电力变压器的工作原理与技术性能

焦夫海

(桦南县向阳山水库水电站，黑龙江桦南 154400)

电力变压器的工作原理与技术性能

焦夫海

(桦南县向阳山水库水电站，黑龙江桦南 154400)

变压器是电力系统不可缺少的主要设备，它是保证输电质量和电网安全运行的重要装置，文章阐述了电力变压器的函义、工作原理及其技术性能。

电力系统;电力变压器;冷却方式;工作原理;技术性能

在电力系统运行中，到处可见到变压器，但是，要准确说出它的真正函义，了解它的作用和工作原理的人就很少了。水利工作者常规划开发水力资源，能设计水力发电站。因此，更应了解一些水力发电系统中的主要设备，这就是撰写本文的一个目的。

1 何谓电力变压器

电力变压器是将电能用升高或降低电压转送出去的电气设备。水电站用的电力变压器有两种：升压变压器和降压变压器二者原理相同，用途不同，其高、压侧的额定电值等参数不同。电力变压器的技术性能，在国家标准中有详细规定。

水电站中使用的升压电力变压器(也称主变压器)有：①双线卷变压器，即具有高压和低压两个线卷的变压器;②三线卷变压器，有高、中、低3种电压等级的3个线卷的变压器;③分裂线卷变压器，n台发电机分别连接在一台主变压器的几个低压线卷上，然后经高压线卷引出，可以限制短路电流值;自耦变压器，这种变压器的高、中压电压比值较小，共用一个线卷，高、中压电网可经此变压器转送能，制造费用较联成一片线卷的低，但短路电流较大。

2 主变压器的冷却方式与分类

主变压器的冷却方式一般有4种;①自然冷却式，利用变压器外壳和散热器向周围空气自然散热;②风冷式，利用电动风机向冷却器吹风，提高空气流速，增强冷却效果;③强油风冷式，除了电动吹风之外，利用电动油泵，将冷却器至主变压器内的油速牡环，提高冷却效果;④强油水冷式，将变压器的油利用电动油泵送至热交换器，利用热交换器中的水散热，油再返回变压器器身中，水来自工业用水源，经热交换器向排水管排出，水电站大型变压器采用这种方式冷却，比较有利。

电力变压器有单相和三相两种，一般使用三相式。当容量过大，制造或运输有困难时，也可使用3台单相，但3台单相比1台三相占地较大，造价昂贵。在水电站中几组相同的单相变压器可以设置一作备用。有一种组织式三相变压器，做也3个单相运到电站后，组装成三相，目的是便于运输，减少占地面积。

变压器又分无载调压和有载调压两种，前者只有在停电状态下切换分接头;后者可以在负载下切换分接头。

一般变压器内除了固体绝缘介质外，都用绝缘油作为绝缘和传热介质。目前中国已能制造小容量的干式电力变压器，有环氧树脂的和六氟化硫气体的电力变压器。

3 变压器的工作原理

变压器是利用电磁感应的原理制成的。图1表示一个简单的单相变压器。它有两个线圈分别绕在铁芯柱上，其中一个与交流电源接通(输入电能)，叫一次线圈或原线圈;一个与负载相连接(输出电能)，叫二次线圈或副线圈。当一次线圈有交流电通过时，铁芯内就产生交流的磁场，磁场的磁力线同时通过一次和二次线圈，二次线圈则因交流磁力线的感应作用而产生电势。如果二次线圈接通外面负载，两个线圈内都有了电流通过。

图1 变压器工作原理图

把变压器的原线圈通上额定电压，而副线圈开路不接负载，这种状态叫做变压器的“空载”运行。这时，仅原线圈中有交流电通过，这个电流称为空载电流，约为变压器额定电流的5%。变压器的副线圈虽没有功率输出，但原线圈仍需要从电网中吸取小量的功率来补偿这种功率损耗，这部分功率损耗叫做“空载损耗”。一般电力变压器的空载损耗不超过额定容量的1%。

变压器两侧线圈的电压大小与两个线圈的匝数成正比，而两个线圈内通过的电流则与它的匝数成反比例。

4 技术性能

目前常用的电力变压器有SJ1系列和SJL1系列。SJ1系列采用铜导线线圈和D42热轧硅钢片，SJL1系列采用铝导线圈和0.35 mmD330冷轧硅钢片。变压器型号含义如下：

