电力变压器手册

变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器。它有一个共同的铁心和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接受交流电能时，通过电感生磁、磁感生电的电磁感应原理改变电压（电流），在其余绕组上以同一频率、不同电压传输出交流电能。因此，变压器的主要结构就是铁心和绕组。铁心和绕组组装了绝缘和引线之后组成了变压器的器身。器身一般装在油箱或外壳之中，再配置调压、冷却、保护、测温和出线装置，就成为变压器的结构整体。变压器分为电力变压器和特种变压器。电力变压器又分为油浸式和干式两种。目前，油浸式变压器用作升压变压器、降压变压器、联络变压器和配电变压器，干式变压器只在部分配电变压器中采用。电力变压器可以按绕组耦合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类。如称为单相变压器、双绕组变压器等。但是这样的分类包含不了变压器的全部特征，所以在变压器型号中往往要把所有的特征表达出来，并标记以额定容量和高压绕组额定电压等级。图示是电力变压器产品型号的表示方法。□□□□□□□□－□/□□－防护代号（一般不标，TH-湿热，TA－干热）高压绕组额定电压等级（KV）额定容量（KVA）设计序号（1、2、3…；半铜半铝加b）调压方式（无励磁调压不标，Z－载调压）导线材质（铜线不标，L－铝线）绕组数（双绕组不标，S－绕组，F－分裂绕组）循环方式（自然循环不标，P－强迫循环）冷却方式（J－油浸自冷，亦可不标；G－干式空气自冷，C-干式浇注绝缘，F-油浸风冷，S－油浸水冷）相数（D－单相，S－三相）绕组耦合方式（一般不标，O－自耦）（1）相数和额定频率变压器分单相和三相两种。一般均制成三相变压器以直接满足输配电的要求，小型变压器有制成单相的，特大型变压器做成单相后组成三相变压器组，以满足运输的要求。（2）额定电压、额定电压组合和额定电压比a.、额定电压变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数据之一。变压器的额定应与所连接的输变电线路电压相符合，我国输变电线路电压等级（KV）为0.38、3、6、10、15（20）、35、63、110、220、330、500输变电线路电压等级就是线路终端的电压值，因此连接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。线路始端（电源端）电压考虑了线路的压降将比等级电压为高。35KV以下电压等级的始端电压比电压等级要高5％，而35KV.及以上的要高10％，因此变压器的额定电压也相应提高。线路始端电压值（KV）为0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550由此可知，高压额定电压等于线路始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压（电压等级）的变压器为降压变压器。变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为10KV及以下系列、35KV系列、63KV系列、110KV系列和220KV系列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示。但是，组成三相组的单相变压器，如绕组为星形联结，则绕组的额定电压以线电压为分子，3为分母表示，如380/3V.变压器应能在105％的额定电压下输出额定电流，因为5％过电压下的较高空载损耗而引起的温升稍许增长可略去不计。对于特殊的使用情况（如变压器的有功功率可以在任何方向流通），用户可在不超过110％的额定电压下运行。因此变压器铁心的磁通密度选取值要偏低，以防过励磁。当电流为额定电流的k（0≤k≤1）倍时，一般应按下式对电压加以限制：U(%)=110－52Kb．额定电压组合变压器的额定电压就是个绕组的额定电压，是指定施加的或空载时产生的电压。空载时，某一绕组施加额定电压，则变压器其他绕组都同时产生额定电压。绕组之间额定电压组合是有规定的，参见表1-9。c．额定电压比额定电压比是指高压绕组与低压或中压绕组的额定电压之比，所以额定电压比k.1。