電力變壓器手冊(cè)

1、變壓器是一種通過(guò)改變電壓而傳輸交流電能的靜止感應(yīng)電器。它有一個(gè)共同的鐵心和與其交鏈的幾個(gè)繞組，且它們之間的空間位置不變。當(dāng)某一個(gè)繞組從電源接受交流電能時(shí)，通過(guò)電感生磁、磁感生電的電磁感應(yīng)原理改變電壓（電流），在其余繞組上以同一頻率、不同電壓傳輸出交流電能。因此，變壓器的主要結(jié)構(gòu)就是鐵心和繞組。鐵心和繞組組裝了絕緣和引線之后組成了變壓器的器身。器身一般裝在油箱或外殼之中，再配置調(diào)壓、冷卻、保護(hù)、測(cè)溫和出線裝置，就成為變壓器的結(jié)構(gòu)整體。變壓器分為電力變壓器和特種變壓器。電力變壓器又分為油浸式和干式兩種。目前，油浸式變壓器用作升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和配電變壓器， 干式變壓器只在部分配電變

2、壓器中采用。電力變壓器可以按繞組耦合方式、相數(shù)、冷卻方式、繞組數(shù)、繞組導(dǎo)線材質(zhì)和調(diào)壓方式 分類(lèi)。如稱(chēng)為單相變壓器、雙繞組變壓器等。但是這樣的分類(lèi)包含不了變壓器的全部特征， 所以在變壓器型號(hào)中往往要把所有的特征表達(dá)出來(lái)，并標(biāo)記以額定容量和高壓繞組額定電壓等級(jí)。圖示是電力變壓器產(chǎn)品型號(hào)的表示方法。高壓繞組額定電壓等級(jí)（KV) - /防護(hù)代號(hào)（一般不標(biāo)，TH-濕熱，TA干熱）額定容量（KVA）設(shè)計(jì)序號(hào)（1、2、3；半銅半鋁加 b）調(diào)壓方式（無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓不標(biāo)，Z-載調(diào)壓）導(dǎo)線材質(zhì)（銅線不標(biāo)，L鋁線）繞組數(shù)（雙繞組不標(biāo)，S 繞組，F(xiàn) 分裂繞組）循環(huán)方式（自然循環(huán)不標(biāo)，P 強(qiáng)迫循環(huán)）冷卻方式（J油浸自冷，亦

3、可不標(biāo)； G干式空氣 自冷，C-干式澆注絕緣，F(xiàn)-油浸風(fēng)冷, S油浸水冷）相數(shù)（D單相，S 三相）繞組耦合方式（一般不標(biāo)，O 自耦）（1） 相數(shù)和額定頻率變壓器分單相和三相兩種。一般均制成三相變壓器以直接滿足輸配電的要求，小 型變壓器有制成單相的，特大型變壓器做成單相后組成三相變壓器組，以滿足運(yùn)輸?shù)?要求。（2） 額定電壓、額定電壓組合和額定電壓比a.、額定電壓 變壓器的一個(gè)作用就是改變電壓，因此額定電壓是重要數(shù)據(jù)之一。變壓器的額定應(yīng)與所連接的輸變電線路電壓相符合，我國(guó)輸變電線路電壓等級(jí)（KV）為0.38、3、6、10、15 （20）、35、63、110、220、330、500輸變電線路電壓等

4、級(jí)就是線路終端的電壓值，因此連接線路終端變壓器一側(cè)的額定電壓與上列數(shù)值相同。線路始端（電源端）電壓考慮了線路的壓降將比等級(jí)電壓為高。35KV以下電壓等級(jí)的始端電壓比電壓等級(jí)要高5%,而35KV.及以上的要高10%,因此變壓器的額定電壓也相應(yīng)提高。線路始端電壓值（ KV）為0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550由此可知，高壓額定電壓等于線路始端電壓的變壓器為升壓變壓器，等于線路終端電壓（電壓等級(jí)）的變壓器為降壓變壓器。變壓器產(chǎn)品系列是以高壓的電壓等級(jí)而分的，現(xiàn)在電力變壓器的系列分為10KV及以下系列、35KV系列、63KV系列、110KV系

