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(完整word)电力变压器理论
电力变压器基础知识

变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能.变压器用途一般分为电力变压器和特种变压器及仪用互感器 (电压互感器和电流互感器）.电力变压器按冷却介质可分为油浸式和干式两种。
在电力系统中,电力变压器 (以下简称变压器）是一个重要的设备。发电厂的发电机输出电压由于受发电机绝缘水平限制，通常为6。3kV、l0.5kV,最高不超过2OkV。在远距离输送电能时，须将发电机的输出电压通过升压变压器将电压升高到几万伏或几十万伏,以降低输电线电流，从而减少输电线路上的能量损耗.
输电线路将几万伏或几十万伏的高压电能输送到负荷区后，须经降压变压器将高电压降低,以适合于用电设备的使用。故在供电系统中需要大量的降压变压器,将输电线路输送的高压变换成不同等级的电压,以满足各类负荷的需要。
由多个电站联合组成电力系统时,要依靠变压器将不同电压等级的线路连接起来。所以，变压器是电力系统中不可缺少的重要设备。
第一节 变压器的工作原理与结构
一、变压器的工作原理
变压器是根据电磁感应原理工作的。图2-1是单相变压器的原理图。图中在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕组.当交流电源电压U1加到一次侧绕组后，就有交流电流I1通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通φ，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组,同时也穿过二次侧绕组，两个绕组分别产生感应电势E1和E2，。这时，如果二次侧绕组与外电路的负荷接通，便有电流I2，流入负荷，即二次侧绕组有电能输出。
根据电磁感应定律可以导出:
一次侧绕组感应电势为：E1=4.44fN1φm
二次侧绕组感应电势为：E2=4。44fN2φm
式中：f-——--—电源频率;
N1-----一次侧绕组匝数；
N2——-—-二次侧绕组匝数;
φm ———铁芯中主磁通幅值.
由(2-1)、(2-2)式得出:
由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等于一、二次侧绕组匝数之比。
由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以忽略不计，因此可近似地认为：
一次电压有效值:U1≈E1,二次电压有效值:U2≈E2.于是

式中：K—--—变压器的变比。
变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕组的电压高低不等，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。
如果忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即： U1I1=U2I2 (2一5)
式中I1、I2分别为变压器一次、二次电流的有效值。
由此可得出： （2—6）
由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比.即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大.
二、变压器的结构
中小型油浸电力变压器典型结构如图2—2所示。

1、高压套管 2、分接开关 3、低压套管 4、气体继电器
5、安全气道(放爆管） 6、油枕(储油柜) 7、油表 8、呼吸器（吸湿器)
9、散热器 10、铭牌 11、接地螺栓 12、油样活门 13、放油阀门
14、活门 15、绕组(线圈) 16、信号温度计 17、铁芯 18、净油器
19、油箱 20、变压器油
1、铁芯
（1）铁芯结构
变压器的铁芯是磁路部分。由铁芯柱和铁扼两部分组成。绕组套装在铁芯柱上,而铁扼则用来使整个磁路闭合。铁芯的结构一般分为心式和壳式两类.
心式铁芯的特点是铁扼靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面.壳式铁芯的特点是铁扼不仅包围绕组的顶面和底面，而且还包围绕组的侧面。由于心式铁芯结构比较简单，绕组的布置和绝缘也比较容易，因此我国电力变压器主要采用心式铁芯，只在一些特种变压器 （如电炉变压器）中才采用壳式铁芯。常用的心式铁芯如图2-3。近年来，大量涌现的节能性配电变压器均采用卷铁芯结构。

