原理

變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設備和無線電路中，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，這是互感應的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應變換電壓、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)揮出良好的導電、導熱性能，優(yōu)越的抗腐蝕性也增強了電路的穩(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電導熱作用，避免裝置運行后能耗增多。電力行業(yè)標準中規(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，以保護系統(tǒng)其他設備的正常運行。目前，許多變壓器已經(jīng)配備了絕緣構件，如：墊圈、絕緣器具等，但由于人為操作不當依舊存在安全風險。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)構與工藝都要更為復雜，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：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式H級干式變壓器，是在浸漬式基礎上吸取了繞包式結(jié)構的特點并采用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)技術并不是制約推廣非晶合鐵心金變壓器的關鍵性因素，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

（1）鐵心制造技術

企業(yè)主要是通過改善自己的剪切設備來改進鐵心的生產(chǎn)技術，目前鐵心制造技術有以下變化：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多級接縫鐵心的應用。近年來，設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。20世紀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

20世紀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

20世紀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?，F(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

油浸式變壓器采用的是油紙絕緣結(jié)構。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80年代中期，中國變壓器廠率先從瑞士引進氣相干燥設備。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：進入20世紀80年代，隨著歐美先進油過濾設備的引進，中國油凈化技術得到了長足發(fā)展。企業(yè)大多采用了先進的真空噴霧凈油法，它的去雜質(zhì)和脫水效果顯著。

（5）節(jié)能技術

就變壓器節(jié)能技術的發(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)濟的發(fā)展，用戶（特別是農(nóng)網(wǎng)，變壓器負荷率較低的用戶）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成熟的技術基礎上設計開發(fā)的，在保持產(chǎn)品可靠性的前提下，其性能指標有了較大提高。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，故障嚴重時可能需要對所有的繞組進行必要的更換，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)的嚴重的經(jīng)濟和人身財產(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；繞組處有雜物進去，老化的絕緣體；變壓器的工作力度不足；因變形導致繞組出現(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致后續(xù)一些問題，諸如本身對空氣產(chǎn)生嚴重的環(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，進而增加了企業(yè)的經(jīng)濟壓力和市場阻力。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，嚴重時可能造成機器設備的不能運行。還要注意的是該故障還會對電力企業(yè)的服務質(zhì)量產(chǎn)生影響，對為用電的客戶提供安全科學的服務產(chǎn)生重大的負面影響。

（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。在整個變壓器的設計中變壓器的載流接頭一直都承擔著極為重要的責任，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，導致接頭出現(xiàn)燒斷的現(xiàn)象，嚴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

（1）在線監(jiān)測技術

在線監(jiān)測技術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弱，并且分析總結(jié)出現(xiàn)這樣監(jiān)測結(jié)果的原因，進而可以對變壓器的運行狀態(tài)進行實時的檢測，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械內(nèi)部出現(xiàn)故障，進而引發(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，并對這些問題進行有針對性地解決，來確保機械的安全穩(wěn)定運行。

（2）氣相色譜儀技術

氣相色譜儀技術主要用于分析混合氣體中內(nèi)部組成部分。該檢測技術的優(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)勢促進了該技術得到了十分廣泛的應用，并在各種電氣設備的檢測的領域得到了廣泛面的應用。其中，對于高分子膜技術便有效利用了該項技術，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 進行檢測多種氣體，這樣大大提高了變壓器故障氣體的擴散速度，有利于正常運行的狀態(tài)能及時得到恢復。

（3）感器列陣技術

對于感器列陣技術而言，在變壓器故障檢測技術中該技術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，并將該項技術科學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，使用傳感器進行在線檢測，進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

紅外光譜技術又稱之為紅外光譜在線檢測技術，該技術具有檢測速度快、準確度高、敏銳度高、維修量少等優(yōu)點，該技術也在變壓器故障檢測技術扮演著重要的角色，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路薄膜電容檢測儀器，進行定量地分析。

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，與變壓器的負載率無大關系，也是不可避免的。但導磁材料的優(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)構設計的改進使空載扭耗降低40%。

（2）優(yōu)化設計和改進工藝

從結(jié)構設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。電子計算機應用于變壓器設計，為設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計目標。使優(yōu)質(zhì)材料和優(yōu)化設計的曲線相交于一點，從而獲得最佳效果。鐵心結(jié)構由原來的直接縫改為半直半斜和全斜接縫，則是結(jié)構設計的突破性改進，可使晶粒取向硅鋼片（即目前廣泛應用的Q10、Q11）在鐵心接縫區(qū)的導磁方向得到緩和，降低了空載損耗。

國家政策

變壓器是輸配電的基礎設備，廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、城市社區(qū)等領域。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）》。