5、列和220KV系列等。額定電壓是指線電壓，且均以有效值表示。但是，組成三相組的單相變壓器，如繞組為星形聯(lián)結(jié)，則繞組的額定電壓以線電壓為分子，J3為分母表示，如380/ v13 V.變壓器應(yīng)能在105%的額定電壓下輸出額定電流，因?yàn)?%過(guò)電壓下的較高空載損耗而引起的溫升稍許增長(zhǎng)可略去不計(jì)。對(duì)于特殊的使用情況（如變壓器的有功功率可以在 任何方向流通），用戶可在不超過(guò) 110%的額定電壓下運(yùn)行。因此變壓器鐵心的磁通密 度選取值要偏低，以防過(guò)勵(lì)磁。當(dāng)電流為額定電流的k （0Wkwi）倍時(shí)，一般應(yīng)按下式對(duì)電壓加以限制：2U（%）=110 5Kb.額定電壓組合 變壓器的額定電壓就是個(gè)繞組的額定電壓，是指定

6、施加的或空載時(shí)產(chǎn)生的電壓?？蛰d時(shí)，某一繞組施加額定電壓，則變壓器其他繞組都同時(shí)產(chǎn)生額定電壓。繞組之間額定電壓組合是有規(guī)定的，參見(jiàn)表1-9。c.額定電壓比額定電壓比是指高壓繞組與低壓或中壓繞組的額定電壓之比，所以額定電壓比 k.>1。3）額定電壓變壓器得主要做用是傳輸電能，因此額定容量是他的主要數(shù)據(jù)。它是表觀容量的慣用值，表征傳輸電能的大小變壓器額定容量與繞組額定容量有所區(qū)別：雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量；多繞組變壓器應(yīng)對(duì)每個(gè)繞組的額定容量加以規(guī)定，其額定容量為最大的繞組額定容量；電當(dāng)變壓器容量由冷卻方式而變更時(shí)，則額定容量是指最大的容量。我國(guó)現(xiàn)在變壓器的額定容量等級(jí)是按聽(tīng)0倍

7、數(shù)增加的R10優(yōu)先數(shù)系，只有 30KVA和63000KVA以上的容量等級(jí)與優(yōu)先數(shù)系有所不同。1967年以前變壓器的額定容量等級(jí)是按痂倍數(shù)增加的R8容量系列。4）額定電流變壓器的額定電流是由繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應(yīng)的相詳細(xì)數(shù)（單相1,三相為 &）,而算得的流經(jīng)繞組線端的電流。因此，變壓器的額定電流就是各繞組的額度電流，是指線電流，也以有效值表示。但是，組成三相組的單相變壓器，如繞組為三角形連接，繞組的額度電流以線電流為分子，J3為分母表小，例如500/43A。變壓器在額定容量運(yùn)行時(shí)，繞組的電流為額定電流，參照國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)油浸變壓器的負(fù)載導(dǎo)則，變壓器可以過(guò)載運(yùn)行

8、。三相的額定容量不超過(guò)1000MVA （單相為33.3MVA）時(shí)，可有負(fù)載率不大于1.5 （負(fù)載電流/額定電流）的偶發(fā)性過(guò)載，容量更大時(shí)可有負(fù)載率不超過(guò)1.3的偶發(fā)性過(guò)載。1.5倍變壓器額定電流下運(yùn)行，是以有載開(kāi)關(guān)操作次數(shù)不超過(guò)3%為基礎(chǔ)的，套管也應(yīng)有相應(yīng)的過(guò)載能力，線圈熱點(diǎn)溫度和頂層油溫度不能超過(guò)140c和115C。（5）繞組聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)a.繞組聯(lián)結(jié)組 變壓器同一側(cè)線圈是按照一定形式進(jìn)行聯(lián)結(jié)的。單相變壓器除相線圈（線匝組合成的一相線圈）的內(nèi)部聯(lián)結(jié)外，沒(méi)有線圈之間的聯(lián)結(jié)，所以其聯(lián)結(jié)符號(hào)用I表示。三相變壓器或組成三相變壓器組的單相變壓器，則可以聯(lián)結(jié)成星形、三角形和曲折形等。星形聯(lián)結(jié)是各相線圈的一端

