什么是變壓器

分類：技術(shù)中心 1796人瀏覽 2020-09-17

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變壓器 （利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置）變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。

變壓器按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、抗干擾變壓器、防雷變壓器、箱式變電器試驗變壓器、轉(zhuǎn)角變壓器、大電流變壓器、勵磁變壓器等。

變壓器的原理
變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗、安全隔離等。在發(fā)電機中，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢。此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)變換電壓、電流和阻抗的器件。

變壓器的組成
變壓器組成部件包括器身（鐵芯、繞組、絕緣、引線）、變壓器油、油箱和冷卻裝置、調(diào)壓裝置、保護裝置（吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等）和出線套管。具體組成及功能：

（1）鐵芯。鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為0.35mm、0.3Mm、0.27mm，表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用。

（2）繞組。繞組是變壓器的電路部分，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓U1時，流過電流I1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通O1，這些磁通稱為主磁通，在它的作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢，最后帶動變壓器調(diào)控裝置。

變壓器的材料
鑒于變壓器在電力系統(tǒng)中的調(diào)控作用，技術(shù)人員必須選用合適的變壓器完成安裝操作，這樣才能發(fā)揮正常的作用。繞制材料是變壓器安裝需注意的首要問題，不同材質(zhì)的裝置所發(fā)揮的作用是不一樣的。對于繞制變壓器，因裝置結(jié)構(gòu)特殊，安裝選用了漆包線、紗包線、絲包線、紙包線等材料配合，能夠發(fā)揮出良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，優(yōu)越的抗腐蝕性也增強了電路的穩(wěn)定性。從現(xiàn)有的變壓器產(chǎn)品來看，變壓器安裝中繞制材料一般包括：鐵芯材料、絕緣材料、浸漬材料等，安裝人員必須結(jié)合實際情況選用。

（1）鐵芯材料。變壓器是借助于電磁感應(yīng)原理完成電流值、電壓值的調(diào)控，而貼心是變壓器的核心構(gòu)件，其材質(zhì)狀況決定了變壓器的調(diào)節(jié)功能。鐵芯材料最好選擇在鐵片中加入硅，以此減小低鋼片的導(dǎo)電導(dǎo)熱作用，避免裝置運行后能耗增多。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定硅鋼片的磁通密度需控制在有效范圍，如：黑鐵片的磁通密度在7000、低硅片在10000等，安裝現(xiàn)場可結(jié)合實際情況選用。

（2）絕緣材料。近年來變壓器安裝操作的意外事故發(fā)生率不斷提升，考慮到變壓器安裝過程中的安全問題，現(xiàn) 場人員需注重絕緣材料的選用，以保護系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運行。目前，許多變壓器已經(jīng)配備了絕緣構(gòu)件，如：墊圈、絕緣器具等，但由于人為操作不當(dāng)依舊存在安全風(fēng)險。變壓器安裝需從線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離等方面增強其絕緣性能。

（3）浸漬材料。浸漬處理是對繞制材料加工的最后工序，主要目的是改善材料的機械性能、電力性能、絕緣性能，避免后期使用發(fā)生各種按照事故。選用繞制材料之后，安裝人員要對浸漬材料涂刷油漆，在材料表面設(shè)置一道絕緣層。比較常用的漆材是甲酚清漆，經(jīng)過涂刷處理后可發(fā)揮出較好的安全作用，延長了變壓器設(shè)備的使用壽命。

變壓器的分類
（1）電力變壓器
目前，已在系統(tǒng)運行的代表性產(chǎn)品包括：1150KV、1200MV·A，735～765KV、800MV·A、400～500KV、3相750MV·A或單相550MV·A，220KV、3相1300MV·A電力變壓器；直流輸電±500KV、400MV·A換流變壓器。電力變壓器主要為油浸式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為芯式和殼式兩類。芯式生產(chǎn)量占95%，殼式只占5%。芯式與殼式相互間并無壓倒性的優(yōu)點，只是芯式工藝相對簡單，因而被大多數(shù)企業(yè)采用；而殼式結(jié)構(gòu)與工藝都要更為復(fù)雜，只有傳統(tǒng)性工廠采用。殼式特別適用于高電壓、大容量，其絕緣、機械及散熱都有優(yōu)點且適宜山區(qū)水電站的運輸。

（2）配電變壓器
國外配電變壓器容量能達到2500KV·A，有圓形與橢圓形鐵心形式。圓形的占絕大多數(shù)，橢圓形的由于M0（鐵心柱的間距）小，因而用料可以減少，其對應(yīng)線圈為橢圓形。低壓線圈有線繞式與箔式，油箱有帶散熱管的（少數(shù)）與波紋式的（大多數(shù)）。

