二、基本原理
1）电力变压器是电力系统中重要的电气设备，起着传递、分配电能的重要作用，无论是在发电厂或变电所，都可以看到各种型式和不同容量的变压器。变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应原理把一种交流电压转换成相同频率的另一种交流电压。
2）变压器是应用电磁感应原理来进行能量转换的，其结构的主要部分是两个(或两个以上)互相绝缘的绕组，套在一个共同的铁芯上，两个绕组之间通过磁场而耦合，但在电的方面没有直接联系，能量的转换以磁场作媒介。在两个绕组中，把接到电源的一个称为一次绕组，简称原方(或原边)，而把接到负载的一个称为二次绕组，简称副方(或副边)。当原方接到交流电源时，在外施电压作用下，一次绕组中通过交流电流，并在铁芯中产生交变磁通，其频率和外施电压的频率一致，这个交变磁通同时交链着一次、二次绕组，根据电磁感应定律，交变磁通在原、副绕组中感应出相同频率的电势，副方有了电势便向负载输出电能，实现了能量转换。
3）原、副绕组中感应电动势的大小正比于各自的匝数，同时也近似地等于各自侧的电压。只要原、副绕组匝数不等，就可使原、副边具有不同的电动势和电压。变压器在传递电能的过程中，原、副边的电功率基本相等。当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，高压侧电流小，低压侧电流大，故变压器在改变电压的同时，也改变了电流。利用一次、二次绕组匝数的不同及不同的绕组联接法，就可使原、副方有不同的电压、电流和相数。
三、变压器的分类
1）按相数来区分，变压器可以分为三相变压器和单相变压器。在三相电力系统中，一般应用三相变压器。当容量过大且受运输条件限制时，在三相电力系统中也可应用三台单相变压器连接成三相变压器组。
2）按绕组数目来区分，变压器可以分为两绕组和三绕组变压器。所谓两绕组变压器即在一相铁芯上套有两个绕组，一个为一次绕组，另一个为二次绕组，升压变压器的一次绕组是低压绕组，二次绕组是高压绕组，而降压变压器则相反。容量较大(5600kVA以上)的变压器，有时可能有三个绕组，用以连接三种不同电压，此种变压器称作三绕组变压器，例如在电力系统中，220kV、110kV和35kV之间有时就采用三绕组变压器。
3）按冷却介质来区分，变压器可以分为油浸式变压器、干式变压器(空气冷却式)以及水冷式变压器。。
4）按磁路系统来区分，变压器可以分为组式变压器、芯式变压器。三相组式变压器磁路由三台单相变压器铁芯组合而成，其特点是每相磁路独立，互不关联；三相芯式变压器磁路是由三个单相铁芯演变而成。把三个单相铁芯合并，由于通过中间铁芯的是三相对称磁通，其相量和为零，因此可省去中间铁芯柱，形成三相芯式变压器磁路。它的特点是各相磁路彼此关联，每相磁通都要通过另两相磁路闭合。
5）对于600MW机组通常采用的发电机－变压器组接线，发电机发出的电能经过变压器升压后并入电力网。其中的变压器即称之为主变，容量一般在700MVA左右，我公司主变由于运输的原因，采用3台240MVA/500单相变压器，即三相组式变压器，本期工程不设备用相。对于大容量机组的厂用电系统，当只采用6kV一级厂用高压时，为了提高发电厂厂用电的可靠性，大容量机组(单机容量200MW及以上)的厂用变压器常采用特殊结构的分裂绕组变压器。它有一个高压绕组和两个低压绕组，两个低压绕组称为分裂绕组。我公司本期2х600MW机组设置两台高厂变，其中一台为无载调压三相双分裂变压器，容量为50/28-28MVA，另外一台为无载调压三相双卷变，容量为28MVA；两台高压启/备变，其中一台为有载调压三相双分裂变压器，容量为50/28-28MVA，另外一台为有载调压三相双卷变，容量为28MVA 。