9、結(jié)成一個(gè)公共點(diǎn)（中性點(diǎn)），其他端子結(jié)成相應(yīng)的線端上；三角形聯(lián)結(jié)是三個(gè)相線圈互相串聯(lián)形成閉合回路，由串聯(lián)處結(jié)至相應(yīng)的線端；曲折形聯(lián)結(jié)的相線圈是結(jié)成星形，但相線圈是由感應(yīng)電壓相位不同的兩部分組成（不在同一鐵心心柱上）。星形、三角形、曲折形聯(lián)結(jié)，現(xiàn)在對(duì)于高壓繞組分別用符號(hào)Y、D、Z表示；對(duì)于中壓和低壓繞組分另J用符號(hào) y、d、z表示。有中性點(diǎn)引出時(shí)則分別用符號(hào) YN ZN和yn、zn表示。自 耦變壓器有公共部分的兩繞組中額定電壓低的一個(gè)用符號(hào)a表示。變壓器按高壓、中壓和低壓繞組聯(lián)結(jié)的順序組合起來(lái)就是繞組的聯(lián)結(jié)組別。例如：高壓為丫、低壓為yn聯(lián)結(jié)，則繞組聯(lián)結(jié)組為 Y, yn；高壓為YN中壓為yn、低壓

10、為d聯(lián)結(jié)，則繞組聯(lián)結(jié)組為 YN yn, d。聯(lián)結(jié)組對(duì)變壓器的特性有很大的影響。b.繞組聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào) 同側(cè)繞組聯(lián)結(jié)后，不同側(cè)間電壓相量有角度差一相位移。 以往采用線 電壓相量間的角度差表示相位移， 新標(biāo)準(zhǔn)中是用一對(duì)線圈各相應(yīng)端子與中性點(diǎn) （三角形聯(lián)結(jié) 為虛設(shè)的）間的電壓相量角度差表示相位移。這種繞組間的相位移用鐘時(shí)序數(shù)表示時(shí)，用分針表示高壓線端與中性點(diǎn)間的電壓相量，且指向定點(diǎn)0 （12）點(diǎn)；用時(shí)針表示低壓（或中壓）線端與中性點(diǎn)間的電壓相量，則時(shí)針?biāo)?指的小時(shí)數(shù)就是繞組的聯(lián)結(jié)組別。則聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)=聯(lián)結(jié)組+組別單相雙繞組變壓器不同側(cè)繞組的電壓相量相位移為0?；?80。，其聯(lián)結(jié)組別只有 0和6兩種。但是，

11、通常繞組的繞向相同、 端子標(biāo)志一致，所以電壓相量為同一方向 （極性相同）， 聯(lián)結(jié)組別僅為0。因此，雙繞組單相變壓器實(shí)用的聯(lián)結(jié)組別標(biāo)號(hào)為I , IO三相雙繞組變壓器相位移為30。的倍數(shù)，所以有 0、1、2、11共12種組別。也由于通常繞組的繞向相同、端子和相別標(biāo)志一致，聯(lián)結(jié)組別僅為0和11兩種。因此，三相雙繞組變壓器實(shí)用的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為Y, yn0; Y, zn11; Y, d11 和 YN, d11三繞組變壓器的聯(lián)結(jié)組由高、中和高、低兩個(gè)聯(lián)結(jié)組組成， 所以在聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)中有兩個(gè)聯(lián)結(jié)組別。實(shí)用的三繞組聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為：I ,10,I 0 和I,a0,I0（以上為單相）；YN yn0, d11 和YN,a

12、0,d11 （以上為三相）。（6）分接范圍（調(diào)壓范圍）為了調(diào)整所需要的電壓，變壓器的繞組要具有分接抽頭以改變電壓比。在分接抽頭中： 主分接一與額定電壓、額定電流和額定容量相對(duì)應(yīng)的分接；分接因數(shù)一某一分接時(shí)的匝數(shù)與主分接時(shí)匝數(shù)之比，即為Ud/U N ,或以百分?jǐn)?shù)表示的（Ud/U N ） X 100。其中Ud為某分接的電壓，UN為額定電壓。分接因數(shù)大于 1的分接為正分接，小于1的為負(fù)分接，等于1時(shí)則為主分接；分接級(jí)（調(diào)壓級(jí)）-相鄰分接間以百分?jǐn)?shù)表示的分接因數(shù)之差；分接范圍（調(diào)壓范圍）-最大、最小兩個(gè)以百分?jǐn)?shù)表示的分接因數(shù)與100相比的范圍，如在（100+a100 b）內(nèi)，則分接范圍為+ a%、b%