（3）干式變壓器
近來來，干式變壓器在國內(nèi)得到迅猛發(fā)展，在京、滬和深等大城市，干變已經(jīng)占到50%，而在其他大中城市也已經(jīng)占到20%。干變有四種結(jié)構(gòu)：環(huán)氧樹脂澆注、加填料澆注、繞包和浸漬式。目前，歐美廣泛采用開敞通風(fēng)式H級干式變壓器，是在浸漬式基礎(chǔ)上吸取了繞包式結(jié)構(gòu)的特點并采用Nomex紙后發(fā)展起來的新型H級干變，由于售價高，在我國尚未推廣。目前，國內(nèi)通過短路試驗容量最大的干式配電變壓器是2500KV·A、10/0.4KV；通過短路試驗容量最大的干式電力變壓器是16000KV·A、35/10KV。

（4）非晶合金變壓器
非晶合金變壓器雖然抗短路性能差，噪聲大，但是節(jié)能，因此未來發(fā)展前景可觀。目前，中國最大的非晶合金變壓器鐵心生產(chǎn)企業(yè)具有3000～4000t的鐵心年產(chǎn)能力，鐵心及變壓器的生產(chǎn)技術(shù)并不是制約推廣非晶合鐵心金變壓器的關(guān)鍵性因素，非晶合金帶材的突破才能促成產(chǎn)品質(zhì)的飛躍。

（5）卷鐵心變壓器
目前，卷鐵心變壓器的生產(chǎn)主要集中在10KV級，容量一般小于800KV·A，也試制了1600KV·A，但電力部門采購以315KV·A以下容量的居多，適合用于農(nóng)網(wǎng)。中國現(xiàn)有卷鐵心變壓器生產(chǎn)廠200多家，有一定規(guī)模的占20%。中國強卷鐵心變壓器生產(chǎn)能力約為1600萬KV·A，但實際產(chǎn)量較低。

變壓器制造技術(shù)
（1）鐵心制造技術(shù)
企業(yè)主要是通過改善自己的剪切設(shè)備來改進鐵心的生產(chǎn)技術(shù)，目前鐵心制造技術(shù)有以下變化：①鐵心柱采用嵌下軛工藝。與常規(guī)工藝相比可節(jié)省大量的心柱疊裝時間，提高鐵心疊裝質(zhì)量，該工藝適用于配電變壓器鐵心的自動化生產(chǎn)。②多級接縫鐵心的應(yīng)用。近年來，設(shè)計上為降低鐵心接縫處的空載損耗，逐漸將傳統(tǒng)的單一接縫改為多級接縫。變壓器企業(yè)多采取局部階梯接縫的做法，不僅能降低變壓器空載損耗15%以上，而且能降低噪聲3%～4%。③鐵心片加工技術(shù)。20世紀(jì)70年代初，中國各變壓器生產(chǎn)企業(yè)均采用國產(chǎn)硅鋼片縱剪線和多剪床組成的簡易硅鋼片橫剪線。

（2）繞組制造技術(shù)
20世紀(jì)90年代制造了繞組組裝工藝。目前，這項工藝也逐漸為各變壓器廠家青睞，并得以迅速推廣。

（3）絕緣加工技術(shù)
20世紀(jì)80年代，隨著產(chǎn)品電壓等級容量的提高和試驗項目的增加，絕緣加工逐漸從金屬加工中分離出來。現(xiàn)有龍門數(shù)控加工中心實現(xiàn)了絕緣加工的全自動化。

（4）絕緣干燥和油處理技術(shù)
油浸式變壓器采用的是油紙絕緣結(jié)構(gòu)。其核心工藝是絕緣材料的干燥處理，以及變壓器的真空脫水。氣相干燥：20世紀(jì)80年代中期，中國變壓器廠率先從瑞士引進氣相干燥設(shè)備。近年來又開發(fā)出內(nèi)置式煤油蒸發(fā)器新產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的外置式蒸發(fā)器相比，兩者各有利弊。變壓器油處理：進入20世紀(jì)80年代，隨著歐美先進油過濾設(shè)備的引進，中國油凈化技術(shù)得到了長足發(fā)展。企業(yè)大多采用了先進的真空噴霧凈油法，它的去雜質(zhì)和脫水效果顯著。

