变压器的基本原理和结构

第一章变压器的基本原理和结构

1.1变压器的基本原理

变压器的基本组成部分是由绕在共同磁路上的两个或者两个以上的绕组所有构成，图1-1表示单相变压器。当图中的一次绕组加上交流电压U1时，一次绕组里就有交流电流i1流过，此时一次绕组将产生一个磁动势F1=N1i1，这个磁动势就会在铁心中产生一个磁通φ，显然这个磁通也是交变的，所以他将在二次绕组（也包括一次绕组）中感应出一个电动势E2。当二次侧接上负载时，在E2的作用下，负载中将有电流I2流过。这就是变压器将电能从一次侧传递到二次侧的工作过程。

变压器工作原理图

变压器工作的目的不仅在于实现能量从一次侧传递到二次侧，而是通过传递过程实现电压和电压和电流的改变。

1.2变压器的基本结构

1.2.1变压器的内部结构主要有：铁心、线圈、器身绝缘、引线、变压器油组成。

1.2.2变压器外部结构主要有：邮箱、散热器、储油柜、高压套管、低压瓷套、分接开关、压力释放阀、分机及控制柜、测温装置、放油阀组成等。

第二章各种牵引变压器介绍

2.1 单相牵引变压器

单相牵引变压器是之一种将三相电力系统（一次侧）变为适用于电力机车牵引用但相电压牵引变压器。适用于电气化铁路BT供电方式或直接供电方式的牵引变电所。根据供电网及变电所分布情况，将原边分别接110KV或220KV三相电力系统A2B2C,次边a接触网供电，b接钢轨并接地。单相牵引变压器接线如下图：

2.2 平衡牵引变压器

变压器尤其适用于做电气化铁道BT供电方式或直接供电方式的牵引变电所的主变压器。

平衡变压器的原边接于110KV三相工业电力系统，中性点N可以接地，次边27.5KV二相分别接上、下行接触网供电。O端接钢轨并接地。

次边线圈由a1、a2、b3、b4、b5、c6、c7线圈组成，二相引出端α、β与接地端O间的αo、βo幅值相等，相位差为90°，次边线圈的电压向量图似底脚水平延伸的A字形，线圈连接中含有a1、b4、c7组成的正三角形。原边线圈A1、A2、C3是星型（YN）接，N 为中性点可供接地系统用。如图1

图1

图中（A1）（B1）（C1）是原边线圈。（A）（B）（C）为原边端子。N 为中性点引出线端子。（a1）（a2）（b3）（b4）（b5）（c6）（c7）为次边线圈。

2.3 VV 牵引变压器

这种变压器通常在BT供电或直供方式中采用。

根据这种变压器的运行原理，它有两种结构形式，一种是三柱式，另一种是四柱式；三柱式既在变压器油箱中铁心为三柱结构，两个旁柱安装线圈，中柱没有线圈只作为磁路；四柱式既为两个单相变压器

联结使用，它有两种形式，一种是用两个单独的单相变压器，另一种是同一油箱中装两台单相变压器。从使用的角度考虑又有等容量和不等容量之分。

根据这种变压器的接线方式，可分为Y接去边接法和D接去边接法；变压器高压线圈的绝缘结构为全绝缘。

从接线方式进行分析：

Y接去边接法如下图所示;

D接去边接法如下图所示：

产品的型号及含义：

2.4 自耦变压器

2.4.1 概述

在一个闭合的铁芯上绕两个或者以上的线圈，当一个线圈通入交流电源时（就是初级线圈），线圈中流过交变电流，这个交变电流在铁芯中产生交变磁场，交变主磁通在初级线圈中产生自身感应电势，同时另外一个线圈（就是次级线圈）中感应互感电动势。通过改变初、次级的线圈匝数比的关系来改变初、次级线圈端电压，实现电压变换。自耦变压器是指它的绕组一部分是高压边和低压变共用的。另一部分只属于高压边，原副边有直接的电的关系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。

2.4.2 自耦变压器的结构原理及特点

①自偶变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器，升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分抽头电压就降低，比公用线圈多的部分抽头电压就升高。

②原理和普通变压器是一样的，只不过它的原线圈就是它的副线圈。自耦变压器是自己影响自己。

③自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器时，外施电压只加在绕组的一部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组。同容量的自耦变压器与普通变压器相比不但尺寸小而且效率高，并且变压器的容量越大，电压越高，这个优点就越突出。因此随着电力系统

