第2章　电力变压器

2-1　什么叫变压器？它有什么作用？

变压器是一种能改变交流电压幅值大小的设备。可以将一种电压值改变成各种不同电压等级的电压，所以叫变压器。变压器只能改变电压幅值的大小，不能改变交流电压的频率。

各种不同的供用电设备，从安全性、设备制造的经济性、设备本身性能的需要以及为了供电中减少电能损失等，常常需要各种不同的电源电压。如在危险场所，我们使用36V的安全电压作为照明电压，而在进入受限制的空间则使用12V的安全电压作为照明电压；我们日常生活中使用的电灯、电器的工作电压都是220V，这是既照顾到安全性又照顾到经济性；一般中小型三相电动机使用380V作为电源电压，而中型或大型电机则使用6kV或10kV电压作为电源电压，这是考虑到设备制造的经济性；在进行电气设备的耐压试验时需要上万伏及更高的电压，静电除尘设备需要72kV的高压，这些都是设备本身性能的需要；发电厂的发电机发出的电压一般都是6～10kV，电能要经过很长的输电线路送给远距离的用户，为了减少电能损失，就需要将电压升高到35kV、110kV、220kV或更高的超高压才输送出去，到用户端后再将电压降至所需要的电压。以上种种供用电设备的各种电压需要都是通过变压器升压或降压来完成。所以变压器是供用电系统中一种重要的电气设备。

2-2　变压器为什么能改变电压？

我们知道，电流通过线圈导体中时产生磁场，其方向由右手安培定则确定，电流方向改变时磁场方向也跟着改变。当线圈中有方向改变的磁场通过时就会产生电动势，这个电动势就叫感生电动势。变化的磁场在产生变化磁场的线圈中产生的感生电动势叫自感电动势，在其他线圈中产生的电动势叫互感电动势，变压器就是根据“动电生动磁”和“动磁生动电”的电磁感应原理制成的。其结构原理如图2-1所示。

当变压器的原边绕组W₁施以交变电压U₁时，便在原边绕组中产生一交变电流I₁，这个电流在铁芯中产生一交变主磁通Φ，主磁通Φ既穿过原边绕组W₁，也穿过副边绕组W₂，因此这个主磁通在原、副边绕组W₁和W₂上均会产生感应电势E₁和E₂。感应电势的大小，可以根据电磁感应定律来求得。其公式如式（2-1）。

　　　（2-1）

式中　E——感应电势，V；

      f——频率，Hz；

      W——线圈匝数，匝；

      Φ——磁通，wb。

所以

　　　（2-2）

　　　（2-3）

将式（2-2）除以式（2-3）得

　　　（2-4）

化简式（2-4）得

　　　（2-5）

从式（2-5）可看出，原、副边绕组中的感应电势的大小只与绕组的匝数有关，我们将W₁/W₂称为变压器的变比K。

在一般的电力变压器中，绕组的电阻压降很小，仅占原绕组电压的0.1%不到，可忽略不计，因此U₁≈E₁、U₂≈E₂，故

　　　（2-6）

由式（2-6）可看出：变压器原、副边绕组的电压比等于原、副边绕组的匝数比。因此，要使变压器原、副边绕组有不同的电压，只要改变它们的匝数即可。例如，原边绕组W₁为副边绕组W₂的15倍，即K为15时，便是15∶1的降压变压器。如原边绕组W₁为副边绕组W₂的1/15倍，即K为1/15时，便是1∶15的升压变压器。当然，变压器在带上负荷后，由于变压器内部阻抗上的压降较大，造成E₁和U₂减小，此时U₁/U₂的值与K的差别会较大，但E₁/E₂始终与K保持一致。

2-3　常用电力变压器有哪几种型号？字母含义是什么？

目前常用的电力变压器有S系列、SG系列、SM系列和新型的SH系列。S系列为普通三相油浸式变压器，SG系列为三相干式变压器，SM系列为三相油浸全密封变压器，SH系列为三相非晶合金变压器。非晶合金变压器是用非晶合金作为变压器的铁芯，可大大降低变压器铁芯的损耗，其铁芯损耗仅为硅钢片铁芯损耗的15%，同时可大大提高变压器单位体积的容量。

电力变压器的完整型号如图2-2所示，各字母的含义如表2-1所示。变压器的技术数据一般都标在铭牌上，按国家标准，铭牌上除了标有变压器的名称、型号、产品代号、标准代号、生产厂商、出厂序号、生产日期外，还应该带有如下技术数据：

　　（1）额定电压、额定电压组合和额定电压比；

（2）额定容量；

（3）额定电流；

（4）相数和额定频率；

（5）绕组联结组编号；

（6）分接范围；

（7）空载电流、空载损耗及空载合闸电流；

（8）绝缘水平；

（9）短路电流；

（10）阻抗电压和负载损耗；

（11）重量和尺寸；

（12）温升和冷却方式；

（13）效率；

（14）性能参数的允许偏差。

2-4　常用变压器有哪些种类？各有何特点？

变压器的种类是多种多样的，但就其工作原理而言，都是按照电磁感应原理制成的。常用变压器的分类如下。

（1）按用途分

①电力变压器：用于输配电系统的升压或降压，是最常用的一类变压器。

②试验变压器：产生高压，对电气设备进行耐压试验；或产生低阻抗的低压，对电气设备进行大电流试验。

③仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

④特殊用途变压器：冶炼用的电炉变压器、电解用的整流变压器、焊接用的电焊变压器、静电除尘用的高压整流变压器、各种用途的调压器等。

（2）按相数分

①单相变压器：用于单相负荷的变压器。

②三相变压器：用于三相或单、三相混合负荷的变压器。

③单相变压器组：由三个完全相同的单相变压器组成三相变压器组，常用于大容量的电力变压器。

（3）按绕组形式分

①自耦变压器：用于连接超高压，大容量的电力系统。

②双绕组变压器：用于连接两个电压等级的电力系统。

③三绕组变压器：连接三个电压等级，一般用于电力系统的区域变电站。

（4）按铁芯形式分

①芯式变压器：用于高压的电力变压器。

②壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器和电焊变压器等；或用于电子仪器及家用电器的电源变压器。

（5）按冷却方式分

①油浸式变压器：如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环和水内冷等。

②干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。

③充气式变压器：用特殊化学气体（SF₆）代替变压器油散热。

④蒸发冷却变压器：用特殊液体代替变压器油进行绝缘散热。

2-5　变压器铁芯柱截面形状有哪几种？适用范围如何？

变压器铁芯是由0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠装起来的。在叠装之前，硅钢片涂以绝缘漆，使片与片之间保持绝缘，以降低涡流损耗。

