变压器的相关知识

变压器基础知识有哪些~

　　变压器基础知识有：定义、构造、原理、分类及应用等。
　　变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。电路符号常用T当作编号的开头。
　　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。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成。
　　变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器，铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。
　　主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。

变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件。具有变压 变流 变阻抗和隔离的作用。
一、变压器的基本原理
当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。

二、变压器的损耗
当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。
由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。

三、变压器的材料
要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。
1、铁心材料：
变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000，
2、绕制变压器通常用的材料有
漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。
3、绝缘材料
在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。
4、浸渍材料：
变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。


还有这个：
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、分类
按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。
按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。
按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。

二、电源变压器的特性参数
1、工作频率
变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。
2、额定功率
在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。
3、额定电压
指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。
4、电压比
指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。
5、空载电流
变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
6、空载损耗
指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。
7、效率
指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。
8、绝缘电阻
表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

三、音频变压器和高频变压器特性参数
1、频率响应
指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。
2、通频带
如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。
3、初、次级阻抗比
变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下，变压器工作在最佳状态，传输效率最高。

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。
用于国内变压器的高压绕组一般联成Y接法，中压绕组与低压绕组的接法要视系统情况而决定。所谓系统情况就是指高压输电系统的电压相量与中压或低压输电系统的电压相量间关系。如低压系配电系统，则可根据标准规定决定。
　　高压绕组常联成Y接法是由于相电压可等于线电压的57.7％，每匝电压可低些。
　　1.国内的500、330、220与110kV的输电系统的电压相量都是同相位的，所以，对下列电压比的三相三绕组或三相自耦变压器，高压与中压绕组都要用星形接法。当三相三铁心柱铁心结构时，低压绕组也可采用星形接法或角形接法，它决定于低压输电系统的电压相量是与中压及高压输电系统电压相量为同相位或滞后30°电气角。
　　500/220/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
　　220/110/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
　　330/220/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
　　330/110/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
　　2.国内60与35kV的输电系统电压有二种不同相位角。
　　如220/60kV变压器采用YNd11接法，与220/69/10kV变压器用YN，yn0，d11接法，这二个60kV输电系统相差30°电气角。
　　当220/110/35kV变压器采用YN，yn0，d11接法，110/35/10kV变压器采用YN，yn0，d11接法，以上两个35kV输电系统电压相量也差30°电气角。
　　所以，决定60与35kV级绕组的接法时要慎重，接法必须符合输电系统电压相量的要求。根据电压相量的相对关系决定60与35kV级绕组的接法。否则，即使容量对，电压比也对，变压器也无法使用，接法不对，变压器无法与输电系统并网。
　　3.国内10、6、3与0.4kV输电与配电系统相量也有两种相位。在上海地区，有一种10kV与110kV输电系统电压相量差60°电气角，此时可采用110/35/10kV电压比与YN，yn0，y10接法的三相三绕组电力变压器，但限用三相三铁心柱式铁心。

容量是根据额定电压和电流确定的
一般情况下容量指的是视在功率S，功率指的是有功功率P，变压器还有无功功率Q
三者关系是：S*S=P*P+Q*Q
容量范围没法用一般来表达,它是根据需要设计的