13、。如果a=b,則分接范圍為土 a%。分接工作能力-主分接的工作能力就是額定電壓、額定電流和額定容量。其它分接的工作能力就是其它分接的繞組分接電壓、電流和容量。一般情況下，是在高壓繞組上抽出適當(dāng)?shù)姆纸宇^。因?yàn)楦邏豪@組或其單獨(dú)調(diào)壓繞組常常套在最外面，引出分接頭方便；其次是高壓側(cè)電流小， 引出的分接引線和分接開(kāi)關(guān)的載流部 分截面小，分接開(kāi)關(guān)接觸部分容易解決。因此如果是升壓變壓器則在二次側(cè)調(diào)壓，磁通不變，為恒磁通調(diào)壓；如果降壓變壓器則在一次側(cè)調(diào)壓，磁通改變，為變磁通調(diào)壓。變壓器調(diào)壓方式通常分為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種方式。當(dāng)二次不帶負(fù)載，一次又與電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)的調(diào)壓是無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓；在二次負(fù)載下的調(diào)壓是有載調(diào)

14、壓。(7)空載電流、空載損耗和空載合閘電流當(dāng)變壓器二次繞組開(kāi)路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時(shí)，一次繞組中所流通的電流稱(chēng)空載電流I0 .其較小的有功分量10a用以補(bǔ)償鐵心的損耗，其較大的無(wú)功分量10r用于勵(lì)磁以平衡鐵心的磁壓降。空載電流I 0=，I 0a2 10r2 , A通常I 0以額定電流的百分?jǐn)?shù)表示i 0%= ( I 0/I N ) x 100=1 3%變壓器容量越大，i 0越小?？蛰d電流的無(wú)功分量I 0r是勵(lì)磁電流。由于I 0r與鐵心中磁通的關(guān)系是非線性的，因此I 0r的波形是含有奇次諧波的非正弦波形?？蛰d電流的有功分量10a是損耗電流。所汲取的有功功率稱(chēng)空載損耗 P0,忽略空載運(yùn)行

15、狀態(tài)0a0下一次繞組的電阻損耗時(shí)又稱(chēng)鐵損，因此空載損耗主要決定于鐵心材質(zhì)的單位損耗。 空載損耗=電工鋼片單位損耗X鐵心重量空載合閘電流是當(dāng)變壓器空載合閘到線路時(shí)，由于鐵心飽和而產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，所以又稱(chēng)勵(lì)磁涌流。空載合閘電流大大地超過(guò)穩(wěn)態(tài)的空載電流I 0,甚至可達(dá)到額定電流的 5倍?？蛰d合閘電流與合閘時(shí)鐵心的剩磁4r、電壓相角少有關(guān)。合閘時(shí)少=0,。m在半波內(nèi)能變化到2。m。有同向剩磁。r時(shí)將增加到2。m +(f)r,空載合閘電流更為嚴(yán)重。變壓器容量越大，其持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，可達(dá) 5-10s o在三相變壓器中總有一相要產(chǎn)生這種過(guò)渡現(xiàn)象。不過(guò)， 目前差動(dòng)繼電器可以不再因空載合閘而誤動(dòng)作。8)阻抗電

16、壓和負(fù)載損耗雙繞組變壓器當(dāng)二次繞組短接，一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱(chēng)阻抗電壓Uz,多繞組變壓器則有任意一對(duì)繞組組合的Uz0。通常阻抗電壓以額定電壓百分?jǐn)?shù)表示，即Uz%= (Uz/ U N ) x 100%且應(yīng)折算到參考溫度。阻抗電壓百分?jǐn)?shù) U z= . U x2 Ur2其中，Ux為電抗電壓百分?jǐn)?shù)；Ur為電阻電壓百分?jǐn)?shù)。小容量變壓器Ux/Ur=15,大容量變壓器 Ux/ Ur > 10,所以大容量變壓器的阻抗電壓可以用電抗電壓Ur表示。阻抗電壓大小與變壓器成本和性能，系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量有關(guān)，電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓如表 1-15和1-16所示。二次繞組短接、一次繞組流通額定電流時(shí)所

17、汲取的有功功率稱(chēng)負(fù)載損耗p負(fù)載損耗=最大一對(duì)繞組的電阻損耗 +附加損耗附加損耗包括繞組渦流損耗、并繞導(dǎo)線的環(huán)流損耗、結(jié)構(gòu)損耗和引線損耗。其中電阻損耗也稱(chēng)銅耗，負(fù)載 損耗也要折算到參考溫度。9)效率和電壓調(diào)整率變壓器的效率為輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分?jǐn)?shù)，效率刀為效率(刀)=輸出功率/輸入功率X 100%=輸出功率/ (輸出功率+空載損耗+負(fù)載損耗)x 100%滿負(fù)載時(shí)刀=S Co；0sp2 P 100%S2 N COS 2 p0 Pt任意負(fù)載時(shí)(以負(fù)載系數(shù)3=|2/| 2N)/ q MOS2 2P 100%S2 NCOS 2 P0 Pt式中S2N -二次側(cè)額定容量；cos 4 2

