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变压器基础知识

一.变压器的定义

变压器是借助于电磁感应，以相同的频率，在一个或更多的绕组之间交换电压和电流而转输交流电能的一种静止电器。

二.变压器原理

变压器是利用电磁感应的原理，把一种电压的交流电能转换为同频率的另一种电压的交流电能。

变压器工作原理图

三．变压器的必要性

当输电时，变压至较高的电压输送，可以大大降低线路的电压降和电能损耗；也要将电压调整到符合用户要求的各种电压。

四．变压器的分类

4.1按用途可以分为电力变压器，电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，焊接用的弧焊变压器，试验用的试验变压器和调和器，交通运输用的电机车变压器，补偿用的电抗器等，测量用的互感器等。

4.2按相数可以分为单相变压器、三相变压器和多相变压器（整流用的变压器）。

4.3按绕组可以分为双绕组变压器，自耦变压器，三绕组变压器和多绕组变压器。

4.4按冷却条件可以分为油浸变压器（又分为油浸自冷，油浸风冷，强油循环风冷，强油循环水冷），干式变压器和充气式变压器。

4.5按调压方式可分为有载调压变压器和无载调压变压器。

4.6按中性点绝缘水平可分为全绝缘变压器和半绝缘变压器。

4.7按铁芯形式可分为心式和壳式。

五．变压器的额定参数

额定电压U1N/U2N：

单位用千伏（KV）来表示

额定电流I1N/I2N：

单位用安（A）来表示

额定容量SN：

单位用千伏安（KVA）来表示.它与额定电压和额定电流关系如下：

对于单相变压器：

SN=U1NI1NSN=U2NI2N

对于三相变压器：

SN=√3U1NI1NSN=√3U2NI2N

5.1变压器的额定容量与绕组的额定容量的区别：

双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量：

多绕组变压器额定容量为最大的绕组额定容量。

六．变压器的空载电流和空载损耗

当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率正弦波形的额定电压时，其中所流通的电流为空载电流，通常空载电流以额定电流的百分数表示。

变压器空载运行时所产生的有功损耗为空载损耗。

七．阻抗电压和负载损耗

当变压器二次绕组短路，一次绕组流通额定电流而施加的电压为阻抗电压，通常阻抗电压以额定电压的百分数表示；此时所产生的相当于额定容量与参考温度下的损耗为负载损耗。

八．铁芯与空载

变压器的空载损耗又称铁损，他属于励磁损耗而与负载无关，空载损耗的大小对变压器的制造成本与运行经济性都有较大的影响。

通常变压器的空载损耗包括铁芯材料的磁滞损耗，涡流损耗以及附加损耗这三个部分。

影响变压器的空载损耗的三个因素：

1.铁芯的总质量;2.铁芯材料的单位质量损耗;3.铁芯附加损耗系数.它的大小既与变压器铁芯结构型式有关,又与制造工艺有关。

九．负载损耗

变压器的负载损耗是运行过程中的损耗，负载损耗又称铜损，除基本铜耗之外，还有附加铜耗。

要降低基本铜耗，可以降低材料的电阻系数或电流密度。

变压器的附加铜耗主要有导线涡流损耗，环流损耗和杂散损耗以及引线损耗等。

降低附加铜耗的方法：

1．导线通过较大的电流时，选择截面小一些的导线做成多根并联；导线侧放布置。

2．并联导线之间要进行换位的措施。

所谓完全换位就是指，通过导线换位，可以使各并联导线在正常运行时，流过的电流相等或接近相等。

换位导线：

它是在专门的机器上事先将多根并联导线不断换位后制成的。

它的优点在于：

（1）可以减少绕制中的换位工序。

（2）换位总是完全的，附加损耗最小；绕组的填充系数较高。

3．将一些能穿过较大漏磁通的结构件，采用非磁材料来制造。

十．短路阻抗

变压器的短路阻抗是指在额定频率和参考温度下，一对绕组中，某一绕组的端子之间的等效串联阻抗。

短路阻抗值的调整：

由于短路阻抗值对变压器的并联运行有很大影响，一般为不得超过标准值的5%。

在调整短路阻抗时，主要是调整电抗分量，因为它是短路阻抗的主要部分。

当只需要作小幅度的调整时，调整高、低压绕组之间的油道宽度的效果较为显著。

当短路阻抗要求有较大的调整时，以调整绕组的电抗高度较为合适。

十一.温升

温升是介质对其周围的介质的温度差（又称温差）

油浸式变压器在运行的过程中,由于铁损耗与铜损耗的存在,这些损耗都将转换为热能而向外发散,从而引起变压器不断发热使温度升高.随着铁芯和绕组温度的升高,这时绕组及铁芯就将一部分热量转到周围的介质中去,经过一段时间后,绕组及铁芯温度最终达到稳定状态,而不再升高,这时绕组和铁芯继续产生的热量将全部散到周围介质中去。