四、变压器的几项指标
1）空载损耗：是以额定频率的正弦交流额定电压施加于变压器的一个线圈上（在额定分接头位置），而其余线圈均为开路时，变压器所吸取的功率，用以供给变压器铁芯损耗（涡流和磁滞损耗）
2）空载电流：变压器空载运行时，由空载电流建立主磁通，所以空载电流就是激磁电流。额定空载电流是以额定频率的正弱交流额定电压施加于一个线圈上（在额定分接头位置），而其余线圈均为开路时，变压器所吸取电流的三相算术平均值，以额定电流的百分数表示。
3）短路损耗：是以额定频率的额定电流通过变压器的一个线圈，而另一个线圈接线短路时，变压器所吸收的功率，它是变压器线圈电阻产生的损耗，即铜损（线圈在额定分接点位置，温度70℃）
4）短路电压：是当一具线圈接成短路时，在另一个线圈中为产生额定电流而施加的额定频率的电压（在额定分接头位置），以额定电压的百分数表示，它反映了变压器阻抗（电阻和漏抗）参数，也称阻抗电压（温度70℃）。
五、变压器的结构特点
电力变压器一般是由铁芯、绕组、油箱、绝缘套管和冷却系统等主要部分组成。铁芯和绕组是变压器进行电磁能量转换的有效部分称为变压器的器身。油箱是油浸式变压器的外壳，箱内灌满了变压器油，变压器油起绝缘和散热作用。绝缘套管是将变压器内部的高、低压引线引到油箱的外部，不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。冷却系统是用来保证变压器在额定条件下运行时温升不应超过允许值的。下面简要介绍变压器的主要结构部件。
1）铁芯是变压器的主要结构件之一，其作用是将两个绕组（一、二次侧）的磁路耦合达到最佳程度。由铁芯构成的磁路部分，要求其磁阻和损耗尽可能的小，为了降低铁芯在交变磁通下的磁滞和涡流损耗，铁芯采用高质量、低损耗的晶粒取向冷轧硅钢片, 用先进方法迭装和紧固，使变压器铁芯不致因运输和运行的振动而松动。铁芯包括铁芯柱和铁轭两部分，铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯柱连接起来，使之形成闭合磁路。
绕组是变压器传递交流电能的电路部分,常用包有绝缘材料的铜线或铝线绕制而成。为了使绕组具有良好的机械性能，其外形一般为圆筒形状，高压绕组的匝数多、导线细，低压绕组的匝数少、导线粗。高、低压绕组同心地套在铁芯上，套装时低压绕组靠近铁芯柱，高压绕组再套在低压绕组外面，高、低压绕组之间以及降压绕组与铁芯柱之间要可靠地绝缘。
2）变压器油箱即变压器的本体部分，其中充满油将变压器的铁芯和线圈密闭在其中，油箱一般由钢板焊接而成，顶部不应形成积水，内部不能有窝气死角。大、中型变压器的器身庞大、笨重，在检修时起吊器身很不方便，所以都做成箱壳可吊起的结构，这种箱壳好像一只钟罩，当器身需要检修时，吊去较轻的箱壳，即上节油箱，器身便完全暴露出来了。变压器能在其主轴线和短轴线方向的平面上滑动或在管子上滚动，油箱上有用于拖动的构件。油箱上设有温度计座、接地板、吊攀和千斤顶支架等。油箱上装有梯子，梯子下部有一个可以锁住踏板的挡板，梯子位置便于在变压器带电时从气体继电器中采集气样。变压器油箱装有下列阀门：进油阀与排油阀（在油箱上部和下部成对角线布置）；油样阀（取样阀的结构和位置便于取样）。