变压器的铁芯截面形状分两种：一种是正方形或长方形；另一种是圆的内接阶梯形，如图2-3所示。

一般小型变压器的铁芯截面多采用正方形或长方形，而大型变压器则采用阶梯形。这是因为大型变压器的铁芯截面比较大，为了有效利用空间，铁芯截面应采用阶梯形，而且随着铁芯截面的增大，阶梯的级数也越来越多。

有些大型变压器的铁芯柱，采用带有油槽的阶梯形截面。这是为增加散热性能而设计的。变压器在运行中，通过油的对流作用将铁芯中的热量带走，然后通过散热器散发掉。这种铁芯虽然具有良好的散热性能，但由于铁芯叠装较复杂，故在一般的小型变压器中是不采用的。

2-6　变压器铁芯及金属构件为什么要接地？

变压器的铁芯及金属构件距变压器绕组距离是很近的，变压器的绕组尤其是高压绕组的电压很高，会产生强电场，铁芯及金属构件在强电场中会产生高的静电电位造成变压器内部放电从而造成变压器不能正常运行或损坏变压器，因此变压器铁芯及金属构件必须接地。

2-7　变压器铁芯为什么只能一点接地？

变压器铁芯中通过的是交变磁场，这个交变磁场在铁芯本身也会感生电势，产生涡流损耗，因此变压器铁芯都做成一片一片的叠装而成，且片与片之间是互相绝缘的，目的就是减小涡流损耗。当变压器铁芯多点接地后会使涡流损耗增加，甚至有可能烧坏铁芯，因此变压器铁芯只能一点接地。

2-8　变压器绕组有几种形式？各有何特点？

变压器绕组按照原、副绕组在铁芯上的排列方式可分为同芯式和交叠式两种，如图2-4所示。

同芯式绕组是把原、副绕组分别绕成直径不同的圆筒形线圈套在铁芯柱上。一般情况下高压绕组套在外层，低压绕组套在内层，高压绕组与低压绕组间留有一定的绝缘间隙，并以绝缘纸筒相互隔开。同芯式绕组又可分为圆筒式、连续式、螺旋式和纠结式等。这种绕组由于结构简单，绕制方便，故被广泛采用。

交叠式绕组是把原、副绕组按一定的交替次序套在铁芯柱上，这种绕组由于高、低压绕组之间的间隙较多，绝缘复杂，故包扎很不方便。它的优点是绕组的机械强度较高，一般在大型壳式变压器（如大容量的电炉变压器和电焊机变压器）中方加以采用。

2-9　为什么变压器的低压绕组在里边，而高压绕组在外边？

变压器高低压绕组的排列方式是由多种因素决定的，一般来说变压器是把低压绕组布置在靠铁芯柱，而高压绕组布置在外边，这主要是从绝缘方面考虑的。理论上，不管高压绕组或低压绕组怎样布置，都能起变压作用。但因为变压器的铁芯是接地的，低压绕组靠近铁芯时，从绝缘角度容易做到。如果将高压绕组靠近铁芯，则由于高压绕组电压很高，要达到绝缘要求，就需要很多的绝缘材料和较大的绝缘距离。这样不但增大了绕组的体积，而且浪费了绝缘材料。

其次，由于变压器的电压调节是靠改变高压绕组的抽头，即改变其匝数来实现的，因此把高压绕组安置在低压绕组的外边，做抽头的引出线也比较容易。

再次，将高压绕组放置在低压绕组的外边可以减小变压器的铜损。由于将低压绕组放置在内层，减小了绕组与铁芯之间的距离，这样就减小了绕组的平均匝长，在绕组载流量相同的情况下，减小了绕组的电阻，这样就减小了绕组的铜损，提高了变压器的效率。

2-10　变压器的铁芯有什么作用？不用铁芯行吗？

当检修变压器时，打开上盖后就会发现浸在油中的绕组是套在由许多硅钢片叠起的铁芯柱上。首先要从变压器的基本原理谈起。变压器是根据电磁感应原理制成的，双绕组或三绕组变压器的原、副绕组之间，并没有电的联系，它们之间是通过磁通Φ联系起来的。根据式（2-2）及式（2-3），原、副绕组中的感应电势与它们的匝数W₁和W₂、磁通Φ及它的变化频率f成正比。变压器的绕组匝数不可能无限制的绕很多匝，而且那样也是很不经济的，中国电网的频率都是50Hz，因此，将Φ值调整在一个合适的范围是很必要的。

在磁通Φ的回路中，与基本电路一样，也满足欧姆定律，如式（2-7）所示：

　　　（2-7）

式中　U_m——磁路磁压，A；

      Φ——磁路磁通，Wb；

      R_m——磁路磁阻，A/Wb。

磁路中的磁压U_m是由一次绕组的匝数和励磁电流的乘积决定，也叫磁势。由式（2-7）可知，如Φ维持一定值，则U_m与R_m成正比，也就是励磁电流与磁路磁阻成正比。磁路磁阻越小，则励磁电流越小。因为铁磁材料的磁阻仅为空气的几千分之一，甚至是几万分之一，所以，变压器中必须使用铁芯。这样不仅可以减小变压器的体积，而且可以提高变压器的效率。

另外，如果变压器不装铁芯，漏磁将特别大，一次绕组的磁通有许多不穿过二次绕组，使变压器的负载特性变差，负载压降变得很大。因此变压器中使用铁芯是必要的。

2-11　自耦变压器和双绕组变压器有什么区别？

双绕组变压器的原、副绕组是分开绕制的，它们没有电之间的联系，相互之间是绝缘的，但同一相的原、副绕组是在同一个磁路中，它们之间是通过磁路联系在一起的。

自耦变压器只有一个绕组，对降压变压器，副边绕组只是整个绕组的一部分，对升压变压器，原边绕组是整个绕组的一部分。因此，自耦变压器的原、副绕组之间除了有磁路之间的联系外，还有电路之间的联系，如图2-5所示。

双绕组变压器的功率传递是靠电磁感应完成的。当二次侧绕组有电流通过时，将会产生负载磁通，这个磁通的方向与一次绕组的励磁磁通的方向是相反的，因此一次绕组必须产生一个工作磁通来抵消负载磁通以保持励磁磁通的恒定，从而使一次侧和二次侧的感应电势维持恒定。于是一次绕组中就有了工作电流，同时也实现了功率的传递。理想情况下双绕组变压器传输的功率为

　　　（2-8）

式中　S——变压器传输电能的容量，V·A；

      U₁——变压器一次侧电压，V；

      I₁——变压器一次侧电流，A；

      U₂——变压器二次侧电压，V；

      I₂——变压器二次侧电流，A。

对于自耦变压器，理想情况下传输容量与双绕组一样，也可用式（2-8）表示。但由图2-5可知，自耦变压器的绕组无论是升压还是降压，都有一个公共绕组和一个串联绕组。以降压自耦变压器为例来说明它与双绕组功率传输方面的不同之处。降压自耦变压器的公共绕组中的电流为

