变压器的工作原理.doc

变压器的工作原理：
　 变压器是利用电磁感应原理传输电能或电信号的器件, 它具有变压、 变流和变阻抗的作用。 变压器的种类很多, 应用十分广泛。 比如在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电, 到达目的地后再用变压器把电压降低以便用户使用, 以此减少传输过程中电能的损耗; 在电子设备和仪器中常用小功率电源变压器改变市电电压, 再通过整流和滤波, 得到电路所需要的直流电压; 在放大电路中用耦合变压器传递信号或进行阻抗的匹配等等。 变压器虽然大小悬殊, 用途各异, 但其基本结构和工作原理却是相同的。 
变压器由铁心和绕组两个基本部分组成, 如图 2 - 34所示, 在一个闭合的铁心上套有两个绕组, 绕组与绕组之间以及绕组与铁心之间都是绝缘的。

变压器的铁心由0.35～０.５mm厚的硅钢片交错叠装而成, 图 2 - 35为几种常见的铁心形状。
绕组一般采用绝缘铜线或铝线绕制, 其中与电源相连的绕组称为原绕组（或称为原边、 初级）; 与负载相连的绕组称为副绕组（或称为副边、 次级）。 按铁心和绕组的组合结构可分为心式变压器和壳式变压器, 如图 2 - 36所示。 心式变压器的铁心被绕组包围, 而壳式变压器的铁心则包围绕组。

2．变压器原理及应用
1） 空载运行和电压变换如图 2 - 37所示, 将变压器的原边接在交流电压ｕ1上, 副边开路, 这种运行状态称为空载运行。此时副绕组中的电流i2=0, 电压为开路电压u20, 原绕组通过的电流为空载电流i10, 电压和电流的参考方向如图所示。图中Ｎ１为原绕组的匝数, Ｎ２为副绕组的匝数。

副边开路时, 通过原边的空载电流i10就是励磁电流。磁动势i10N1在铁心中产生的主磁通Φ既穿过原绕组, 也穿过副绕组, 于是在原、 副绕组中分别感应出电动势ｅ１和ｅ２。且ｅ１和ｅ２与Φ的参考方向之间符合右手螺旋定则, 由法拉第电磁感应定律可得

ｅ１和ｅ２的有效值分别为

式中ｆ为交流电源的频率, Φm为主磁通的最大值。
如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压 降时, 可认为原、 副绕组上电动势的有效值近似等于原、 副绕组上电压的有效值, 即

因此
由式（2.36）可见, 变压器空载运行时, 原、 副绕组上电压的比值等于两者的匝数之比, Ｋ称为变压器的变比。 若改变变压器原、 副绕组的匝数, 就能够把某一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压