S——“三相”变压器

J——油“浸”自冷式

L——“铝”线圈

1——产品设计序号(改正型)

100——容量为100kVA

10——高压侧电压为10kV

电力变压器的主要技术性能如下：

4.1 额定容量

额定容量是指变压器在厂家铭牌规定的各技术条件下，连续运行时所输送的容量，其计算公式：

单相变压器

式中：Se为额定容量，kVA;Ue为额定电压，kV;Ie为额定电流，A。

4.2 定额电压

额定电压是指变压器长时间运行时，所能随的工作电压，铭牌上的高压电压Ue值是指中间分接头的额定值。例如，铭牌上高压侧电压10.5 kV、10 kV、9.5 kV共3个数据，系指分接头在第一、二、三挡位的数值。低压侧的额定线电压0.4 kV。

4.3 额定电流

额定电流是反映变压器在额定容量下，允许长期通过的工作电流，铭牌上高压侧电流也有三个数值，即分接头在各挡位电压值的工作电流。

4.4 变比

变比是指一次侧的额定电压与二次侧的额定电压之比值。如一台10/0.4 kV伏的三相变压器，其变比即为K=10/0.4=25。

4.5 短路损失

短路损失是指变压器一、二次侧电流流过该引起意阻所灌溉面积的能量之和。短路损失的大小与一、二次侧电流的平方成正比。线圈内损失的能量，变成热能散失了。铭牌上所标的千瓦数，系指线圈在75℃时通过的额定电流的短路损失。

4.6 铁损

铁损是变压器在额定电压下(二次侧开路)，在铁芯中消耗的功率，其中包括激磁损耗和涡流损耗。铁芯损失能量也由电源供给，最后变成热能散失。

4.7 短路电压(阻抗)

变压器二次侧短路一次侧施加电压，并慢慢使电压加大，当二次侧产生的短路电流等于额定电流时，一次侧所施加的电压叫做短路电压。铭牌上是用百分数来表示的，即：

小型电站所用10 kV变压器的短路电压约在4%—6%左右，在变压器并联时就需用到这个数据。

4.8 接线组别

为了表明变压器两侧线电压的相位关系，将三相变压器的接线分为若干组，称为接线组别。三相器的接线组别共分为十二种，其中六个是单数组，六个是双数组。凡是一次线圈与二次线圈连接相同，如Δ/Δ、丫/丫，都属闯劲数组，包括2、4、6、8、10、12 六个组;凡是一次线圈与二次线圈接线不一致，如丫/Δ/丫，都属单数组，包括 1、3、5、7、9、11 六个组。

表示不同接线组别，一般采用时钟示法。因为一、二次侧对应的线电压之间相位差总是30°的整倍数，这正好和钟面上小时之间的角度一样。其方法是把一次侧线电压向量作为时钟的长针，二次侧对应线电压向量作为时针的短针，看短针指在几点钟的位置上，就以这钟点作为该接线组别的组号。

变压器的高压侧线圈、低压侧线圈可以接成星形或三解形。例如小型水电站所用的10kV变压器接线方式大都是丫/丫0-12接法，分子丫代表高压侧线圈接成星形，分母丫0代表低压侧线圈接成星形，并把中性线引出来，数字“12”表示高压和低压线圈对应相的线电压是同相位的，组别是12点钟。

又如丫/Δ-11接法，分子丫代表高压侧线圈接成星形，分母Δ代表低压侧线圈接成三角形。由于二次侧接成三解形，其线电压与相电压相等。则二次侧线电压向量越前于一次侧线电压向量30°，如一次侧线电压向量指在钟表12点，则二次侧线电压向量指在11点，故它的组别是11点钟。

［1］崔宗培，徐乾清，吴以鳌，等，中国水利百科全书［M］.北京：水利电力出版社1990.

［2］《小型水电站运行管理》编写组.小型水电站运行管理［M］.北京：水利出版社1980.

TM723

B

1007-7596(2011)06-0121-02

2011-08-18

焦夫海(1969-)，男，黑龙江桦南人，技工。