原理

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈,、次級線圈和鐵心（磁芯）,。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓,、匹配阻抗,、安全隔離等。在發(fā)電機(jī)中,，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈,，均能在線圈中感應(yīng)電勢。此兩種情況,，磁通的值均不變,，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動，這是互感應(yīng)的原理,。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)變換電壓,、電流和阻抗的器件。

組成

變壓器組成部件包括器身（鐵芯,、繞組,、絕緣、引線）,、變壓器油,、油箱和冷卻裝置,、調(diào)壓裝置、保護(hù)裝置（吸濕器,、安全氣道,、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等）和出線套管,。具體組成及功能：

（1）鐵芯,。鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高,，厚度分別為0.35mm,、0.3mm、0.27mm,，表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成,。鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱套有繞組,；橫片是閉合磁路之用,。

（2）繞組。繞組是變壓器的電路部分,，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理,，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓U1時,，流過電流I1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通O1,，這些磁通稱為主磁通,，在它的作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢,，最后帶動變壓器調(diào)控裝置,。

材料

鑒于變壓器在電力系統(tǒng)中的調(diào)控作用，技術(shù)人員必須選用合適的變壓器完成安裝操作,，這樣才能發(fā)揮正常的作用,。繞制材料是變壓器安裝需注意的首要問題，不同材質(zhì)的裝置所發(fā)揮的作用是不一樣的,。對于繞制變壓器,，因裝置結(jié)構(gòu)特殊，安裝選用了漆包線,、紗包線,、絲包線、紙包線等材料配合,，能夠發(fā)揮出良好的導(dǎo)電,、導(dǎo)熱性能,，優(yōu)越的抗腐蝕性也增強(qiáng)了電路的穩(wěn)定性。從現(xiàn)有的變壓器產(chǎn)品來看,，變壓器安裝中繞制材料一般包括：鐵芯材料,、絕緣材料、浸漬材料等,，安裝人員必須結(jié)合實際情況選用,。

（1）鐵芯材料。變壓器是借助于電磁感應(yīng)原理完成電流值,、電壓值的調(diào)控,，而鐵芯是變壓器的核心構(gòu)件，其材質(zhì)狀況決定了變壓器的調(diào)節(jié)功能,。鐵芯材料最好選擇在鐵片中加入硅,，以此減小低鋼片的導(dǎo)電導(dǎo)熱作用，避免裝置運行后能耗增多,。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定硅鋼片的磁通密度需控制在有效范圍,，如：黑鐵片的磁通密度在7000、低硅片在10000等,，安裝現(xiàn)場可結(jié)合實際情況選用,。

（2）絕緣材料。近年來變壓器安裝操作的意外事故發(fā)生率不斷提升,，考慮到變壓器安裝過程中的安全問題,，現(xiàn)場人員需注重絕緣材料的選用，以保護(hù)系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運行,。目前,，許多變壓器已經(jīng)配備了絕緣構(gòu)件，如：墊圈,、絕緣器具等,，但由于人為操作不當(dāng)依舊存在安全風(fēng)險。變壓器安裝需從線圈框架層間的隔離,、繞阻間的隔離等方面增強(qiáng)其絕緣性能,。

（3）浸漬材料。浸漬處理是對繞制材料加工的最后工序,，主要目的是改善材料的機(jī)械性能,、電力性能、絕緣性能,，避免后期使用發(fā)生各種安全事故,。選用繞制材料之后，安裝人員要對浸漬材料涂刷油漆,，在材料表面設(shè)置一道絕緣層,。比較常用的漆材是甲酚清漆,，經(jīng)過涂刷處理后可發(fā)揮出較好的安全作用，延長了變壓器設(shè)備的使用壽命,。

