1、变压器是将某一种电压、电流、相数的交流电能转换成另一种电压、电流、相数的同频率的交流电能的静止电器。变压器在建筑电气中占有很重要的地位，目前，在电力、电信、自动化控制中大量使用的变压器，其中做一般用途的有输电、配电用的电力变压器，做测量、试验用的有电压互感器、电流互感器、调压器、高压试验变压器等，还有做特殊用途的如电炉变压器、电焊变压器、整流变压器等，在自动化控制系统中使用的如控制变压器、电源变压器、输送变压器等。本章介绍做输电、配电用途的电力变压器。至于电流互感器、电压互感器属于仪用变压器，由于它的广泛使用以及它在建筑电气中的特殊用途和重要地位，我们将在第4.4节讲述。4.2.1电力变压器的
2、基本知识在电力系统中,变压器占有很重要的地位,利用变压器具有变换电压的功能,就可以根据输电线路的远近和用电要求的不同,来决定输电线路合适的电压等级,实现电能的经济传输,合理分配和安全使用。一、常用电力变压器的分类：1、按冷却方式分类：有自然冷式、风冷式、水冷式、强迫油循环风（水）冷方式、及水内冷式等。2、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。3、按冷却介质分类：有干式变压器、液（油）浸变压器及充气变压器等。4、按导电材质分类：有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝、超导等变压器。5、按调压方式分类：可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。6、按中性点绝缘水平分类：有全绝缘变压器
3、、半绝缘（分级绝缘）变压器。二、油浸式电力变压器的基本结构变压器最基本的构件铁芯和绕组,此外还有油箱,冷却装置,绝缘套管和调压装置。铁芯和绕组都放置在油箱中，与变压器油共同构成变压器的电路、磁路以及绝缘部分。铁芯是磁路部分,也是器身的骨架,由铁芯,柱铁扼和夹紧装置组成.套绕绕组的部分是铁芯,柱,连接各铁芯,柱形成闭合磁路的部分叫铁扼,夹紧装置用来夹持铁芯和卡紧绕组固定引线绕组是电路部分,由绝缘导线和绝缘件组成,绕组所用绝缘导线多为圆形或矩形铜线,铝线,绝缘件用以构成绕组的主绝缘和纵绝缘,并使绕组固定在一定位置上,同时形成冷却油道。油箱是外壳,由钢板焊接而成,内盛变压器油绕组和铁芯浸在油中,所产
4、生的热量由绝缘油传道油箱壁,散热器从而冷却器身。储油柜(油枕)是为了缩小油箱内油与外界空气的接触面积,避免空气和水分使绝缘油氧化和年受潮而降低绝缘强度,减缓油的质老化,另外一个作用是为变压器油的热障冷缩留有余地。静油器是在运行中改善油性能,防止油质老化的装置,油流经静油器时与吸附剂接触,水分,渣滓,酸和氧化物被吸附,从而保持油质,延长使用寿命。分接开关,为了调整输出电压,变压器的高压绕组一般都有抽头,称为分接这些抽头连接固定在油箱盖上的分接开关。绝缘套管,变压器绕组的引出线必须窜过绝缘套管接外电路,绝缘套管是引出线之间以及引出线与油箱之间的绝缘,并起固定引出线的作用。图4.2.3油浸式变压器的
5、外形示意图1.高压套管2.分接开关3.油表4.瓦斯继电器5.净油器6.油箱7.滤油阀门8.油枕9.低压套管10.散热片三、变压器的基本原理图4.2.4为双圈式单相变压器的基本原理图。在闭合的铁芯上绕有两组线圈，其中接受电能的一侧叫做一次侧绕组，输出电能的一侧叫做二次侧绕组。变压器的基本工作原理是电磁感应原理，当交流电压U1加到一次侧绕组后，交流电流流入该绕组就产生了励磁作用，在铁芯中产生交变的磁通，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，它分别在两个绕组中引起感应电动势。这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交变电流流出，负载端电压即为U2，于是输出电能。根据电磁感应定律可推导得
6、：一次侧绕组感应电动势：E1=4.44fW1BmS10-8(V)，二次侧绕组感应电动势：E2=4.44fW2BmS10-8(V)，式中：Bm-铁芯中最大的磁通密度(高斯)，S-铁芯截面积(厘米2)，f-电源频率，工频为50赫，W1-一次侧绕组的匝数，W2-二次侧绕组的匝数由上面两式可以知道，一、二次侧电动势之比等于一、二次侧匝数之比，即：U1/U2=E1/E2=W1/W2由于绕组本身有阻抗降压，实际上一次侧电压U1略大于E1，二次侧电压E2略大于U2，如果忽略此压降，就可以认为一、二次电压之比等于一、二次匝数之比，这个比成为变压器的变压比。即：变压器通过电磁耦合关系将一次侧的电能输送到二次侧去
7、，假如两侧绕组没有漏磁，功率传送过程又没有损耗，由能量守恒可知输出功率等于输入功率，即：U2I2=U1I1或I1/I2=E1/E2=W1/W2就是说变压器一、二次侧电流之比等于一、二次侧匝数的反比。以上这些式子就是变压器计算的基本关系式。四、变压器的额定数据额定容量：表示在额定使用条件下变压器的输出能力，以视在功率的千伏安表示，对三相变压器而言，额定容量表示三相容量之和。变压器额定容量等级是：5、10、20、30、50、75、100、125、160、200、315、400、500、630、800、1000、1250.千伏安。额定电压：表示变压器在空载时各绕组额定分接下的电压值，以伏或千伏表示。