3)额定电压变压器得主要做用是传输电能，因此额定容量是他的主要数据。它是表观容量的惯用值，表征传输电能的大小变压器额定容量与绕组额定容量有所区别：双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量；多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定，其额定容量为最大]的绕组额定容量；电当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指最大的容量。我国现在变压器的额定容量等级是按1010倍数增加的R10优先数系，只有30KVA和63000KVA以上的容量等级与优先数系有所不同。1967年以前变压器的额定容量等级是按810倍数增加的R8容量系列。4）额定电流变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相详细数（单相1，三相为3），而算得的流经绕组线端的电流。因此，变压器的额定电流就是各绕组的额度电流，是指线电流，也以有效值表示。但是，组成三相组的单相变压器，如绕组为三角形连接，绕组的额度电流以线电流为分子，3为分母表示，例如500/3A。变压器在额定容量运行时，绕组的电流为额定电流，参照国际电工委员会IEC标准《油浸变压器的负载导则》，变压器可以过载运行。三相的额定容量不超过1000MVA（单相为33.3MVA）时，可有负载率不大于1.5（负载电流/额定电流）的偶发性过载，容量更大时可有负载率不超过1.3的偶发性过载。1.5倍变压器额定电流下运行，是以有载开关操作次数不超过3％为基础的，套管也应有相应的过载能力，线圈热点温度和顶层油温度不能超过140℃和115℃。（5）绕组联结组标号a.绕组联结组变压器同一侧线圈是按照一定形式进行联结的。单相变压器除相线圈（线匝组合成的一相线圈）的内部联结外，没有线圈之间的联结，所以其联结符号用Ⅰ表示。三相变压器或组成三相变压器组的单相变压器，则可以联结成星形、三角形和曲折形等。星形联结是各相线圈的一端结成一个公共点（中性点），其他端子结成相应的线端上；三角形联结是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处结至相应的线端；曲折形联结的相线圈是结成星形，但相线圈是由感应电压相位不同的两部分组成（不在同一铁心心柱上）。星形、三角形、曲折形联结，现在对于高压绕组分别用符号Y、D、Z表示；对于中压和低压绕组分别用符号y、d、z表示。有中性点引出时则分别用符号YN、ZN和yn、zn表示。自耦变压器有公共部分的两绕组中额定电压低的一个用符号a表示。变压器按高压、中压和低压绕组联结的顺序组合起来就是绕组的联结组别。例如：高压为Y、低压为yn联结，则绕组联结组为Y，yn；高压为YN，中压为yn、低压为d联结，则绕组联结组为YN，yn，d。联结组对变压器的特性有很大的影响。b.绕组联结组标号同侧绕组联结后，不同侧间电压相量有角度差—相位移。以往采用线电压相量间的角度差表示相位移，新标准中是用一对线圈各相应端子与中性点（三角形联结为虚设的）间的电压相量角度差表示相位移。这种绕组间的相位移用钟时序数表示时，用分针表示高压线端与中性点间的电压相量，且指向定点0（12）点；用时针表示低压（或中压）线端与中性点间的电压相量，则时针所指的小时数就是绕组的联结组别。则联结组标号＝联结组＋组别单相双绕组变压器不同侧绕组的电压相量相位移为0°或180°，其联结组别只有0和6两种。但是，通常绕组的绕向相同、端子标志一致，所以电压相量为同一方向（极性相同），联结组别仅为0。因此，双绕组单相变压器实用的联结组别标号为Ⅰ,ⅠO三相双绕组变压器相位移为30°的倍数，所以有0、1、2、…11共12种组别。也由于通常绕组的绕向相同、端子和相别标志一致，联结组别仅为0和11两种。因此，三相双绕组变压器实用的联结组标号为Y，yn0；Y，zn11；Y，d11和YN，d11三绕组变压器的联结组由高、中和高、低两个联结组组成，所以在联结组标号中有两个联结组别。实用的三绕组联结组标号为：Ⅰ,Ⅰ0，Ⅰ0和Ⅰ，a0，ⅠO（以上为单相）；YN，yn0，d11和YN，a0，d11（以上为三相）。（6）分接范围（调压范围）为了调整所需要的电压，变压器的绕组要具有分接抽头以改变电压比。