　　　（2-9）

而串联绕组中的电压为

　　　（2-10）

所以串联绕组的容量为

　　　（2-11）

公共绕组的容量为

　　　（2-12）

因此，由式（2-11）和式（2-12）可知，无论是自耦变压器中的串联绕组还是公共绕组，其绕组容量均小于自耦变压器的传输容量，二者比值如下

　　　（2-13）

　　　（2-14）

由式（2-13）、式（2-14）可知，当K值越接近1，自耦变压器的绕组容量越小于自耦变压器的容量，此时，自耦变压器的绕组和铁芯都可以做得比较小，自耦变压器的整体体积较小，节约了材料。所以，当变压器的变比要求比较接近1时，使用自耦变压器是较经济的。

自耦变压器的一、二次绕组是连在一起的，接线时要注意，应将公共端连接到零线端，这样于安全有利。另外，当自耦变压器的绕组发生故障时，高压侧的高电压会窜至低压侧，因此必须采取适当的防护措施。

禁止将自耦变压器作安全变压器使用。

2-12　变压器有几种冷却方式？各种冷却方式的特点是什么？

变压器在运行中，由于绕组中有电流通过，将会产生两个主要的损耗：一个是绕组的电阻上产生的损耗；另一个是变压器铁芯上产生的励磁损耗。这些损耗最终都将产生热量，使变压器的温度升高，绝缘劣化，影响变压器的出力和寿命。所以提高变压器的散热能力是必要的。

电力变压器常用的冷却方式一般分为四种：干式自冷式、油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环式。

干式自冷一般做成环氧树脂浇注式，使用中无需维护，缺点是容量不能做得太大，电压等级也较低，否则体积会太大了。油浸自冷式是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁外的散热管或散热片，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特别的散热设备，所以在中小型变压器中用得比较多。油浸变压器的散热结构示意图见图2-6。

油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁的散热器上加装散热风扇，利用散热风机吹风帮助冷却。加装散热风扇后，可使变压器的容量增加30%～35%。强迫油循环冷却方式，又分强迫油浸风冷和强迫油浸水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器进行冷却后再返回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形式（如螺旋管式等），利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种强迫油循环冷却方式，若把油的循环速度提高3倍，则变压器的容量可提高30%。

变压器的冷却在注重本身冷却的同时，也要注意环境的影响。如变压器安装在室内，要注意变压器室的通风冷却，特别是在热天，如变压器室散热不好会造成变压器温升过高，甚至无法正常使用。

2-13　为什么有些变压器装设防爆管或安全阀？它的构造和作用是什么？

　　防爆管又叫安全气道，一般在750～1000kV·A以上的大容量变压器上部装设。此管用薄钢板制成，内径在150～250mm范围内，视变压器的容量大小而定。此管装设在变压器顶盖上部油枕侧，管子下端与油箱连通，其上端用3～5mm厚的玻璃板（安全膜）密封，靠近上端在油位以上的部位有用一小管与变压器油枕的上端相连，以消除因油的热胀冷缩在防爆管内产生正压和负压。具体构造见图2-7。

防爆管的作用是当变压器内部发生故障，压力增加到0.5～1atm^[注]时，安全膜就爆破，气体喷出，内部压力降低，不致油箱爆裂，从而缩小了事故范围。

现在大部分变压器使用安全阀来代替防爆管，安全阀也叫压力释放阀，安装在变压器的箱盖上，当变压器内部的压力达到设定的数值时，安全阀开启，将变压器内部压力释放掉，同样起到安全保护作用，缩小事故范围。

2-14　变压器油枕有什么作用？小型变压器为什么不装油枕而较大容量的变压器都装有油枕？

　　变压器油枕的作用有两个：一是调节变压器油箱中油的热胀冷缩量；二是较易做到变压器油与外部潮湿空气的直接接触，以防水分渗入，降低绝缘性能。变压器在负荷改变或环境温度改变时，变压器油的温度会随着改变，变压器油的温度改变会产生热胀冷缩现象，线胀系数约为万分之七每摄氏度。当变压器油受热膨胀时，膨胀部分的油便进到油枕中去，而当油冷却时，一部分油又回到油箱中去，这样可使变压器油箱除了自身油重的压力外不会受到额外的压力。另外，当变压器油冷却后回到油箱时，会有环境中的空气进入到油枕中去，进入的这部分空气是经过安装在油枕上部的空气呼吸器进行干燥的，其构造可见图2-7。容量较大的变压器会在油枕中安装一个调节气囊，使进入变压器油枕的空气进入到皮囊中，这样就将变压器油箱中的油与空气完全隔离，既防止了水分进入变压器油箱，同时也避免了油箱中的油与空气接触，防止油氧化变质。

小型变压器因为油量少，热胀冷缩的量小，可以将胀缩量用变压器的散热片来做调节。且变压器的体积较小容易密封，只要将箱盖盖紧就可以避免外界空气进入，故不需装油枕。

2-15　变压器油枕上为什么有温度刻度线？

变压器中的油受温度影响体积会发生约万分之七每摄氏度的变化，所以变压器在加油时要参照环境温度的高低。如果在低温时将变压器里的油加得满满的，那么在变压器运行温度升高或环境温度升高时，变压器里的油会溢出来，反之则会在环境温度低时油位不够。因此，在变压器油枕上的油位计旁加上温度刻线可以方便加油，加油时只要将油位加到环境温度与油位计旁温度刻线一致即可。另外，还可以根据温度刻线观察变压器在运行中是否缺油，如果变压器油位低于温度刻线时，说明变压器缺油，应及时补充油，以保证变压器可靠运行。

2-16　变压器油枕中的皮囊有什么用？

变压器油枕在调节变压器油箱中油的热胀冷缩时，会有外界的空气进入油枕中，空气中的水分和氧气都会对变压器油质产生不利影响，因此，大、中型变压器的油枕中的油是与外面的空气隔开的。具体做法就是将进入油枕内的空气收入油枕中的皮囊里，皮囊有出口与外界空气相通，这样就使进入油枕中的空气与变压器内的油完全隔开，有利于保护变压器油。另外，也有不做成皮囊，而是将油枕分为上、下两部分，中间用橡胶膜将油枕的上、下两部分隔开，使进入油枕的空气在隔膜的上部，其作用与皮囊相同。