8、三相变压器中，如不特别说明，额定电压都是指线电压。变压器低压侧电压等级一般采用400/230伏，高压侧电压等级有：3、6、10、35、110千伏等。额定电流：变压器在额定负载情况下各绕组的电流值，以安表示。三相变压器中，如不特别说明，额定电流都是指线电流。连接组标号：代表变压器各个相绕组的连接法和向量关系。工程中常用的电力变压器低压0.4kV，在TN-C或TN-S方式供电系统中，其接线组别有Y,yno(即Y/Yo-12)和D,yn11(即/Yo-11)两种。我国过去普扁采用Y,yno接线的形式。而国际上大多数国家是采用D,yn11的接线方式。变压器采用D，yno11的接线方式比Y,yno接线方
9、式比较如下：(1)在D,yn11接线的变压器，它的3n次(n为正整数)谐波激磁电流在其接线的一次绕组内形成环流，不会注入公共的高压电网，比一次绕组接成Y接线的Y,yno接线的变压器更有利于抑制高次谐波电流。(2)当变压器采用D，yn11接线时，零序阻抗比Y,yno接线的变压器小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的切除。单相接地短路故障的切除与短路电流的大小有关，而这一电流等于相电压除以单相短路回路的计算阻抗(包括其正序、负序和零序阻抗)。Y,yno接线变压器的零序电抗X2X1X20，式中X20是变压器的激磁电抗，X20远大于X2。所以D,yn11接线变压器的零序阻抗比Y,yno接线变压器的
10、零序阻抗小得多，所以D,yn11接线变压器的单相接地短路电流比Y,yno接线变压器的大得多，以至D,yn11接线变压器更有利于低压单相接地短路故障的切除。(3)当接用单相不平衡负载时，因为Y,yno接线的变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25，严重限制了接用单相负载的容量，影响了变压器设备能力的充分发挥。因此单相不平衡负载比较大时，宜采用D，yn11接线变压器。由于其中性线电流可达相电流的75以上，所以其承受单相不平衡负载的能力远比Y,yno接线变压器大。然而Y,yno接线变压器高压绕组的绝缘强度要求比D，yn11接线变压器低，制造成本低于D，yn11接线变压器，而且Y,yno接线是
11、我国变压器普遍生产的形式，这在当前供电系统中单相负载急剧增长的情况下，推广使用D,yn11接线变压器很有必要。若低压侧单相短路电流比较大时，也可以采用Y,yno接线的变压器。阻抗压降百分比：变压器通过额定电流时阻抗压降对额定电压之比。温升：变压器指定部位的温度与变压器周围温度之差。对变压器油面温升的限值，仅系为保证油的长期使用，而不迅速老化变质所规定的数值，不可作为运行中变压器负载能力的依据。4.2.2常用变压器型号、参数以及电力变压器的选择变压器的型号有很多，一般有矿油变压器、硅油变压器、SF6变压器、干式变压器及环氧树脂变压器等。前两种用油循环散热，又称油浸自冷式和油泵循环散热式变压器。常
12、用变压器型号以及技术参数见表4.2.1和4.2.2。1.主变压器的选型应考虑以下因素(1)根据建筑物的使用功能要求：这要由建设单位所具备的条件决定。(2)变电所安装场所及具体的位置：在高层建筑内为了预防火灾，一般不用油浸自冷变压器，常用在单层建筑变电室内用或在室外用，成本较低。(3)建筑物的防火等级：防火等级高时用成本较高的干式变压器。(4)母线的结线方式和主要用电设备对供电的要求。(5)当地供电部门对变电所的管理体制所决定。主变压器设在地下室时，根据消防要求，不得选用可燃油变压器。地下室比较潮湿，通风条件不好时，也不宜选用空气绝缘干式变压器，普通采用硅油型、环氧树脂浇铸或SF6(SF6)型电
13、力变压器。2.变压器台数及结构的确定确定电力变压器的台数要根据以下主要的因素考虑。(1)根据用电负荷等级确定：有一、二级负荷的变电所中宜至少装设两台主变压器。如果变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。若没有一级负荷，可以只安装一台变压器，但要求在低压侧敷设与其他变电所的联络线作为备用电源。产品型号额定容量KVA电压组合KV联结组标号损耗KW空载电流%短路阻抗%重量Kg外型尺寸mm轨距备注高压低压空载负载油重器身重总重长宽高mmS9-630/106306,6.3,10,10.5,11,5%3,3.15,6.3Yd111.047.291.34.5460129023
