有計劃的安排輪流檢修，減少了故障和檢修時的停電范圍。

2）提高經濟運行性

當負荷增加到一臺變壓器的容量不夠用時，可并列投入第二臺變壓器；當負荷減少到不需要兩臺變壓器同時供電時，可退出一臺變壓器運行。根據負載大小，隨時調整投入并列運行的變壓器臺數，保證變壓器有較高的負載系數，從而可減少空載損耗，提高效率，改善電網的功率因數。

3）減少一次性投資

變壓器并列運行可以減少總備用容量，并能隨用電負載的增加而分批安裝新變壓器，即分期投資。

2、變壓器并列運行的條件

理想的變壓器并列運行情況是：沒帶負載時，變壓器與單獨空載運行時一樣只有空載電流，各變壓器之間沒有環流存在；當加上負載后，各變壓器能夠按容量的大小成比例地分配負載。

1）變壓器繞組的連接組別相同

如果連接組別不同的變壓器并列后，即便電壓的有效值相等，在兩臺變壓器同相的二次側也會出現很大的電壓差，由于變壓器二次阻抗很小，將會產生很大的環流而燒毀變壓器，因此，不同連接組別的變壓器絕對不允許并聯。

2）變壓器的變壓比相等，允許差值不得超過±0.5%

如果并列運行的變壓器變壓比不等，其二次側電壓將不相等，當相差大于允許值時，將會在繞組內產生較大的循環電流，降低變壓器的輸出容量，嚴重時還會燒毀變壓器。

3）變壓器的短路電壓百分比相等，允許差值不得超過10%

不同容量的變壓器短路電壓各不相同，變壓器并列運行時，負載電流分配與短路電壓的數值大小成反比，如果并列運行的變壓器短路電壓百分比不相等，則不能按變壓器容量成比例地分配負載，將會造成短路電壓百分比小的過負載，短路電壓百分比大的不能滿負載，為了避免這種現象，并列運行變壓器的短路電壓允許差值不得超過10%。

4）變壓器的容量比不能超過3/1

如果并列運行的變壓器容量相差過多，阻抗電壓就相差較大，容易使負載分配不合理，造成一臺變壓器過負載，另一臺變壓器不能滿負載，并列運行不經濟。

3、變壓器并列運行操作規范

變壓器并列運行除應滿足并列運行條件外，還應注意如下安全操作規范：

1）新投入和檢修后的變壓器并列運行前應進行核相，并在空載狀態時試驗并列運行無問題后，方可正式帶負載并列運行；

2）變壓器的并列運行，必須考慮其經濟性，不經濟的變壓器不允許并列運行，并注意不宜頻繁操作；

3）進行變壓器并列運行或解列操作時，不允許使用隔離開關和跌開式熔斷器，要保證操作正確，不允許通過變壓器倒送電；

4）需要并列運行的變壓器，在并列運行前應根據實際情況，預計變壓器負載電流的分配，在并列后立即檢查兩臺變壓器的運行電流分配是否合理；需要解列變壓器或停用一臺變壓器時，應根據實際負載情況，預計是否有可能造成一臺變壓器過負載，如果有可能，則不允許進行解列操作。

七、變壓器的常見故障

1、短路故障

1）出口短路故障

變壓器正常運行中由于受出口短路故障的影響，主要包括以下兩個方面：

（1）短路電流引起的絕緣過熱故障；

（2）短路電動力引起繞組變形故障。

2）相間短路故障

內部繞組或引線的相間短路造成的故障。

3）對地短路故障

內部繞組或引線的對地短路造成的故障。

4）匝間短路故障

繞組內部的匝間短路造成的故障。

2、放電故障

1）局部放電故障

在電壓的作用下，絕緣結構內部的氣隙、油膜或導體的邊緣發生非貫穿性的放電現象，稱為局部放電。局部放電開始能量雖低，但卻是變壓器諸多有機材料故障和事故的根源。

2）火花放電故障

分懸浮電位引起火花放電和油中雜質引起火花放電兩種。火花放電一般不致于很快引起絕緣擊穿，主要反映在油色譜分析異常，局部放電量增加或輕瓦斯動作，比較容易發現和處理，但對其起發展程度應引起足夠的注意。