变压器的散热是依靠，热传导对流和辐射来实现的。

变压器的温升规定是以寿命为基础的，根据国家标准的规定，油浸式变压器的温升限值如图所示：

十二．变压器常用符号的含义

12.1变压器型号

例：

SFZ9-50000/110

三相油浸风冷双绕组铜导线，有载调压，9系列损耗水平，额定容量为50000KVA，高压额定电压等级为110KV的变压器。

例：

SFPSZ-180000/220三相强迫油循环风冷，三绕组铜导线有载调压，额定容量为180000KVA，高压额定电压为220KV的电力变压器。

例：

ODFS-2500000/500

自耦单相风冷，三绕组铜导线，额定容量为250000KVA，高压额定电压为500KV的电力变压器。

12.2.油浸式变压器的冷却方式

12.3．线圈首末端的表示方式

12.4.三相变压器的联结组别

电力变压器常用的标准联结组别：

Y,yno;Y,d11;YN,d11三种联结组别。

三绕组变压器联结组别是由高、中压和高、低压两个联结组别。

YN,yno,d11为标准联结组别。

自耦变压器具有公共部分的两绕组中，电压较低的一个绕组用“a”表示，如YN,ao,d11。

12.5.冷轧取向硅钢片型号

1-标准厚度（mm）的100倍数

2-材料型号

3-铁损保证值100倍的数值

十三．变压器的组成

变压器由铁芯、绕组、变压器的绝缘、分接开关、冷却系统、油箱、套管和保护装置组成。

十四．线圈

线圈是变压器的心脏，它是变压器最重要的部件之一，它为变压器原方或副方提供一个电的通路，输配电系统的升压或降压就是靠线圈中交变的电流产生一个交变的磁通，铁芯提供主磁通通路，通过电磁感应原理作用来实现能量的传输。

线圈由导电率较高的铜导线或铝导线绕制而成。

线圈应有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力。

14.1．线圈按不同的结构型式可分为以下两种：

（1）层式线圈：

又称圆筒式线圈。

它包括有单层层式、双层或多层层式线圈。

（2）饼式线圈：

它包括连续式（一般连续式和半连续式）、内屏式、螺旋式（单螺旋、双螺旋、三螺旋和四螺旋等）、交错式和纠结式。

纠结式又分为全纠和部分纠，纠结的作用就是通过线匝的交错，增加线圈的纵向电容，改善线圈冲击电压的起始分布。

14.2．线圈的排列

三相三线圈降压变压器中线圈的排列一般为：

铁芯－低压线圈－中压线圈－高压线圈。

三相三线圈升压变压器中线圈的排列一般为：

铁芯－中压线圈－低压线圈－高压线圈。

十五．变压器的绝缘材料

15.1绝缘材料的作用

绝缘材料在变压器中用以将导电部分彼此之间和导电部分对地（零电位）之间的绝缘隔离。

用于各种支撑件时，还应具有良好的力学性能。

另外，绝缘材料在不同的电工产品中还起着不同的作用，如散热冷却、固定、储能、灭弧、改善电位梯度以及保护导体等。

15.2绝缘材料的种类

15.2.1气体绝缘材料

通常情况下，常温常压下的干燥气体一般均有量好的绝缘性能。

如空气、氮气、氢气、二氧化碳、六氟化硫等。

15.2.2液体绝缘材料

液体绝缘材料通常以油状存在，又称绝缘油。

如变压器油、开关油、电容器油、电缆油等。

15.2.3固体绝缘材料

如绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纸板、瓦楞纸板、电工用塑料及薄膜、电工层压板（棒、管）、电瓷、橡胶等。