分類

（1）電力變壓器

目前,，已在系統(tǒng)運行的代表性產(chǎn)品包括：1150KV、1200MV·A,，735～765KV,、800MV·A、400～500KV,、3相750MV·A或單相550MV·A,，220KV,、3相1300MV·A電力變壓器；直流輸電±500KV,、400MV·A換流變壓器,。電力變壓器主要為油浸式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為芯式和殼式兩類,。芯式生產(chǎn)量占95%,，殼式只占5%。芯式與殼式相互間并無壓倒性的優(yōu)點,，只是芯式工藝相對簡單,，因而被大多數(shù)企業(yè)采用；而殼式結(jié)構(gòu)與工藝都要更為復(fù)雜,，只有傳統(tǒng)性工廠采用。殼式特別適用于高電壓,、大容量,，其絕緣、機(jī)械及散熱都有優(yōu)點且適宜山區(qū)水電站的運輸,。

（2）配電變壓器

國外配電變壓器容量能達(dá)到2500KV·A,，有圓形與橢圓形鐵心形式。圓形的占絕大多數(shù),，橢圓形的由于M0（鐵心柱的間距）小,，因而用料可以減少，其對應(yīng)線圈為橢圓形,。低壓線圈有線繞式與箔式,，油箱有帶散熱管的（少數(shù)）與波紋式的（大多數(shù)）。

（3）干式變壓器

近來來,，干式變壓器在國內(nèi)得到迅猛發(fā)展,，在京,、滬和深等大城市，干變已經(jīng)占到50%,，而在其他大中城市也已經(jīng)占到20%,。干變有四種結(jié)構(gòu)：環(huán)氧樹脂澆注、加填料澆注,、繞包和浸漬式,。目前，歐美廣泛采用開敞通風(fēng)式H級干式變壓器,，是在浸漬式基礎(chǔ)上吸取了繞包式結(jié)構(gòu)的特點并采用Nomex紙后發(fā)展起來的新型H級干變,，由于售價高，在我國尚未推廣,。目前,，國內(nèi)通過短路試驗容量最大的干式配電變壓器是2500KV·A、10/0.4KV,；通過短路試驗容量最大的干式電力變壓器是16000KV·A,、35/10KV。

（4）非晶合金變壓器

非晶合金變壓器雖然抗短路性能差,，噪聲大,，但是節(jié)能，因此未來發(fā)展前景可觀,。目前,，中國最大的非晶合金變壓器鐵心生產(chǎn)企業(yè)具有3000～4000t的鐵心年產(chǎn)能力，鐵心及變壓器的生產(chǎn)技術(shù)并不是制約推廣非晶合鐵心金變壓器的關(guān)鍵性因素,，非晶合金帶材的突破才能促成產(chǎn)品質(zhì)的飛躍,。

（5）卷鐵心變壓器

目前，卷鐵心變壓器的生產(chǎn)主要集中在10KV級,，容量一般小于800KV·A,，也試制了1600KV·A，但電力部門采購以315KV·A以下容量的居多,，適合用于農(nóng)網(wǎng),。中國現(xiàn)有卷鐵心變壓器生產(chǎn)廠200多家，有一定規(guī)模的占20%,。中國強(qiáng)卷鐵心變壓器生產(chǎn)能力約為1600萬KV·A,，但實際產(chǎn)量較低。

制造技術(shù)

（1）鐵心制造技術(shù)

企業(yè)主要是通過改善自己的剪切設(shè)備來改進(jìn)鐵心的生產(chǎn)技術(shù),，目前鐵心制造技術(shù)有以下變化：①鐵心柱采用嵌下軛工藝,。與常規(guī)工藝相比可節(jié)省大量的心柱疊裝時間，提高鐵心疊裝質(zhì)量，該工藝適用于配電變壓器鐵心的自動化生產(chǎn),。②多級接縫鐵心的應(yīng)用,。近年來，設(shè)計上為降低鐵心接縫處的空載損耗,，逐漸將傳統(tǒng)的單一接縫改為多級接縫,。變壓器企業(yè)多采取局部階梯接縫的做法，不僅能降低變壓器空載損耗15%以上,，而且能降低噪聲3%～4%,。③鐵心片加工技術(shù)。20世紀(jì)70年代初,，中國各變壓器生產(chǎn)企業(yè)均采用國產(chǎn)硅鋼片縱剪線和多剪床組成的簡易硅鋼片橫剪線,。