14、4017601100195066010KV级9型低损耗无励磁调压电力变压器S9-800/108001.268.911.25.551014802810185011502000820S9-1000/1010001.4910.441.156017503050195011502100S9-1250/1012501.7612.42163020103740215012002200S9-1600/1016002.1214.850.970023104330220013002300S9-2000/1020002.5217.820.995028105400230017002400S9-2500/1025002.9
15、720.70.81000347059202350190025001070S9-3150/1031503.5124.30.8150039006900237019402650S9-4000/10400010,10.5,11,5%3.15,6.34.3228.80.7178050908040267028102650S9-5000/1050005.1333.030.7189056808970298028602700S9-6300/1063006.1236.90.62110691010810285030103050S9-M-30/10306,6.3,10,10.5,11,5%0.4Yyn00.130.6
16、2.14701402851060650100040010KV级9型低损耗无励磁调压配电变压器S9-M-50/1050Yyn0,Dyn00.170.8728020537511006601020S9-M-80/10800.241.251.810028049011506901100S9-M-100/101000.291.51.611032556011707001130S9-M-125/101250.341.81.512537565012207101160550S9-M-160/101600.42.21.414045076012707201180S9-M-200/102000.482.61.31655
17、2587513007401210S9-M-250/102500.563.051.2190625103513507601250S9-M-315/103150.673.651.1220745122514107801310S9-M-400/104000.84.31275905146514307901370S9-M-500/105000.965.113051050171514808101400660S9-M-630/106301.26.20.94.54601305221516309501480S9-M-800/108001.47.50.852515652645170010201580820S9-M-1
18、000/1010001.710.30.75951705298017209701620S9-M-1250/1012501.9512.80.668520653550178010601660S9-M-1600/1016002.414.50.682025054275190011801750S9Z-200/102006,6.3,10,10.5,42.5%0.4Yyn00.4233.061.8421065011001400850140055010KV级9型有载调压配电变压器S9Z-250/102500.5133.61.7300700132017008601530S9Z-315/103150.6124.32
19、1.64107601560175010001560S9Z-400/104000.7295.221.54809401850178011001700660S9Z-500/105000.8736.211.452010702180182011001800S9Z-630/106301.1167.651.34.561013302630220011501930820S9Z-800/108001.3599.361.266015902920222011402010S9Z-1000/1010001.593111.175017203430218012002200S9Z-1250/1012501.87213.0519
20、0020603900226014102250S9Z-1600/1016002.39415.60.9115027004400250013102450S9-M.R-30/10306,6.3,10,10.5,11,15%0.4Yyn00.130.60.63478156285102066088440010KV级9型卷铁芯无励磁调变压器S9-M.R-50/10500.170.870.61082444351088668905S9-M.R-63/10630.21.040.571182794801150678974S9-M.R-80/10800.241.250.541352855301164694994S9-
