變壓器工作原理及基礎知識，電氣人必備！

1、電力變壓器的種類有哪些？主要部件有哪些？

答：隨著電力系統的發展，對電力變壓器需求越來越高，種類繁多。按相數分，有單相和三相的；按繞組和鐵芯的位置分有內鐵芯式和外鐵芯式；按冷卻方式分，有干式自冷、風冷，強迫油循環風冷和水冷等；按中性點絕緣水平分，有全絕緣和半絕緣；按繞組材料分，有A、E、B、F、H等五級絕緣。不同種類的變壓器，對運行有不同的要求；按調壓方式可分為有載調壓和無載調壓。

一般電力變壓器的主要部件有：鐵芯、繞組、套管、油箱、油枕、散熱器及其附屬設備。

2、 變壓器繞組的接線組別常見有哪幾種？一臺雙卷三相變壓器，其組別為高壓線卷A-X，B-Y，C-Z，低壓線卷為a-x，b-y，c-z，請連接Y0/Δ11的結線方式并繪出高低壓側的電勢向量圖。

3、 何謂勵磁涌流？產生的原因是什么？

答：變壓器勵磁涌流是：變壓器全電壓充電時在其繞組中產生的暫態電流。

變壓器投入前鐵芯中的剩余磁通與變壓器投入時工作電壓產生的磁通方向相同時，其總磁通量遠遠超過鐵芯的飽和磁通量，因此產生較大的涌流，其中大峰值可達到變壓器額定電流的6-8倍。勵磁涌流隨變壓器投入時系統電壓的相角、變壓器鐵芯的剩余磁通和電源系統阻抗等因素有關。大涌流出現在變壓器投入時電壓經過零點瞬間（該時磁通為峰值）。變壓器涌流中含有直流分量和高次諧波分量，隨時間衰減，其衰減時間取決于回路電阻和電抗，一般大容量變壓器約為5-10秒，小容量變壓器約為0.2秒左右。

4、 新變壓器或大修后的變壓器為什么正式投運前要做沖擊試驗？一般沖擊幾次？

答：新變壓器或大修后的變壓器在正式投運前要做沖擊試驗的原因如下：

（1）檢查變壓器絕緣強度能否承受全電壓或操作過電壓的沖擊。

當拉開空載變壓器時，是切斷很小的激磁電流，可能在激磁電流到達零點之前發生強制熄滅，由于斷路器的截流現象，使具有電感性質的變壓器產生操作過電壓，其值除與開關性能、變壓器結構等有關外，變壓器中性點的接地方式也影響切空載變壓器過電壓。一般不接地變壓器或經消弧線圈接地的變壓器，過電壓幅值可達4-4.5倍相電壓，而中性點直接接地的變壓器，操作過電壓幅值一般不超過3倍相電壓。這也是要求做沖擊試驗的變壓器中性點直接接地的原因所在。

（2）投入空載變壓器時會產生勵磁涌流，其數值可達額定電流的6-8倍。由于勵磁涌流會產生很大的電力，所以做沖擊試驗又是考核在大的勵磁涌流作用下變壓器的機械強度以及繼電保護是否會誤動作。

沖擊試驗的次數：

新變壓器投入需沖擊五次。大修后的變壓器需沖擊三次。

5、 變壓器并聯運行的條件是什么？

答：變壓器并聯運行必須滿足以下三個條件：

（1）所有并聯運行的變壓器變比相等；

（2）所有并聯運行的變壓器短路電壓相等；

（3）所有并聯運行的變壓器繞組接線組別相同；

6、變壓器并聯運行變比不等有何后果？

答：變壓器并列運行，變壓比不同時，變壓器二次側電壓不等，在繞組的閉合回路中產生均衡電流，二次繞組中均衡電流的方向取決于二次輸出電壓的高低，從二次輸出電壓高的變壓器流向輸出電壓低的變壓器。該電流除增加變壓器的損耗外，當變壓器帶負荷時，均衡電流疊加在負荷電流上。均衡電流與負荷電流方向一致的變壓器負荷增大；均衡電流與負荷電流方向相反的變壓器負荷減輕。