（2）繞組制造技術(shù)

20世紀(jì)90年代制造了繞組組裝工藝。目前,，這項工藝也逐漸為各變壓器廠家青睞,，并得以迅速推廣。

（3）絕緣加工技術(shù)

20世紀(jì)80年代,，隨著產(chǎn)品電壓等級容量的提高和試驗項目的增加,，絕緣加工逐漸從金屬加工中分離出來。現(xiàn)有龍門數(shù)控加工中心實現(xiàn)了絕緣加工的全自動化,。

（4）絕緣干燥和油處理技術(shù)

油浸式變壓器采用的是油紙絕緣結(jié)構(gòu),。其核心工藝是絕緣材料的干燥處理，以及變壓器的真空脫水,。氣相干燥：20世紀(jì)80年代中期,，中國變壓器廠率先從瑞士引進(jìn)氣相干燥設(shè)備。近年來又開發(fā)出內(nèi)置式煤油蒸發(fā)器新產(chǎn)品,，與傳統(tǒng)的外置式蒸發(fā)器相比,，兩者各有利弊。變壓器油處理：進(jìn)入20世紀(jì)80年代,，隨著歐美先進(jìn)油過濾設(shè)備的引進(jìn),，中國油凈化技術(shù)得到了長足發(fā)展。企業(yè)大多采用了先進(jìn)的真空噴霧凈油法,，它的去雜質(zhì)和脫水效果顯著。

（5）節(jié)能技術(shù)

就變壓器節(jié)能技術(shù)的發(fā)展歷程看,，變壓器歷經(jīng)了S6,、S7、S9和S11等幾個系列的替代過程,，目前S9型節(jié)能產(chǎn)品成為市場主流,，而S11節(jié)能型產(chǎn)品的市場規(guī)模正在增長。在推廣S11的過程中，S11的銷售價格比S9的平均高出14.2%,，所以價格仍是影響S11變壓器普及推廣的主要因素,。目前，新S9產(chǎn)品雖已占據(jù)大部分市場,，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，用戶（特別是農(nóng)網(wǎng)，變壓器負(fù)荷率較低的用戶）對S11型產(chǎn)品的需求逐步增長,。S11型疊鐵心變壓器是在新S9成熟的技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的,，在保持產(chǎn)品可靠性的前提下，其性能指標(biāo)有了較大提高,。與傳統(tǒng)的疊片式變壓器相比,，S11卷鐵心配電變壓器具有節(jié)約原材料、節(jié)能,、改善供電品質(zhì),、噪聲低和機(jī)械化程度高等特點。

故障原因

（1）電路故障

對于變壓器的電路故障問題主要是指變壓器的出口出現(xiàn)短路,，以及在變壓器內(nèi)部出現(xiàn)引線或繞組間的對地短路,，以及因相與相間出現(xiàn)的短路問題進(jìn)而引發(fā)故障的出現(xiàn)。其實,，這類故障在實際的電力變壓器的諸多故障問題中是十分常見的問題,，并且該故障的實際案例也很多。對于變壓器在低壓出口出現(xiàn)短路的問題,，為了解決該問題一般對故障處更換繞組,，故障嚴(yán)重時可能需要對所有的繞組進(jìn)行必要的更換，這樣才能盡可能地降低故障發(fā)生的概率,，極大地降低因電力故障引發(fā)的嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和人身財產(chǎn)損失,，所以，對此有必要給予極大地重視,。

（2）繞組的故障問題

把繞組故障可以細(xì)致地劃分為以下幾個類型：接頭的焊接處極其容易出現(xiàn)開裂問題,、相與相間短路問題、匝向出現(xiàn)短路,、繞組的接地故障等,。分析總結(jié)以上故障出現(xiàn)的原因可以總結(jié)：變壓器的絕緣問題出現(xiàn)了問題；繞組處有雜物進(jìn)去,，老化的絕緣體,；變壓器的工作力度不足；因變形導(dǎo)致繞組出現(xiàn)問題：繞組受到水汽影響,；變壓器的溫度高,。