21、M.R-100/101000.291.50.4815033561511566761040S9-M.R-125/101250.341.80.4516038071512604701104S9-M.R-160/101600.42.20.4218546582012407201120550S9-M.R-200/102000.482.60.3919854092012667261175S9-M.R-250/102500.563.050.36216607105514667371204S9-M.R-315/103150.673.650.33256759127014028221242S9-M.R-400/1040
22、00.84.30.3312908153014908501268660S9-M.R-500/105000.965.10.33431133182515608601438S11-M.R-30/10306,6.3,10,10.5,11,5%0.4Yyn00.10.60.6347016229087069591040010KV级11型卷铁芯无励磁调变压器S11-M.R-50/10500.130.870.6103250450870725950S11-M.R-80/10800.181.250.541262985459206901080S11-M.R-100/101000.211.50.481353456351
23、1207001110S11-M.R-125/101250.241.80.451483967409907401225S11-M.R-160/101600.272.20.4216548384010257701140550S11-M.R-200/102000.332.60.3917856593010557851215S11-M.R-250/102500.43.050.36203630108514308101204S11-M.R-315/103150.483.650.33250770127511008701320S11-M.R-400/104000.574.30.3295928154012009101
24、345660S11-M.R-500/105000.685.10.33281172184512259601425表4.2.1常用油浸式电力变压器型号以及技术参数一般居民建筑区是三级负荷，可采用一台变压器。如果集中负荷很大，推荐用两台变压器。(2)从经济运行考虑：对季节性负荷或日负荷变化很大时，采用两台变压器是经济的。低负荷时用一台运行，不必两台同时轻载运行，可以使整个电网的功率损耗最小。装有两台及两台以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。(3)具有三种电压的变电所，如果通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15以上，主变
25、压器宜采用三线圈变压器。(4)电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，如果经过计算普通变压器不能满足电力系统和用户对电压质量的要求时，应采用有载调压变压器。(5)确定主变压器的台数时应该考虑发展余地。 产品型号额定容量KVA电压组合KV联结组标号损耗W空载电流%短路阻抗%重量Kg外型尺寸mm备注高压高压分接范围%低压空载负载长宽高SC9-30/10306,6.3,6.6,10,10.5,115或22.50.4Yyn0或Dyn111906303.24350850740910SC(B)9型10KV干式配电变压器技术参数表SC9-50/10502608902.8500940740950SC9-80/10
26、8040014302.66001020740960SC9-100/1010040016402.665010207401130SC9-125/1012551016602.284011107401110SCB9-160/1016061020802.293011707401075SCB9-200/1020068026002101011607401160SCB9-250/1025081029102135012007401150SCB9-315/1031589036201.8137011907401260SCB9-400/10400107039901.8162012707401290SCB9-500/1
27、0500126051101.8182013107401300SCB9-630/10630146062201.62160142010201370SCB9-630/10630131062501.66204014407401300SCB9-800/10800163073001.62470153010201400SCB9-1000/101000194084901.42950161010201450SCB9-1250/101250216097101.43400164010201510SCB9-1600/1016002750124201.44340170010201840SCB9-2000/1020003