3）電弧放電故障

電弧放電是高能量放電，常會引起繞組層間絕緣擊穿，也可能引起引線斷裂、對地閃絡或分接開關飛弧等故障。電弧放電故障放電能量密度大，產氣急劇，常以電子雪崩式沖擊電介質，使絕緣紙穿孔、燒焦或碳化。使金屬材料變形或熔化燒毀，嚴重時會造成設備燒損，甚至發生爆炸事故。

3、絕緣故障

變壓器的壽命是由絕緣材料的壽命決定的。油浸式變壓器的主要絕緣材料是絕緣油及絕緣紙、紙板和木塊等，變壓器的絕緣老化是這些材料受環境因素的影響而發生分解，降低或喪失的絕緣強度。影響變壓器絕緣性能的主要因素有溫度、濕度、油保護方式、過電壓、短路、電動力等。

4、鐵芯故障

電力變壓器正常運行時，鐵芯必須有一點可靠接地。若沒有接地，則鐵芯對地的懸浮電壓會造成鐵芯對地斷續性擊穿放電，接地則消除了鐵芯的懸浮電位。但當鐵芯出現兩點以上接地時，鐵芯間的不均勻電位就會在接地點之間形成環流，造成鐵芯多點接地發熱故障。變壓器的鐵芯接地故障，會造成鐵芯局部過熱，嚴重時輕瓦斯動作，甚至會造成重瓦斯動作而跳閘的事故。

5、分接開關故障

1）無勵磁調壓開關故障

表現在接觸不良、觸頭銹蝕、電阻增大、發熱等，事故多發生在變壓器短路狀態，由于過電流使觸頭接觸間產生電弧而損壞。

2）有載調壓開關

有載調壓開關電氣故障有絕緣損壞、接觸不良、熔化燒損、斷線等；機械故障有磨損、卡住、失去彈性、折斷、操作機構不靈等。

6、滲漏油氣故障

變壓器的滲漏一般包括空氣滲漏和油滲漏。滲漏的后果是空氣中的水分和氧氣會慢慢地通過滲漏部位滲透到油箱內。變壓器內部和外部的密封件破壞，既有滲漏油，又有空氣的侵入。這種長期累積的作用會損壞變壓器的絕緣。

7、油流帶電故障

強迫油循環冷卻方式的大型變壓器油流帶電現象，使繞組帶有靜電感應電壓，它會影響到油色譜分析、局部放電測量和油的介質損耗測量。

八、變壓器的巡視檢查

1、日常巡視檢查

1）檢查電流、電壓是否正常；

2）檢查溫度、聲音是否正常：

3）檢查器身是否滲油、漏油；

4）檢查引出線接點是否過熱；

5）檢查導電排相色是否正常；

6）檢查防爆管隔膜是否完整；

7）檢查呼吸器硅膠是否受潮變色；

8）檢查變壓器外殼是否接地良好；

9）檢查變壓器冷卻系統是否正常；

10）檢查油標管油位、油色是否正常，油枕有無滲油、漏油；

11）檢查瓷套管、電排支撐絕緣子是否清潔、有無裂紋和放電痕跡；

12）檢查各種閥門是否正常；瓦斯繼電器閥門和散熱器閥門是否打開；是否滲油、漏油；

13）檢查室外變壓器基礎是否完好；變壓器室的門窗是否完好；照明是否完好；消防器材是否完好。

2、特殊巡視檢查

1）變壓器負荷側發生接地、短路或變壓器本身故障，跳閘后檢查變壓器有無位移、變形、炸裂、噴油、焦臭味；變壓器內部有無異常聲音。

2）大風時檢查引線接頭，設備周圍不應有易導電的輕質物品。

3）霧天、雨天檢查套管。

4）氣溫過高或過低，檢查油位、引線。

5）過負荷時檢查變壓器引線、接線線夾、油位及冷卻裝置。

6）設備新投運或大修后投運24小時內，檢查并記錄環境溫度及變壓器本體和繞組溫度，檢查氣體繼電器集氣情況。

7）雪天檢查冰柱及接頭積雪。