（5）節(jié)能技術(shù)
就變壓器節(jié)能技術(shù)的發(fā)展歷程看，變壓器歷經(jīng)了S6、S7、S9和S11等幾個系列的替代過程，目前S9 型節(jié)能產(chǎn)品成為市場主流，而S11節(jié)能型產(chǎn)品的市場規(guī)模正在增長。在推廣S11的過程中，S11的銷售價格比 S9的平均高出14.2%，所以價格仍是影響S11變壓器普及推廣的主要因素。目前，新S9產(chǎn)品雖已占據(jù)大部分市場，但隨著經(jīng)濟的發(fā)展，用戶（特別是農(nóng)網(wǎng)，變壓器負(fù)荷率較低的用戶）對S11型產(chǎn)品的需求逐步增長。S11型疊鐵心變壓器是在新S9成熟的技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的，在保持產(chǎn)品可靠性的前提下，其性能指標(biāo)有了較大提高。與傳統(tǒng)的疊片式變壓器相比，S11卷鐵心配電變壓器具有節(jié)約原材料、節(jié)能、改善供電品質(zhì)、噪聲低和機械化程度高等特點。

變壓器的故障原因
（1）電路故障
對于變壓器的電路故障問題主要是指變壓器的出口出現(xiàn)短路，以及在變壓器內(nèi)部出現(xiàn)引線或繞組間的對地短路，以及因相與相間出現(xiàn)的短路問題進而引發(fā)故障的出現(xiàn)。其實，這類故障在實際的電力變壓器的諸多故障問題中是十分常見的問題，并且該故障的實際案例也很多。對于變壓器在低壓出口出現(xiàn)短路的問題，為了解決該問題一般對故障處更換繞組，故障嚴(yán)重時可能需要對所有的繞組進行必要的更換，這樣才能盡可能地降低故障發(fā)生的概率，極大地降低因電力故障引發(fā)的嚴(yán)重的經(jīng)濟和人身財產(chǎn)損失，所以，對此有必要給予極大地重視。

（2）繞組的故障問題
把繞組故障可以細(xì)致地劃分為以下幾個類型：接頭的焊接處極其容易出現(xiàn)開裂問題、相與相間短路問題、匝向出現(xiàn)短路、繞組的接地故障等。分析總結(jié)以上故障出現(xiàn)的原因可以總結(jié)：變壓器的絕緣問題出現(xiàn)了問題；繞組處有雜物進去，老化的絕緣體；變壓器的工作力度不足；因變形導(dǎo)致繞組出現(xiàn)問題：繞組受到水汽影響；變壓器的溫度高。 [3]

（3）變壓器滲油故障
變壓器滲油故障在整個電力變壓器的故障中是最為常見的一個故障。變壓器滲油故障又可以解釋為電力變壓器滲油會導(dǎo)致后續(xù)一些問題，諸如本身對空氣產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，還可能造成大量的的資源浪費，這樣會大大增加了企業(yè)的運行成本，進而增加了企業(yè)的經(jīng)濟壓力和市場阻力。該問題作為一個安全隱患，會極大地影響電力變壓器的安全穩(wěn)定運作，嚴(yán)重時可能造成機器設(shè)備的不能運行。還要注意的是該故障還會對電力企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響，對為用電的客戶提供安全科學(xué)的服務(wù)產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。 [3]

（4）接頭處溫度、多高故障
接頭處溫度、多高故障中的接頭指的是變壓器的載流接頭。在整個變壓器的設(shè)計中變壓器的載流接頭一直都承擔(dān)著極為重要的責(zé)任，分析總結(jié)了電力事故可以得出：變壓器的載流接頭的不穩(wěn)定連接，使得接頭處溫度快速升高，甚至已經(jīng)超過了接頭的著火點，導(dǎo)致接頭出現(xiàn)燒斷的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電力變壓器的安全穩(wěn)定運行。這些問題都給電力企業(yè)在以后得安全供電工作敲響了警鐘。為了有效減少這類安全事故的出現(xiàn)，避免因接頭處溫度過高引發(fā)的安全用電事故，這需要電力檢測維修工人在平時的檢測維修工作中，注意觀察變壓器的載流接頭的溫度變化，保證接頭的溫度在正常的數(shù)值范圍內(nèi)變化，這樣才能有效保證電力變電器的安全穩(wěn)定運行。

變壓器故障檢測技術(shù)
（1）在線監(jiān)測技術(shù)
在線監(jiān)測技術(shù)主要使用的是振動分析法和局部放電檢測法等兩種。一是振動分析法。該分析方法指的是變壓器運行時，要監(jiān)測變壓器的振動信號的強弱，并且分析總結(jié)出現(xiàn)這樣監(jiān)測結(jié)果的原因，進而可以對變壓器的運行狀態(tài)進行實時的檢測，有利于及時發(fā)現(xiàn)故障問題，在小故障釀成大故障前，便得到解決。二是局部放電檢測法。該檢測方法指的是變壓器在運行過程中的機械內(nèi)部出現(xiàn)故障，進而引發(fā)了局部的放電現(xiàn)象，這樣會影響放電的水平和放電的速度。所以有必要針對變壓器的局部放電情況，加強日常地有效地判斷，檢測變壓器安全隱患是否存在，并對這些問題進行有針對性地解決，來確保機械的安全穩(wěn)定運行。