28、340147001.25230182010201870SCB9-2500/1025004140167301.25820187013102050SC10-30/10306,6.3,6.6,10,10.5,115或22.50.4Yyn0或Dyn111907053.24SC(B)10型10KV干式配电变压器技术参数表SC10-50/10502709952.8SC10-80/108037013802.6SC10-100/1010040015702.4SC10-125/1012547018402.2SCB10-160/1016051021252.2SCB10-200/1020062025202SCB10
29、-250/1025072027502SCB10-315/1031588034701.8SCB10-400/1040098039901.8SCB10-500/10500116048801.8SCB10-630/10630134058701.6SCB10-630/10630130059601.66SCB10-800/10800152069501.6SCB10-1000/101000177081301.4SCB10-1250/101250209096901.4SCB10-1600/1016002450117301.4SCB10-2000/1020003320144501.2SCB10-2500/10
30、25004000171701.2表4.2.2常用干式变压器型号及技术参数(6).永久性建筑工程电力变压器容量的选择(1)安装单台变压器容量的选择：主变压器的容量St应不小于全部用电负荷计算容量Sjs，即：StSjs(4-2-1)【例4-1】有一个居民区变电室需要设一台电力变压器，已知用电设备总功率为408kW，平均功率因数为0.9，利用系数Kx为0.6。求其计算负荷Pjs、Qjs、Sjs、Ijs及变压器的容量。解：根据COS0.9，得tg0.48PN408kW有功计算负荷PjskxPe0.6408244.8(kW)无功计算负荷QjsPetg4081.73706.66(kvar)视在计算负荷Sj
31、sP30/cos244.8/0.9272.00(kVA)计算电流IjsSjs/ UN272.00/( 0.38)413.27(A)变压器的容量SN315(kVA)大于272kVA。选择型号S11-315/10。(2)安装两台主变压器的变电所容量的选择每台变压器的容量St应该同时满足两个条件：当一台变压器单独运行时，宜满足不小于计算容量Sjs的70。即：St0.7Sjs(4-2-2)当一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷计算容量Sjs()的需要，即：StSjs()(4-2-3)总降压变电所变压器数量及容量选择是根据变压器过负荷能力、投资、可靠性与灵活性综合考虑结果，总降压变电所中设置两台
32、变压器是有好处的。两台变压器的备用方式有两种：明备用：即一台工作，一台备用。两台变压器均按100计算负荷选择。暗备用：每台变压器都按计算负荷的70选择。正常运行时两台变压器各承担50的最大负荷；而在故障时，采用强迫风冷等手段可以短时过负荷1.4倍，一台变压器可承担全部最大负荷。这种备用方式既能满足正常工作时经济性要求，又能在故障情况下承担全部负荷，是较合理的备用方式。电力变压器容量还应综合考虑发展负荷及变电所主接线方案的选择，做出几个方案进经济比较后再作最后的决定。4.2.3电力变压器的发展电力变压器是电力网络中最为关键的重要设备，长期的运行使它受到了的很严格的考验，同时变压器行业也因此而积累
33、了大量的运行经验，使它的快速发展提供了技术支持。当前电力变压器的发展方向不外乎以下两种。一是向特大型超高压方面发展，目前我国电力变压器的最高额定电压等级已经由原来的220千伏向750千伏、1000千伏发展。这些变压器一般都用在大型电站或电力输送上，它的可靠性特别重要，因此制造厂为改善各方面性能和分布的合理性采取了很多措施。如铁芯制造目前采用的硅钢片都是冷扎晶格取向的优质硅钢片，片型也越来越薄，0.35毫米的已淘汰，一般为0.3毫米、0.27毫米和0.23毫米厚的硅钢片。二是向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展。这些产品以中小型产品为主，如目前在城网、农网改造上被推荐采用的新S9型配电变
34、压器，它是第七代节能型产品，有些地方已经在推广S11系列卷铁芯变压器产品了。同时变压器种类也在不断的增加，非晶合金变压器、全密封变压器、组合变压器、干式变压器、高燃点油变压器、SF6气体绝缘变压器等新产品都在不断地出现。今后，我国变压器发展方向仍是节能、低噪声、防火防爆型，同时可靠性要高，所以要继续推广普及使用先进工艺设备。要选用优质低损耗导磁物质，大型产品可选用激光照射或刻槽硅钢片，要普及使用带轴向幅向压紧装置的绕线机，气相干燥、步进式横剪线等先进生产设备。绝缘材料加工尽可能由专业生产厂家统一加工，逐步增加新兴固体绝缘材料如注塑件等。国外绝缘材料加工采用激光切割，我国也可能发展用少许光加工绝缘件。另外，对变压器外表质量应下大力气加以研究，如油箱表面处理、油漆的种类等使油箱尽可能美观。