18、二次側(cè)功率因數(shù)，一般取 0.8。當(dāng)3= JP07PT時(shí)，刀最大。中小型變壓器刀在96%以上，大型變壓器刀在 99%以上。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于有阻抗電壓，二次電壓將隨負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)的改變而改變。變壓器的電壓調(diào)整率為二次空載電壓U2N和二次負(fù)載電壓 U2之差，于二次空載電壓5n 的比，即：e % = (U2N- U 2)/ U 2N，%當(dāng)已知變壓器電阻電壓百分?jǐn)?shù)ur和電抗電壓百分?jǐn)?shù) ux時(shí)，可按不同的負(fù)載系數(shù)3和負(fù)載功率因數(shù)cos少2，用下式計(jì)算電壓調(diào)整率£ %= 3 ( u r cos ip2+uYsin 2) + 3 2 (u Y cos 2 ur sin 4 2) 2 /

19、200I2 X2X2 I2=3 ( u r cos 4 2 + u x sin 少 2)變壓器的阻抗電壓是一定的，如負(fù)載變化不大，則電壓調(diào)整率主要與負(fù)載功率因數(shù)有關(guān)，當(dāng) cos 少 2=1 時(shí)，e = 3 ur，因 ur<ux，故 e 最小；當(dāng) cosW2 = 0 時(shí)，£ = 3 ux，故e最大。電壓調(diào)整率是衡量變壓器供電質(zhì)量好壞的數(shù)據(jù)，大型變壓器ux大，故cos少2不宜太低，否則£較大。10)溫升和冷卻方式a）溫升 變壓器的溫升，對(duì)于空氣冷卻變壓器是指測(cè)量部分的溫度與冷卻空氣溫度之差， 對(duì)于水冷卻變壓器是指測(cè)量部分的溫度與冷卻器人口處水溫之差。變壓器運(yùn)行在海拔100

20、0m及以下，而環(huán)境溫度規(guī)定為下列數(shù)值時(shí)最高氣溫+40 C最高日平均氣溫+30 C最高年平均氣溫+20 C最低氣溫-30 C （戶外式）最低氣溫-5 C （戶內(nèi)式）冷卻器入口處最高水溫+30 C油浸式變壓器的線圈、鐵心和變壓器的溫升不得超過(guò)表1-17的規(guī)定。油浸式變壓器線圈和頂層油溫升限值是這樣得來(lái)的：因?yàn)閍級(jí)絕緣在98c產(chǎn)生的絕緣損壞為正常損壞，而保證變壓器正常壽命的年平均氣溫為20 C,線圈最熱點(diǎn)與其平均溫度之差為13k,所以線圈溫度升限值為 90-20-13=65k油正常運(yùn)行的最高溫度為95 C,最高氣溫是 40 C,所以頂層油溫升限值為95-40=55k在下列情況下溫升限值可以改變：（a

21、） 浸有不燃性合成絕緣液體且所用絕緣材料的耐熱等級(jí)不是a級(jí)的變壓器，溫升可以增加；（b） 冷卻空氣的溫度超過(guò)任意規(guī)定的環(huán)境溫度，則線圈、鐵心和油的溫升限值應(yīng)予降低。額定容量n 100MVA超過(guò)值w 10c時(shí)，降低值等于擦超過(guò)值；額定 容量10MVA超過(guò)值w 5 C時(shí)應(yīng)降低5k。超過(guò)值5 C且w 10C時(shí)應(yīng)降低10k。（c） 對(duì)于在超過(guò)海拔1000m處運(yùn)行時(shí)，而正常海拔試驗(yàn)的空氣冷卻變壓器，溫升 限值應(yīng)在1000m以上每500m為一級(jí)減少2.0% （油浸自冷）、3.0% （油浸風(fēng)冷 或強(qiáng)油風(fēng)冷）。運(yùn)行與試驗(yàn)的海拔與上述相反，則所測(cè)得的溫升應(yīng)按上述規(guī)定減小。（d） 如果變壓器高海拔運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境溫度比規(guī)定的值均有所下降，且每升高1000m降低5度或更多時(shí)，則海拔的影響已有環(huán)境溫度的降低所補(bǔ)償，溫升 限值不需降低。B.冷卻方式變壓器的冷卻方式有冷卻介