7、 變壓器并聯運行短路電壓不等有何后果？

答：按變壓器并列運行的三個條件并列運行的變壓器容量能得到充分利用，當各臺并列運行的變壓器短路電壓相等時，各臺變壓器復功率的分配是按變壓器的容量的比例分配的，各臺變壓器容量的總和就是它們能承受的系統總變壓器容量的利用率；若各臺變壓器的短路電壓不等，各臺變壓器的復功率分配是按變壓器短路電壓成反比例分配的，短路電壓小的變壓器易過負荷，變壓器容量不能得到合理的利用。

8、變壓器并聯運行連接組別不同有何后果？

答：將不同連接組別的變壓器并聯運行，二次側回路將因變壓器各副邊電壓不同而產生電壓差ΔU2，因在變壓器連接中相位差總量是30°的倍數，所以ΔU2的值是很大的。如并聯變壓器二次側相角差為30°時，ΔU2值就有額定電壓的51.76%，若變壓器的短路電壓Uk=5.5%，則均衡電流可達4.7倍的額定電流，可能使變壓器燒毀。

較大的相位差產生較大的均衡電流，這是不允許的。故不同組別的變壓器是不能并列運行的。

9、 三臺具有相同變比和連接組別的三相變壓器，其額定容量和短路電壓分別為：

10、自耦變壓器與普通變壓器有什么不同？

答：自耦變壓器與普通變壓器不同之處是：

（1）其一次側與二次側不僅有磁的聯系，而且有電的聯系，而普通變壓器僅是磁的聯系。

（2）電源通過變壓器的容量是由兩個部分組成：即一次繞組與公用繞組之間電磁感應功率，和一次繞組直接傳導的傳導功率。

（3）由于自耦變繞組是由一次繞組和公用繞組兩部分組成，一次繞組的匝數較普通變壓器一次繞組匝數和高度及公用繞組電流及產生的漏抗都相應減少，自耦變的短路電抗X自是普通變壓器的短路電抗X普的（1-1/K）倍，K為變壓比。

（4）若自耦變壓器設有第三繞組，其第三繞組占用公用繞組容量。影響自耦變運行方式和交換容量。

（5）由于自耦變壓器中性點必須接地，使繼電保護的整定和配置復雜化。

（6）自耦變壓器體積小，重量輕，便于運輸，造價低。

11、 自耦變壓器運行中注意些什么問題？

答：自耦變壓器運行中應注意的問題：

（1）由于自耦變壓器的一、二次側有直接電的聯系，為防止由于高壓側單相接地故障而引起低壓側的電壓升高，用在電網中的自耦變壓器的中性點必須可靠的直接接地。

（2）由于一、二次側有直接電的聯系，高壓側受到過電壓時，會引起低壓側的嚴重過電壓。為避免這種危險，須在一、二次側都加裝避雷器。

（3）由于自耦變壓器短路阻抗較小，其短路電流較普通變壓器大，因此在必要時需采取限制短路電流的措施。

（4）運行中注意監視公用繞組的電流，使之不過負荷，必要時可調整第三繞組的運行方式，以增加自耦變壓器的交換容量。

12、畫出有第三繞組的自耦變壓器O- Y0/Δ-12-11的接線圖和向量圖

13、變壓器調壓有哪幾種？變壓器分接頭為何多在高壓側？

答：變壓器調壓方式有有載調壓和無載調壓兩種：

有載調壓是指變壓器在運行中可以調節其分接頭位置，從而改變變壓器變比，以實現調壓目的。有載調壓變壓器中又有線端調壓和中性點調壓二種方式，即變壓器分接頭在高壓繞組線端側或在高壓繞組中性點側之區別。分接頭在中性點側可降低變壓器抽頭的絕緣水平，有明顯的優越性，但要求變壓器運行時其中性點必須直接接地。