（2）氣相色譜儀技術(shù)
氣相色譜儀技術(shù)主要用于分析混合氣體中內(nèi)部組成部分。該檢測技術(shù)的優(yōu)點主要有效以下幾點：效率高，使用便捷、操作便利等許多方面，這些優(yōu)勢促進了該技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用，并在各種電氣設(shè)備的檢測的領(lǐng)域得到了廣泛面的應(yīng)用。其中，對于高分子膜技術(shù)便有效利用了該項技術(shù)，有效快速分解油氣，并在高分子聚合物的作用下并在變壓器的影響下將油溶解，這樣可以有效提高測定電壓器的故障氣體和油中氣體的濃度。多數(shù)情況下，當(dāng)變電器出現(xiàn)故障時，可能會散發(fā)出氫氣氣體的味道，利用這一化學(xué)特性可以更好地檢測氣體的含量，并有效地檢測變壓器故障氣體中的氫氣。另外，使用該變壓器進行檢測多種氣體，這樣大大提高了變壓器故障氣體的擴散速度，有利于正常運行的狀態(tài)能及時得到恢復(fù)。

（3）感器列陣技術(shù)
對于感器列陣技術(shù)而言，在變壓器故障檢測技術(shù)中該技術(shù)也起到了十分重要的作用。為此，電力檢測維修工作人員需要熟練地掌握該項技術(shù)，并將該項技術(shù)科學(xué)合理地運用到檢測故障的工作，可以有效提高變壓器的安全運行指數(shù)，使得運行的狀態(tài)不受到外界干擾。并且由于這項傳感器具有以下的優(yōu)點：選擇性高、敏感度高等優(yōu)點，使用傳感器進行在線檢測，進而提高檢測故障氣體的濃度的速度，有利于含量的檢測，可見不但可以提高檢測的速度，而且還可以提升變壓器故障檢測技術(shù)水平，降低變壓器的檢測故障的出現(xiàn)的幾率。

（4）紅外光譜技術(shù)
紅外光譜技術(shù)又稱之為紅外光譜在線檢測技術(shù)，該技術(shù)具有檢測速度快、準(zhǔn)確度高、敏銳度高、維修量少等優(yōu)點，該技術(shù)也在變壓器故障檢測技術(shù)扮演著重要的角色，有助于變壓器故障產(chǎn)生氣體的含量檢測。在實際的檢測工作中以及在具體的使用過程中，可以有效地利用紅外氣體分析儀器和雙關(guān)路薄膜電容檢測儀器，進行定量地分析。 [3]

變壓器節(jié)能措施
（1）選用優(yōu)質(zhì)材料制造變壓器
變壓器是通過電磁感應(yīng)來改變網(wǎng)路電壓的，主要材料是硅鋼片和電磁線。這兩種材料質(zhì)地的優(yōu)劣，直接影響變壓器的損耗特性。由運行中變壓器鐵心形成的損耗通稱空載損耗，損耗值是恒定的，與變壓器的負(fù)載率無大關(guān)系，也是不可避免的。但導(dǎo)磁材料的優(yōu)劣，可以改變其損耗的大小。第一代節(jié)能變壓器就選用了優(yōu)質(zhì)的Q11、 Q10冷軋晶粒取向硅鋼片，淘汰熱軋的D44等硅鋼片，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進使空載扭耗降低40%。

（2）優(yōu)化設(shè)計和改進工藝
從結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝入手改善變壓器的損耗特征，是制造廠的主要研究課題。電子計算機應(yīng)用于變壓器設(shè)計，為設(shè)計工作開拓了廣闊的前景，可在理想的銅（電磁線）鐵（硅鋼片）比例下，以損耗最低和銅鐵耗量最少為設(shè)計目標(biāo)。使優(yōu)質(zhì)材料和優(yōu)化設(shè)計的曲線相交于一點，從而獲得最佳效果。鐵心結(jié)構(gòu)由原來的直接縫改為半直半斜和全斜接縫，則是結(jié)構(gòu)設(shè)計的突破性改進，可使晶粒取向硅鋼片（即目前廣泛應(yīng)用的Q10、Q11）在鐵心接縫區(qū)的導(dǎo)磁方向得到緩和，降低了空載損耗。

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