3）变压器油为矿物油，由石油分馏而得。其作用：一是这种油具有较大的介质常数，可增强绝缘作用；二是通过油箱中油的对流作用或强迫油循环流动，使绕组及铁芯中因功率损耗而产生的热量得到散逸，起冷却作用。变压器油符合IEC60296规定的 25 号油，其击穿电压≥60 kV，tgδ(90℃)≤ 0.5 %，含水量≤15ppm（220kV-330kV）, 且不含有PCB成份；国标规定500kV电压等级含水量≤10ppm。
4）储油柜一般又称之为油枕，装于变压器箱体顶部，与箱体之间有管道连接相通，它还装有油位计、放气塞、排气管、排污管和进油管及吊攀等附件。油枕主要作用是保证油箱
内充满油，减少油与空气的接触面积，减缓变压器油受潮、氧化变质。储油柜具有与大气隔离的油室，油室中的油量可由构成气室的隔膜袋的膨胀或收缩来调节。气室通过吸湿型呼吸器与大气相通，进入气室的空气首先被呼吸器内的硅胶吸收其潮气，从而减缓油枕内变压器油的变质。储油柜的容积为油箱容积的8－10％，一般可以保证－30℃运行时不缺油，＋40℃满负载运行时不满油。为避免储油柜注油和变压器运行中的气体进入储油柜，储油柜下面配备了一个集气室。集气室把油、气分离，因此保证了储油柜的变压器油无气体、集气室的气体量可以从集气室上的集气观察管看出来，如能看到油面，则证明集气室有了气体，气体收集到一定量时，可以通过排气管路放出。
5）瓦斯继电器装在油箱与储油柜之间的联通管里。它的作用是当变压器漏油或内部轻微故障产生气体时动作，发出轻瓦斯报警信号；当内部发生严重故障时，瓦斯继电器接通保护跳闸回路，使开关跳闸，变压器停用，保证故障不再扩大。 6）套管由瓷质的绝缘套筒和导电杆组成，穿过油箱盖后，其导电杆下端与绕组引线相连接，上端与线路相连接。变压器采用电容式套管，留有试验用端子。对油浸式套管。有易于从地面检查油位的油位指示器。每个套管有一个可变换方向的平板式接线端子。在套管中装有电流互感器。所有的电流互感器的变比在变压器铭牌中均有标注。电流互感器的二次引线经金属屏蔽管道引到变压器端子箱的端子板上，引线采用截面不小于4mm2的耐油、耐热的软导线。
7）变压器设置有套管智能在线监测系统（IDD），监测范围为变压器高压侧套管。IDD全套设备包括传感器（末屏适配器）、IDD主机、主机与适配器之间的联系电缆、主机防护机箱。主机防护机箱悬挂于变压器箱体上。主机防护机箱采用不锈钢材质，主机防护机箱具有防进水、防雨淋措施。IDD主机可通过硬接线接入控制系统的报警输出接点，IDD主机还配有以太网适配器。主机的通讯规约满足与DCS的接口要求，以便于需要时与DCS联网。
a.装置由套管末屏适配器、IDD主机专家分析系统、就地连接短路板及连接导线组成。带有网络用户接口，当发生报警或系统故障时可通过网络接口或手动直接通过IDD面板处理。
b.通过连续测量三相套管泄漏电流相量和的幅值大小、变化率、功率因数角，来发现其潜在的问题，根据故障严重程度共分5级报警, 如下主变IDD报警分类表：
8）变压器装有带报警接点的压力释放装置，每台变压器为2个，直接安装在油箱两端。当变压器内部发生事故时，变压器油被大量气化，油箱内压力急剧上升，当压力达到压力释放阀的开启压力时、压力释放阀能在2ms内迅速开启，将油箱内的压力释放出来，防止油箱破裂，同时指示杆被顶出，显示事故；信号开关机构的动合触点闭合接通跳闸装置。当油箱内压力降至关闭压力时，压力释放阀能迅速关闭，防止变压器油外渗。
9）测量装置：变压器油箱内安装三只远方测温电阻（其中2只接XMT-102A数字式温度显示调节仪，1只电阻输出4～20mA信号接至计算机），电阻为Pt100，对应0～100℃，电阻接线为三线制，另外变压器还在就地设置上层油温的测量、显示装置。