2-17　变压器油枕上的呼吸器有什么作用？

变压器油枕中由于空气需要进出，所以油枕必须与外界空气有联通，为了防止杂物、湿空气等进入变压器油枕内，在联通管的终端安装了一个呼吸器，呼吸器内装有硅胶以作干燥之用。安装呼吸器后可使进入变压器内部的空气得到净化和干燥。

2-18　呼吸器中的硅胶为什么要经常更换？

只要温度发生变化，变压器油枕上的呼吸器中就会有空气通过，当温度由高变低时外部空气通过呼吸器进入变压器油枕内，当温度由低变高时，油枕中的空气通过呼吸器排出。呼吸器中所加的变色干燥用硅胶在湿空气长期通过后会由蓝变粉红最终变白失效，所以变压器油枕上的呼吸器中的硅胶要经常观察，当蓝色基本消尽时就要更换硅胶了，否则呼吸器将会失去干燥作用。

2-19　呼吸器下盖中为什么要加油？

呼吸器下盖中加油是为了呼吸器在变压器没有空气进出的情况下与外界的隔离，这样能最大限度地使呼吸器中的干燥硅胶得到利用，使其用于干燥进入变压器油枕内的空气。如果没有加油就会使硅胶长期处于外界空气中很快失去干燥作用，因此，呼吸器下盖中一定要加油。

2-20　变压器的气体继电器有什么用？

气体继电器是一种非常灵敏的变压器内部故障保护装置，其结构见图2-8，它安装在变压器的器身与油枕之间。气体继电器的保护范围是变压器内部相间短路、层间或匝间短路、油面下降以及分接开关接触不良等故障。一般要求800kV·A及以上容量的变压器装设气体继电器。

当变压器内部发生故障时，故障点局部发热，引起附近变压器油的膨胀，油内分解出大量气体聚集在气体继电器的上部使其油面下降，上油杯与磁铁跟随其下降，下降到一定程度时，气体继电器的上干簧接点接通向值班处发出信号提醒值班人员变压器有故障。

当变压器内部发生严重故障时，就会产生大量气体，从油箱内上升到油枕，急速的油流冲击气体继电器的挡板，使下油杯与磁铁迅速下降，接通下干簧接点，此接点直接接通断路器的分闸回路，使断路器分闸，将故障变压器从电路中切出。

2-21　全密封变压器为什么能密封？

普通油浸变压器是用油枕来调节变压器油箱内变压器油的热胀冷缩的，全密封变压器是用散热片的腔体来调节变压器油箱内变压器油的热胀冷缩的。当变压器温度升高，变压器油体积增加时，散热片的腔体会增加，多出的变压器油进入散热片中，此时变压器的内部存在正压力，此压力最高可以达到30kPa。当变压器的温度降到常温以下时，散热片的腔体会减到正常厚度以下，散热片中的变压器油进入油箱内，此时变压器内部存在负压。全密封变压器能密封起来，就是用散热片来调节热胀冷缩的。当然，因为变压器在使用时内部会产生一定的压力，其各部位的密封件要做得比非全密封变压器更牢固。

2-22　全密封变压器如何加油？

全密封变压器在运行中是不能加注变压器油的。因为变压器内部在温度升高时会产生正压，此时如打开变压器会有变压器油从变压器内喷出；在低于常温时内部会产生负压，此时打开变压器会使空气进入到变压器中。因此，全密封变压器应在常温下（20℃）进行加油，刚运行的变压器要等变压器完全冷下来才能加油。加油时将注油口的盖子打开，将合格的同型号的变压器油注入变压器，注满后将注油口的盖子旋紧并打上铅封，加油结束。

2-23　变压器的额定技术数据都包括哪些内容？它们各表示什么意思？

　　变压器的额定技术数据，是保证变压器在运行时能够长期可靠地工作，并且有良好的工作性能的技术限额。它也是厂家设计制造和试验变压器的依据，其内容包括以下几个方面。

（1）额定容量：是变压器在额定状态下的输出能力。对单相变压器是指额定电流和额定电压的乘积。对三相变压器是指三相容量之和，单位为千伏安。

（2）额定电压：是指变压器空载时端电压的保证值，单位为伏或千伏。

（3）额定电流：是根据额定容量和额定电压计算出来的线电流，单位为安培。如额定容量为1000kV·A，电压为10/0.4kV的三相变压器，其额定电流为

　　　（2-15）

　　　（2-16）

（4）空载损耗：是变压器空载运行时的功率损耗，由于变压器空载时几乎没有电流，此时的损耗基本上是铁芯上的励磁损耗，所以也叫铁损，单位为瓦特或千瓦。

（5）空载电流：变压器空载运行时的励磁电流占额定电流的百分数。

（6）短路电压：也叫阻抗电压，是指将一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压达到额定电流，此电压占额定电压的百分数。

（7）短路损耗：将一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压并达到额定电流，此时的损耗叫短路损耗，因为此时变压器所加电压很低，变压器铁芯的励磁损耗很小，主要是绕组的电阻发热损耗，所以也叫铜损，单位为瓦特或千瓦。

（8）联结组别：表示原、副边绕组的连接方式及它们线电压之间的相位差，以Y、△及时钟来表示。

2-24　为什么变压器的原边电流是由副边决定的？

变压器在带有负载运行时，当二次侧电流变化时，一次侧电流也相应变化，这是因为变压器的一、二次侧感应电压是由绕组铁芯中的磁通大小决定的，为了维持电压不变，磁通大小也应不变，当二次侧无电流时这个磁通是由一次侧绕组的励磁电流决定的（空载电流）。当二次侧有电流流过时，副边绕组中就会产生磁通，此磁通与空载磁通的方向相反，于是一次绕组必须增加电流产生磁通来抵消二次侧产生的反向磁通，这样才能维持铁芯中的磁通大小不变。原、副边负载电流的大小与它们的匝数成反比，如下式所示

　　　（2-17）

这就是当二次侧电流变化时，一次侧电流也相应变化的原理，理想状况时，原、副边的电流变化满足式（2-17），所以说原边电流是由副边电流决定的。

2-25　变压器为什么不能使直流电变压？

变压器能够改变电压的条件是，原边施以交流电势产生交变磁通，交变磁通穿过各线圈并产生感应电势，感应电势的大小由式（2-1）确定。当变压器以直流电通入时，因电流大小和方向均不变，铁芯中无交变磁通，即磁通恒定，磁通变化率为零，根据电磁感应定律，感应电势也为零。这时因缺少反电势，全部直流电压加在只有很小电阻的绕组内，使电流非常之大，造成近似短路的现象。