(2) 铁芯材料 由于铁芯为变压器的磁路，所以其材料要求导磁性能好,导磁性能好，才能使铁损小。故变压器的铁芯采用硅钢片叠制而成。硅钢片有热轧和冷轧两种.由于冷轧硅钢片在沿着辗轧的方向磁化时有较高的导磁系数和较小的单位损耗，其性能优于热轧的,国产变压器均采用冷轧硅钢片。国产冷轧硅钢片的厚度为0.35mm、0。3Omm、O。27mm等几种.片厚则涡流损耗大。片薄则叠片系数小，因为硅钢片的表面必须涂覆一层绝缘漆以使片与片之间绝缘.
2、绕组
绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线烧制而成。根据高、低压绕组排列方式的不同，绕组分为同心式和交叠式两种.对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕组靠近铁芯柱.对于交叠式绕组.为了减小绝缘距离,通常将低压绕组靠近铁扼。
3、绝缘
变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。
4、分接开关
为了供给稳定的电压、控制电力潮流或调节负载电流,均需对变压器进行电压调整。目前，变压器调整电压的方法是在其某一侧绕组上设置分接，以切除或增加一部分绕组的线匝，以改变绕组的匝数，从而达到改变电压比的有级调整电压的方法。这种绕组抽出分接以供调压的电路，称为调压电路;变换分接以进行调压所采用的开关,称为分接开关。一般情况下是在高压绕组上抽出适当的分接。这是因为高压绕组一则常套在外面。引出分接方便;二则高压侧电流小，分接引线和分接开关的载流部分截面小,开关接触触头也较容易制造。
变压器二次不带负载,一次也与电网断开 （无电源励磁）的调压,称为无励磁调压,带负载进行变换绕组分接的调压,称为有载调压。
5、油箱
油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。油箱结构,根据变压器的大小分别吊器身式油箱和吊箱壳式油箱两种。
(1）吊器身式油箱 多用于6300kVA及以下的变压器,其箱沿设在顶部，箱盖是平的，由于变压器容量小,所以重量轻，检修时易将器身吊起.
（2）吊箱壳式油箱 多用于8000kVA及以上的变压器，其箱沿设在下部，上节箱身做成钟罩形，故又称钟罩式油箱。检修时无需吊器身,只将上节箱身吊起即可。
6、冷却装置
变压器运行时，由绕组和铁芯中产生的损耗转化为热量，必须及时散热,以免变压器过热造成事故.变压器的冷却装置是起散热的作用的。根据变压器容量大小不同，采用不同的冷却装置。
对于小容量的变压器,绕组和铁芯所产生的热量经过变压器油与油箱内壁的接触，以及油箱外壁与外界冷空气的接触而自然地散热冷却,无须任何附加的冷却装置。若变压器容量稍大些,可以在油箱外壁上焊接散热管,以增大散热面积.
对于容量更大的变压器，则应安装冷却风扇，以增强冷却效果。
当变压器容量在5000OkVA及以上时，刚采用强迫油循环水冷却器或强迫油循环风冷却器。与前者的区别在于循环油路中增设一台潜油泵,对油加压以增加冷却效果.这两种强迫循环冷却器的主要差别为冷却介质不同，前者为水,后者为风。
7、储油柜 （又称油枕）
储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通，如图2—4。

当变压器的油温变化时，其体积会膨胀或收缩。储油柜的作用就是保证油箱内总是充满油，并减小油面与空气的接触面，从而减缓油的老化。
8、安全气道 (又称防爆管）
位于变压器的顶盖上,其出口用玻璃防爆膜封住。当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时,油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出,保护变压器不受严重损害.
9、吸湿器
为了使储油柜内上部的空气保持干燥,避免工业粉尘的污染,储油柜通过吸湿器与大气相通。吸湿器内装有用氯化钙或氯化钻浸渍过的硅胶，它能吸收空气中的水分.当它受潮到一定程度时,其颜色由蓝色变为粉红色。
10、气体继电器
位于储油柜与箱盖的联管之间.在变压器内部发生故障 (如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等)产生气体或油箱漏油等使油面降低时，接通信号或跳闸回路，保护变压器。
11、高、低压绝缘套管
变压器内部的高、低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的，它起着固定引线和对地绝缘的作用。套管由带电部分和绝缘部分组成。带电部分包括导电杆、导电管、电缆或铜排。绝缘部分分外绝缘和内绝缘。外绝缘为瓷管，内绝缘为变压器油、附加绝缘和电容性绝缘。
三、电力变压器的型号及技术参数
1、型号
变压器的技术参数一般都标在铭牌上.按照国家标准，铭牌上除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。需要标出的技术数据见表2-1。变压器除装设标有以上项目的主铭牌外，还应装设标有关于附件性能的铭牌，需分别按所用附件 (套管、分接开关、电流互感器、冷却装置)的相应标准列出。
变压器的型号表示方法如图2-5。