無載調壓是指變壓器在停電、檢修情況下進行調節變壓器分接頭位置，從而改變變壓器變比，以實現調壓目的。

變壓器分接頭一般都從高壓側抽頭，其主要是考慮：

（1）變壓器高壓繞組一般在外側，抽頭引出連接方便；

（2）高壓側電流小些，引出線和分頭開關的載流部分導體截面小些，接觸不良的影響好解決。

原理上，抽頭在哪一側都可以，要進行經濟技術比較，如500kV大型降壓變壓器抽頭是從220kV側抽出的，而500kV側是固定的。

14、什么是變壓器的過勵磁？變壓器的過勵磁是怎樣產生的？

答：當變壓器在電壓升高或頻率下降時都將造成工作磁通密度增加，變壓器的鐵芯飽和稱為變壓器過勵磁。

電力系統因事故解列后，部分系統的甩負荷過電壓、鐵磁諧振過電壓、變壓器分接頭連接調整不當、長線路末端帶空載變壓器或其他誤操作、發電機頻率未到額定值過早增加勵磁電流、發電機自勵磁等情況都可能產生較高的電壓引起變壓器過勵磁。

15、變壓器的過勵磁可能產生什么后果？如何避免？

答：當變壓器電壓超過額定電壓的10%，將使變壓器鐵芯飽和，鐵損增大。漏磁使箱殼等金屬構件渦流損耗增加，造成變壓器過熱，絕緣老化，影響變壓器壽命甚至燒毀變壓器。

避免方法：

（1）防止電壓過高運行。一般電壓越高，過勵情況越嚴重，允許運行時間越短。

（2）加裝過勵磁保護：根據變壓器特性曲線和不同的允許過勵磁倍數發出告警信號或切除變壓器。

16、變壓器本體構造有哪些安全保護設施？其主要作用是什么？

答：變壓器本體構造中保護設施有：

（1）油枕

其容量約為變壓器油量的8-10%。作用是：容納因溫度的變化而使變壓器油體積的變化，限制變壓器油與空氣的接觸，減少油受潮和氧化程度。油枕上安裝吸濕器，防止空氣進入變壓器。

（2）吸濕器和凈油器

吸濕器又稱呼吸器，內部充有吸附劑，為硅膠式活性氧化鋁，其中常放入一部分變色硅膠，當由蘭變紅時，表明吸附劑已受潮，必須干燥或更換。

凈油器又稱過濾器，凈油缸內充滿吸附劑，為硅膠式活性氧化鋁等，當油經過凈油器與吸附劑接觸，其中的水份、酸和氧化物被吸收，使油清潔，延長油的使用年限。

（3）防爆管（安全氣道）

防爆管安裝在變壓器箱蓋上，作為變壓器內部發生故障時，防止油箱內產生高壓力的釋放保護。

現代大型變壓器已采用壓力釋放閥代替安全氣道。當變壓器內部發生故障壓力升高，壓力釋放閥動作并接通觸頭報警或跳閘。

此外，變壓器還具有瓦斯保護，溫度計、油表等安全保護裝置。

17、電壓互感器和電流互感器在作用原理上有什么區別？

答：電壓互感器主要用于測量電壓，電流互感器用于測量電流。

（1）電流互感器二次側可以短路，但不能開路；電壓互感器二次側可以開路，但不能短路。

（2）相對于二次側的負載來說，電壓互感器的一次內阻抗較小，以至可以忽略，可以認為電壓互感器是一個電壓源；而電流互感器的一次內阻很大，以至認為是一個內阻無窮大的電流源。

（3）電壓互感器正常工作時的磁通密度接近飽和值，系統故障時電壓下降；磁通密度下降，電流互感器正常工作時磁通密度很低，而系統發生短路時一次側電流增大，使磁通密度大大增加，有時甚至遠遠超過飽和值，會造成二次輸出電流的誤差增加。因此，盡量選用不易飽和的電流互感器。

18、什么叫變壓器的等值老化原則？正常過負荷能力?

