变压器的原理和主要结构

（一）变压器的基本工作原理和分类

变压器的工作原理基于电磁感应原理，变压器也是以磁场为媒介的。两个或两个以上互相绝缘的线圈套在一个共同的铁心上，它们之间有磁的耦合，但没有电的直接联系。通常两个线圈中一个接到交流电源，称一次侧线圈，旧称原边线圈；另一个接到负载，称为二次侧线圈，旧称副边线圈（如果是三线圈变压器会有两个二次侧线圈）。当一次侧线圈接到交流电源时，在外施电压作用下，原线圈中有交流电流流过，并在铁心中产生交变磁通，其频率和外施电压的频率一样。这个交变磁通同时交链一次侧、二次侧线圈，根据电磁感应定律，便在一次侧、二次侧线圈内感应出电动势，二次侧线圈感应出电动势便可向负载供电，这样就实现了能量传递。变压器两侧电压之比决定于两侧线圈匝数之比，只要改变两侧线圈的匝数，便可达到改变电压的目的。这就是变压器利用电磁感应作用，把一种电压的交流电能转换成频率相同的另一种电压的交流电能的基本工作原理。因此利用变压器可以实现经济地输送电能、方便地分配电能、安全地应用电能。

变压器按用途可分为电力变压器（电力变压器又分为升压变压器、降压变压器、配电变压器等）、特种变压器（特种变压器又可分电炉变压器、整流变压器、矿用变压器等）、控制仪用互感器、试验用高压试验变压器和调压器等。

变压器按线圈数目多少可分为两线圈、三线圈和多线圈变压器及自耦变压器；按相数又可分为单相、三相变压器等。

用途最广的是降压、三相电力变压器，小容量（几百千伏安至几千千伏安）的电力变压器采用两线圈形式，目前厂矿最常用的就是10kV/0.4kV的降压，电力电源变压器。较大容量变压器即变电站主变压器采用三线圈的较多。

（二）变压器的主要参数

变压器的主要参数包括：

1）额定容量：指变压器的额定视在功率，以伏安、千伏安或兆伏安为单位，由于变压器效率高，通常把变压器两侧的额定容量设计得相等。

2）额定电压包括额定一次、二次侧电压，以伏或千伏为单位，按规定，二次侧额定电压是当变压器一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。对三相变压器，额定电压是指线电压。

3）额定电流是指变压器的一、二次侧线电流。

此外，变压器的铭牌上还标有变压器的阻抗电压、接线方式、分接开关挡位及电压、相数、接线图等。

（三）变压器的主要结构

变压器由于其形式、容量、电压等级和线圈数的不同，他们的外形和附件也有一定的差异，但其主要部件都大同小异。变压器的结构主要由铁心、线圈、油箱、绝缘套管、冷却装置、控制保护装置等部件组成。铁心和线圈是变压器进行电磁感应的基本部分，称为器身。油箱起机械支撑、冷却散热和保护作用。油箱内充满变压器油，油起冷却、绝缘、灭弧作用。套管主要起绝缘作用。下面将主要部件做一简单介绍。

1.铁心

铁心是变压器的磁路部分，分为铁心柱和铁轭两部分，通常用表面涂绝缘漆的硅钢片制成。铁心柱上套有线圈。铁轭将铁心柱连接起来，形成闭环回路。铁心既是变压器的磁路，也是器身的骨架。为了防止变压器运行时因静电感应在铁心及其他金属构件上产生电动势，造成对地放电，除夹紧装置外，铁心和其他金属构件都要可靠地接地。但铁心上只允许有一点接地。如果有两点及以上的接地点，则接地点之间就可能形成闭合回路，产生环流，发生局部过热现象。

2.线圈

线圈是变压器的电路部分。线圈置于铁心柱之外，当铁心柱内的磁通交变时便产生感应电动势。线圈是用具有高强度绝缘纸包的铜线绕成的。配电变压器的线圈多为圆筒形，按同心式方式排列。低压线圈靠近铁心柱，高压线圈套在低压线圈的外面。高、低压线圈之间以及低压线圈与铁心柱之间都用绝缘套筒绝缘。为了便于散热，在线圈之间还留有油道。为了调压，常常在高压线圈上抽若干个分接头，从线圈上端引出。(www.xing528.com)

3.套管

变压器的引出线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管，以使带电的引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是瓷质的，它的结构取决于电压等级。1kV以下的采用实心瓷套管，10～35kV采用空心充气或充油式套管。110kV以上时采用电容式套管。为了增加表面放电距离，套管外形做出多级伞形，电压越高级数越多。在比较恶劣的环境下使用的套管还可涂防污闪涂料。

