变压器工作原理及控制原理 变压器工作原理及基础知识

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1、电力变压器的种类有哪些？主要部件有哪些？

答：随着电力系统的发展，对电力变压器需求越来越高，种类繁多。按相数分，有单相和三相的；按绕组和铁芯的位置分有内铁芯式和外铁芯式；按冷却方式分，有干式自冷、风冷，强迫油循环风冷和水冷等；按中性点绝缘水平分，有全绝缘和半绝缘；按绕组材料分，有A、E、B、F、H等五级绝缘。不同种类的变压器，对运行有不同的要求；按调压方式可分为有载调压和无载调压。

一般电力变压器的主要部件有：铁芯、绕组、套管、油箱、油枕、散热器及其附属设备。

2、 变压器绕组的接线组别常见有哪几种？一台双卷三相变压器，其组别为高压线卷A-X，B-Y，C-Z，低压线卷为a-x，b-y，c-z，请连接Y0/Δ11的结线方式并绘出高低压侧的电势向量图。

3、 何谓励磁涌流？产生的原因是什么？

答：变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。

变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生较大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素有关。最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间（该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变压器约为0.2秒左右。

4、 新变压器或大修后的变压器为什么正式投运前要做冲击试验？一般冲击几次？

答：新变压器或大修后的变压器在正式投运前要做冲击试验的原因如下：

（1）检查变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压的冲击。

当拉开空载变压器时，是切断很小的激磁电流，可能在激磁电流到达零点之前发生强制熄灭，由于断路器的截流现象，使具有电感性质的变压器产生操作过电压，其值除与开关性能、变压器结构等有关外，变压器中性点的接地方式也影响切空载变压器过电压。一般不接地变压器或经消弧线圈接地的变压器，过电压幅值可达4-4.5倍相电压，而中性点直接接地的变压器，操作过电压幅值一般不超过3倍相电压。这也是要求做冲击试验的变压器中性点直接接地的原因所在。

（2）投入空载变压器时会产生励磁涌流，其数值可达额定电流的6-8倍。由于励磁涌流会产生很大的电力，所以做冲击试验又是考核在大的励磁涌流作用下变压器的机械强度以及继电保护是否会误动作。

冲击试验的次数：

新变压器投入需冲击五次。大修后的变压器需冲击三次。

5、 变压器并联运行的条件是什么？

答：变压器并联运行必须满足以下三个条件：

（1）所有并联运行的变压器变比相等；

（2）所有并联运行的变压器短路电压相等；

（3）所有并联运行的变压器绕组接线组别相同；

6、变压器并联运行变比不等有何后果？

答：变压器并列运行，变压比不同时，变压器二次侧电压不等，在绕组的闭合回路中产生均衡电流，二次绕组中均衡电流的方向取决于二次输出电压的高低，从二次输出电压高的变压器流向输出电压低的变压器。该电流除增加变压器的损耗外，当变压器带负荷时，均衡电流叠加在负荷电流上。均衡电流与负荷电流方向一致的变压器负荷增大；均衡电流与负荷电流方向相反的变压器负荷减轻。

7、 变压器并联运行短路电压不等有何后果？

答：按变压器并列运行的三个条件并列运行的变压器容量能得到充分利用，当各台并列运行的变压器短路电压相等时，各台变压器复功率的分配是按变压器的容量的比例分配的，各台变压器容量的总和就是它们能承受的系统总变压器容量的利用率100%；若各台变压器的短路电压不等，各台变压器的复功率分配是按变压器短路电压成反比例分配的，短路电压小的变压器易过负荷，变压器容量不能得到合理的利用。

8、变压器并联运行连接组别不同有何后果？

答：将不同连接组别的变压器并联运行，二次侧回路将因变压器各副边电压不同而产生电压差ΔU2，因在变压器连接中相位差总量是30°的倍数，所以ΔU2的值是很大的。如并联变压器二次侧相角差为30°时，ΔU2值就有额定电压的51.76%，若变压器的短路电压Uk=5.5%，则均衡电流可达4.7倍的额定电流，可能使变压器烧毁。

较大的相位差产生较大的均衡电流，这是不允许的。故不同组别的变压器是不能并列运行的。

9、 三台具有相同变比和连接组别的三相变压器，其额定容量和短路电压分别为：

10、自耦变压器与普通变压器有什么不同？

答：自耦变压器与普通变压器不同之处是：

（1）其一次侧与二次侧不仅有磁的联系，而且有电的联系，而普通变压器仅是磁的联系。

（2）电源通过变压器的容量是由两个部分组成：即一次绕组与公用绕组之间电磁感应功率，和一次绕组直接传导的传导功率。

（3）由于自耦变绕组是由一次绕组和公用绕组两部分组成，一次绕组的匝数较普通变压器一次绕组匝数和高度及公用绕组电流及产生的漏抗都相应减少，自耦变的短路电抗X自是普通变压器的短路电抗X普的（1-1/K）倍，K为变压比。