例如：SFZ—10000/110表示三相自然循环风冷有载调压，额定容量为10000kVA，高压绕组额定电压1lOkV电力变压器。
S9-160/10表示三相油浸自怜式,双绕组无励磁调压，额定容量l60kVA，高压侧绕组额定电压为lOkV电力变压器。
SC8-315/10表示三相干式浇注绝缘，双绕组无励磁调压,额定容量315kVA,高压侧绕组额定电压为lOkV电力变压器。
S11—M(R）-100/10表示三相油浸自冷式,双绕组无励磁调压，卷绕式铁芯 (圆截面），密封式,额定容量l00kVA,高压侧绕组额定电压为lOkV电力变压器.
SH1l—M—50/10表示三相油浸自冷式，双绕组无励磁调压，非晶态合金铁芯，密封式，额定容量5OkVA，高压侧绕组额定电压为lOkVA的电力变压器.
电力变压器可以按绕组藕合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类.但是,这种分类还不足以表达变压器的全部特征，所以在变压器型号中除要把分类特征表达出来外,还需标记其额定容量和高压绕组额定电压等级。图2一5是电力变压器型号的表示方式。
一些新型的特殊结构的配电变压器，如非晶态合金铁芯、卷绕式铁芯和密封式变压器，在型号中分别加以H、R和M表示。
2、相数
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。
3、额定频率
变压器的额定频率即是所设计的运行频率，我国为5OHz。
4、额定电压
额定电压是指变压器线电压 （有效值），它应与所连接的输变电线路电压相符合。我国输变电线路的电压等级 （即线路终端电压)为0.38、(3、6)、10、35、（63)、110、220、330、500(kV)。故连接于线路终端的变压器 (称为降压变压器)其一次侧额定电压与上列数值相同。
考虑线路的电压降,线路始端 (电源端)电压将高于等级电压，35kV以下的要高5%，35kV及以上的高10%,即线路始端电压为0.4、（3。15、6。3)、10.5、38。5、 （69)、121、242、363、550(kV)。故连接于线路始端的变压器 (即升压变压器），其二次侧额定电压与上列数值相同。
变压器产品系列是以高压的电压等级区分的，为1OkV及以下,2OkV、35kV、（66kV)、1lOkV系列和22OkV系列等。
5、额定容量
在变压器铭牌所规定的额定状态下，变压器二次侧的输出能力（kVA)。对于三相变压器,额定容量是三相容量之和。
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;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。
变压器额定容量的大小与电压等级也是密切相关的。电压低、容量大时电流大，损耗增大；电压高、容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大。因此,电压低的容量必小，电压高的容量必大。
6、额定电流
变压器的额定电流为通过绕组线端的电流，即为线电流 （有效值）。它的大小等于绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相系数 (单相为l，三相为3).
单相变压器额定电流为：
式中:IN 分别为一、二次额定电流
SN 变压器的额定容量
UN 分别是一、二次额定电压
三相变压器额定电流为:
三相变压器绕组为Y连接时,线电流为绕组电流；D连接时线电流等于1。732绕组电流。
7、绕组联接组标号
变压器同侧绕组是按一定形式连接的.
三相变压器或组成三相变压器组的单相变压器，则可以连接为星形、三角形等。星形联接是各相线圈的一端接成一个公共点 （中性点)，其余接端子接到相应的线端上；三角形联接是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处接至相应的线端。
星形、三角形、曲折形等联接,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。
变压器按高压、中压和低压绕组联接的顺序组合起来就是绕组的联接组,例如:变压器按高压为D、低压为yn联接，则绕组联接组为Dyn(Dyn11）;
8、调压范围
变压器接在电网上运行时，变压器二次侧电压将由于种种原因发生变化,影响用电设备的工常运行。因此变压器应具备一定的调压能力。根据变压器的工作原理，当高、低压绕组的匝数比变化时，变压器二次侧电压也随之变动,采用改变变压器匝数比即可达到调压的目的。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.当二次侧不带负载，一次侧又与电网断开时的调压为无励磁调压，在二次侧带负载下的调压为有载调压。
9、空载电流
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,一次绕组中所流过的电流称空载电流I0, 变压器空载合闸时有较大的冲击电流。
10,阻抗电压和短路损耗
当变压器二次侧短路,一次侧施加电压使其电流达到额定值,此时所施加的电压称为阻抗电压UZ,变压器从电源吸取的功率即为短路损耗。以阻抗电压与额定电压UN之比的百分数表示。即：
11、电压调整率
变压器负载运行时，由于变压器内部的阻抗压降，二次电压将随负载电流和负载功率因数的改变而改变。电压调整率即说明变压器二次电压变化的程度大小，为衡量变压器供电质量的数据，其定义为：在给定负载功率因数下 （一般取0。8)二次空载电压U2N和二次负载电压U2之差与二次额定电压U2N的比，即：