一、变压器的故障　　
1.内部故障　　
变压器内故障主要包括绕组相间短路、绕组匝间短路及中性点接地系统绕组地接地短路等。这些故障危害很大，因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧毁绕组绝缘盒铁芯，还会使绝缘材料和变压器油分解而产生大量气体，有可能使变压器油箱局部变形、破裂，甚至发生油箱爆炸事故。因此，当变压器发生内部故障时，必须迅速将变压器切除。　　
2. 外部故障　　变压器外部故障主要是变压器套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。发生这类故障时，也应迅速切除变压器，以尽量减少短路电流对变压器地冲击。　　二、变压器不正常工作状态　　
变压器不正常工作状态主要变现为：　　
（1） 外部短路引起的电流。　　
（2） 过负荷。　　
（3） 油箱漏油造成的油面降低。　　
（4） 变压器中性点电压升高或外部电压过高或频率降低等引起的过励磁。　　
三、变压器应装设的保护装置　　
（1） 反映变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。　　
（2） 反映变压器绕组和引出线相间短路、中性点直接接地系统绕组和引出线的单相接地短路的纵差保护或电流速断保护。　　
（3） 反映变压器外部相间短路并作为瓦斯保护盒差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护（或复合电压起动的过电流保护或负序过电流保护）。　　
（4） 反映中性点直接接地系统中变压器外部、内部接地短路的零序电流保护。　　
（5） 反映变压器对称过负荷的过负荷保护。　　
（6） 反映变压器过励磁的保护。　　
变压器的主保护　
　一、 瓦斯保护　　
（一）瓦斯保护的基本工作原理　　
反映故障时气体数量和油流速度的保护称为瓦斯保护。当变压器内部故障时，故障点局部高温使变压器油温升高，体积膨胀，油内空气被排出而形成上升气体。若故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向储油柜。故障程度越严重，产生气体越多，流向储油柜的油流速度越快。由于气体数量和油流速度能直接反映变压器故障性质和严重程度，股产生少量气体和气流速度较小时，轻瓦斯动作于信号；故障严重，油流速度高时，重瓦斯保护瞬时作用于跳闸。　　
气体继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它是安装在油箱与储油柜的联管中部，这样油箱内部气体必须通过气体继电器才能流向储油柜。为了使气体顺利地流向储油柜，老式变压器要求油箱与联管都要有一定倾斜度，其中油箱要求有1%-1.5%，联管要求有2%-4%的倾斜度。新型的变压器在容易聚集气体的地方（如套管升高座）装有集气分管，各集气分管都接入集气总管，然后将集气总管接到气体继电器前端的联管上。这样，只要集气管和联管有一定倾斜度，气体就能流入储油柜，所以油箱就没有倾斜度方面的要求了。　　
目前，国内采用开口杯挡板式气体继电器，其工作原理如下：　　
（1） 正常工作时，开口杯中充满了油，由于开口杯自身重力产生的力矩小于平衡锤产生的力矩，所以开口杯向上顶，干簧触点断开。　　
（2） 当变压器油箱内部发生轻微故障时，少量气体将聚集在继电器的顶部，使继电器内的油面下降，开口杯露出油面，由于开口杯自身重量加上杯内的油重量所产生的力矩大于平衡锤产生的力矩，因此开口杯向下转动，当固定在开口杯上的磁铁随开口杯下降到接近干簧触点时，该触点闭合发出轻瓦斯动作信号。　　
（3） 当油箱内部发生严重故障时，就会产生大量的气体并伴随着油流冲击挡板，当油流速度达到继电器的整定值时，挡板被冲到一定的位置，固定在挡板上的磁铁就接近于干簧触点，使该触点闭合，该触点闭合动作于断路器跳闸。　　
（二）瓦斯保护的整定　　　 　
1. 轻瓦斯保护的整定　　
轻瓦斯动作值的大小用气体容量大小表示。一般轻瓦斯保护的气体容积范围为20　-300cm　3；气体容量的调整可通过改变重锤的力臂长度来实现。　　
2. 重瓦斯保护的整定　　重瓦斯保护动作值的大小用油流速度大小来表示。对油流的一般要求：自冷式变压器为0.8　-1.0m　/s，强油循环变压器为1.0　-1.2m　/s，120MVA以上的变压器为1.2　-1.3m　/s.　　
（三） 瓦斯保护的优缺点　　
瓦斯保护的主要优点是结构简单，能全面反映变压器油箱内部的各种故障。特别是当发生匝间短路且被短接的匝数很少时，故障回路的电流虽然很大，可能造成严重的局部过热，但反映在外部电路的电流变化却很小，甚至连灵敏性较高的差动保护也可能不动作。因此，瓦斯保护对反映这类故障具有特别重要的意义。此外，瓦斯保护是铁芯烧损的唯一保护。瓦斯保护由于简单、灵敏、经济而被广泛使用，在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的室内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。　　