（4）若自耦变压器设有第三绕组，其第三绕组占用公用绕组容量。影响自耦变运行方式和交换容量。

（5）由于自耦变压器中性点必须接地，使继电保护的整定和配置复杂化。

（6）自耦变压器体积小，重量轻，便于运输，造价低。

11、 自耦变压器运行中注意些什么问题？

答：自耦变压器运行中应注意的问题：

（1）由于自耦变压器的一、二次侧有直接电的联系，为防止由于高压侧单相接地故障而引起低压侧的电压升高，用在电网中的自耦变压器的中性点必须可靠的直接接地。

（2）由于一、二次侧有直接电的联系，高压侧受到过电压时，会引起低压侧的严重过电压。为避免这种危险，须在一、二次侧都加装避雷器。

（3）由于自耦变压器短路阻抗较小，其短路电流较普通变压器大，因此在必要时需采取限制短路电流的措施。

（4）运行中注意监视公用绕组的电流，使之不过负荷，必要时可调整第三绕组的运行方式，以增加自耦变压器的交换容量。

12、画出有第三绕组的自耦变压器O- Y0/Δ-12-11的接线图和向量图

13、变压器调压有哪几种？变压器分接头为何多在高压侧？

答：变压器调压方式有有载调压和无载调压两种：

有载调压是指变压器在运行中可以调节其分接头位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。有载调压变压器中又有线端调压和中性点调压二种方式，即变压器分接头在高压绕组线端侧或在高压绕组中性点侧之区别。分接头在中性点侧可降低变压器抽头的绝缘水平，有明显的优越性，但要求变压器运行时其中性点必须直接接地。

无载调压是指变压器在停电、检修情况下进行调节变压器分接头位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。

变压器分接头一般都从高压侧抽头，其主要是考虑：

（1）变压器高压绕组一般在外侧，抽头引出连接方便；

（2）高压侧电流小些，引出线和分头开关的载流部分导体截面小些，接触不良的影响好解决。

原理上，抽头在哪一侧都可以，要进行经济技术比较，如500kV大型降压变压器抽头是从220kV侧抽出的，而500kV侧是固定的。

14、什么是变压器的过励磁？变压器的过励磁是怎样产生的？

答：当变压器在电压升高或频率下降时都将造成工作磁通密度增加，变压器的铁芯饱和称为变压器过励磁。

电力系统因事故解列后，部分系统的甩负荷过电压、铁磁谐振过电压、变压器分接头连接调整不当、长线路末端带空载变压器或其他误操作、发电机频率未到额定值过早增加励磁电流、发电机自励磁等情况都可能产生较高的电压引起变压器过励磁。

15、变压器的过励磁可能产生什么后果？如何避免？

答：当变压器电压超过额定电压的10%，将使变压器铁芯饱和，铁损增大。漏磁使箱壳等金属构件涡流损耗增加，造成变压器过热，绝缘老化，影响变压器寿命甚至烧毁变压器。

避免方法：

（1）防止电压过高运行。一般电压越高，过励情况越严重，允许运行时间越短。

（2）加装过励磁保护：根据变压器特性曲线和不同的允许过励磁倍数发出告警信号或切除变压器。

16、变压器本体构造有哪些安全保护设施？其主要作用是什么？

答：变压器本体构造中保护设施有：

（1）油枕

其容量约为变压器油量的8-10%。作用是：容纳因温度的变化而使变压器油体积的变化，限制变压器油与空气的接触，减少油受潮和氧化程度。油枕上安装吸湿器，防止空气进入变压器。

（2）吸湿器和净油器

吸湿器又称呼吸器，内部充有吸附剂，为硅胶式活性氧化铝，其中常放入一部分变色硅胶，当由兰变红时，表明吸附剂已受潮，必须干燥或更换。

净油器又称过滤器，净油缸内充满吸附剂，为硅胶式活性氧化铝等，当油经过净油器与吸附剂接触，其中的水份、酸和氧化物被吸收，使油清洁，延长油的使用年限。

（3）防爆管（安全气道）

防爆管安装在变压器箱盖上，作为变压器内部发生故障时，防止油箱内产生高压力的释放保护。

现代大型变压器已采用压力释放阀代替安全气道。当变压器内部发生故障压力升高，压力释放阀动作并接通触头报警或跳闸。

此外，变压器还具有瓦斯保护，温度计、油表等安全保护装置。

17、电压互感器和电流互感器在作用原理上有什么区别？

答：电压互感器主要用于测量电压，电流互感器用于测量电流。

（1）电流互感器二次侧可以短路，但不能开路；电压互感器二次侧可以开路，但不能短路。

（2）相对于二次侧的负载来说，电压互感器的一次内阻抗较小，以至可以忽略，可以认为电压互感器是一个电压源；而电流互感器的一次内阻很大，以至认为是一个内阻无穷大的电流源。

