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变压器基础知识

1. 概述
变压器是借助于电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的绕组之间交换交流电压或电流的一种电气设备。
从电厂发出的电能，要经过很长的输电线路输送给远方的用户，为了减少输电线路上的电能损耗，必须采用高压或超高压输送。而目前一般发电厂发出的电压，由于受到绝缘水平的限制，电压不能太高，这就要经过变压器将电厂发出的电压进行升高送到电力网。这种变压器统称升压变压器。对各用户来说，各种电气设备所要求的电压又不太高，也要经过变压器，将电力系统的高电压变成符合用户各种电气设备要求的额定电压。作为这种用途的变压器统称降压变压器。
由上述可知，电力变压器是电力系统中，用以改变电压的主要电气设备。
再从电力系统的角度来看，一个电力网将许多的、发电厂和用户联在一起，分成主系统和若干个分系统。各个分系统的电压并不一定相同，而主系统必须是统一的电压等级，这也需要各种规格和容量的变压器来联接各个系统。所以说电力变压器是电力系统中不可缺少的一种电气设备。

2. 变压器的分类
变压器有不同的使用条件、安装环境，有不同的电压等级和容量级别，有不同的结构形式和冷却方式，所以应按不同原则进行分类。
分类方式
名 称
备注
按容量
中小型变压器
35KV及以下，容量630~6300KVA
大型变压器
110KV及以下，容量8000~63000KVA
特大型变压器
220KV及以上，容量3150及以上
按用途
电力变压器
升压、降压、配电、联络、专用变压器
仪用变压器
电压、电流互感器
电炉变压器

试验变压器

整流变压器

调压变压器

矿用变压器

其他变压器

按相数分为
三相

单相

按铁心结构
心式变压器

壳式变压器

按调压方式
无载调压

有载调压

按铁心型式
叠片式

卷铁心

按冷却方式
油浸自冷

油浸风冷

油浸水冷

干式空气自冷

干式空气风冷

干式浇注绝缘

按绕组数量
双绕组

三绕组

按绕组耦合方式
普通变

自耦变

3. 运行原理
简单地说，变压器的的基本原理是：电磁感应原理，即“电生磁，磁生电”。
以变压器三相中的一相为例：它由二个绕组和一个铁心组成。在一次侧施加交流电压U1,流过的电流为I1,则在铁心中会有交变的磁通Φ产生,使这两个绕组发生电磁联系.根据电磁感应原理,交变磁通穿过这两个绕组就会感应电动势E1.E2.当二次侧接入负载后,在电动势E2的作用下,将有二次电流I2通过,该电流产生的磁动势F2也将作用在同一铁心上,起到反向去磁的作用.但因主磁通Φm定于电源电压U1,而U1基本不变,所以主磁通Φm也基本不变.故一次绕组电流I1必将自动增加一个分量产生磁动势F1,以抵消二次绕组电流I2所产生的磁动势F2.
4. 结 构
1.铁心
普通变压器硅钢片叠成，卷铁芯变压器的铁芯由硅钢带绕制而成。它的作用有二：一是在原边线圈交流电流的作用下形成工频交变磁通Φ；二是通过铁芯中的交变磁通感生出副边线圈中的电动势，形成低压电源。铁芯是完成电能---磁能---电能转换的主体。

2.绕组(俗称线圈)
一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。包含一次、二次（高压、低压）两组。一次线圈是将原边电能引进变压器中一部分完成励磁过程，另一部分填补二次线圈中的电能，二次线圈是将磁能转换成电能并传送出去。线圈通常是依照一定的电气回路连接方法（D角接或Y星接）连接的。

3．器身绝缘
包括初次级绝缘，匝间绝缘和与铁芯绝缘，与外壳间绝缘。所用材料有：纸板，环氧树脂，各种绝缘材料，变压器油，电工木材等。其中变压器油除了具备良好的绝缘作用外，还有帮助变压器散热的作用，用以冷却运行的铁芯和线圈。我公司产品选用国标25#（凝固点-25℃）