15.3变压器绝缘的分类

变压器绝缘分为外绝缘和内绝缘两种。

变压器的内绝缘又分为主绝缘和纵绝缘两种。

15.3.1主绝缘

主绝缘通常是指绕组之间，绕组对铁芯、油箱等接地部分，引线对铁芯、油箱以及分接开关对铁芯、油箱的绝缘。

主绝缘以油屏障绝缘和油浸纸绝缘最为常用。

每一种绝缘结构，不论形状如何复杂，都不外乎由纯油间隙、屏障、绝缘层三种组成。

纯油间隙是指两个裸体电极之间不设任何固体绝缘，完全靠油绝缘。

屏障就是设置在电极之间的绝缘纸板。

屏障可以设置多层，层间用撑条或垫块隔开一定的距离，形成油道。

油间隙中采用屏障以后，可以在不同程度上提高击穿电压。

随着变压器电压等级的提高，屏障的数目也随之增多，试验证明，在一个油隙中所用的屏障数目越多，屏障厚度越薄，间隙击穿电压就提高得越多。

因此，目前变压器采用薄纸筒--小油隙的绝缘结构作为绕组间的主绝缘，另外油隙还作为绕组的散热油道。

绝缘层就是在导体表面贴上或缠绕上固体绝缘，如导线匝绝缘和引线包绝缘纸等。

15.3.2纵绝缘

纵绝缘通常是指绕组的匝绝缘，层间绝缘以及段间绝缘。

大型变压器根据不同的电压等级分别采用0.95mm、1.35mm、1.95mm和2.35mm的匝绝缘。

十六．与线圈装配有关的常用绝缘材料：

上、下平台，撑条，围板，油封，角环，出线角环，纸圈，皱纹纸管，垫块，过桥垫块……

十七．静电环

静电环是用厚度不超过0.05mm的铜棉编织带绕在绝缘圈上制作成的，铜带的出线与绕组出线相连，静电环相当于一个金属极板，对相邻线段起到良好的屏蔽作用，它的边缘是圆角，不存在电场集中的尖端，因此能够改善端部电场。

另外，因为静电环与主磁通交链，所以金属带必须留有缺口，避免产生短路环流。

静电环不仅可以改善绕组端部的电场分布，而且还可以改善冲击电压的起始分布。

十八.角环

角环跟垫块、纸圈合理组合，能延长绕组端部绝缘的沿面放电距离，同时也改善了绕组端部的电场分布。

十九．线圈装配

19.1线圈的松紧度对变压器运行的影响：

当系统发生故障如三相短路、单相对地或两相短路时，径向方向：

变压器内线圈导线将承受压应力、外线圈导线将承受拉伸力；轴向方向：

线圈将承受非常大的机械力。

为了保证线圈能够承受住变压器在短路时产生的各种力，线圈与铁芯之间及线圈与线圈之间的绝缘纸筒和撑条必须支撑牢固紧实。

线圈内部线饼之间的垫块必须对齐放好。

19.2线圈恒压干燥的作用：

绕组进行恒压干燥处理就是吸取绝缘材料内的水分,这样不仅增强绝缘材料的绝缘性能而且还能使绝缘材料的尺寸收缩和稳定。

19.3线圈为何要进行高度补偿：

由于裸导线尺寸制造有偏差、纸包绝缘厚度尺寸有偏差、油道垫块厚度尺寸有偏差、垫块和纸包绝缘的压缩系数的变化、线圈绕制的松紧也可能不尽相同等原因都会导致线圈压缩后的高度与理论计算高度不一致，因此需要进行高度调整。

