第八节 变压器.doc

1.8 变压器
1.8.1 变压器的用途及分类
变压器的是一种常见的电气设备， 可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。
安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器（简称主变），安装在6~10KV/0.4KV的变压器常叫做配电变压器（简称配变）。
K=U1/U2，式中：K-变压器的变比；U1-变压器原边电压；U2-变压器副边电压；K>1，U1>U2，这种变压器用以降压，工程中应用较多；K<1，U1器，仪用互感器，隔离变压器；
2） 按结构分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器；
3） 按铁心结构分为壳式变压器和心式变压器；
4） 按相数分为单相变压器、三相变压器和多相变压器；
5） 按冷却方式分为干式和油浸式。
1.8.2 变压器的工作原理及结构
1.8.2.1 变压器的工作原理
1 单相变压器

变压器的工作原理图
与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组，用U1 ，I1，E1，N1表示；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组，用U2，I2，E2 ，N2表示；同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 Fm ,该磁通量称为主磁通。
变压器是变换交流电压 、 电流和阻抗的器件 ，当初级线圈中通有交流电流时 ，铁芯 （或磁芯） 中便产生交流磁通 ，使次级线圈中感应出电压（或电流 ） 。
变压器由铁芯 （ 或磁芯 ） 和线圈组成 ， 线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈，而跨于此线圈的电压称之为一次电压。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。
2 三相变压器
三相变压器是3个相同的容量单相变压器的组合.它有三个铁芯柱,每个铁芯柱都绕着同一相的2个线圈,一个是高压线圈,另一个是低压线圈.三相电是产生幅值相等、频率相等、相位互差120°电势的发电机称为三相发电机；以三相发电机作为电源，称为三相电源；以三相电源供电的电路，称为三相电路。U、V、W称为三相，相与相之间的电压是线电压，电压为380V。相与中心线之间称为相电压，电压是220V。
1) 三相组式变压器
特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。

