焦夫海

(樺南縣向陽山水庫水電站，黑龍江樺南 154400)

電力變壓器的工作原理與技術(shù)性能

焦夫海

(樺南縣向陽山水庫水電站，黑龍江樺南 154400)

變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的主要設(shè)備，它是保證輸電質(zhì)量和電網(wǎng)安全運行的重要裝置，文章闡述了電力變壓器的函義、工作原理及其技術(shù)性能。

電力系統(tǒng);電力變壓器;冷卻方式;工作原理;技術(shù)性能

在電力系統(tǒng)運行中，到處可見到變壓器，但是，要準確說出它的真正函義，了解它的作用和工作原理的人就很少了。水利工作者常規(guī)劃開發(fā)水力資源，能設(shè)計水力發(fā)電站。因此，更應(yīng)了解一些水力發(fā)電系統(tǒng)中的主要設(shè)備，這就是撰寫本文的一個目的。

1 何謂電力變壓器

電力變壓器是將電能用升高或降低電壓轉(zhuǎn)送出去的電氣設(shè)備。水電站用的電力變壓器有兩種：升壓變壓器和降壓變壓器二者原理相同，用途不同，其高、壓側(cè)的額定電值等參數(shù)不同。電力變壓器的技術(shù)性能，在國家標準中有詳細規(guī)定。

水電站中使用的升壓電力變壓器(也稱主變壓器)有：①雙線卷變壓器，即具有高壓和低壓兩個線卷的變壓器;②三線卷變壓器，有高、中、低3種電壓等級的3個線卷的變壓器;③分裂線卷變壓器，n臺發(fā)電機分別連接在一臺主變壓器的幾個低壓線卷上，然后經(jīng)高壓線卷引出，可以限制短路電流值;自耦變壓器，這種變壓器的高、中壓電壓比值較小，共用一個線卷，高、中壓電網(wǎng)可經(jīng)此變壓器轉(zhuǎn)送能，制造費用較聯(lián)成一片線卷的低，但短路電流較大。

2 主變壓器的冷卻方式與分類

主變壓器的冷卻方式一般有4種;①自然冷卻式，利用變壓器外殼和散熱器向周圍空氣自然散熱;②風冷式，利用電動風機向冷卻器吹風，提高空氣流速，增強冷卻效果;③強油風冷式，除了電動吹風之外，利用電動油泵，將冷卻器至主變壓器內(nèi)的油速牡環(huán)，提高冷卻效果;④強油水冷式，將變壓器的油利用電動油泵送至熱交換器，利用熱交換器中的水散熱，油再返回變壓器器身中，水來自工業(yè)用水源，經(jīng)熱交換器向排水管排出，水電站大型變壓器采用這種方式冷卻，比較有利。

電力變壓器有單相和三相兩種，一般使用三相式。當容量過大，制造或運輸有困難時，也可使用3臺單相，但3臺單相比1臺三相占地較大，造價昂貴。在水電站中幾組相同的單相變壓器可以設(shè)置一作備用。有一種組織式三相變壓器，做也3個單相運到電站后，組裝成三相，目的是便于運輸，減少占地面積。

變壓器又分無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者只有在停電狀態(tài)下切換分接頭;后者可以在負載下切換分接頭。

一般變壓器內(nèi)除了固體絕緣介質(zhì)外，都用絕緣油作為絕緣和傳熱介質(zhì)。目前中國已能制造小容量的干式電力變壓器，有環(huán)氧樹脂的和六氟化硫氣體的電力變壓器。

3 變壓器的工作原理

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理制成的。圖1表示一個簡單的單相變壓器。它有兩個線圈分別繞在鐵芯柱上，其中一個與交流電源接通(輸入電能)，叫一次線圈或原線圈;一個與負載相連接(輸出電能)，叫二次線圈或副線圈。當一次線圈有交流電通過時，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生交流的磁場，磁場的磁力線同時通過一次和二次線圈，二次線圈則因交流磁力線的感應(yīng)作用而產(chǎn)生電勢。如果二次線圈接通外面負載，兩個線圈內(nèi)都有了電流通過。

圖1 變壓器工作原理圖

把變壓器的原線圈通上額定電壓，而副線圈開路不接負載，這種狀態(tài)叫做變壓器的“空載”運行。這時，僅原線圈中有交流電通過，這個電流稱為空載電流，約為變壓器額定電流的5%。變壓器的副線圈雖沒有功率輸出，但原線圈仍需要從電網(wǎng)中吸取小量的功率來補償這種功率損耗，這部分功率損耗叫做“空載損耗”。一般電力變壓器的空載損耗不超過額定容量的1%。

變壓器兩側(cè)線圈的電壓大小與兩個線圈的匝數(shù)成正比，而兩個線圈內(nèi)通過的電流則與它的匝數(shù)成反比例。

4 技術(shù)性能

目前常用的電力變壓器有SJ1系列和SJL1系列。SJ1系列采用銅導(dǎo)線線圈和D42熱軋硅鋼片，SJL1系列采用鋁導(dǎo)線圈和0.35 mmD330冷軋硅鋼片。變壓器型號含義如下：