（3）變壓器滲油故障

變壓器滲油故障在整個電力變壓器的故障中是最為常見的一個故障,。變壓器滲油故障又可以解釋為電力變壓器滲油會導(dǎo)致后續(xù)一些問題，諸如本身對空氣產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染,，還可能造成大量的的資源浪費,，這樣會大大增加了企業(yè)的運行成本，進(jìn)而增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)壓力和市場阻力,。該問題作為一個安全隱患,，會極大地影響電力變壓器的安全穩(wěn)定運作，嚴(yán)重時可能造成機(jī)器設(shè)備的不能運行,。還要注意的是該故障還會對電力企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響,，對為用電的客戶提供安全科學(xué)的服務(wù)產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。

（4）接頭處溫度,、多高故障

接頭處溫度,、多高故障中的接頭指的是變壓器的載流接頭。在整個變壓器的設(shè)計中變壓器的載流接頭一直都承擔(dān)著極為重要的責(zé)任,，分析總結(jié)了電力事故可以得出：變壓器的載流接頭的不穩(wěn)定連接,，使得接頭處溫度快速升高，甚至已經(jīng)超過了接頭的著火點,，導(dǎo)致接頭出現(xiàn)燒斷的現(xiàn)象,，嚴(yán)重影響了電力變壓器的安全穩(wěn)定運行。這些問題都給電力企業(yè)在以后得安全供電工作敲響了警鐘,。為了有效減少這類安全事故的出現(xiàn),，避免因接頭處溫度過高引發(fā)的安全用電事故，這需要電力檢測維修工人在平時的檢測維修工作中,，注意觀察變壓器的載流接頭的溫度變化,，保證接頭的溫度在正常的數(shù)值范圍內(nèi)變化，這樣才能有效保證電力變電器的安全穩(wěn)定運行,。

故障檢測技術(shù)

（1）在線監(jiān)測技術(shù)

在線監(jiān)測技術(shù)主要使用的是振動分析法和局部放電檢測法等兩種,。一是振動分析法。該分析方法指的是變壓器運行時,，要監(jiān)測變壓器的振動信號的強(qiáng)弱,，并且分析總結(jié)出現(xiàn)這樣監(jiān)測結(jié)果的原因，進(jìn)而可以對變壓器的運行狀態(tài)進(jìn)行實時的檢測,，有利于及時發(fā)現(xiàn)故障問題,，在小故障釀成大故障前，便得到解決,。二是局部放電檢測法,。該檢測方法指的是變壓器在運行過程中的機(jī)械內(nèi)部出現(xiàn)故障，進(jìn)而引發(fā)了局部的放電現(xiàn)象,，這樣會影響放電的水平和放電的速度。所以有必要針對變壓器的局部放電情況，加強(qiáng)日常地有效地判斷,，檢測變壓器安全隱患是否存在,，并對這些問題進(jìn)行有針對性地解決，來確保機(jī)械的安全穩(wěn)定運行,。

（2）氣相色譜儀技術(shù)

氣相色譜儀技術(shù)主要用于分析混合氣體中內(nèi)部組成部分,。該檢測技術(shù)的優(yōu)點主要有效以下幾點：效率高，使用便捷,、操作便利等許多方面,，這些優(yōu)勢促進(jìn)了該技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用，并在各種電氣設(shè)備的檢測的領(lǐng)域得到了廣泛面的應(yīng)用,。其中,，對于高分子膜技術(shù)便有效利用了該項技術(shù)，有效快速分解油氣,，并在高分子聚合物的作用下并在變壓器的影響下將油溶解,，這樣可以有效提高測定電壓器的故障氣體和油中氣體的濃度。多數(shù)情況下,，當(dāng)變電器出現(xiàn)故障時,，可能會散發(fā)出氫氣氣體的味道，利用這一化學(xué)特性可以更好地檢測氣體的含量,，并有效地檢測變壓器故障氣體中的氫氣,。另外，使用該變壓器 進(jìn)行檢測多種氣體,，這樣大大提高了變壓器故障氣體的擴(kuò)散速度,，有利于正常運行的狀態(tài)能及時得到恢復(fù)。