而交流电是交替变化的，当初级绕组通入交流电时，铁芯内产生的磁通也随着变化，于是一、二次绕组内都会感应出交流电势，感应电势的大小与绕组匝数的大小成正比。若次级绕组匝数大于初级绕组，就能升高电压；反之，若次级绕组匝数小于初级绕组，就能降低电压。因直流电的大小和方向不随时间变化，所以如恒定直流电通入初级绕组，其铁芯内产生的磁通也是恒定不变的，就不能在次级绕组中感应出电势，所以变压器对直流不起变压作用。

2-26　什么是变压器的效率？如何计算？

变压器的效率是指变压器的输出功率P₂和输入功率P₁的百分比，用η表示，即

　　　（2-18）

输入功率P₁包括输出功率P₂、铁损P_C和铜损P_T，即

P₁=P₂+P_C+P_T　　　（2-19）

所以变压器的效率

　　　（2-20）

输出功率与负载功率因数cosφ₂和负载系数β有关

　　　（2-21）

式中　S₂——变压器的实际负载；

      S_e——变压器的额定负载。

因为变压器是一种静止的设备，没有机械损耗，所以效率很高，一般都在95%以上。

当负载功率因数cosφ₂一定时，效率随负载电流变化的曲线如图2-9所示。从图中可以看出，效率η随负载的增加从零增大到极大值后，开始降低。这是因为负载变大后二次电流也变大，故铜损也随着增大的缘故。由计算可以证明，当铜损与铁损相等时变压器的效率可以在额定负载时达到极大值η_max，此时β=1，因此最大效率的条件如下式

P₀=β²P_d　　　（2-22）

　　　（2-23）

式中　P_d——变压器的短路损耗；

      P₀——变压器的空载损耗。

当P₀、P_d和β三者的关系满足式（2-22）或式（2-23）时，变压器即可取得最大效率。当β等于1，即变压器满载时，P₀=P_d，亦即铁损等于铜损，此时变压器取得最大效率。

但平常变压器并不将铁损和铜损的相等点设计在满载处，而是将变压器设计成P₀/P_d=1/3左右，即β===0.6左右，也就是说希望最大效率出现在负载为额定容量的60%左右。这是因为考虑到一般变压器不可能长年累月都满载运行，所以使β=0.6左右达到最大效率更为经济些，而且可以减小变压器的体积，节约材料。图2-9的曲线就是当P₀/P_d=1/3时的效率曲线，由图可见，β=0.6时效率最大。

2-27　什么是变压器绕组的极性？有何意义？

变压器铁芯中的主磁通，在原、副绕组中产生的感应电势是交变电势，是没有固定极性的。这里所说的变压器绕组极性，是指原、副绕组的相对极性，也就是当原绕组的某一端在某一瞬时电位为正时，副绕组在同一时刻也为正电位的那个对应端，这时把这两个对应端叫做变压器的同极性端。

变压器绕组的极性由变压器绕组的绕向决定，当绕向改变时极性也会改变。极性是变压器并联运行的主要条件之一，如果极性接反，将造成短路，烧毁变压器。这就如同两节电池并联使用一样，应将正极与正极相连，负极与负极相连，如果同时把正极与负极相连，电池就短路了，很快就把电池烧毁了。

2-28　什么叫变压器的联结组别？

变压器联结组别是指变压器的原、副边绕组按一定方式连接时，原、副边的电压或电流的相位关系。

单相变压器的联结组别，取决于原、副边绕组的绕向和首末端的标记。当原、副边绕组的绕向、标记都相同，即原边为U_AX，副边为U_ax时，原、副边电压同相。使用时钟表示时，将原边电压作为时钟的长针且一直放在12点的位置不变，将副边电压作为时钟的短针，因原、副边电压同相，代表副边电压的短针应指向12点，故组别为12，如图2-10（a）所示。用I/I-12表示此时的联结组别，其中I/I表示单相变压器，12表示组别。

当原、副绕组的绕向相同而首末端的标记不同（即原边为U_AX时副边为U_xa）或标记相同而绕组绕向相反，如图2-10（b）所示时，原、副边电压反相。使用时钟表示时，原边电压依然作为长针放在12点位置，副边电压作为短针应指向6点（与12点成180°，正好反相），此时组别为6，用I/I-6表示。

三相变压器的接线组别，不仅与绕组的绕向和首末端的标记有关，而且还和三相绕组的接法有关。因为三相绕组有三角形接法和星形接法即△和Y接法，再配以每个单相绕组的绕向或首末端的变化，原、副边电压相位关系可以组合成12种组别来，其中6个是单数组，6个是双数组。凡是原、副边的三相绕组连接不一致的都属于单数组，如Y/△及△/Y即属于这一类，它们分别是1、3、5、7、9、11这6个组别。凡是原、副边的三相绕组连接一致的都属于双数组，如Y/Y及△/△即属于这一类，它们分别是2、4、6、8、10、12这6个组别。

三相变压器的组别也是用时针的盘度来表示的，时钟盘上有两个指针，12个字码，分成均匀的12格，每格代表一点钟，一个圆周的角度是360°，故每格就是30°。如12点和5点之间顺时针相差30°×5=150°。所有的角度都是以12点为基准，以短针顺时针转动方向来计算。例如12点和11点之间应该是30°×11=330°，而不能把它作为一格子当30°来看。反之，时针顺时针向前转动了300°那必定指示300°/30°=10点，如果向前转动60°那指示就是2点。

变压器的联结组别，就是用时针的表示法来说明原、副边线电压（或线电流）的相量关系的。三相变压器的原边绕组和副边绕组由于接线方式的不同，它们的线电压（或线电流）之间会产生相位差。表示时将原边线电压作为基准，把它固定在12点的位置上，如副边的线电压（或线电流）滞后330°，则二次线电压（或线电流）相量必在330°/30°=11点上，也就是说这一台三相变压器的接线组别属于11点。

2-29　怎样画变压器的联结组？

变压器联结组别由以下三个条件决定：

（1）绕组首末端标志、即AX、ax等。在三相变压器中，A、B、C表示高压绕组首端，X、Y、Z表示高压绕组的末端；a、b、c表示低压绕组的首端，x、y、z表示低压绕组的末端。星形接法用o表示中性点。

（2）绕组的绕向，即高、低压绕组的绕向相同还是相反。

（3）高低压绕组的联结方式，即Y/Y、△/△、Y/△、△/Y等。

在以上三个条件都满足的情况下可以先画出一、二次侧的电压相量图，通过相量图就能看出其组别。具体画法是根据接线图先画出变压器一次绕组的电压相量图，然后根据二次绕组的标号、绕向和接线方式，将二次绕组的相电压相量在一次绕组的电压相量图上画出来（二次绕组相电压相量与同相的一次绕组相电压相量因在同一铁芯柱上，它们的方向不是相同就是相反），最后把一、二次绕组的线电压的相量图都画出来，把一次侧的线电压相量U_AB作为时钟的长针，二次侧对应的线电压U_ab作为时钟的短针，根据U_AB与U_ab之间的夹角，联结组别一目了然。下面举两例来说明变压器联结组的画法。