式中:U2N —-—-- 二次额定电压，即二次空载电压；
U2 —-———— 二次负载电压。
电压调整率是衡量变压器供电质量好坏的数据。
12、效率
变压器的效率η为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。通常中小型变压器的效率约为90%以上，大型变压器的效率在95％以上。
13、温升和冷却方式
(1）温升 变压器的温升，对于空气冷却变压器是指测量部位的温度与冷却空气温度之差；对于水冷却变压器是指测量部位的温度与冷却器入口处水温之差。
油浸式变压器绕组和顶层油温升限值：因为A级绝缘在980C时产生的绝缘损坏为正常损坏，而保证变压器正常寿命的年平均气温是2O0C,绕组最热点与其平均温度之差为130C，所以绕组温升限值为98—20—13二65K。
油正常运行的最高温度为950C，最高气温为400C，所以顶层油温升限值为95-40=55K。
（2）冷却方式 变压器的冷却方式有多种，如干式自冷、油浸风冷等，各种方式适用于不同种类的变压器.

第二节 变 压 器 运 行

一、 变压器允许运行方式
1、 允许温度与温升
变压器运行时,其绕组和铁芯产生的损耗转变成热量，一部分被变压器各部件吸收使之温度升高，另一部分则散发到其它介质中.当散发的热量与产生的热量相等时，变压器各部件的温度达到稳定，不再升高。变压器运行时各部件的温度是不同的，绕组温度最高，铁芯次之，变压器油的温度最低。为了便于监视运行中变压器各部件的温度，规定以上层油温为允许温度。
变压器的允许温度主要决定于绕组的绝缘材料。我国电力变压器大部分采用A级绝缘材料。即浸渍处理过的有机材料、如纸、棉纱、木材等。对于A级绝缘材料，其允许最高温度为1O50C，由于绕组的平均温度一般比油温高lO0C，同时为了防止油质劣化，所以规定变压器上层油温最高不超过950C.而在正常状态下，为了使变压器油不致过速氧化，上层油温一般不应超过850C.对于强迫油循环的水冷或风冷变压器，其上层油温不宜经常超过750C。
当变压器绝缘材料的工作温度超过允许值时，其使用寿命将缩短.
变压器的温度与周围环境温度的差称为温升。当变压器的温度达到稳定时的温升称为稳定温升。稳定温升大小与周围环境温度无关，它仅决定于变压器损耗与散热能力.所以，当变压器负载一定 (即损耗不变）,而周围环境温度不同时，变压器的实际温度就不同.我国规定周围环境最高温度为400C。
对于A级绝缘的变压器下在周围环境最高温度为400C时，其绕组的允许温升为650C，而上层油温则为550C。所以变压器运行时上层油温及其温升不超过允许值,即可保证变压器在规定的使用年限安全运行。
2、变压器过负载能力
在不损害变压器绝缘和降低变压器使用寿命的前提下,变压器在较短时间内所能输出的最大容量为变压器的过负载能力.一般以过负载倍数 （变压器所能输出的最大容量与额定容量之比)表示。
变压器过负载能力可分为正常情况下的过负载能力和事故情况下的过负载能力。
（1)变压器在正常情况下过负载能力 变压器在正常运行时，允许过负载是因为变压器在一昼夜内的负载有高峰、有低谷.低谷时，变压器运行的温度较低。此外,在一年不同季节环境温度也不同。所以变压器可以在绝缘及寿命不受影响的前提下。在高峰负载及冬季时可过负载运行。
有关规程规定，对室外变压器，总的过负载不得超过30％，对室内变压器为20%。
(2）变压器在事故时过负载能力 当电力系统或用户变电站发生事故时,为保证对重要设备的连续供电，允许变压器短时过负载的能力称为事故过负载能力。
(3）变压器允许短路 当变压器发生短路故障时，由于保护动作和断路器跳闸均需一定的时间，因此难免不使变压器受到短路电流的冲击。
变压器突然短路时，其短路电流的幅值一般为额定电流的25-30倍.因而变压器的铜损将达到额定电流的几百倍,故绕组温度上升极快。目前，对绕组短时过热尚无限制的标准。一般认为,对绕组为铜线的变压器温度达到2500C是允许的，对绕组为铝线的变压器则为2000C。而到达上述温度所需时司大约为5s左右。此时继电保护早已动作，断路器跳闸。因此，一般设计允许短路电流为额定电流的25倍。
3、允许电压波动范围
施加于变压器一次绕组的电压因电网电压波动而波动。若电网电压小于变压器分接头电压，对变压器本身无任何损害，仅使变压器的输出功率略有降低.变压器的电源电压一般不得超过额定值的士5%。不论变压器分接头在任何位置，只要电源电压不超过额定值的土5％，变压器都可在额定负载下运行。
二、变压器并列运行
并列运行是将两台或多台变压器的一次侧和二次侧绕组分别接于公共的母线上，同时向负载供电。其接线方法如图2—6。