（3）感器列陣技術(shù)

對于感器列陣技術(shù)而言,，在變壓器故障檢測技術(shù)中該技術(shù)也起到了十分重要的作用,。為此，電力檢測維修工作人員需要熟練地掌握該項技術(shù),，并將該項技術(shù)科學(xué)合理地運用到檢測故障的工作,，可以有效提高變壓器的安全運行指數(shù)，使得運行的狀態(tài)不受到外界干擾,。并且由于這項傳感器具有以下的優(yōu)點：選擇性高,、敏感度高等優(yōu)點，使用傳感器進(jìn)行在線檢測,，進(jìn)而提高檢測故障氣體的濃度的速度,，有利于含量的檢測，可見不但可以提高檢測的速度,，而且還可以提升變壓器故障檢測技術(shù)水平,，降低變壓器的檢測故障的出現(xiàn)的幾率,。

（4）紅外光譜技術(shù)

紅外光譜技術(shù)又稱之為紅外光譜在線檢測技術(shù)，該技術(shù)具有檢測速度快,、準(zhǔn)確度高,、敏銳度高、維修量少等優(yōu)點,，該技術(shù)也在變壓器故障檢測技術(shù)扮演著重要的角色,，有助于變壓器故障產(chǎn)生氣體的含量檢測。在實際的檢測工作中以及在具體的使用過程中,，可以有效地利用紅外氣體分析儀器和雙關(guān)路薄膜電容檢測儀器,，進(jìn)行定量地分析。

節(jié)能措施

（1）選用優(yōu)質(zhì)材料制造變壓器

變壓器是通過電磁感應(yīng)來改變網(wǎng)路電壓的,，主要材料是硅鋼片和電磁線,。這兩種材料質(zhì)地的優(yōu)劣，直接影響變壓器的損耗特性,。由運行中變壓器鐵心形成的損耗通稱空載損耗,，損耗值是恒定的，與變壓器的負(fù)載率無大關(guān)系,，也是不可避免的,。但導(dǎo)磁材料的優(yōu)劣，可以改變其損耗的大小,。第一代節(jié)能變壓器就選用了優(yōu)質(zhì)的Q11,、Q10冷軋晶粒取向硅鋼片，淘汰熱軋的D44等硅鋼片,，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進(jìn)使空載扭耗降低40%,。

（2）優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)工藝

從結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝入手改善變壓器的損耗特征，是制造廠的主要研究課題,。電子計算機(jī)應(yīng)用于變壓器設(shè)計,，為設(shè)計工作開拓了廣闊的前景，可在理想的銅（電磁線）鐵（硅鋼片）比例下,，以損耗最低和銅鐵耗量最少為設(shè)計目標(biāo),。使優(yōu)質(zhì)材料和優(yōu)化設(shè)計的曲線相交于一點，從而獲得最佳效果,。鐵心結(jié)構(gòu)由原來的直接縫改為半直半斜和全斜接縫,，則是結(jié)構(gòu)設(shè)計的突破性改進(jìn)，可使晶粒取向硅鋼片（即目前廣泛應(yīng)用的Q10,、Q11）在鐵心接縫區(qū)的導(dǎo)磁方向得到緩和,，降低了空載損耗。

國家政策

變壓器是輸配電的基礎(chǔ)設(shè)備,，廣泛應(yīng)用于工業(yè),、農(nóng)業(yè),、交通、城市社區(qū)等領(lǐng)域,。我國在網(wǎng)運行的變壓器約1700萬臺,，總?cè)萘考s110億千伏安。變壓器損耗約占輸配電電力損耗的40%,，具有較大節(jié)能潛力。為加快高效節(jié)能變壓器推廣應(yīng)用,，提升能源資源利用效率,，推動綠色低碳和高質(zhì)量發(fā)展，2021年1月,，工業(yè)和信息化部,、市場監(jiān)管總局、國家能源局聯(lián)合制定了《變壓器能效提升計劃（2021-2023年）》,。