【例1】　已知变压器高、低压绕组首、末端标号相同，绕组方向相同，高压侧Y接线，低压侧△接线，如图2-11（a）所示，试画出这台变压器的联结组。

解：先画出一次绕组相、线电压相量图，再画出二次侧绕组的线电压相量图，本例中由于一、二次侧绕组的绕向、标号相同，故在同一铁芯柱上的与方向相同，因二次侧为△接法，故也就是，与图2-11（b）中的方向一致，确定好后其他两相即可相应画出。最后将二次绕组的某一线电压相量平移到一次绕组相对应的线电压相量处并与此线电压相量使用同一起点，如图2-11（b）所示，图中画出的是及（画任意一线的电压都可以）。将作为时钟的长针并放在12点位置，可以看出滞后30°角，30°/30°=1，也就是将作为时钟的长针并放在12点钟的位置时，作为时钟短针的此时指向时钟1点钟的位置，所以这台变压器属于Y/△-1组接线。

2-30　怎样测量变压器的组别？

测量变压器组别的方法有三种：直流法；交流法；仪器法。

（1）直流法　测量单相变压器极性的接线如图2-12所示，用一个1.5V或3V的干电池接入高压绕组，低压绕组接一毫伏表或微安表，当合上刀闸瞬间表针向正方向摆（或拉开刀闸表针向负方向摆），则接电池正极的端子与接电表正极的端子是同极性，即联结组为12，反之是异极性，联结组为6。

用直流法测定三相变压器极性的接线如图2-13所示，电池先接在高压侧AB相间，A接电池正极，B接电池负极；再利用一只直流毫伏表或微安表，在高压侧合闸时，轮流测定ab、bc、ca的极性及表的最大数值，若表针往负方向摆，则把表的线头换一下，记下负的最大值。在测量时表计的接入必须遵照一定次序。即测量ab时，必须a接表的正极b接表的负极，bc、ca也同样如此。

采用上述同样步骤，将电池和刀闸改接在高压BC相间和AC相间（其中第一个字母接电池正极），再次测量ab、bc、ca的极性及表针指示数值。

根据三次试验测得的九个数值，首先判断该变压器属于单数组还是双数组。因为变压器属于单数组还是属于双数组测得的数值是有一定规律的。在九个数值（指绝对值）中有三个小数，六个大数则属单数组。若六个小数三个大数就属于双数组。例如11组和12组接法的测量结果如表2-2、表2-3所示。

（2）交流法　测量单相变压器极性的接线如图2-14所示，将高压和低压侧的一对同名端子（如A、a）用导线连通，在高压侧接入低压交流电，然后测量电源电压U₁及另一对同名端子X、x间的电压U₂，U₂=U_XA-U_xa=U₁-U_xa，若此时U₂<U₁，则U_XA与U_xa同极性，也即接线时假定的同名端是正确的，按此同名端的联结组为12，反之为6。

（3）仪器法　直接使用联结组别测试仪测量，常用的测试仪有HTBC-Ⅲ全自动变比组别测试仪、BZC变压器变比组别测试仪、L5263变压器变比组别测试仪等。

2-31　变压器各种绕组联结组的应用范围是什么？

Y/Y₀-12联结组一般用于容量不大的三相变压器，供动力、照明或动力与照明混合负载，高压侧的电压不超过35kV，低压侧电压不超过400V，变压器的容量不超过1800kV·A。

当低压侧的额定电压超过400V时，采用Y/△-11联结组，高压侧仍不应超过35kV，变压器的最大容量不超过5600kV·A。

Y₀/△-11联结组主要应用于高压输电系统容量较大、电压较高的变压器。当高压在110kV及以上时，这种变压器的最小容量为3200kV·A，当容量在7500kV·A以上时，这种变压器的低压侧的电压至少为6.3kV。

2-32　变压器相序标号为什么不能随意改变？

变压器高压侧有A、B、C字样的符号，低压侧有a、b、c字样的符号，这种符号就是相序标号，相序与组别有着密切的关系。如果把相序改变，接线组别也就改变了。特别是两台变压器并联运行时，将其中的一台变压器相序标号随意动一下，就会使变压器不能正常运行，甚至可能使变压器损坏。这是因为将其中的一台变压器相序变动了，组别也相应变动，当两台组别不同的变压器并联运行时，在变压器副边将出现很大的内部环流，使变压器很快发热并烧毁。其原因是当两台组别不同的变压器并联时，副边绕组的内部回路中会产生一个电压，这个电压的大小与是哪种不同组别的变压器并联有关，最大值为额定电压的两倍，此时两台变压器的副边电压应相差180°角，此种情况类似于将两节干电池正负极颠倒并联在一起。最小的电压值为2U_Nsin15°，此时两台变压器的副边电压应相差30°角。当两台变压器绕组内加上2倍的阻抗电压时，变压器就都达到额定电流了，所以当不同组别的变压器并联后，由于有这么高的内部电压，产生的环流可能高于额定电流的几倍甚至十几倍，所以不能随意更改变压器的相序标号。

2-33　三台相同的单相变压器如何连接成三相变压器使用，并供给动力、照明混合负载？

　　三台单相变压器应接成三相变压器组进行供电，如单相变压器的一次电压与三相电源的线电压相等，则三台单相变压器接成“△”，如单相变压器的一次电压与三相电源的相电压相等，则三台单相变压器接成“Y”。二次因为要供动力、照明混合负载，因此要接成“Y₀”。如图2-15所示，是三台10/0.22kV、容量为100kV·A的单相变压器连接成三相变压器使用的接线图。

因为单相变压器的一次额定电压为10kV而系统的额定电压也是10kV（线电压）。所以，三台单相变压器的一次绕组应接成“△”。

用电性质是380/220V动力、照明混合负载，即低压要求采用三相四线制供电。由于在“Y”接线中，线电压是相电压的倍，所以，三台单相变压器的二次绕组只有接成“Y”形，才能使二次电压由原来的220V（相电压）升高到380V（线电压）。同时，在中性点引出中性线，以满足照明负荷用相电压220V及三相照明负载不一定平衡的要求。因此，这三台变压器的一、二次绕组的联结方式应为△/Y₀。