当原绕组的匝数Ｎ1比副绕组的匝数Ｎ２多时, Ｋ＞１, 这种变压器为降压变压器; 反之, 当Ｎ１的匝数少于Ｎ２的匝数时, Ｋ＜１, 为升压变压器。
本厂目前装有一台主变，4台厂用变压器，#1厂变供400V I段母线,#2厂变供400V Ⅱ段母线，另有一台循泵变压器专供循泵房用电，#0变为各段低压母线的备用电源。主变为油浸风冷有载调压变压器，#0、#1、#2厂变均为干式变压器，容量为2000KVA，循泵变也为干式变压器，容量为1250KVA。
2. 变压器的允许运行方式
2.1 变压器的额定运行
2.1.1 主变正常运行时，上层油温最高不超过95℃，为防止油劣化过速，上层油温不宜经常超过85℃运行，温升不超过55℃。 厂用变压器温度不超过130℃。任何情况下不得超过150℃;
2.1.2 变压器的运行电压一般不应高于该运行分接头额定电压的105%。在外加一次电压不超过额定电压的105%时，则变压器二次侧可带额定电流。
2.2 变压器过负荷
变压器在正常运行时，在额定负荷下运行，一般不允许超额定负荷运行;
2.3 当变压器有较严重的缺陷（如冷却系统不正常、外部流胶、局部过热现象等）；或绝缘有弱点时，不允许超额定电流运行;
2.4 变压器不论什么情况下，超温时冷却风扇必须全部投入;
2.5 新投入或检修后的变压器必须经过定相以后才允许投入运行。
3. 变压器的监视、操作和维护
3.1 变压器线圈绝缘和监视
3.1.1 变压器在安装、检修或长期停用后，应测量线圈之间和线圈对地的绝缘电阻。原则上每1KV不低于1兆欧，并且其值不得低于同温下上次测量值的50%；
3.1.2 当温度在10℃-30℃时，吸收比不低于1.2，对于35KV级不低于1.3；
3.1.3 测量绝缘电阻时，应分别测量各侧线圈之间及其对地的绝缘电阻。测量时应将非测线圈接地。中性点直接接地的变压器，在测量绝缘电阻时，应断开接地点，测量完毕后，应立即予以恢复。
3.2 新投产或检修后的变压器在投运前应详细检查下列项目
3.2.1 检修工作票全部收回，所有临时接地线、遮栏、标示牌应拆除。变压器本体及周围清洁无异物；
3.2.2 变压器本体、保护装置、各侧开关、电缆等设备完好；
3.2.3 测量绝缘电阻；
3.2.4 冷风装置试运良好;
3.2.5 保护装置完整无误；
3.2.6 高、低压侧开关动作试验正常；高低侧开关联跳试验正常;
中性点接地可靠牢固。
3.3 变压器充电
3.3.1 断开变压器负荷侧开关，从有保护的高压侧全电压对变压器进行充电；
3.3.2 充电前投入微机变压器保护装置；
3.3.3 充电时，应详细记录每一次充电时间，变压器保护的励磁涌流；
3.3.4 充电时，如保护动作跳闸，应停止充电操作，告知有关领导，查明原因，处理后才能将变压器投入运行；
3.3.5 厂用变压器新投产后应采用高压侧全充5次，大修后全充3次,每次充电间隔时间应不少于10min；
3.3.6 每半个月，将#0备用厂变投入运行轮流短时带400VⅠ段、
400VⅡ段、循泵段负荷，同时依次退出相应工作变，5分钟后再投入。
必要时，变压器充电前还应烘潮。
3.4 变压器并列运行条件
3.4.1 相序相同；
3.4.2 接线组别相同；
3.4.3 变比相等；
3.4.4 短路电压相近（误差不超过10%）;
3.4.5 容量比不超过3：1。
3.8.2  主变压器运行中的检查项目
(1) 变压器的油枕、套管的油位正常，油色透明，无渗、漏油现象；
(2) 变压器的声音正常；
(3) 变压器本体及套管清洁，套管油位应正常、无破损裂纹和放电痕迹及其它异常现象；
(4) 瓦斯继电器内充满油，无气体，通往油枕的阀门在打开位置；
(5) 变压器的温度、温升不超过规定；
(6) 吸湿器完好，吸附剂干燥；
(7) 压力释放器或安全气道应完好无损；
(8) 引线接头、电缆、母线无过热、变色现象；
(9) 各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮；
(10) 分接头指示就地与远方一致，各机械连接部件无松动，脱落。有载调压电动机构箱密封良好，电加热器功能正常,传动机构与箱体连接处无渗油等现象。
3.8.3 干式变压器运行中检查项目
(1) 检查变压器保护按规定使用，内部运行声音正常，无焦味；
(2) 检查变压器各接头紧固，无过热变色现象，导电部分无生锈、
腐蚀现象，套管清洁无硬化、爬电现象;