1、并列运行的目的
(1)提高供电可行性 并列运行时,如果其中一台变压器发生故障从电网中切除时，其余变压器仍能继续供电。
（2）提高变压器运行经济性 可根据负载的大小调整投入并列运行的台数，以提高运行效率.
（3)可以减少总备用容量,并可随着用电量的增加分批增加新的变压器
2、理想并列运行的条件
(需要解决：环流问题，负载的分配问题)
1)变压器的联结组标号相同。
2)变压器的电压比相等 （允许有士5%的差值）。
3)变压器的阻抗电压uz%相等 （允许有士10%的差值)。
三、变压器油及运行
1、变压器油作用
变压器油是流动的液体,可充满油箱内各部件之间的气隙，排除空气,从而防止各部件受潮而引起绝缘强度的降低。
变压器油本身绝缘强度比空气大，所以油箱内充满油后，可提高变压器的绝缘强度.变压器油还能使木质及纸绝缘保持原有的物理和化学性能，并使金属得到防腐作用，从而使变压器的绝缘保持良好的状态。此外，变压器油在运行中还可以吸收绕组和铁芯产生的热量,起到散热和冷却的作用.
2、变压器油运行
(1)变压器试验 新的和运行中的变压器油都需要作试验。按规定，变压器油每年要取样试验.试验项目一般为耐压试验、介质损耗试验和简化试验。取油样注意的事项。应在天气干燥时进行。从变压器底部阀门处放油取样。先将积水和底部积存的污油放掉,然后用净布将油阀门擦净，再继续放少许油冲洗，并用清洁油将取样瓶洗涤干净,再将油灌入瓶内，灌油时应严防泥土等杂质混入。
（2）变压器油运行管理 应经常检查充油设备的密封性,储油柜、呼吸器的工作性能，以及油色、油量是否工常，另外，应结合变压器运行维护工作，定期或不定期取油样作油的气相色谱分析，以预测变压器的潜伏性故障，防止变压器发生事故。
在高温或紫外线作用下，油会加速氧化，所以,一般不应置油于高温下和透明容器内。
变压器运行中补油时注意事项：
1)lOkV及以下变压器可补入不同牌号的油，但应作混油的耐压试验.
2）35kV及以上变压器应补入相同牌号的油，也应作耐压试验。
3）补油后要检查气体继电器，及时放出气体。若在24h后无问题，可重新将气体保护接人掉闸回路。
对在运行中己经变质的油应及时进行处理，使其恢复到标准值，具有良好的性能.
四、变压器运行巡视检查
1、变压器巡视检查
变压器运行巡视检查内容和周期如下：
1）检查储油柜和充油绝缘套管内油面的高度和封闭处有无渗漏油现象，以及油标管内的油色.
2、检查变压器上层油温.正常时一般应在850C以下，对强油循环水冷却的变压器为750C。
3）检查变压器的响声.正常时为均匀的嗡嗡声。
4)检查绝缘套管是否清洁、有无破损裂纹和放电烧伤痕迹。
5)清扫绝缘套管及有关附属设备。
6)检查母线及接线端子等连接点的接触是否良好。
7)容量在630kVA及以上的变压器，且无人值班的，每周应巡视检查一次。容量在630kVA以下的变压器，可适当延长巡视周期，但变压器在每次合闸前及拉闸后应检查一次.
8）有人值班的变配电所，每班都应检查变压器的运行状态。
9）对于强油循环水冷或风冷变压器，不论有无人员值班，都应每小时巡视一次。
10)负载急剧变化或变压器发生短路故障后,都应增加特殊巡视.
2、变压器异常运行和常见故障分析
(1）变压器声音异常的原因
1)当启动大容量动力设备时，负载电流变大，使变压器声音加大。
2）当变压器过负载时，发出很高且沉重的嗡嗡声.
3）当系统短路或接地时，通过很大的短路电流，变压器会产生很大的噪音。
4)若变压器带有可控硅整流器或电弧炉等设备时，由于有高次谐波产生，变压器声音也会变大。
(2)绝缘套管闪络和爆炸原因
1)套管密封不严进水而使绝缘受潮损坏。
2)套管的电容芯子制造不良，使内部游离放电.
3)套管积垢严重或套管上有大的裂纹和碎片。
五、变压器油色谱在线监测系统简介
随着电力系统向大电网、大机组、高容量的迅猛发展,对系统中关键的主设备实时把握运行状态提出越来越高的技术要求,变压器油色谱在线监测从本质上改变了传统的变压器油监测方式，不但提高了运行效率，也有效地保障了变压器运行的安全可靠性。
实施电力变压器故障诊断,对于提高整个电力系统安全运行的可靠性是非常必要的。变压器存在局部过热或局部放电时，故障部位的绝缘油或固体绝缘物将会分解出小分子烃类气体 (如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等)和其他气体 （如H2、CO等）.上述每种气体在油中的浓度和油中可燃气体的总浓度 (TCG）均可作为变压器设备内部故障诊断的指标。
一直以来油中溶解气体采用气相色谱法分析，作为故障诊断的常用方法来判断油浸类设备的运行状况.其主要优点是能够提供油中溶解的各种气体浓度的定量分析。但其操作过程复杂，需要大量熟练的专业人员进行跟踪检测分析。另外，为了使气相色谱能够稳定地工作，需要较长的准备时间 (提前十几个小时通载气使气流稳定)，从而导致较高的运行管理费用。
变压器油色谱在线监测系统在传统色谱分析技术的基础上经过不断的实验和完善,结合色谱分析技术开发的变压器油色谱在线监测系统，可同时检测H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2,等六种故障特征气体。通过对故障特性气体的分析诊断，能及时捕捉到变压器故障信息，科学指导设备运行检修。
基本原理是溶解于变压器油中的故障特性气体经脱气装置脱气后，在载气的推动下通过色谱柱,由于色谱柱对不同的气体具备不同的亲和作用，导致故障特性气体被逐一分离出来,传感器对故障气体 (H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2)按出峰顺序分别进行检测，并将气体的浓度特性转换成电信号。数据处理器对电信号进行处理转化成数字信号，并存储在数据处理器的内嵌的大容量存储器上.主控计算机模块,通过现场通讯总线获取日常监测数据，智能系统对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份和总烃的含量。故障诊断系统对变压器故障进行综合分析诊断,实现变压器故障的在线监测功能.