垫块的增加或减少及其所在的位置必须按照图纸要求和设计部的计算要求来。

19.4线圈预装

大型变压器套装是变压器装配中的重要工序之一。

套装工序是完成变压器器身的成形工序，它不仅要将绕组套紧铁芯柱，而且还要完成绝大部分主要绝缘的装配。

因此，一台变压器的主绝缘性能好坏与套装质量有着直接的关系。

此外，套装也是对绕

组的纵绝缘质量进行再检查的过程，同时还必须保证高、中、低压绕组的同心度和安匝

平衡，以及出头位置的正确，各绕组出头对地绝缘距离符合设计和标准要求。

对于大容量超高压变压器，提高产品的清洁度是非常重要的，由于套装工序周期长，

操作时操作者与器身各部件直接接触，甚至有时需要站在器身上进行操作。

因此，做好

清洁防护工作，保持周围工作场地清洁，保持零部件的清洁，严防杂质、异物和由于操

作而使异物落入绕组内或主绝缘间隙内等，都是十分重要的。

大型变压器端绝缘的安装是一项很细致的工作，除了需要保证端绝缘的安装位置、数量准确、尺寸合适等一般要求外，还要注意保证冷却油路的畅通当实际装配尺寸与图

样尺寸出现偏差时，应及时进行调整或采取可靠的补救措施，当绕组引出线穿过端绝缘

时，出线对地绝缘必须予以保证。

由于出线引出时在端绝缘上所有开的孔、槽等，应视

其沿开孔边缘的爬电距离或纯油隙的绝缘距离能否满足该出线对地试验电压考核，必要

时可使用覆盖、绝缘屏障等措施加以改善。

为了保证绕组在短路轴向力的作用下有足够

的机械强渡，上下端绝缘的垫块和绕组的垫块均要对齐。

大型变压器采用绕组组装工艺，该工艺的优点：

（1） 为操作者提供了方便、适宜的工作条件，可以提高工作效率和保证产品质量。

（2）有利于均衡生产，缩短生产周期。

因为作业可以与铁芯叠装同步进行，而不受铁心叠装的影响，这比传统的装配工艺速度提高了数倍。

（3）有利于避免因绕组受潮弹高而影响上轭硅钢片的穿插。

组装绕组在套装前都进行恒压

燥处理，其高度基本稳定，同时向铁心上的套装组装绕组时间短，且在绕组尚未弹高前。

就可进行插片。

（4）由于绕组高度的收缩而引起受力现象，通过绕组组装可以等到彻底解决。

（5）绕组组装有助于缩小铁窗裕度，降低铁芯高度，缩小变压器体积，进而可以节约大量

的硅钢片、变压器油和钢板，有明显的经济效益。

（6）容易保证产品的清洁度。

工作环境和工作条件的改善对产品清洁与否起着非常重要的

作用，同时可避免操作者经常登上器身高空作业。

（7）可以大大缩短器身干燥后的整理时间，减少产品受潮机会，有助于提高变压器产品的

电气性能。

线圈装配质量控制点

一.纠结节点的焊接

1.导线的剪切（用工具剪成圆滑端）

2.导线焊接（用焊接钳固定，加热焊接）

3.包扎绝缘（锤平焊接尖点，不能用锉或磨）

二.线圈整理与清洁

1.同一撑条的垫块在一直线上。

2.垫块等分.（±3mm）

3.线圈上无碎屑、异物.（吸尘）

4.线圈绝缘如有损伤必须修复.

三.电阻测量（检查员完成）

四.压装线圈

1.一般干燥前后的压力为设计压紧力的100%。

（加压时注意观察线饼是否变形）

2.恒压干燥时的压力：

CTC导线绕制的线圈压力为80％，所有调压线圈的压力为50％，

其余线圈压力为100％.

3.干燥前后测量线圈高度。

高度调整。

（±5mm）

4.干燥前后用500V摇表测量匝间和股间绝缘。

5.干燥后检查纸筒有无脱胶、分层或变形。

6.干燥后检查线圈是否变形。

五、预装质量控制要点

1.确认图纸正确。

2.线圈套装时要清理干净

3.检查所有绝缘件尺寸，确保尺寸在公差范围之内

4.布置下平台。

（用水平仪测量）

5.摆放底部绝缘。

（根据预装平衡表调整）

6.套装线圈。

6.1线圈垫块垂直方向要排列整齐。

6.2内外线圈的撑条、垫块要对齐。

6.3测量每层围板围好后的外径并记录。

6.4线圈出头位置要与图纸相符，出头绝缘包扎时应按图纸要求包扎。

6.5根据作业指导摆放顶部绝缘。

（角环、静电环、垫块等）

注意：

1.油道要确保通畅

2.要防止异物落入油道中

绝缘件质量控制标准

一．通用绝缘件

1.1原材料的种类、规格及公差

1.2绝缘件表面应清洁和干燥

1.3绝缘件不应分层或脱胶

1.4所有绝缘件要按要求倒角，没注明时，倒角L1*2

1.5绝缘件上应贴标签

二．静电环制作

2.1骨架表面无毛刺，内外R角符合要求

2.2铜棉编织带应连续均匀包扎在骨架上，重叠不小于二分之一带宽，长度不足时可以锡焊搭接（10-12mm）

2.3焊接引出线平整、清洁、牢靠且幅向不能超

2.4包扎绝缘至规定厚度

注意：

制作时不能形成一个封闭匝