的发展，电压等级的提高和输送容量的增大，自耦变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。

④自耦变压器是利用自耦变压器串联线圈和公用线圈中的电流大小相等、方向相反及自耦变压器的低阻抗特性，迫使机车回归电流通过正馈导线流回牵引变电所，从而提高供电系统电流分布的对称性，以减轻对通信线路的磁感应影响；利用接触网和正馈导线对地电压极性相反的特点，提高电压系统电压分布的对称性，拟制对通信线路的电感应影响，以实现防干扰的效果。

出线端子位置示意图

接线简图

第三章变压器现场上节油箱的起吊与回装

3.1 吊芯检查前的要求及准备工作

⑴室外吊芯时，应有防尘和应付突然风雨天气的防护措施。

⑵吊芯现场的温度不应低于15℃，空气相对湿度不应超过70%，若温度过低，可用加热法（低电压短路内烘）让器身温度（由上轭处测得）高于环温10℃左右。

⑶器身在空气中暴露时间：从开始放油算起不得超过下列规定。

a：天气干燥（空气的相对湿度＜65%；16小时）

b：潮湿天气（空气的相对湿度为65%～75%；12小时）

⑷吊芯前应做好一切准备工作，以保证检查顺利，尽量缩短暴露时间。实用工具的名称及数量应做好记录甚至挂签编号，检查作业一完成仔细查对，以防止遗留在变压器内。

⑸吊芯前变压器油应全部放尽。按总装配图上表示的定位关系，首先松开所有套管连接引线。高压A、B、C、O相套管引线导电头段部有M110螺纹孔，拆卸前应先拧入螺栓并用线绳栓紧，然后将所有螺栓均匀松开后在卸下。

3.2 吊芯检查的主要项目

⑴引线的绝缘是否有损伤，引线有无移位，夹持是否牢固。

⑵所有紧固件（如铁轭夹件，拉板，引线，导线夹，拉带U型等）是否有松动。

⑶木件及导线夹是否有损坏或移位现象。

⑷分接开关是否整定在额定（Ⅱ）位置，核对内部的电气接触与外

部操动装置的指示位置是否一致。

⑸铁芯，夹件的接地是否可靠。

⑹线圈，铁心绝缘电阻测量。

3.3 吊芯查实验项目

⑴打开铁心端面铁心接地片，测量铁心与夹件间的绝缘电阻（用1000V摇表测），一般如有“铁心多点接地”故障，由本项试验可立刻发现。

⑵强调铁芯必须做到一点接地并接地可靠。多点接地，则有可能形成部分甚至全部匝链主磁通的电气短路环，这将酿成大事故；若接地不可靠，将造成“电位浮悬”从而增大局部放电量甚至引起介质的击穿。

注：牵引变压器，铁芯的接地线专门用“接地套管”引出油箱外，（以便于箱外进行某些实验要求铁芯脱离箱壳电位而成为独立电极的需要，例如测量线圈对铁芯的电容进行计算一例线圈进入雷电波时在另一侧线圈中的静感应电位），此时铁芯与夹件之间不再用接地片连通。上下夹件之间已由拉板连通，下夹件与下节油箱（地）连通。

3.4 变压器上节油箱起吊

⑴上节油箱起吊前，应拆除全部箱沿螺栓，并拆除器身定位装置，在油箱四角栓牵引绳索。

⑵起吊上节邮箱时，吊绳夹角不大于30度，起吊油箱的开始阶段，有一部分箱沿螺栓可先不拔出，并在上下油箱四角螺孔中插入定位棒，刚起吊时，如上节油箱向一边晃动，应调节吊钩及绳索的位置，以保

持邮箱上下箱沿平行分离，在上节油箱上升过程中，要有人用绳索牵引油箱，以防油箱与器身相碰。

⑶上节油箱应放在水平敷设的清洁枕木上，防止箱沿密封面碰伤或污染，选择油箱放置地点时，要考虑既不妨碍了道工序，又便于回装时起吊，起吊油箱所用吊索在油箱落地后，尽可能保持不动，以便突然下雨或者刮风时以最快速度回吊油箱。