主变IDD报警分类表： 报警码 问题 故障现象 采取行动 紧急性 要求安排获得一个备用套管，要求进行红在30天之内必须外线扫描，退出运行采取行动 对三个套管进行试验 1号 至少有一个套管的介损及电套管开始检容量变化率超过测绝缘恶化 正常水平 2号 检测到绝缘恶化开始发展中 检测到绝缘恶化开始已经发展 套管绝缘严重恶化 套管绝缘在临界状态 3号 套管的介损的变化率或电容的变化率显示的恶化的加快 套管的介损或电容已达到了恶化的程度 电流总加变化量超过计算参考电流的5% 获得备用套管，退出运行，进行试验并准备好更换时间 获得备用套管，退出运行，进行试验并准备好更换时间 设备退出运行，停运后的试验，如果更换套管 在5天之内必须采取行动 在5天之内须采取行动 4号 在24小时之内 电流总加变化量设备退出运行，停运5号 超过计算参考电后的试验，如果更换立即 流的15% 套管 10）吸湿器用以过滤和干燥进入储油柜的空气中的杂质和潮气，保证变压器油的绝缘强度。吸湿器的主体为一盛满变色硅胶（作为干燥剂）的玻璃管和一个装有变压器油（作为过滤剂）的罩。变色硅胶在干燥的状态下呈兰色，当吸收潮气后则变为浅红色，即说明硅胶失去吸湿功能，必须予以更换。
11）气体在线监测装置：变压器内部任何故障时，均会产生一些特征性气体（如氢气），通过对特征气体含量的监测，是早期发现变压器内部故障的有效办法之一。变压器装配有可连续读出特征气体量，并可输出模拟和开关量报警信号的气体在线监测装置；可根据设备正常情况下的读数建立基线，从而确定报警点；气体含量的上升率是判断变压器潜伏性故障的主要依据。连续在线监测的气体包含氢气等的综合数值。
12）调压装置：为了调节变压器的输出电压，可改变高压绕组匝数进行小范围内调压。一般在高压绕组某个部位（如中性点、中部或端部）引出若干个抽头，并把这些抽头连接在可切换的分接开关上。在停电状态下方可切换的分接开关称无载调压开关，在不断开负载的情况下可切换的分接开关称有载调压开关。
a.有载分接开关是高速转换电阻式，共分17级。切换装置装于与变压器主油箱分隔且不渗漏的油箱里，其油室为密封的，并配备压力保护装置和过电压保护装置。其中切换开关可单独吊出检修。
b.有载调压的主要工作原理如下图所示，假定变压器每相有三个分接头抽头1、2、3，负载电流I原来由抽头1输出，如图a所示。当需要将分接抽头从1调整到2时，必须在分接抽头1、2之间接入一个过渡电路，分接头调整完毕后即切除该过渡电路。通常是用一个阻抗（电阻或电抗）跨接在分接抽头1和分接抽头2之间，如图b所示，于是在阻抗中流过一环流Ic，阻抗的作用就是限制电流Ic的大小，避免在抽头1、2之间形成短路，因此又称为限流阻抗。阻抗的接入，好像在分接抽头1和2之间搭设了一座临时的“桥”，这时动触头可以在“桥”上滑动，如图（c）所示。于是负载电流可以在分接头切换时继续通过桥输出，不需要停电，直至分接开关的动触头到达位置2为止，如图（d）所示。当动触头到达分接抽头2时，搭接的阻抗已经失去作用，可以切除掉，如图（e）所示，切换过程结束，负载电流从分接抽头2输出。
c.有载分接开关附有在线滤油装置，开关油箱中的油能在带电情况下进行处理。 有载分接开关油箱有单独的储油柜、呼吸器、压力释放装置和油流控制继电器等。驱动电机及其附件装于耐全天候的控制柜内。有载分接开关能远距离操作， 也可在变压器旁就地手动操作，并备有累计切换次数的动作记录器和分接位置指示器；有载分接开关的机械寿命不少于50万次（厂高变为80万次）。有载分接开关可根据设定自动调压，控制电路设有计算机接口。其控制可远方或者就地操作，就地设置远方/就地切换开关；有载分接开关控制箱内予留远方控制接口。