(3) 线圈及铁芯无局部过热和绝缘烧焦的气味，外部清洁，无破损、无裂纹;
(4) 电缆无破损，变压器本体无搭挂杂物；
(5) 线圈温度正常，变压器温控仪工作正常；
(6) 检查变压器各开关运行状态及远方指示正确与运行日志记录一致；
(7) 检查各变压器表计指示无大幅度摆动现象，且指示不超额定值；
(8) 检查变压器前后柜门均应在关闭状态；
(9) 检查变压器室内通风设备正常；消防器材齐全。
3.8.4干式变压器检查时的注意事项
(1) 运行中不得私自进入温控仪参数设定状态，为了避免引起变压器误跳闸，输出功能检测不允许模拟超温跳闸状态;
(2)变压器投入运行后，禁止触摸变压器本体，必须保持相应的安
全距离。
3.8.5 下列情况应对变压器进行特殊检查，增加巡视检查次数
(1) 新设备或经检修、改造过的变压器在投运72h内；
(2) 有严重缺陷时；
(3) 气象突变（如大风、大雾、大雪、冰雹、寒潮等）；
(4) 雷雨季节特别是雷雨后；
(5) 高温季节、高峰负载期间；
(6) 变压器过负荷运行时;
(7) 过负荷运行时应加强检查变压器油温和油位的变化，接头有无
过热的现象;
(8) 雷雨天气，应检查变压器瓷瓶，套管有无放电、闪络现象;
(9) 大雾天气，应检查变压器瓷瓶，套管有无放电、闪络现象;
(10) 短路后，检查各部有无变形，变压器是否有喷油现象。
4. 分接开关的运行
主变采用有载调压，厂变采用无载调压方式。变压器分接开关操作应遵守如下规定：
4.1 调整有载调压分接头时，应在远方点动逐级调压，同时监视就地分接位置及电流电压的变化;
4.2 应核对系统电压与分接额定电压间的差值.;
4.3 厂用变压器调整分接头时，需将变压器停电并做好安全措施后方可进行。调整时应多次转动分接头，消除氧化膜和油污。调整后，应测量其接触电阻符合要求，并作好分接头调整的记录;
4.4主变压器的分接头调整时，无需将设备停电，正常情况下采用远方电动操作，当电动操作机构失灵或在校准分接头位置时，就地手动操作;
4.5 每次分接变换操作都应将操作时间、分接位置、电压变化情况及累计动作次数记录在有载分接开关分接变换记录表上，每次投停、试验、维修、缺陷与故障处理，都应作好记录;
4.6在调节有载调压分接头时，如果出现分头连续动作的情况，应立即断开操作电源，而后用手动方式将分接头调至合适的位置;
4.7 当系统发生短路或变压器过载时，禁止调节变压器的有载调压分接头;
4.8 新投入的分接开关在投运后1-2年或切换5000次后，必须进行检修。如果有载调压装置长期不调和长期不用，应在有停电机会时，在最高和最低分接间操作几个循环;
4.9 当有载调压变压器本体或分接开关油位、色谱分析出现异常
时，暂停分接变换操作;
4.10 当系统发生短路或变压器过载时，禁止调节变压器的有载调压分接头。
5. 变压器的异常运行和事故处理
5.1 值班人员在变压器运行中发现有任何不正常现象时，应及时报告班长、值长。并设法使其消除，将经过情况记入记录薄和设备缺陷登记薄内;
5.2 发现下列异常现象时，值班人员应按下列原则处理：
5.2.1 变压器过负荷超过允许值时，值班人员应及时调整其负荷;
5.2.2 变压器温度与平常同负荷下比较不正常升高，值班人员应进行下列工作，并判断分析查明原因，采取措施，使其降低：
(1) 检查负荷和周围空气温度;
(2) 检查温度计是否完好和正确指示;
(3) 检查冷却装置是否正常，若因冷却装置故障引起变压器温度过高，应暂时调整负荷。
若发现温度较正常同负荷下升高10℃以上，或变压器负荷不变，温度不断升高，而冷却装置良好，温度计又正常，可判断是变压器内部发生故障，而保护装置不起作用。应立即汇报领导，尽快将其停运检查。
5.3 变压器有下列情况之一者，立即换用备用变压器，停运处理：
5.3.1 变压器内部音响加大，很不均匀，有炸裂声;
5.3.2 在正常冷却条件下，变压器温度不正常，并不断上升;
5.3.3 变压器有严重流胶现象。套管瓷瓶有严重破损和放电现象;
5.3.4 引线接头严重发热，以至产生弧光，熔化现象和冒烟起火等;
5.3.5 套管爆炸或破裂，大量漏油，油面突然下降；
5.3.6 套管端头发热熔化和放电现象；
5.3.7 严重漏油或喷油使油面下降，低于油位计的指示限度；
5.3.8  压力释放阀动作，向外喷烟、火，喷油；
5.3.9  变压器外壳破裂；
5.3.10  变压器冒烟或着火；