⑷起吊和回吊油箱之前，必须彻底清除油箱上尘埃及螺栓等可能掉落的物体。

3.5 变压器上节油箱回装

⑴器身检查结束，清理箱底残留，检查有无遗留工具或者杂物，检查箱沿胶绳是否完好。

⑵当上节油箱下落道接近箱沿胶绳时，使用定位棒插入箱沿螺孔进行定位，如能穿过一部分箱沿螺栓，应在各个方向尽量多穿一些，以免油箱下落时扭动胶绳。如上下有相吻合不好，应吊起重新定位。

⑷经检查确定箱沿胶绳安放合适后，插入全部箱沿螺栓，工作人员应至少分两组。对角先将全部螺栓轮翻紧固一遍，最后在统一紧固一次，使之达到合适的紧度。

3.6 注意事项

⑴器身检查结束后，一定要将接地片插好。

⑵现场安装时必须遵循以下安全措施：

a：在安装工作开始前，由现场总指挥和安全负责人召集全体参加安装工作的人员。开安全会议，结合本次安装工作的特点，进行安

全教育和旋不安全纪律。

b：无关人员不得进入安装现场。

c：上下传递物件和工具时，应系绳传递，禁止抛掷。

d：在高处拆卸、安装可能跌落的零部件时，应至少有两人配合，以免发生意外。

⑶起吊变压器整体的吊轴，在下节油箱的箱底支架上，起吊时应四个吊轴同时使用，同时均匀受力。

特别注意：切不可将上节油箱吊拌用来起吊变压器整体。

⑷如变压器不立即投入运行，要做长时间存放，则必须装上储油柜、吸湿器、保证足够的油面高度，以适应环境温度变化的需要。

3.7 安装操作要领

⑴Ⅱ位置时分接开关总成时的整定位置，子暗影确认三相开关的芯子其动触头已正对于Ⅱ位置（此时还可以测量和比较线圈直流电阻），将外部的操作手柄转动到其外部指示正对Ⅱ的位置。

⑵对110KV的套管安装，应保证线圈首段引线的绝缘锥度区进入套管尾部的均压球内，要将引线顺直引到上部的“将军帽”，防止引线打结或扭结。

⑶散热器的安装，应注意密封良好、连接可靠。

⑷安装风扇装置，并按“风扇接线图”接线。

⑸安装讯号式温度计，电阻式温度计，所有温度计座（包括水银温度计座）内均应注满变压器油。

⑹关于“真空注油”的特别警告与提示：

在上部一面抽真空，下部一面泵入油的过程中，一定要做到：钟罩顶部的真空空间接近200～300mm高时，下部及停止泵油，此后上部解除真空改为长压注油，否则，如果油泵不停，一旦箱定的“真空空间”全被下部泵入的油充满后，油箱内的压力将由负压一下子变成正压，这必是油箱因超压而破坏，一定要引起注意。

⑺在完成以上各项作业之后，安装其他零件做相应的整定，仔细监视密封部位有无渗漏。

⑻静放24小时，再次检查油无渗漏，确认无渗漏后，再放出气体继电器内的气体。

第四章变压器挂网运行

4.1 变压器挂网投运前应做下列各项检查

⑴变压器接地线与主接地网连接可靠。

⑵变压器上是否有异物存在。

⑶各种保护装置如气体继电器等动作是否灵敏可靠。

⑷储油柜和套管的油位是否正确。

⑸储油柜、散热器与变压器主体间的连接活门是否已处于开启状态。

⑹全部温度计读书是否大体一致。

⑺油箱应通过下节油箱接地螺栓可靠接地。

⑻上节油箱上的铁心接地套管，还应将按地套管有效接地。

⑼冷却系统是否一正常工作状态。

⑽调压分接开关位置指示器是否正常，是否只是所需要的位置，并在有关记录薄上记录。

⑾一次侧有中性点引出的变压器，应检查与中性点相连接的接线是否正确，如果连续是保护设备，应检查这些设备的状态是否正常。⑿一二侧有无短路接地线。与投运变压器有关的短路接地线都应拆除。

⒀检查继电保护装置是否已按规定启用，对整定值有无疑问，如有疑问，要及时查清原因按照运行分工责任制，变压器的继电保护是否应按照电网调度指令或变电所技术负责人的技术指令执行。