第三节 其 他 变 压 器

一、干式变压器
干式变压器是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘液体中的变压器。在结构上可分为以固体绝缘包封绕组和不包封绕组。
1、环氧树脂绝缘干式变压器
环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料，它不仅是一种难燃、阻燃的材料，而且具有优越的电气性能，已逐渐为电工制造业所采用。
用环氧树脂浇注或浸渍作包封的干式变压器即称为环氧树脂干式变压器。
2、气体绝缘干式变压器
气体绝缘变压器为在密封的箱壳内充以SF6。（六氟化硫)气体代替绝缘油,利用SF6气体作为变压器的绝缘介质和冷却介质。它具有防火、防爆、无燃烧危险，绝缘性能好，与油浸变压器相比重量轻，防潮性能好，对环境无任何限制，运行可靠性高,维修简单等优点，缺点是过载能力稍差。
气体绝缘变压器的结构特点:
1)气体绝缘变压器的工作部分 (铁芯和绕组)与油浸变压器基本相同.
2）为保证气体绝缘变压器有良好的散热性能,气体绝缘变压器需要适当增大箱体的散热面积，一般气体绝缘变压器采用片式散热器进行自然风冷却。
3）气体绝缘变压器测量温度方式为热电偶式测温装置，同时还需要装有密度继电器和真空压力表。
4）气体绝缘变压器的箱壳上还装有充放气阀门。
3、H级绝缘千式变压器
近年来除了常用的环氧树脂真空浇注型干式变压器外,又推出一种采用H级绝缘干式变压器。用作绝缘的NOMEX纸具有非常稳定的化学性能，可以连续耐压2200C高温，在起火情况下，具有自熄能力；即使完全分解，亦不会产生烟雾和有毒气体，电气强度高，介电常数较小。
二、非晶态合金铁芯变压器
在变压器的运行费用中除维护费外，其中能量损耗费占了很大的比例,特别是变压器的空载损耗 （铁芯损耗）占了能量损耗的主要部分。
为了降低变压器空载损耗，采用高导磁率的软磁材料，将非晶态合金应用于变压器，制成非晶态合金铁芯的变压器.非晶态合金引起的磁化性能的改善，其B-H磁化曲线很狭窄，因此其磁化周期中的磁滞损耗就会大大降低，又由于非晶态合金带厚度很薄，并且电阻率高,其磁化涡流损耗也大大降低。据实测，非晶态合金铁芯的变压器与同电压等级、同容量硅钢合金铁芯变压器相比,空载损耗要低60％-80％，空载电流可下降80％左右。
三、低损耗油浸变压器
1)通过加强线圈层绝缘，使绕组线圈的安匝数平衡，控制绕组的漏磁道,降低了杂散损耗。
2)变压器油箱上采用片式散热器代替管式散热器，提高了散热系数.
3）铁芯绝缘采用了整块绝缘，绕组出线和外表面加强绑扎，提高了绕组的机械强度.
由以上特点可知，低损耗变压器采用了先进的结构设计和新的材料、工艺，使变压器的节能效果十分明显。
S9系列配电变压器的设计以增加有效材料用量来实现降低损耗，主要增加铁芯截面积以降低磁通密度、高低压绕组均使用铜导线，并加大导线截面，降低绕组电流密度,从而降低了空载损耗和负载损耗。
在S9系列的基础上，改进结构设计，选用超薄型硅钢片，进一步降低空载损耗，开发了S11系列变压器。
四、卷铁芯变压器
单相卷铁芯变压器适用于630kVA及以下变压器。空载电流仅为叠装式的20%-30%。目前国内生产的lOkV、630kVA及以下卷铁芯变压器，其空载损耗比S9系列变压器下降30%，空载电流比S9系列变压器下降20%。基本能满足在城网、农网的改造中对小型变压器的需求。
第四节 互 感 器