（3）电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值，系统故障时电压下降；磁通密度下降，电流互感器正常工作时磁通密度很低，而系统发生短路时一次侧电流增大，使磁通密度大大增加，有时甚至远远超过饱和值，会造成二次输出电流的误差增加。因此，尽量选用不易饱和的电流互感器。

18、什么叫变压器的等值老化原则？正常过负荷能力?

答：变压器的额定容量即铭牌容量，其含义是如果在规定的环境温度下，长时间地按这种容量连续运行，就能获得经济合理的效率和具有正常使用年限（约20∽30年）。变压器的负荷能力，则是指在较短时间内所能输出的功率，在一定条件下，它可能超过额定容量。

经验证明，变压器绕组最热点的温度维持在98。C时，变压器能获得正常使用年限。

等值老化原则：变压器在一部分时间内，根据运行要求容许绕组温度大于98。C，而在另一部分时间内使绕组温度小于98。C，只要使变压器在温度较高的时间内所多损耗的寿命（或使用年限）与变压器在温度较低时间内所少损耗的寿命相互补偿，这样变压器的使用年限可以和恒温98。C运行时等值，此即所谓等值老化原则。

19、变压器的正常过负荷和事故过负荷有何规定？

答：变压器的正常过负荷能力以不牺牲变压器正常寿命为原则，即在整个时间间隔内变压器绝缘老化率小于或等于1。同时还规定过负荷期间绕组最热点的温度不得超过140。C，上层油温不得超过95。C，变压器最大过负荷不得超过额定负荷的50％。

当系统发生事故时，保证不间断供电是首要任务，变压器绝缘老化加速是次要的，所以事故过负荷和正常过负荷不同，它是以牺牲变压器寿命为代价的。但事故过负荷时绕组最热点的温度不得超过140。C，负荷电流不得超过额定值得两倍。

20 、110KV及以上的长距离输电线停、送电操作，送电端必须有变压器中性点接地？

答：如图，如T的110KV侧中性点不接地，则形成小接地电流系统。K(1) 时，T的其它两相绕组出线端对地（T的外壳）电压升为线电压，中性点电压升为相电压，危及变压器及线路绝缘。（为什么强调送电端？）

21、什么叫全绝缘变压器？什么叫半绝缘变压器？

答：半级绝缘（又称分级绝缘）就是变压器的绕组靠近中性点部分的主绝缘，其绝缘水平比绕组端部的绝缘水平低，而与此相反，一般变压器首端与尾端绝缘水平一样的叫全绝缘。

22、自耦变压器和带负荷调压变压器为什么其中性点一定要接地？

答：自耦变的一、二次线圈间有着电的联系，若中性点不接地，高压侧发生接地故障时，中性点的位移电压可达高压侧的相电压，这种电压会直接传到低压端，造成低压侧的严重过电压，而损坏低压侧的电气设备，为防止这种过电压的传递，而将中性点直接接地。

我国生产的带负荷调压变压器，其调压分头放在中点处，其绝缘水平很低，220KV变压器只有35KV绝缘水平，故要求必须接地。

23、运行中变压器，哪些情况要将重瓦斯改接信号？

答：

（1）运行中进行滤油、加油及换硅胶时；

（2）需要打开放气或放油塞子、阀门、检查吸湿器、净油器、油流继电器、潜油泵或进行其他工作时；

（3）瓦斯继电器及其回路进行检查时，保护回路有直流接地时，变压器严重漏油，可能造成误动的。

24、变压器冷却系统电源发生故障时允许运行时间是如何规定的？

答：强迫油循环风冷式和水冷式变压器，当冷却系统电源发生故障使冷却器全停（油泵及风扇或油泵及循环水全停）时，允许继续带负荷的时间应按制造厂的规定执行，一般允许带额定负荷运行时间如下：

容量为125MVA及以下时，为20min；

容量为125MVA及以上时，为10min；

如到允许时间油面温度尚未达到75。C，则允许继续运行至油面温度达到75。C为止，但最多不应超过1h。

特别指出，上述情况是为了事故处理，变压器非带负荷不可。对于强迫油循环风冷和水冷的变压器，一般不允许不开动冷却装置就带负荷运行，即使是空载也不允许不开动冷却装置就带负荷运。