U1

U2
u1

u2
V1

V2
v1

v2
W1

W2
w1

w2

2) 三相心式变压器
特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。

U1
U2
u1
u2
V1
V2
v1
v2
W1
W2
w1
w2

3) 三相绕组的连结方式

变压器的联接组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。Y（或y）为星形接线，D（或d）为三角形接线。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。
“D/d0,d0,d0”说明该变压器有四个绕组，即一个高压绕组，三个低压绕组，D说明变压器的高压绕组是“△”型接线，“/”后表示有三个独立的低压绕组，圴是“△”型接线，由于高低压二侧的接线均是“△”型接线，故高低压二侧的相位差为“0”，这就是“d0”中的0的含义。
同样，“D/y11,y11,y11”说明该变压器有四个绕组，即一个高压绕组，三个低压绕组，D说明变压器的高压绕组是“△”型接线，“/”后表示有三个独立的低压绕组，圴是“Y”型接线，由于高低压二侧的接线一边是“△”型接线，另一边是“Y”接线，故高低压二侧的相位差为“30”。
“Yn，d11”，其中11就是表示：当一次侧线电压相量作为分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。也就是，二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。
变压器接线方式有4种基本连接形式：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。我国只采用“Y，y”和“Y，d”。由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母n表示。
1.8.2.2 变压器的结构
电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。
1 铁心
1) 铁心的作用 是变压器的主磁路
2) 铁心的材料 0.35～0.5mm厚的硅钢片
3) 铁心形式 电力变压器主要采用心式结构
2 绕组
1) 绕组是变压器的电路部分
2) 铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。
3 油箱及其它附件
油箱、储油柜、呼吸器、冷却器、绝缘套管、分接开关、压力释放阀、气体继电器
1.8.3 变压器的主要技术参数
变压器在规定的使用环境和运行条件下，主要技术数据一般都标注在变压器的铭牌上。主要包括：额定容量、额定电压及其分接、额定频率、绕组联结组以及额定性能数据（阻抗电压、空载电流、空载损耗和负载损耗）和总重。
A、额定容量SN（kVA）：额定电压.额定电流下连续运行时,能输送的容量。同时为铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。我国现在变压器的额定容量是按照R10优先系数,即按10的开10次方的倍数来计算，50KVA，80KVA，100KVA等。
B、额定电压（kV）：变压器长时间运行时所能承受的工作电压。为适应电网电压变化的需要,变压器高压侧都有分接抽头,通过调整高压绕组匝数来调节低压侧输出电压。常用变压器额定电压等级有36V,110 V,0.4 KV,10 KV,22 KV,6 KV,35 KV,110 KV,220 KV,350 KV,200 KV,500 KV,250 KV,600 KV。
a.原边额定电压U1N：正常运行时规定加在一次侧的端电压，对于三相变压器，额定电压为线电压。
b.副边额定电压U2N：一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。
C、额定电流(A):变压器在额定容量下,允许长期通过的电流。
a.原边额定电流I1N”变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流，对于三相变压器，为原边额定线电流。
b.副边额定电流I2N:变压器额定容量下副边绕组允许长期通过的电流，对于三相变压器，为副边额定线电流。
单相变压器：
三相变压器：
D、空载损耗（kW）: 当以额定频率的额定电压施加在一个绕组的端子上，其余绕组开路时所吸取的有功功率。与铁心硅钢片性能及制造工艺、和施加的电压有关。
E、空载电流（%）: 当变压器在额定电压下二次侧空载时,一次绕组中通过的电流.一般以额定电流的百分数表示。
F、负载损耗（短路损耗）（kW）: 把变压器的二次绕组短路,在一次绕组额定分接位置上通入额定电流,此时变压器所消耗的功率。
G、阻抗电压把变压器的二次绕组短路,在一次绕组慢慢升高电压,当二次绕组的短路电流等于额定值时,此时一次侧所施加的电压。一般以额定电压的百分数表示。
a，通常，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Zk＝Rk+jXk。由于它的值除计算之外，还要通过负载试验来确定，所以习惯上又把它称为短路电压或阻抗电压。
b， 短路阻抗是变压器性能指标中很重要的项目，其出厂时的实测值与规定值之间的偏差要求很严。
H、相数和频率：三相开头以S表示，单相开头以D表示。中国国家标准频率f为50Hz。国外有60Hz的国家（如美国）。
I、温升与冷却：变压器绕组或上层油温与变压器周围环境的温度之差,称为绕组或上层油面的温升.油浸式变压器绕组温升限值为65K、油面温升为55K。冷却方式也有多种：油浸自冷、强迫风冷，水冷，管式、片式等。
J、绝缘水平：有绝缘等级标准。绝缘水平的表示方法举例如下：高压额定电压为35kV级，低压额定电压为10kV级的变压器绝缘水平表示为 LI200AC85/LI75AC35，其中LI200表示该变压器高压雷电冲击耐受电压为200kV，工频耐受电压为85kV，低压雷电冲击耐受电压为75kV，工频耐受电压为35kV.奥克斯高科技有限公司目前的油浸变压器产品的绝缘水平为LI75AC35，表示变压器高压雷电冲击耐受电压为75kV，工频耐受电压为35kV，因为低压是400V，可以不考虑。
K、联结组标号：根据变压器一.二次绕组的相位关系,把变压器绕组连接成各种不同的组合,称为绕组的联结组。为了区别不同的联结组,常采用时钟表示法,即把高压侧线电压的相量作为时钟的长针,固定在12上,低压侧线电压的相量作为时钟的短针,看短针指在哪一个数字上,就作为该联结组的标号.如Dyn11表示一次绕组是（三角形）联结，二次绕组是带有中心点的（星形）联结，组号为(11)点。
1.8.4变压器的型号
变压器的型号有：变压器绕组数+相数+冷却方式+是否强迫油循环+有载或无载调压+设计序号+“-”+容量+高压侧额定电压组成。
1.8.4.1变压器的型号和符号含义

 型号中符号排列顺序
含             义
代表符号
 内    容
类     别
1（或末数）
 线圈耦合方式
自耦降压（或自耦升压）
O
2
相    数
 单    相
D
 三    相
S

3

冷却方式
 油浸自冷
J
 干式空气自冷
 G
 干式浇注绝缘
 C
 油 浸 风 冷
F
油 浸 水 冷
 S
强迫油循环风冷
FP
强迫油循环水冷
SP
4
 线 圈 数
 双 线 圈
—
三 线 圈
S
5
 线圈导线材质
 铜
 —
 铝
L
 6
调压方式
无励磁调压
—
有载调压
Z

 加强干式
Q
干式防火
H
移 动 式
 D
 成   套
T
1.8.4.2 干式变压器极其型号含义
1) 干式变压器简介
干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路 。机械设备等变压器，在电力系统中，一般汽机变压器、锅炉变压器、除灰变压器、除尘变压器、脱硫变压器等都是干式变压器，变比为6000V/400V和10KV/400V，用于带额定电压380V的负载。简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。
2) 干式变压器分类