互感器分电压互感器和电流互感器两大类,它们是供电系统中测量和保护用的重要设备。电压互感器是将系统的高电压改变为标准的低电压 （l00V或100/3)；电流互感器是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流改变为低压的标准小电流 （5A或lA）。其原理接线如图2-7所示,TA为电流互感器，TV为电压互感器。

一、互感器作用
1）与测量仪表配合,对线路的电压、电流、电能进行测量;与继电器配合，对系统和电气设备进行过电压、过电流和单相接地等保护。 ，
2）将测量仪表、继电保护装置和线路的高电压隔开，以保证操作人员和设备的安全。
3)将电压和电流变换成统一的标准值，以利于仪表和继电器的标准化.
二、电压互感器
1、电压互感器原理
电压互感器是利用电磁感应原理工作的，类似一台降压变压器。图2-8为电压互感器的原理图。互感器的高压绕组与被测电路并联,低压绕组与测量仪表电压线圈并联。由于电压线圈的内阻抗很大,所以电压互感器运行时，相当于一台空载运行的变压器。故二次侧不能短路，否则绕组将被烧毁。
2、电压互感器分类
按用途分测量用电压互感器和保护用电压互感器.
电压互感器的标准准确度：标准仪表0。2级、计量仪表0.5级、一般测量仪表1-3级,保护用0.2、0。5级。
3、电压互感器型号
电压互感器型号字母含义表示如下：