4.油箱与冷却装置

油箱是变压器的外壳，由钢板焊成。在油箱内盛装器身（包括铁心和线圈）和变压器油。为了加强冷却，一般在油箱四周装有散热器，以扩大变压器的散热面积。20kVA及以下变压器的油箱，一般不装散热片。油箱内的变压器油起着绝缘和散热作用。在变压器运行中铁心和线圈产生热量，使油加热，密度减小，升至油箱上部并进入散热器的上部；在散热管中散热冷却后，油温下降，密度增加，进入油箱下部，形成油的自然循环，不断地把线圈和铁心产生的热量带走。容量较大的变压器在散热器下部装有冷却风扇，对散热器上部进行风冷，以加快散热器上部油的冷却，可使油的自然循环速度加快，更有效地把热量散发到空气中去。

5.保护装置

（1）储油柜 油枕在油箱的顶端，其容积为油箱容积的8%～10%，储油柜和油箱之间有油管连通。储油柜的作用是：减少油和空气的接触，减少变压器油受潮和氧化的机会；变压器油的体积随温度变化而膨胀或缩小时，储油柜起着储油和补油的作用，使油面的升降限在储油柜内。储油柜装有呼吸器，使储油柜上部空间和大气相通。油枕的侧面装有油标，指示变压器在运行时油量是否充足，同时也能判别油色是否正常。

（2）压力释放阀 变压器的压力释放阀是用来保护油浸电气设备的装置。在变压器油箱内部发生故障时，油箱内的油被分解、汽化，产生大量气体，油箱内压力急剧升高，此压力如不及时释放，将造成变压器油箱变形、甚至爆裂。当变压器在油箱内部发生故障、压力升高至压力释放阀的开启压力时，变压器压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低。当压力降到关闭压力值时，压力释放阀便可靠地关闭，使变压器油箱内永远保持正压，有效地防止外部空气、水分及其他杂项进入油箱。顶部的防爆膜为一定厚度的玻璃或酚醛纸板。当变压器内部发生严重故障时，箱内油的压力骤增，可以冲破顶部的玻璃或酚醛纸板，使油和气体向外喷出，以防止油箱破裂。

（3）温度计 温度计安装在油箱上盖的测温筒内，用来测量油箱内上层油温，监视变压器运行温度，保证变压器的安全运行。35kV电压等级的变压器，常用的是信号温度计和水银温度计。在容量较大的变压器上装有信号温度计，测温管固定在油箱顶盖上的一个口套筒内，套筒内注满绝缘油。表盘内的气压弹簧管内灌注氯甲烷。当油温发生变化时，氯甲烷液体的饱和蒸汽压力也随之改变，导致表计的指针偏转，指示出相应的温度。在指针的轴上固定一个接触板，它沿着两个带有触头的扇形片滑动，两个扇形片分别接在黄色和红色的示位指针上。

当温度上升到示位指针所整定的数值时，两对触头分别导通发出信号，告知值班人员或者起动冷却系统的自动控制装置，进行降温处理。

（4）气体继电器 气体继电器（俗称瓦斯继电器）是油浸变压器及油浸式有载分接开关所用的一种保护装置，装在油箱或油枕的连管中间，在变压器内部发生故障而使油分解产生气体或造成油流冲动时，使气体继电器的接点动作，以接通制定的控制回路，并及时发出信号或自动切除变压器。

在一般情况下，当变压器检修补充油后有时会有气体产生，轻瓦斯保护动作发出信号。此时需要检查放气。当变压器内部发生严重故障时，重瓦斯保护动作接通断路器的跳闸回路，切除电源。另外，利用气体继电器还可以观察故障时分解出的气体颜色及数量，以分析判断变压器内部故障的情况。

（5）呼吸器 它的作用是使大气与储油器内连通，并排除进入储油器内的空气中的水分及杂质。呼吸器下端有一个油封装置，使空气不能直接进入储油器内，以减少变压器油的受潮和氧化。吸湿器内装有硅胶，用以吸收进入储油器中空气的潮气。当硅胶吸潮后颜色由蓝（或白）色变为淡红色，此时表明硅胶已失去吸潮能力，需及时更换新硅胶。

（6）调压装置 变压器的调压一般是通过分接开关来实现的。调整分接开关挡位可改变线圈匝数，达到调压的目的。调压方式分为无载调压和有载调压两类。

无载调压是在变压器一、二次侧都脱离电源的情况下，变换高压侧分接头来改变其线圈匝数进行调压的。6～10kV双线圈电力变压器多用高压三相中性点调压方式，电压的调节范围为额定电压的±5%。一般小型电力变压器都采用无载开关。

当一次侧电压偏高时，可将分接开关换接到+5%的分接头（Ⅰ挡），当一次侧电压偏低时，可将分接开关换接到-5%的分接头（Ⅲ挡），当一次侧电压接近额定电压时，分接开关接到额定挡位（Ⅱ挡），二次侧均也可获得额定电压值。应该注意的是，在调挡前后，应在引线处进行直流电阻测量并进行比较，调整前后的直流电阻不应有变化。

有载调压利用有载分接开关，在保证不切断负载电流的情况下，变换高压线圈分接头，来改变其匝数进行调压。有载调压变压器的抽头较多，调压范围较广。有载调压还有利于提高供电质量，还可用于网络之间负载分配的合理调整。一般变电站的主变压器上都采用有载开关。