2-34　6kV变压器什么情况下可以接在10kV线路上使用？

在许多企业内部，特别是大型化工企业，使用6kV的供电电压，而供电部门的供电电压是10kV，那么6kV的变压器能否在10kV的供电线路上使用呢？一般情况下不这么用，但在特殊情况下并满足一定条件是可以的。这个条件就是6kV变压器的一次侧必须是“△”联结，并将变压器的一次侧联结进行改接，接成“Y”联结。具体做法是将变压器内的油放掉至油箱下沿口以下，将变压器大盖打开，将“△”分接开关拆除更换成“Y”分接开关，将各抽头连接到分接开关上，将变压器安装好，加油到标定位置。做变比、直流电阻和耐压等试验合格后即可投入使用。

2-35　什么叫变压器的短路电压？它为什么和短路阻抗数值相同？

短路电压是变压器的一个重要参数，它是通过短路试验测出的。其测量方法是将变压器二次侧短路，一次侧加压使电流达到额定值，这时一次侧所加的电压U_De叫短路电压。短路电压一般都用百分值表示，通常变压器铭牌表示的短路电压U_D，就是短路电压U_De与试验时加压的那个绕组的额定电压U_e的百分比表示的，即

　　　（2-24）

变压器的阻抗是根据欧姆定律，由短路试验数据算出的，即

　　　（2-25）

式中　I_e——施加电压的那个绕组的额定电流。

通常阻抗值也用百分值来表示，其表达式为

　　　（2-26）

式中　Z_De==（试验中规定短路电流I_D与额定I_e电流相等）　

将它们代入式（2-25）得

　　　（2-27）

由式（2-24）和式（2-27）可以看出，Z_D（%）=U_De（%），即短路阻抗和短路电压百分数是相同的，它们两个值是通用的。

2-36　变压器并联运行需要哪些条件？为什么？

变压器并联运行需满足三个基本条件：变压比相等、联结组别相同、短路电压相同。原因如下。

（1）变压比相等：不相等时，两台变压器构成的回路内将产生环流，环流的大小决定于两台变压器变比差异的大小。因两台变压器一次绕组接在同一电源，所以其一次电压相等。如果变比不同，二次绕组空载电压就不相等，并联运行后，两台变压器二次绕组就产生均压电流，根据磁势平衡关系，两台变压器的一次绕组也同时产生环流。环流的大小为两台变压器一次电压差ΔU，除以两台变压器的短路阻抗之和，即

　　　（2-28）

式中　I_1H——变压器一次环路电流，A；

      ΔU——两台变压器的一次电压差，V；

      Z_D1，Z_D2——两台变压器的短路阻抗。

短路阻抗的计算如下

　　　（2-29）

式中　U_ϕ1——一次相电压，V；

      U_D（%）——变压器短路电压所占额定电压的百分数；

      I_e1——变压器一次额定电流，A。

变压器制造厂规定：出厂变压器的变比误差不超过±0.5%。现行规程规定两台变压器并联运行时其变比差异的大小，亦不准超过±0.5%。

（2）联结组别必须相同：当联结组别不同的变压器并联时，变压器二次侧电压的相位就不同，至少相差30°，因此会产生很大的电压差，当相位相差180°时，电压差达到最大，在这个电压差的作用下将出现很大的环流。如Y/Y-12和Y/△-11并联时，二次侧线电压之间的相位差如图2-16所示。

30°时的电压差相量图

设U_ab1=U_ab2=U_ab，其电压差为

Δ=-，其数值大小为

如果是两台10/0.4kV的变压器并联，则其电压差为

如为Y/Y-12和Y/Y-6两台变压器并联，则二次侧线电压的相位差为180°，如图2-17所示。如果二次线电压为400V，则电压差为

可以看出，此时变压器处于完全短路状态下。

联结组不同的变压器并联，二次环路电流用下式计算

　　　（2-30）

式中，Z_D1、Z_D2分别为两台变压器的短路阻抗，如果短路阻抗Z_D用短路电压U_D表示，则二次环流I_2H可用下式计算

　　　（2-31）

式中　α——两台变压器线电压之间的角度。

当U_D1=U_D2=U_D、I₁=I₂=I_e时，则

　　　（2-32）

【例2】　两台100kV·A的变压器，U_D（%）=5，I_e=145A，当Y/Y-12组和Y/△-11组以及Y/Y-12组和Y/Y-6组并联时，求其环流各为多少？

解：Y/Y-12组和Y/△-11组并联时，α=30°，将α、U_D（%）、I_e代入式（2-32）得

可见在二次侧线电压的相位差为30°时，环流达到额定电流的近5倍。

Y/Y-12组和Y/Y-6组并联时，α=180°，将α、U_D（%）、I_e代入式（2-32）得

在二次侧线电压的相位相差180°时，环流达到额定电流的20倍。

可见联结组不同的变压器是绝对不允许并联运行的。

（3）短路电压相同：如不同，其差异不得超过±10%。短路电压不同的变压器并联运行，各变压器之间虽然没有环流，但会使两台变压器的负载分配不同。变压器并联运行时，负载分配和额定容量成正比，和短路电压成反比。也就是说，短路电压小的变压器分担负载偏高。其负载分配可按下式计算

　　　（2-33）

　　　（2-34）

式中　S——并联运行的变压器总容量，kV·A；

      S_1e，S_2e——各变压器的额定容量，kV·A；

      U_1D（%），U_2D（%）——各变压器的短路电压。

【例3】　有两台100kV·A的变压器并联运行，第一台变压器的短路电压U_1D（%）=4，第二台变压器的短路电压U_2D（%）=5，求两台变压器分担的负荷各为多少？

解：由式（2-33）、式（2-34）得

可见，第一台变压器因短路电压小而过负荷，第二台变压器则因短路电压大却负荷不足。因此，变压器在并联运行时短路电压应一致。

另外有一点需要说明的是，当两台变压器的一次电压来自不同的电源，或两台要并联运行的变压器的一次电压的相位不同时，两台变压器即使满足上述的三个条件时，也是不能并联运行的。在投入并联运行前，必须核实一次电压，以确保并联的安全。

2-37　变压器并联运行的目的是什么？

变压器并联运行的目的有两个，一是提高供电的可靠性，二是提高变压器的运行效率。

两台或两台以上的变压器并联运行，当其中一台变压器出现问题退出运行时，由其他变压器来担当这台变压器的供电。在正常运行为分列运行，其中一台变压器需要清扫或检修时，可由联络开关先将两台变压器并联，然后再将需要退出的变压器退出运行，这样就不影响线路的正常供电。

从图2-9变压器的效率与负荷关系曲线可知，在变压器铁损与铜损相等时，变压器效率最高，运行最经济。但用电负荷是时刻在变化着的，变压器的效率就不可能一直保持在最高或是一个不变的值，而将多台变压器并联运行就能达到这个目的。

从经济运行观点来看，并联运行变压器必须考虑变压器的有功功率损耗和无功功率损耗。因为电网提供无功功率时也会在电网和变压器中引起有功功率的损耗。因此常把无功损耗折算成有功损耗，一般用无功功率的经济当量系数C来进行折算（在系统最大负荷时按0.1计算；在最小负荷时按0.06计算）。