例如JSJW一l0表示为lOkV的三相三绕组五芯柱油浸式电压互感器.其申三相电压互感器只限于制成lOkV及以下电压等级;三绕组电压互感器的第三绕组主要供给监视电网绝缘和接地保护装置.
4、电压互感器容量
电压互感器的容量是指其二次绕组允许接人的负载功率 (以VA值表示），分额定容量和最大容量。
5、电压互感器运行
1)电压互感器的一、二次接线应保证极性正确，当两台同型号的电压互感器接成V形时，必须注意极极正确，否则会导致互感器线圈烧坏。
2）电压互感器的一、二次绕组都应装设熔断器 （保护专用电压互感器二次侧除外)以防止发生短路故障。电压互感器的二次绕组不准短路，否则电压互感器将因过热而烧毁。
3)电压互感器二次绕组、铁芯和外壳都必须可靠接地，在绕组绝缘损坏时，二次绕组对地电压不会升高，以保证人身和设备安全.
4）电压互感器二次绕组的电压降一般不得超过额定电压的0。5％,接用0.5级电能表时不得超过0。25％。
6、电压互感器的运行的巡视检查
1)瓷套管是否清洁、完整、绝缘介质有无损坏、裂纹和放电痕迹。
2)充油电压互感器的油位是否正常，油色是否透明 （不发黑）有无严重的渗、漏油现象。
3)一次侧引线和二次侧连接部分是否接触良好。
4)电压互感器内部是否有异常,有无焦臭味。
7、电压互感器的异常运行
运行中的电压互感器出现下列故障之一时，应立即退出运行
1)瓷套管破裂、严重放电。
2)高压线圈的绝缘击穿、冒烟，发出焦臭味。
3)电压互感器内部有放电声及其他噪声，线圈与外壳之间或引线与外壳之间有火花放电现象。
4)漏油严重，油标管中看不见油面。
5)外壳温度超过允许温升,并继续上升。
6)高压熔体连续两次熔断，当运行中的电压互感器发生接地、短路、冒烟着火故障时,对于6kV-35kV装有0.5A熔体及合格限流电阻时,可用隔离开关将电压互感器切断,对于1OkV以上电压互感器，不得带故障将隔离开关拉开,否则,将导致母线发生故障。
8、对运行中的电压互感器及二次线圈需要更换时，除执行安全规程外还应注意：
1)个别电压互感器在运行中损坏需要更换时,应选用电压等级与电网电压相符，变比相同、极性正确、励磁特性相近的电压互感器，并经试验合格。
2)更换成组的电压互感器时，还应对并列运行的电压互感器检查其接线组别,并核对相位。
3)电压互感器二次线圈更换后，必须进行核对,以免造成错误接线，和防止二次回路短路。
4）电压互感器及二次线圈更换后必须测定极性。
9、电压互感器停用注意事项
1）停用电压互感器，应将有关保护和自动装置停用，以免造成装置失压误动作。为防止电压互感器反充电,停用时应将二次侧保险取下，再拉开一次侧隔离开关。
2)停用的电压互感器，若一年未带电运行,在带电前应进行试验和检查，必要时,可先安装在母线上运行一段时间,再投入运行。
三、电流互感器
1、电流互感器工作原理
电流互感器是按电磁感应原理工作的,其结构与普通变压器相似，图2-9为电流互感器的原理图.它的一次绕组匝数很少,串联在线路里，其电流大小取决于线路的负载电流,与二次负载无关，由于接在二次侧的电流线圈的阻抗很小,所以电流互感器正常运行时，相当于台短路运行的变压器.
利用一、二次绕组不同的匝数比就可将系统的大电流变为小电流来测量.
电流互感器正常运行时,互感器的二次绕组不允许开路，否则二次绕组会产生很高电压，危及操作人员和仪表的安全。所以，电流互感器运行时,严禁二次绕组开路,且在二次回路中不允许装设熔断器或隔离开关.为安全起见,二次侧应接地.
2、电流互感器分类
电流互感器分为测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器和保护用电流互感器的标准准确度不同:标准仪表0。2级、计量仪表0。5级、一般测量仪表1—3级，保护用0。2、0.5级。
3、电流互感器的变流比
电流互感器的变流比为一次绕组的额定电流与二次绕组额定电流之比.二次额定电流一般为5A，一次额定电流的等级有:5—25000A。
4、电流互感器的型号表示法
电流互感器的型号用横列拼音字母及数字表示，其含义如下:

例如LQJ一l0，表示额定电压为lOkV的绕组式树脂浇注绝缘的电流互感器。
5、电流互感器的容量
电流互感器的容量，即允许接人的二次负载容量Se(VA）,其标准值为5-l00VA。
6、电流互感器运行
1)电流互感器的一次线圈串联接入被测电路,二次线圈与测量仪表连接，一、二次线圈极性应正确。
2）电流互感器一次线圈和铁芯均应可靠的接地。
3)二次侧的负载阻抗不得大于电流互感器的额定负载阻抗，以保证测量的准确性。
4）电流互感器不得与电压互感器二次侧互相连接，以免造成电流互感器近似开路,出现高电压的危险。
5)电流互感器二次侧有一端必须接地，以防止一、二次线圈绝缘击穿时，一次侧的高压窜人二次侧，危及人身和设备的安全。
6）电流互感器一次侧带电时，在任何情况下都不允许二次线圈开路。这是因为在正常运行情况下，电流互感器的一次磁势与二次磁势基本平衡,励磁磁势很小，铁芯中的磁通密度和二次线圈的感应电势都不高，当二次开路时，一次磁势全部用于励磁，铁芯过度饱和，磁通波形为平顶波，而电流互感器二次电势则为尖峰波，因此二次绕组将出现高电压，对人体及设备安全带来危险.
7)运行前的检查
①套管有无裂纹、破损现象；
②充油电流互感器外观应清洁，油量充足，无渗漏油现象;
③引线和线卡子及二次回路各连接部分应接触良好，不得松弛;
④外壳及一、二次侧应接地正确、良好，接地线应坚固可靠;
⑤按电气试验规程，进行全面试验并应合格。
8）电流互感器的巡视检