干式变压器分类

非包封线圈式：任何线圈都不用固体绝缘包封。
包封线圈式：有一个或几个用固体绝缘包封的线圈
半包封线圈式：有一个或几个用固体绝缘局部包封的线圈
按绝缘等级分类：
绝缘系统根据允许温升值共分为： O 、 A 、 E 、 B 、 F 、 H 、 C 七级，用于配电变压器的绝缘系统通常是 F 级和 H 级，特性如下表：
绝缘系统等级
绝缘允许温度（℃）
绝缘允许温升（℃）
F
155
100
H
180
125
C
220
150
按环境温度 2 5 ℃ 设计的干式变压器，其允许温升尚有 30 ℃ 的裕量，以确保安全。
从上表中数据分析，很明显的 H 级绝缘系统优于 F 级。若以相同的运行温度比较，则 H 级绝缘系统的温升裕量大，更安全可靠。
3) 干式变压器型号举例
SCB10－1000KVA／10KV／0.4KV:
S的意思表示此变压器为三相变压器，如果S换成D则表示此变压器为单相。
C的意思表示此变压器的绕组为树脂浇注成形固体。
B的意思是箔式绕组，如果是Ｒ则表示为缠绕式绕组，如果是L则表示为铝绕组，如果是Ｚ则表示为有载调压（铜不标）。
10的意示是设计序号，也叫技术序号。
1000KVA则表示此台变压器的额定容量（1000千伏安）。
10KV的意思是一次额定电压，0.4KV意思是二次额定电压。
1.8.4.3 电力变压器及其型号含义
1 电力变压器简介
通常我们将电压等级在 110kV 及以上的变压器称为电力变压器， 35kV 及以下的称为配电变压器。
电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。
10KV高压电网采用三相三线中性点不接地系统运行方式。用户变压器供电大都选用Yyn0结线方式的中性点直接接地系统运行方式，可实现三相四线制或五线制供电，如TN-S系统。
2 保护选择
　①、变压器一次电流=S/（1.732*10），二次电流=S/（1.732*0.4）。
　 ②、变压器一次熔断器选择=1.5～2倍变压器一次额定电流（100KVA以上变压器）。
　 ③、变压器二次开关选择=变压器二次额定电流。
　 ④、800KVA及以上变压器除应安装瓦斯继电器和保护线路，系统回路还应配置相适应的过电流和速断保护；定值整定和定期校验。
3 并行条件
应同时满足以下条件__联接组别应相同、电压比应相等(允许有±0.5％的误差)、阻抗电压应相等(允许有±10％的差别)、容量比不应大于3∶1。
三相变压器是3个相同的容量单相变压器的组合.它有三个铁芯柱,每个铁芯柱都绕着同一相的2个线圈,一个是高压线圈,另一个是低压线圈。
4 电力变压器型号
（1) 绕组藕合方式，涵义分：独立（不标）；自藕（O表示）。
（2) 相数，涵义分：单相（D）；三相（S）。
（3) 绕组外绝缘介质，涵义分：变压器油（不标）；空气（G）；气体（Ｑ）；成型固体浇注式（C）：包绕式（CR）；难燃液体（R）。
（4) 冷却装置种类，涵义分：自然循环冷却装置（不标）；风冷却器（F）；水冷却器（S）。
（5) 油循环方式，涵义：自然循环（不标）；强迫油循环（P）。
（6) 绕组数，涵义分：双绕组（不标）；三绕组（S）；双分裂绕组（F）。
（7) 调压方式，涵义分：无励磁调压（不标）；有载调压抑（Z）。
（8) 线圈导线材质，涵义分：铜（不标）；铜箔（B）；铝（L）铝箔（LB）。
（9) 铁心材质，涵义：电工钢片不标）；非晶合金（H）。
（10) 特殊用途或特殊结构，涵义分：密封式（M）；串联用（C）；起动用（Q）；防雷保护用（B）；调容用（T）；高阻抗（K）地面站牵引用（QY）；低噪音用（Z）；电缆引出（L）；隔离用（G）；电容补偿用（RB）；油田动力照明用（Y）；厂用变压器（CY）；全绝缘（J）；同步电机励磁用（LC）。
D    S    J    L Z SC SG    JMB    YD    BK(C)    DDG
D-单相 S-三相 J-油浸自冷 L-绕组为铝线 Z-有载调压  SC-三相环氧树脂浇注 SG-三相干式自冷 JMB-局部照明变压器  YD-试验用单相变压器  BF(C) -控制变压器（C为C型铁芯结构） DDG-单相干式低压大电流变压器
5 电力变压器型号举例
电力变压器后面的数字部分：斜线左边表示额定容量（千伏安）；斜线右边表示一次侧额定电压（千伏）。
例：SJL-1000/10，为三相油浸自冷式铝线、双线圈电力变压器，额定容量为1000千伏安、高压侧额定电压为10千伏。
1.8.4.4 变压器型号举例
例1:S7-315/10变压器
即三相（S）铜芯10KV变压器,容量315KVA,设计序号7为节能型.
例2：scr9-500/10，s11-m-100/10
S--三相 C--浇注成型（干式变压器） r缠绕型 9（11）--设计序号 500（100）--容量（KVA）     10--额定电压（KV）    m--密闭
型号含义： SCZ(B)9-XXXX/**   SC--三相固体成型 （环氧浇注）   Z--有载调压   B--低压箔式线圈   9--性能水平代号   XXXX--额定容量（kVA）   **--额定高压电压（按额定值填入）
例3：SFPZ9-120000/110
指的是三相（双绕组变压器省略绕组数，如果是三绕则前面还有个S）双绕组强迫油循环风冷有载调压，设计序号为9，容量为120000KVA，高压侧额定电压为110KV的变压器。
例4： SCB9-2000/10
SC----三相固体成型(环氧浇注)
B-----低压箔式线圈
9-----性能水平代号
2000--额定容量
10----额定高压电压
例5：SCB9-2000/0.4~0.23 Dyn11　
此为干式变压器的型号表示 :S是代表三相；C代表环氧树脂浇注绝缘；B配电变压器；2000是容量KVA ；0.4-0.23KV低压侧额定线电压、额定相电压； Dyn11:接线方式表示的是一次侧三相三角形接线，低压侧星形接线，低压侧线电压为11点，即：低压侧线电压超前高压侧线电压30度。
1.8.5 变压器的图形符号及文字符号
变压器的文字符号为TP,图形符号如下图:

二绕组变压器，常用6-10KV/380-220V
三绕组变压器，常用35-66KV/6KV、10KV
1.8.6 变压器选型
1．8．6．1. 变电所主变压器台数的选择
选择主变压器台数时应考虑下列原则： 
a) 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。 对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器， 但必须在低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。
b) 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。季节性负荷容量较大时，宜装设专用变压器。如大型民用S4270D27-29 27 2005.7.29, 3:24 AM建筑中的空调冷冻机负荷、采暖用电热负荷等。
c) 集中负荷较大时，宜装设专用变压器。如大型加热设备、大型X 光机、电弧炼炉等。
d) 当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。一般情况下，动力与照明共用变压器。
1．8．6．2. 变电所主变压器容量的选择
1) 只装一台主变压器的变电所　
　　主变压器容量ST应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要， 即

2) 装有两台主变压器的变电所
　　每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 
（1） 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60％～70％的需要，即

（2） 任一台变压器单独运行时， 应满足全部一、 二级负荷S30(Ⅰ+Ⅱ)的需要，即

（3） 车间变电所主变压器单台容量的选择
车间变电所主变压器的单台容量，一方面受到低压断路器断流能力和短路稳定度的限制，另一方面考虑到应使变压器更接近于车间负荷中心，因此容量一般不宜大于1250kVA。
1．8．6．3 变压器类型的选择
1) 各类变压器性能比较
2) 按环境条件选择变压器
3) 变压器绕组连接组别的选择 三相变压器的绕组连接方法，应根据中性点是否引出和中性点的负载要求及其它变压器并联运行等来选择。常用的绕组连接方法分为星形、三角形及曲折形（Z形）。
4) 变压器调压方式的选择
一般情况下应采用无载手动调压的变压器。
在电压偏差不能满足要求时，35KV降压变电所的主变压器应采用有载调压变压器。10（6）KV配电变压器不宜采用有载调压变压器，但在当地10（6）KV电源电压偏差不能满足要求，且用电单位有对电压要求严格的设备，单独设置调压装置在技术经济上不合理时，也可采用10（6）KV有载调压变压器。
5) 按并行运行条件选择变压器
两台或多台变压器的变电所，各台变压器通常采取分列运行方式。如需采取变压器并列运行方式时，必须满足下表变电所变压器并行运行条件。
6) 变压器阻抗电压（）的选择
（1) 应满足系统电压偏差和电压波动的要求；
（2) 对容量较大的变压器（如1600KVA及以上），应满足限制低压系统短路电流的要求。