瓦斯保护的主要缺点是不能反映变压器套管及引出线的故障。所以瓦斯保护不能作为变压器地唯一主保护，它与差动保护共同作为变压器地主保护。　
　二、 差动保护　　
（一） 差动保护的基本原理　　
变压器差动保护是按循环电流原理构成的，它能正确区分变压器内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。变压器两侧分别装设电流互感器TA1和TA2，其二次线圈按环流原则相串联，差动继电器接在差流回路上。　　
正常运行或外部故障时，变压器两侧都有电流通过，两个电流互感器的变比若选择适当时，二次电流I12和I22的大小相等，方向相同，而在差动回路中I12和I22的方向相反，因而差动继电器KD中的电流等于两侧电流互感器二次电流之差，电流为零，所以正常运行或外部故障时继电器不会动作。　　当变压器内部发生故障时，两侧电流互感器的二次电流Id12和Id22在差动回路中方向相同，差动继电器流过的电流为两电流之和，使差动继电器动作。　　
实际上，由于变压器励磁涌流、接线方式和电流互感器的误差等因素的影响，差动继电器中会流过不平衡电流，不平衡电流越大，继电器的动作电流越大，致使差动保护的灵敏性降低。因此差动保护需要解决的主要问题之一是采用各种措施避免不平衡电流的影响，在保证选择性的条件下，还要保证内部故障时有足够的灵敏性和速动性。　　
（二） 差动保护的特殊问题　　
1.励磁电流的影响　　
变压器正常运行时的励磁电流只流过电源侧，通过电流互感器反映到差动回路造成不平衡电流。不过在正常情况下，变压器励磁电流很小，一般不超过额定电流的1%；在外部故障时，由于电压降低，励磁电流也减小，所以它的影响就更小，故在实际整定时不予考虑。　　
2. 励磁涌流的影响　　当变压器空载合闸时，可能出现很大的励磁涌流，其值最大可达变压器额定电流的6-8倍。它经变压器电源侧电流互感器传到二次侧，如流入差动回路，往往会导致差动保护的误动作。　
　防止励磁涌流引起差动保护误动的措施：　　
（1） 采用差动速断保护。由于差动速断保护有固有动作时间，故动作电流无需避开最大电流，此方案灵敏性低，只适用于小型变压器。　　
（2） 采用带中间速饱和变流器的差动继电器。中间速饱和变流器可以抑制励磁涌流的传变，从而防止保护的误动。但由于内部短路时暂态电流也含有非周期分量，故保护应延时动作。加之由于三相涌流中往往有一相无非周期分量，以致该相速饱和变流器不起作用，这又必须使保护动作值加大，故保护的灵敏性降低。由于这种方法动作迟缓，灵敏性差，只适用于中、小型变压器。　　
（3） 采用二次谐波制动。在励磁涌流中，除基波、非周期分量电流以外，二次谐波电流为最大，这是励磁涌流最明显的特征，因为在其他工况下，很少有二次谐波产生。这是大型变压器差动保护防止励磁涌流的主要措施。　　
（4） 利用励磁涌流波形具有明显间断角的特征来避免励磁涌流。目前有两种方案，一种是直接鉴别间断角的大小来判断是励磁涌流还是内部短路。另一种是比较励磁涌流和二次短路电流的变化率。　　
（5） 在变压器各电压侧的绕组上单独装设差动保护，于是励磁涌流不再进入差动回路。　　
3. 变压器各侧电流相位不同的影响　　变压器长采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位不一致。在正常情况下，变压器三角形侧的线电流比星形侧对应的电流超前30。若两侧电流互感器采用相同的接线方式，则二次侧电流也相差30。因此必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不平衡电流。　　
4. 各侧电流互感器误差不同的影响　　由于各电流互感器励磁特性不同及二次负荷不同，因此在差动回路中会引起较大的不平衡电流。　　
5. 电流互感器的计算变比与选用的标准变比不同的影响　　这种变比不同会引起不平衡电流，当这种不平衡电流大于5%额定负载电流时，应采取补偿措施。常用补偿方法是采用辅助自耦变流器，或利用差动继电器的平衡线圈来进行平衡。　　
6. 变压器调压的影响　　变压器在运行中需要根据系统电压的要求进行调压，实际上就是改变变压器的变比，因此将产生不平衡电流。不平衡电流的大小与调压的范围有关。由于在运行中不可能随变压器分接头改变而重新调整继电器，因此，由于变压器调压而引起的不平衡电流应在整定保护动作值时考虑躲过。

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