答：變壓器的額定容量即銘牌容量，其含義是如果在規定的環境溫度下，長時間地按這種容量連續運行，就能獲得經濟合理的效率和具有正常使用年限（約20∽30年）。變壓器的負荷能力，則是指在較短時間內所能輸出的功率，在一定條件下，它可能超過額定容量。

經驗證明，變壓器繞組熱點的溫度維持在98。C時，變壓器能獲得正常使用年限。

等值老化原則：變壓器在一部分時間內，根據運行要求容許繞組溫度大于98。C，而在另一部分時間內使繞組溫度小于98。C，只要使變壓器在溫度較高的時間內所多損耗的壽命（或使用年限）與變壓器在溫度較低時間內所少損耗的壽命相互補償，這樣變壓器的使用年限可以和恒溫98。C運行時等值，此即所謂等值老化原則。

19、變壓器的正常過負荷和事故過負荷有何規定？

答：變壓器的正常過負荷能力以不犧牲變壓器正常壽命為原則，即在整個時間間隔內變壓器絕緣老化率小于或等于1。同時還規定過負荷期間繞組熱點的溫度不得超過140。C，上層油溫不得超過95。C，變壓器大過負荷不得超過額定負荷的50％。

當系統發生事故時，保證不間斷供電是首要任務，變壓器絕緣老化加速是次要的，所以事故過負荷和正常過負荷不同，它是以犧牲變壓器壽命為代價的。但事故過負荷時繞組熱點的溫度不得超過140。C，負荷電流不得超過額定值得兩倍。

20 、110KV及以上的長距離輸電線停、送電操作，送電端必須有變壓器中性點接地？

答：如圖，如T的110KV側中性點不接地，則形成小接地電流系統。K(1) 時，T的其它兩相繞組出線端對地（T的外殼）電壓升為線電壓，中性點電壓升為相電壓，危及變壓器及線路絕緣。（為什么強調送電端？）

21、什么叫全絕緣變壓器？什么叫半絕緣變壓器？

答：半級絕緣（又稱分級絕緣）就是變壓器的繞組靠近中性點部分的主絕緣，其絕緣水平比繞組端部的絕緣水平低，而與此相反，一般變壓器首端與尾端絕緣水平一樣的叫全絕緣。

22、自耦變壓器和帶負荷調壓變壓器為什么其中性點一定要接地？

答：自耦變的一、二次線圈間有著電的聯系，若中性點不接地，高壓側發生接地故障時，中性點的位移電壓可達高壓側的相電壓，這種電壓會直接傳到低壓端，造成低壓側的嚴重過電壓，而損壞低壓側的電氣設備，為防止這種過電壓的傳遞，而將中性點直接接地。

我國生產的帶負荷調壓變壓器，其調壓分頭放在中點處，其絕緣水平很低，220KV變壓器只有35KV絕緣水平，故要求必須接地。

23、運行中變壓器，哪些情況要將重瓦斯改接信號？

答：

（1）運行中進行濾油、加油及換硅膠時；

（2）需要打開放氣或放油塞子、閥門、檢查吸濕器、凈油器、油流繼電器、潛油泵或進行其他工作時；

（3）瓦斯繼電器及其回路進行檢查時，保護回路有直流接地時，變壓器嚴重漏油，可能造成誤動的。

24、變壓器冷卻系統電源發生故障時允許運行時間是如何規定的？

答：強迫油循環風冷式和水冷式變壓器，當冷卻系統電源發生故障使冷卻器全停（油泵及風扇或油泵及循環水全停）時，允許繼續帶負荷的時間應按制造廠的規定執行，一般允許帶額定負荷運行時間如下：

容量為125MVA及以下時，為20min；

容量為125MVA及以上時，為10min；

如到允許時間油面溫度尚未達到75。C，則允許繼續運行至油面溫度達到75。C為止，但多不應超過1h。

特別指出，上述情況是為了事故處理，變壓器非帶負荷不可。對于強迫油循環風冷和水冷的變壓器，一般不允許不開動冷卻裝置就帶負荷運行，即使是空載也不允許不開動冷卻裝置就帶負荷運。