4.油箱及底座
油箱装有绝缘和冷却用的变压器油，用钢板加工制成，要求机械强度高，变形小，焊接处不渗漏。

5．附 件
1）套管和引线
一、二次绕组与外部线路的连接部件。既可固定引线，又起引线对地的绝缘作用。
2）分接开关
连接和切断变压器绕组分接头，实现调压的装置。分无载分接开关和有载分接开关。我公司产品采用
无载分接开关，无载分接开关必须在切断变压器电源后进行调压。
3）压力释放阀:
当变压器内部压力达到一定值时，压力释放阀动作，可排除油箱内的过压。内部压力经释放后，释放阀自动关闭。
4）气体继电器
气体继电器是变压器重要的保护组件。当变压器内部发生故障，油中产生气体或油气流动时，则气体继电器动作，发出信号或切断电源，以保护变压器，另外，发生故障后，可以通过气体继电器的视窗观察气体颜色，以及取气体进行分析，从而对故障的性质做出判断。

5. 型号含义
S 9（11）-M.（R）-10~2000/10
电压等级
额定容量
卷铁心
密封型
性能水平代号
三相

6. 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（kVA）：额定电压.额定电流下连续运行时,能输送的容量。
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.
C、 额定电流(A):变压器在额定容量下,允许长期通过的电流.
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（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.
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.星形联结（Y-联结）：三相变压器每个相绕组的一端或组成三相组的单相变压器的三个具有相同额定电压绕组的一端连接到一个公共点（中性点），而另一端连接到相应的线路端子。
2. 三角形联结（D-联结）：三相变压器的三个相绕组或组成三相组的单相变压器的三个具有相同额定电压绕组相互串联连接成一个闭合回路。
K、物理指标：重量，体积（L，、W、H）

7.S11-MR变压器性能特点
1. 良好的节能特性。（铁心设计为横截面为圆型的卷铁心结构，无接缝，全封闭磁路，成自然紧固状态，无需夹件紧固，避免了因铁心夹紧所带来的铁心性能恶化，损耗增加。铁心经退火工艺后，其导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。使得空载损耗比S9系列下降30~40%，空载电流比S9系列下降70~80%。）
2. 噪音低。（卷铁心自身是一个无接缝的整体，且结构紧凑，在运行时的噪音水平降低到30～45dB，大大优于国标要求(44～57dB)，保护了环境。）
3. 油箱采用全密封式波纹片结构，变压器油与空气良好隔离，降低了油的氧化速度，延长了使用期限和检修周期，降低了运行成本。
4. 高、低压侧采用筒式骨架，加强线圈机械强度，配合卷铁心结构，显著增强变压器的抗短路能力，其中，500KVA以上的变压器采取了箔式绕线工艺。
5. 低压绕组采用纸包扁线及层间采用了网点上胶纸工艺，加大层间电容量，从而增加变压器的抗雷电冲击能力。
6. 采用真空注油工艺，彻底清除油中的水分子，确保变压器免维护运行。
7. 加强端部与尾部的绝缘，提高变压器抗高压冲击的能力。
8. 线圈与铁芯相互不可拆分，农电使用具备一定的防盗性。