在分接抽头中：主分接—与额定电压、额定电流和额定容量相对应的分接；分接因数－某一分接时的匝数与主分接时匝数之比，即为Ud/UN，或以百分数表示的（Ud/UN）×100。其中Ud为某分接的电压，UN为额定电压。分接因数大于1的分接为正分接，小于1的为负分接，等于1时则为主分接；分接级（调压级）－相邻分接间以百分数表示的分接因数之差；分接范围（调压范围）－最大、最小两个以百分数表示的分接因数与100相比的范围，如在（100＋a～100－b）内，则分接范围为＋a％、－b％。如果a＝b，则分接范围为±a％。分接工作能力－主分接的工作能力就是额定电压、额定电流和额定容量。其它分接的工作能力就是其它分接的绕组分接电压、电流和容量。一般情况下，是在高压绕组上抽出适当的分接头。因为高压绕组或其单独调压绕组常常套在最外面，引出分接头方便；其次是高压侧电流小，引出的分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。因此如果是升压变压器则在二次侧调压，磁通不变，为恒磁通调压；如果降压变压器则在一次侧调压，磁通改变，为变磁通调压。变压器调压方式通常分为无励磁调压和有载调压两种方式。当二次不带负载，一次又与电网断开时的调压是无励磁调压；在二次负载下的调压是有载调压。(7)空载电流、空载损耗和空载合闸电流当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流通的电流称空载电流I0.其较小的有功分量Ia0用以补偿铁心的损耗，其较大的无功分量Ir0用于励磁以平衡铁心的磁压降。空载电流I0＝2020raII，A通常I0以额定电流的百分数表示i0％＝（I0/IN）×100=1～3%变压器容量越大，i0越小。空载电流的无功分量Ir0是励磁电流。由于Ir0与铁心中磁通的关系是非线性的，因此Ir0的波形是含有奇次谐波的非正弦波形。空载电流的有功分量Ia0是损耗电流。所汲取的有功功率称空载损耗P0,忽略空载运行状态下一次绕组的电阻损耗时又称铁损，因此空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗。空载损耗＝电工钢片单位损耗×铁心重量空载合闸电流是当变压器空载合闸到线路时，由于铁心饱和而产生很大的励磁电流，所以又称励磁涌流。空载合闸电流大大地超过稳态的空载电流I0，甚至可达到额定电流的5倍。空载合闸电流与合闸时铁心的剩磁φr、电压相角ψ有关。合闸时ψ＝0，φm在半波内能变化到2φm。有同向剩磁φr时将增加到2φm+φr，空载合闸电流更为严重。变压器容量越大，其持续时间越长，可达5-10s。在三相变压器中总有一相要产生这种过渡现象。不过，目前差动继电器可以不再因空载合闸而误动作。8）阻抗电压和负载损耗双绕组变压器当二次绕组短接，一次绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz，多绕组变压器则有任意一对绕组组合的U0z。通常阻抗电压以额定电压百分数表示，即Uz%=（Uz/UN）×100%且应折算到参考温度。阻抗电压百分数Uz=22rxUU其中，Ux为电抗电压百分数；Ur为电阻电压百分数。小容量变压器Ux/Ur=1～5，大容量变压器Ux/Ur〉10，所以大容量变压器的阻抗电压可以用电抗电压Ur表示。阻抗电压大小与变压器成本和性能，系统稳定性和供电质量有关，电力变压器的标准阻抗电压如表1-15和1-16所示。二次绕组短接、一次绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称负载损耗p负载损耗=最大一对绕组的电阻损耗+附加损耗附加损耗包括绕组涡流损耗、并绕导线的环流损耗、结构损耗和引线损耗。其中电阻损耗也称铜耗，负载损耗也要折算到参考温度。9）效率和电压调整率变压器的效率为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数，效率η为效率（η）=输出功率/输入功率×100%=输出功率/（输出功率+空载损耗+负载损耗）×100%满负载时η=%10002222tNNPPCOSSCOSS任意负载时（以负载系数β=I2/I2N）η=%100202222tNNPPCOSSCOSS式中SN2-二次侧额定容量；cosψ2－二次侧功率因数，一般取0.8。当β＝tPP/0时