5.3.11变压器无主保护运行（直流查找接地等能短时恢复者除外）；
5.3.12 发生危及变压器安全的故障，变压器保护或开关拒动；
5.3.13 发生直接威胁人身安全的紧急情况。
5.4 变压器自动跳闸时，应立即查明原因，备用变未自动投入则应手动投入，若无备用变，应根据何种保护动作，查有无外部事故现象（如外部短路、过负荷、烟火、爆裂声）和变压器内部故障。若当时查不出原因，变压器不可投入运行，应进行详细检查，并向值长和专工汇报;
5.5 变压器着火
5.5.1 如果保护未动作使开关跳闸 ，应立即手动拉开变压器高低压侧开关，并将高低压侧开关退至检修位置;
5.5.2 停用变压器所有冷却风机;
5.5.3  运行值班人员必须监护，并与消防人员共同灭火；
5.5.4  若油溢在变压器顶盖上而着火时， 则应打开下部门放油到油面低于着火处；
5.5.5  若是变压器内部故障引起着火时，则不能放油，以防变压器发生爆炸；
5.5.6  当变压器外壳炸破着火时，应将变压器油全部放出；
5.5.7 灭火时，应使用1211干式灭火器、CO2灭火器等专用灭火器灭火。不得使用泡沫灭火器，严禁用水灭火。若烟火和灭火人可能碰及运行的电气设备时，则应将设备停电。
5.6 变压器过流保护动作跳闸的处理
5.6.1 根据表计有无短路冲击，电压是否下降的故障现象做具体判断，若由于保护误动、误碰，则变压器可不经检查立即投入运行;
5.6.2 根据表计有冲击，且电压一直下降的现象，应判明是否外部故障造成，当外部故障消除后，变压器的外部检查无问题可投入运行。
5.7 变压器差动保护（主变）或速断保护（厂变）动作的处理
5.7.1 对变压器差动保护范围内全部电气设备详细检查，是否有损坏和闪络现象。安全阀、油位、油色等是否正常;
5.7.2  测定变压器的绝缘电阻，并通知检修检查处理;
5.7.3  经检查保护范围内故障，不是变压器本身， 待故障消除后，可投入运行。如变压器本身故障， 需对变压器进行检查试验;
5.7.4  差动保护动作、变压器跳闸未查明原因禁止投入运行。5.8  瓦斯保护动作的处理
5.8.1  轻瓦斯动作
(1) 可能原因：
1) 因滤油，加油或冷却系统不严，以致空气进入变压器；
2) 因温度下降或漏油，使油面缓慢下降；
3) 由于发生轻微故障或发生穿越性故障；
4) 二次回路故障。
(2) 处理：
  1) 轻瓦斯动作时，应立即进行下列检查：
2) 是否有空气侵入变压器内；
3) 是否漏油造成油位降低；
4) 是否二次回路故障；
5) 倾听变压器有无异音；
6) 记录瓦斯继电器气量，并联系取样化验;
7) 如瓦斯保护动作是由于油内剩余空气逸出造成，应放出瓦斯继电器的空气， 并注意下次信号动作的时间间隔。若时间逐渐缩短，汇报有关领导;
8) 如油面过低造成，应联系加油，并做好措施;
9) 如外部检查不能查出原因时，则需鉴定继电器内积聚的气体性质;
10) 如气体是无色无味不可燃的，则变压器可继续运行;
11) 如气体是可燃的，或油中溶解气体分析结果异常，应综合判断变压器是否停运。
5.8.2  轻瓦斯与重瓦斯同时动作或只重瓦斯动作
(1) 可能原因：
1) 变压器内部发生严重故障；
2) 由于漏油等原因使油面下降过速；
3)检修后，油中空气分离速度过快；
4)二次回路有故障。
(2) 处理：
1) 轻重瓦斯同时动作，或重瓦斯动作时，不得任意将瓦斯继电器内气体放出， 应立即通知化学人员取样化验;
2) 重瓦斯动作变压器跳闸，值班人员应对变压器油温、油位、 本体做详细检查并记录，测定变压器绝缘， 做好停电安全措施，通知检修处理;
3) 若瓦斯保护动作是由于瓦斯保护误动或二次回路故障，应将瓦斯保护停用，通知检修处理;
4) 瓦斯保护动作跳闸确属人为过失造成，可不经任何检查，立即投入跳闸变压器。   
5.8.3   瓦斯保护动作的原因和故障性质可由内部积聚的气体量，颜色和化学成份鉴别。根据气体的多少可估计故障程度。 如积聚的气体是无色无味且不可燃的，则瓦斯继电器动作是空气所致；如气体是可燃的则瓦斯继电器动作的原因是变压器内部故障所致;
5.8.4   变压器故障的性质可按下表来确定

气体性质
故障性质
处理方法
无色、无味、不可燃
空气侵入
放气后继续运行
黄色、不易燃
木质故障
停止运行
淡灰色、强烈臭味、可燃
绝缘材料故障
停止运行
灰色、黑色、易燃
油故障
停止运行
注意：气体颜色的鉴别必须迅速进行，否则经一定时间颜色会消失。