13）变压器的铁芯和较大金属结构零件均通过油箱可靠接地。所有变压器的铁芯均通过套管从油箱上部引出并引至变压器油箱下部，接地处有明显的接地符号或“接地”字样。
14）散热装置：冷却装置进出油管装有蝶阀，强迫油循环风冷变压器的冷却装置采用低噪声的风扇和低转速的油泵，油泵运转时，强制油箱体内的油从上部吸入散热器，在散热器内完成热量交换后，再从变压器的下部回入油箱，实现强迫油循环。冷却的效果与油循环的速度有关。在油泵附近的管道上装有油流指示器，它在油道内是一个可以随油流转动的叶片，通过磁性耦合带动外部的指针和可动接点，因此可以指示油流的方向和流量，主要用于监视油泵的运转情况，同时可参与冷却器控制。一般为了便于观察，油流指示器装在冷却器的下部位置。油浸风冷变压器的冷却装置采用低噪声的风扇，按负载和温度情况，自动逐台投切相应数量的整机和风扇, 且可在变压器旁就地手动操作。当切除故障冷却装置时，备用冷却装置自动投入运行。冷却装置设置两组相互备用的电源，彼此可实现自动切换。当冷却装置工作电源发生故障或电压降低时，备用电源自动投入。当投入备用电源、备用冷却装置、切除冷却器和电动机损坏时，均可向控制室发出信号。当需要时，备用冷却装置也可投入运行，即全部冷却装置（包括备用）投入运行。正常运行时，冷却装置的总容量（不包括备用冷却器）不小于变压器总损耗的1.3倍。
15）控制柜和端子箱动力电源为三相三线400V，控制电源为直流110V，柜内所需单相交流220V电源由辅助电源提供。柜体防护等级为IP54。控制柜和端子箱的安装高度便于在地面上进行就地操作和维护。箱体均采用2.5mm不锈钢板。控制柜的接线端子均为线夹式，并且预留有20%的备用端子。控制跳闸的接线端子之间及与其它端子间均留有一个空端子，或采用其他隔离措施，以免因短接而引起误跳闸。控制柜内有门控的照明设施，并有适当容量的交流加热器，以防止柜内发生水气凝结。控制柜内设有一个电源插座（单相，10A，220V，AC）。
16）报警和跳闸保护接点（均为两付），如下表：
序号 1 2 3 4 5 接点名称 主油箱瓦斯继电器 主油箱油位计 主油箱压力释放装置 油温测量装置 冷却器故障（由冷却器控制柜） 油流继电器故障（由冷却器控制柜） 冷却器交流电源故障 绕组测温装置 报警或跳闸 轻故障报警 重故障跳闸 报警 跳闸 报警 报警 电源电压V （DC） 110VDC 110VDC 110VDC 110VDC 110VDC 接点容量A 2A 0.4A 0.5A 0.6A 2A 6 7 8 报警 报警 报警、跳闸 110VDC 110VDC 110VDC 0.4A 2A 0.6A 17）变压器的消防：在变压器（包含冷却器风扇电机、潜油泵、控制箱及端子箱等）的
周围，装设有消防管路，当变压器出现火险时，消防水系统可以自动投入，进行水喷雾灭火，也可以进行带电消防。变压器也可以进行充氮消防。
18）绕组温度检测器：由于变压器绕组带有高电压，其温度不便于直接测量，所以通常采用间接模拟的办法实现。测量方法有温包式和电阻式两种。其原理依据是变压器绕组的最热点温度（或平均温度）与上层油温有一个温差，该温差和变压器的负荷电流（绕组电流）的平方成正比，因此，利用变压器上层油温加上一个与绕组电流平方成比例的温差，就可间接测出绕组的温度。绕组温度测量原理接线图如下：
变压器原理