二 生产工艺
1．铁心制造工艺流程
合格品转序
铁心测量
铁心刷漆
铁心冷却
铁心退火
铁心卷绕
硅钢片曲线开料
纵剪开料
硅钢片卷料
1）卷铁心

片料检验
铁 心 横 剪
条 料 检 验
合格品转序
铁心测量
铁心检验
铁心迭装检验
纵剪开料
硅钢片卷料
2）叠铁心

1变压器铁芯用硅钢片全部采用进口的27RGH110、27ZH110高导磁低损耗晶粒取向冷轧硅钢片。叠片式变压器硅钢片的横剪切在德国乔格公司进口的硅钢片剪切生产线上进行，毛刺小于0.02mm。铁芯叠装系数高，涡流损耗小。
2卷铁心变压器的铁心为三相三柱式内外框卷制结构，机械化程度高，叠片系数较大，铁心截面接近于圆形（铁心硅钢片宽度每张不同即是无级结构），填充系数高；同时，使磁通完全沿着冷轧硅钢片晶格排列方向，极大地降低了空载损耗和空载电流；铁心绕制成形后必须进行退火处理。铁心连续绕制无接缝空隙，降低了空载损耗附加工艺系数，因而降低了空载损耗及空耗电流，并且大大降低铁心的噪声。
3铁芯的夹紧采用槽板式夹件、拉板和横梁所构成的框架结构，机械强度好。通过层压木及夹件的作用，使铁心受到均匀的合理的夹紧力，使正个铁心组成一个整体，既有强的机械强度，又不至于因受力太大，增加铁心的损耗及噪声。
4由于采取以上措施，本公司生产的卷铁心低损耗变压器的空载损耗比国标至少降低30%以上，空载电流降低70%，噪声更大幅度降低。
2．线圈制造工艺流程
叠铁心线圈
纸筒安装
检验
齿轮安装
卷铁心安装
合格品转序
检 验
整 形
线圈绕制
绝缘件
电磁线
模 具
卷铁心线圈
合格品转序
线圈处理
高压绝缘筒安装
高压线圈绕制
低压线圈绕制
绝缘件
电磁线
模 具

1线圈用电磁线均为无氧铜制造，电阻率低。控制合理选用电流密度，降低负载损耗。使低损耗变压器的负载损耗比国标降低10%以上。
2对低压电压为0.4kV，容量在500kVA及以上的配电变压器产品，选用箔式或新型螺旋式低压线圈，以提高抗短路能力。油浸变压器高压线圈为多层园筒式，而干式变压器高压线圈为连续式或纠结连续式。
3线圈安匝平衡，绝缘可靠，散热合理，以满足变压器绝缘、温升及抗短路能力等方面的要求。
4油浸变压器匝绝缘漆包电磁线采用QQ-2型高强度缩醛漆包线，油浸纸包线采用ZB-0.45或ZB-0.6型
5在线圈绕制与预压中做到安匝平衡，除了保证内外各线圈等高外还要保证内外线圈各安匝段等高，从而提高了线圈抗短路的能力。
3．器身结构及总装配
1绝缘件制造
所有机械强度要求的绝缘件，如绝缘端圈、垫块、撑条等均热压成型，保证了绝缘件机械强度，减少了绝缘件的收缩率。
2卷铁心变压器高压线圈在低压线圈上直接绕制，使线圈成为一个整体，提高了机械强度与抗短路能力。
3器身上部采用专用的定位装置，以保证运输时变压器的稳定性。所有紧固件都采用防松螺栓进行紧固，引线采用本公司特有的固定结构。
4变压器器身采用较先进的变压法真空干燥处理，使变压器得到彻底干燥。变压器采用全真空注油，大大提高变压器的绝缘强度。
5变压器油的处理在真空净化油处理设备中进行。经净化处理的变压器油的耐电压强度达40kV以上，水份含量在20PPM以下，介质损耗远远低于0.5%（国家标准）。
6变压器在出厂前，进行预吊芯，紧固所有紧固件，以保证现场可以免吊芯。
工厂不仅具有先进，完备的工艺装备，还按照ISO9001-2000版标准要求，对直接影响产品质量的关键工序，特殊过程设立控制点，严格工艺纪律，确保整个生产过程始终处于受控状态。
分接开关及开关操作机构
检 验
器身装配
铁 芯
附 件
绝缘件
引 线
线 圈
紧固件
4 变压器装配工艺流程
油 箱
出厂检验
合格品入库
成品试验
油箱装配

5．油变主要配件、材料一览表
序号
设备、材料名称
型 号
生产厂商
1
硅 钢 片
27ZH110
日 本
2
27-3409
俄罗斯
4
电 磁 线
QQ-2漆包线
无锡环宇电磁线有限公司
5
ZB-0.45
浙江三门浦东电工电器有限公司
6
绍兴市力博电缆有限公司
7
油 箱
根据图纸
宁波兴潮电器有限公司
8
南通方正电力器材有限公司
9
变压器油
25#变压器油
新疆克拉玛依炼油厂
10
新疆独山子炼油厂
11
瓷 套
高、低压瓷套
萍乡市第五电瓷厂
12
萍乡市高强电瓷厂
13
温度控制器
WTYK-802
杭州华立仪表有限公司
14
杭州科虹仪表有限公司
15
气体继电器
QJ-40
沈阳康健电器有限公司
16
宁波镇海柯仕特机电设备厂