⒁对于高压侧没有短路的变压器，应核实高压熔断器的状态，了解熔件额定电流是否符合要求。普通电力变压器的一次侧熔丝应按变压

器额定电流的1.5～2倍选用，二次侧按二次侧额定电流选用。

⒂瓦斯保护装置、压力释放阀、油位计、温控器等应可靠连接。

⒃油断路或空气断路器传动装置之动作是否正常。

⒄接地系统是否正确。

a: 油箱接地是否良好，若下节油箱有接地螺栓时，则通过接地螺栓可靠接地。

b：若上节油箱有接地套管（有接地符号表示），则次接地套管必须有效接地。

c: 接地系统必须保证一点接地，（即接地点如铁芯，压板，上下夹件，油箱连接后不能成回路）。

4.2 变压器投运前的拍其工作

变压器在投运前应认真进行排气工作，有放气塞都要打开放气，直到冒出变压器油为止，因变压器内部残存有空气时，很可能引起气泡击穿故障。

需要排气的主要部位有：高压套管、低压套管、散热器、导气盒。

4.3 变压器的现场冲击合闸

⑴变压器在上述各项检试，经确认后合格，在额定电压下空载合闸5次，具体方法与电力变压器的交接规范相同（此前应确认过电流保护装置的正确可靠）。

⑵气体继电器的“轻瓦斯”端子线接至变压器的跳闸回路，试后还原改接到“报警回路”。

⑶过流保护按“瞬时动作”整定，电流限制以原边（110KV侧）为

准。

⑷每次合闸后持续时间不少于5分钟，在持续时间内应仔细倾听变压器有无异常声响，观察有无异常现象。

⑸若5次合闸过程均无异常现象发生，可切断电源，按正常监测方式重新整定过流保护装置的倍数与延时。

⑹气体继电器的两对接点（端子）恢复正常接线（“轻瓦斯”接“报警”；“重瓦斯”接“跳闸”）。

⑺确认上述各条后，变压器可正式合闸挂网，带负荷运行。

4.4 注意事项

⑴现场真空注油一定要注意在油面离箱顶200～300mm时转换为常压注油，以防胀坏油箱。

⑵变换分接开关必须在无极磁（原边与电网断开）状态下进行调整，并确认位置无误解除良好后再合上原边开关。

⑶变压器上节油箱上的铁芯接地套管，在正常工作时均应可靠接地。

第五章变压器运行和维护

5.1 日常维护

⑴变压器运行时应保证吸湿剂干燥，使其吸湿情况随时更换，吸湿器油封应注意加油维护，定期从储油柜的集物器中排污，要定期检查分接开关接触是否良好，清楚触头部分的油污和氧化膜等，并检查开关弹簧的状态及接触情况，要保证触头的压力，否则会引起开关烧坏。

⑵变压器在维护时要特别注意渗漏油，主要是防止空气、水、脏物等进入变压器内，注意高于储油柜油面的部、组件密封情况。如套管的顶部；储油柜的顶部；吸湿器连接管等要保证密封良好，因这些部位都没有油，平时不易发现渗漏，但它们都和邮箱连通，如果有渗漏，雨水、污物就可能侵入，因此维护时要特别注意。