S——“三相”變壓器

J——油“浸”自冷式

L——“鋁”線圈

1——產(chǎn)品設(shè)計序號(改正型)

100——容量為100kVA

10——高壓側(cè)電壓為10kV

電力變壓器的主要技術(shù)性能如下：

4.1 額定容量

額定容量是指變壓器在廠家銘牌規(guī)定的各技術(shù)條件下，連續(xù)運行時所輸送的容量，其計算公式：

單相變壓器

式中：Se為額定容量，kVA;Ue為額定電壓，kV;Ie為額定電流，A。

4.2 定額電壓

額定電壓是指變壓器長時間運行時，所能隨的工作電壓，銘牌上的高壓電壓Ue值是指中間分接頭的額定值。例如，銘牌上高壓側(cè)電壓10.5 kV、10 kV、9.5 kV共3個數(shù)據(jù)，系指分接頭在第一、二、三擋位的數(shù)值。低壓側(cè)的額定線電壓0.4 kV。

4.3 額定電流

額定電流是反映變壓器在額定容量下，允許長期通過的工作電流，銘牌上高壓側(cè)電流也有三個數(shù)值，即分接頭在各擋位電壓值的工作電流。

4.4 變比

變比是指一次側(cè)的額定電壓與二次側(cè)的額定電壓之比值。如一臺10/0.4 kV伏的三相變壓器，其變比即為K=10/0.4=25。

4.5 短路損失

短路損失是指變壓器一、二次側(cè)電流流過該引起意阻所灌溉面積的能量之和。短路損失的大小與一、二次側(cè)電流的平方成正比。線圈內(nèi)損失的能量，變成熱能散失了。銘牌上所標的千瓦數(shù)，系指線圈在75℃時通過的額定電流的短路損失。

4.6 鐵損

鐵損是變壓器在額定電壓下(二次側(cè)開路)，在鐵芯中消耗的功率，其中包括激磁損耗和渦流損耗。鐵芯損失能量也由電源供給，最后變成熱能散失。

4.7 短路電壓(阻抗)

變壓器二次側(cè)短路一次側(cè)施加電壓，并慢慢使電壓加大，當二次側(cè)產(chǎn)生的短路電流等于額定電流時，一次側(cè)所施加的電壓叫做短路電壓。銘牌上是用百分數(shù)來表示的，即：

小型電站所用10 kV變壓器的短路電壓約在4%—6%左右，在變壓器并聯(lián)時就需用到這個數(shù)據(jù)。

4.8 接線組別

為了表明變壓器兩側(cè)線電壓的相位關(guān)系，將三相變壓器的接線分為若干組，稱為接線組別。三相器的接線組別共分為十二種，其中六個是單數(shù)組，六個是雙數(shù)組。凡是一次線圈與二次線圈連接相同，如Δ/Δ、丫/丫，都屬闖勁數(shù)組，包括2、4、6、8、10、12 六個組;凡是一次線圈與二次線圈接線不一致，如丫/Δ/丫，都屬單數(shù)組，包括 1、3、5、7、9、11 六個組。

表示不同接線組別，一般采用時鐘示法。因為一、二次側(cè)對應(yīng)的線電壓之間相位差總是30°的整倍數(shù)，這正好和鐘面上小時之間的角度一樣。其方法是把一次側(cè)線電壓向量作為時鐘的長針，二次側(cè)對應(yīng)線電壓向量作為時針的短針，看短針指在幾點鐘的位置上，就以這鐘點作為該接線組別的組號。

變壓器的高壓側(cè)線圈、低壓側(cè)線圈可以接成星形或三解形。例如小型水電站所用的10kV變壓器接線方式大都是丫/丫0-12接法，分子丫代表高壓側(cè)線圈接成星形，分母丫0代表低壓側(cè)線圈接成星形，并把中性線引出來，數(shù)字“12”表示高壓和低壓線圈對應(yīng)相的線電壓是同相位的，組別是12點鐘。

又如丫/Δ-11接法，分子丫代表高壓側(cè)線圈接成星形，分母Δ代表低壓側(cè)線圈接成三角形。由于二次側(cè)接成三解形，其線電壓與相電壓相等。則二次側(cè)線電壓向量越前于一次側(cè)線電壓向量30°，如一次側(cè)線電壓向量指在鐘表12點，則二次側(cè)線電壓向量指在11點，故它的組別是11點鐘。

［1］崔宗培，徐乾清，吳以鰲，等，中國水利百科全書［M］.北京：水利電力出版社1990.

［2］《小型水電站運行管理》編寫組.小型水電站運行管理［M］.北京：水利出版社1980.

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1007-7596(2011)06-0121-02

2011-08-18

焦夫海(1969-)，男，黑龍江樺南人，技工。