1.3　变压器

变压器是利用电磁感应原理，以相同的频率在两个或两个以上绕组之间通过升高或降低交流电压而传输电能的一种静止电器。

在电力系统中，一方面，向远方传输电能时，因线路的功率损失与电流的平方成正比，为减少线路上的电能损耗，需要通过升高电压、降低电流来传输电能；另一方面，又因用户的用电设备一般不能直接使用高压，又需要降低电压，这就需要能实现电压变换的变压器。

1.3.1　变压器的工作原理

变压器的结构主要由铁芯和套在铁芯柱上的绕组组成，通常输入电能一侧的绕组称为一次绕组（又称原绕组或初级绕组），输出电能一侧的绕组称为二次绕组（又称副绕组或次级绕组），单相双绕组变压器的工作原理如图1-8所示。

当一次绕组接上交流电压U₁时，在一次绕组中就会有交流电流I₁通过并在铁芯中产生交变的磁通ф。这个交变的磁通不仅穿过一次绕组，而且也穿过二次绕组，并在两绕组中分别产生感应电动势E₁和E₂。此时，如果二次绕组与负载接通，便有二次电流I₂流入负载，二次绕组端电压U₂就是变压器的输出电压，于是变压器就有电能输出。

由电磁感应定律可知，一、二次绕组的电压比等于匝数比。因此，只要改变一、二次绕组的匝数，就可以得到不同的变压器输出电压，这就是变压器能够改变电压的原理。一、二次绕组匝数的比值k称为变压器的电压比（简称变比）。

1.3.2　变压器的分类

变压器用途很广，品种和规格多种多样，但原理相同，都是根据电磁感应原理制成的。常用变压器的分类见表1-1。

1.3.3　电力变压器的用途

用于电力系统升、降压的变压器称为电力变压器。在电力系统中，变压器是一种重要的电气设备。将发电厂（站）发出的电能从发电厂（站）用高压输送到远处的用电地区，需要用升压变压器；再将高压电降低为低压电分配到各工矿企业、家庭等用户，则需要用降压变压器。因此，在电力系统中，变压器对电能的经济传输、灵活分配和安全使用，具有重要的意义。

电力变压器小至电杆上数千伏安，巨至大型电站数十万千伏安的变压器，大小差别悬殊。习惯上又把降压后直接接负载的变压器称为配电变压器。

此外，还有以大电流和恒流为特性的某些特殊工艺装备用变压器，如弧焊变压器（又称电焊变压器）、电炉变压器和电解或化工用的整流变压器等。

变压器在电力系统中的应用概况如图1-9所示。

1.3.4　油浸式电力变压器的基本结构

目前，油浸式电力变压器的产量最大，应用面最广。油浸式电力变压器的结构如图1-10所示。

1.3.5　常用变压器的技术数据

（1）10kV级SZ9系列有载调压电力变压器技术数据（见表1-2）

（2）10kV级S11系列低损耗配电变压器技术数据（见表1-3）

1.3.6　变压器的选择

（1）变压器的容量选择

电力变压器的容量选择很重要，如果容量选小了，会使变压器经常过载运行，甚至会烧毁变压器；如果容量选大了，会使变压器得不到充分利用，不仅会增加设备投资，还会使功率因数变低，增大线路和变压器本身耗损，效率降低。因此，变压器的容量一般按下式选择：

式中　同时率——同一时间投入运行的设备实际容量与用电设备总容量的比值，一般为0.7左右；

用电设备功率因数——一般为0.8～0.9；

用电设备效率——一般为0.85～0.9。

选择变压器容量时还应注意：一般用电设备的启动电流与额定电流不同，如三相异步电动机的启动电流为额定电流的4～7倍。因此，选择变压器时应考虑到这种电流的冲击。一般直接启动的电动机中最大的一台电动机的容量，不宜超过变压器容量的30％。

（2）变压器台数的确定

①总降压变电所主变压器台数的确定。

a.应满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比较合理时，主变压器选择也可多于两台。

b.对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术、经济合理时可选择两台主变压器。

c.三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变压器。

②变、配电所变压器台数的确定。

变电所变压器台数和容量的确定原则和总降压变电所基本相同，即在保证电能质量的要求下，应尽量减少投资、运行费用和有色金属耗用量。

变电所变压器台数的选择原则，对于二、三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量可根据计算负荷确定。可以考虑从其他变电所的低压线路取得备用电源，这不仅在故障下可以对重要的二级负荷供电，而且在负荷极不均匀的轻负荷时，也能使供电系统达到经济运行。对一、二级负荷较大的场合，采用两路独立进线，设置两台变压器，其容量确定和总降压变电所相同。当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。

1.3.7　变压器的使用与维护

（1）变压器运行前应做的检查

①检查变压器的试验合格证是否在有效期内。

②检查变压器的高、低压套管是否清洁、完好，有无破裂现象。

③检查变压器高、低压引线是否牢固，有无破损现象。三相的颜色标记是否正确无误，引线与外壳及电杆的距离是否符合要求。

④检查变压器的油面是否正常，有无渗油、漏油现象，呼吸孔是否通气。

⑤检查变压器的报警、继电器保护和避雷等保护装置工作是否正常。

⑥检查变压器各部位的油门和分接开关位置是否正确。

⑦检查变压器的上盖密封是否严密，表面有无遗留杂物。

⑧检查变压器的安装是否牢固，所有螺栓是否可靠。

⑨检查变压器外壳接地线是否牢固可靠，接地电阻是否符合要求。

（2）变压器运行中应进行的检查

①检查变压器的声响是否正常，均匀的嗡嗡声为正常声音。

②检查变压器的油温是否正常。变压器正常运行时，上层油温一般不应超过85℃，另外用手抚摸各散热器，其温度应无明显差别。

③检查变压器的油位是否正常，有无漏油现象。

④检查变压器的出线套管是否清洁，有无破裂和放电痕迹。

⑤检查高、低压熔断器的熔丝是否熔断。

⑥检查各引线接头有无松动和跳火现象。

⑦检查防爆管玻璃是否完好，玻璃内是否有油。

⑧检查呼吸器内硅胶干燥剂是否已吸收潮气变色。干燥时硅胶为蓝色，吸潮后变为淡粉红色。

⑨检查变压器外壳接地是否良好，接地线有无破损现象。

⑩检查变压器台上有无杂物，附近是否有柴草等易燃物。

当天气发生雷雨和大风等异常变化时，应增加检查次数。

（3）当发现哪些情况时应使变压器停止运行

当发现变压器有下列情况之一时，应停止变压器运行。

①变压器内部响声过大，不均匀，有爆裂声等。

②在正常冷却条件下，变压器油温过高并不断上升。

③储油柜或安全气道喷油。

④严重漏油，致使油面降到油位计的下限，并继续下降。

⑤油色变化过甚或油内有杂质等。

⑥套管有严重裂纹和放电现象。

⑦变压器起火（不必先报告，立即停止运行）。

1.3.8　变压器的常见故障及其排除方法

变压器常见故障及其排除方法见表1-4。