5.2 变压器日常巡视检查一般包括以下内容

⑴变压器的油温和温度计应正常，储油柜的油位应与温度相对应，各部位无渗油、漏油。

⑵套管油位应正常，套管外部无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象。

⑶变压器声响正常。

⑷各冷却器手感温度应相近，风扇运转正常，油流继电器工作正常。

⑸吸湿器完好，吸附剂干燥。

⑹引线接头、电缆、母线应无发热现象。

⑺压力释放阀应完好无损。

⑻分接开关的分接位置及电源指示应正常。

⑼气体继电器内应无气体。

⑽各控制箱和二次端子箱应关严，以免受潮。

5.3 特殊情况下的巡视检查

⑴新设备或经过检修、改造的变压器的投运72h内。

⑵有严重缺陷时。

⑶气象突变（如大风、大雾、大雪、冰雹、寒潮等）时。

⑷雷雨季节特别时雷雨后。

⑸高温季节、高峰负载期间。

⑹变压器急救负载运行时。

5.4 检查周期由现场规程规定并增加以下检查内容

⑴外壳及箱沿无异常发热。

⑵各部位的接地应完好，必要时应测量铁芯和夹件的接地电源。

⑶调压装置的动作情况应正常。

⑷各种标志应齐全明显。

⑸各种保护装置应齐全、良好。

⑹各种温度计应在检定周期内，超温信号应正确可靠。

⑺消防设备应齐全完好。

⑻贮油池和排油设施应保持良好状态。

5.5 下述维护项目的周期，可根据具体情况在现场规程中规定

⑴清除储油柜集污器内的积水和污物。

⑵冲洗被污物堵塞影响散热的冷却器。

⑶更换吸湿器内的吸附剂。

⑷变压器的外部（包括套管）清扫。

⑸各种控制箱和二次回路的检查和清扫。

第六章变压器附件的使用与维护

6.1 温度计座安装使用维护

⑴查温度时应保证观察者远离高压侧瓷瓶导杆及引线，以免发生高压触电事故。

⑵温升超过技术条件最高值时，应立即查明运行中是否有不正常情况，是否负载超过限值，并按情节轻重分别向值班负责人汇报并采取必要的措施。

⑶水银温度计座破损，可将温度计从温度计座法兰中旋出，安装新的水银温度计，并观察温度计座中是否有足量的变压器油，如缺油应注入清洁的变压器油。

⑷温度计座拆卸时需将储油柜内与变压器联接管蝶阀关闭，这时才可旋松螺母进行更换。

⑸温度计座更换后如发现渗油现象，可能为衬垫密封圈偏斜及滑脱的现象，或温度计的管和底板焊接处有漏油现象。

6.2 吸湿器使用维护

⑴变压器出厂时在吸湿器联结管处有一个密封法兰盖板，安装时应将该法兰盖板卸掉，换以吸湿器替代。

⑵定期检查油杯内变压器油是否存在，若发现蒸发或减少时应及时添加。

⑶吸湿器内装有硅胶，如吸收水分至饱和时硅胶即失去作用，此时

应把硅胶放在干燥器内加热蒸发出去下手的水分即可复用，如在吸湿器内充以变色硅胶者，其潮湿程度以颜色标志如下：干燥时呈蓝色，吸收潮湿后呈浅红色。

⑷变压器必须加装吸湿器后方可投入运行。

6.3 分接开关使用维护

⑴分接开关的使用

a: 操作无励磁分接开关时必须先切断高低压侧线路，确定变压器无电时方可进行。

b: 分接开关指示盘数字位置Ⅲ代表变压器之额定电压，Ⅰ代表较额定电压+5%之分接头，Ⅴ代表较额定电压-5%之分接头或参照其它技术文件。

c：变换分接位置时，先旋出风雨罩，将手柄从定位槽内取出，连同手柄旋转至所需的分接头位置，并使手柄定位钉能正常置入指示板的定位槽内，确信分接头位置到位，然后盖上风雨罩并旋紧才能使变压器投入运行。

d：有载分接开关的使用参照《有载分接开关使用说明书》。

⑵分接开关的维护

a：分接开关应每年进行一次维护工作。

①取下风雨罩，检查各部油污锈蚀，并揩擦干净。

②将分接开关手柄左右回复旋转各10～15次。

b：如发现与箱盖联接处或转轴处有渗油现象，将侧面的安装螺母或压紧销子旋紧即可。

6.4 气体继电器的使用和装卸

气体继电器安装在联接变压器及储油柜的联管上，气体继电器时

变压器内部分发生故障产生气体时，发出信号用于保护变压器的。当变压器内部产生气体时，气体将通过储油柜联管进入气体继电器，气体的容积达到一定后，一对舌簧接点接通，发出警报信号。其动作容

积的调节范围为200～4002

cm。当变压器内部发生严重故障时，大量的变压器油通过继电器流向油枕，油流达到一定速度后，冲击继电器中的挡板，使另一对舌簧接点接通，即可将变压器的电源切断，使故障不在扩大。其动作流速的调节范围为0.35～1.2m/s。

气体继电器盖上有箭头指示油流方向，正确的方向自变压器至储油柜，即箭头朝向储油柜。安装前松开继电器的盖，从壳内取出和盖子连在一起的浮筒系统，所有其它密封处如视察窗均不准拆卸。继电器外壳（浮筒系统未装上）安装在连接管上，要清除污泥和用干净的变压器油洗涤，然后再和储油柜上的法兰及变压器盖上的接头连接，接头处均置耐油橡胶垫，以防漏油，联接后的外壳必须在水平位置（用水平仪检查）。

注油后要检查蝶阀的开启状态。在变压器运行时蝶阀应处于“通”的状态。

6.5 风机运行前的准备及维护

⑴按照控制箱的原理图检查控制线路的连接是否正确可靠。

⑵将风扇逐台投入运转，检查其转向是否正确，风叶有无碰擦风筒等现象。若发现不正常现象，应立即停机修理。