当有数台变压器并联运行时，计算不同负载时的并列台数可按下述方法进行。

以并联运行的变压器容量和形式相同考虑，不同负荷情况下，需投入运行的变压器台数，可按下列公式决定

负荷增加时

　　　（2-35）

应向并联运行的n台变压器中再投入一台较经济。

负荷减少时

　　　（2-36）

应在并联运行的n台变压器中切除一台较为经济。

式中　S——总负荷，kV·A；

      S_e——每台变压器的容量，kV·A；

      n——运行中的变压器台数，台；

      ΔP₀——空载时总的有功功率损耗，kV·A；

      ΔQ₀——空载时总的无功功率损耗，kvar；

      ΔP_D——总的短路有功功率损耗，kV·A；

      ΔQ_D——总的短路无功功率损耗，kvar。

2-38　怎样计算配电变压器绕组的电阻和漏抗？

由于变压器一、二次绕组没有直接的电路联系，配电变压器高低压绕组的电阻R_B和漏抗X_B的计算，是折算到变压器的某一侧（一次侧或二次侧）的阻抗值，具体要折算到哪一侧根据需要而定。R_B的计算公式如下

　　　（2-37）

式中　R_B——变压器绕组的每相电阻，Ω；

      ΔP_D——变压器的短路损耗，kW；

      U_e——变压器的额定电压，kV；

      S_e——变压器的额定容量，kV·A。

漏抗X_B的计算公式如下

　　　（2-38）

式中　X_B——变压器绕组的每相漏抗，Ω；

      U_DX（%）——变压器短路电压百分数的无功分量。

计算时如U_e用一次侧电压，则R_B、X_B为归算到一次侧的每相绕组的电阻及电抗；如U_e用二次侧电压，则R_B、X_B为归算到二次侧的每相绕组的电阻及电抗。

【例4】　有一台180kV·A10/0.4kV的配电变压器，短路损耗ΔP_D=3.586kW，短路电压无功分量U_DX（%）=4.03，求变压器绕组归算到一次侧的电阻和漏抗。

解：R_B=×10³=×10³=11.1Ω

　 X_B=×10=×10=22.4Ω

其简化等值电路如图2-18所示。

2-39　运行中的变压器有哪些损耗？与哪些因素有关？

变压器的损耗可分为两部分，即固定损耗和可变损耗。固定损耗就是空载损耗（即铁损和励磁损耗），因空载时励磁电流很小，此时的损耗主要是铁损，故空载损耗也简称铁损。它只与变压器的容量大小（铁芯重量）以及电压的高低有关，而与负载的大小无关。可变损耗即变压器带负载时的损耗，随着变压器负载的大小和性质而变化。

空载损耗可分为有功损耗和无功损耗两部分，有功损耗基本上是铁芯的磁滞损耗和涡流损耗，一般在变压器的出厂说明书或试验报告中说明。无功部分是励磁电流产生的损耗，它近似地等于变压器的空载功率，可根据空载电流用下式计算

　　　（2-39）

式中　Q₀——空载损耗中的无功损耗，kvar；

      I₀（%）——空载电流占额定电流的百分数；

      S_e——变压器额定容量，kV·A。

变压器的可变损耗就是短路损耗，也就是铜损，它也分为两部分，即有功部分和无功部分。有功部分是变压器一、二次绕组的电阻通过电流时产生的损耗，它和电流的平方成正比。因此它的大小取决于变压器负载的大小和功率因数的高低。无功部分主要是漏磁通产生的损耗，它可以通过下式进行计算

　　　（2-40）

式中　Q_D——短路损耗中的无功部分，kvar；

      U_D（%）——短路电压占额定电压的百分数；

      S_e——变压器额定容量，kV·A。

2-40　怎样计算变压器的功率损耗？

变压器的固定损耗，是指铁芯中的损耗，可用下式计算，即

　　　（2-41）

式中　ΔP₀——变压器的空载有功损耗，kW；

      I₀（%）——变压器的空载电流占额定电流的百分数；

      S_e——变压器的额定容量，kV·A。

变压器可变损耗的有功部分等于绕组的电阻损耗，无功部分等于绕组的漏抗损耗，对于双绕组变压器，其功率损耗的有功部分为

　　　（2-42）

式中　S——变压器的实际负荷容量，kV·A。

可变损耗的无功部分为

　　　（2-43）

2-41　怎样计算变压器的有功、无功损失电量？

变压器的有功损失电量可采用简化均方根负荷值计算，算式如下

　　　（2-44）

式中　ΔA_P——变压器的有功损失电量，kW·h；

      ΔP₀——变压器的空载损耗，kW；

      ΔP_D——变压器的短路损耗，kW；

      S_e——变压器额定容量，kV·A；

      S_jP——变压器的平均负荷，kV·A；

      K——均方根系数，可取1.05～1.1；

      T——计算时间，h。

变压器的无功损失电量可用下式计算

　　　（2-45）

式中　ΔA_Q——变压器的无功损失电量，kW·h；

      ΔQ₀——变压器的空载无功损耗，kvar；

      ΔQ_D——变压器满载时绕组漏抗的无功损耗，kvar。

2-42　怎样计算变压器的电压损耗？

变压器的电压损耗可按下式计算

　　　（2-46）

式中　ΔU_B——电压损耗，V；

      P——负载有功功率，kW；

      Q——负载无功功率，kvar；

      R_B——绕组电阻，Ω；

      X_B——绕组电抗，Ω；

      U_e——额定电压，kV。

2-43　什么叫分接开关？它是怎样调节电压的？

电力网的电压是随运行方式和负载大小的变化而变化的。电压过高或过低，都会直接影响变压器的正常运行和用电设备的出力及使用寿命。为了提高电压质量，使变压器能够有一个额定的输出电压，通常是通过改变变压器一次绕组分接抽头的位置实现调压的。连接及切换分接抽头的装置叫做分接开关，它是通过改变变压器绕组的匝数来改变变压器的变比从而实现调整电压的目的。在变压器一次侧的三相绕组中，根据电压调整的需要引出几个抽头，这几个抽头按照一定的接线方式，接在分接开关上，开关的中心有一个能转动的触头，当变压器需要调整电压时，改变分接开关的位置，实际上是通过转动触头改变了绕组的匝数，这样就改变了变压器的变比，因为变压器的匝数比等于电压比。所以改变一次绕组匝数，二次电压也相应改变，从而达到了调节电压的目的。

一般的变压器，都是采用中性点调压方式，如图2-19所示。每相有三个分接头，即额定电压级和±5%级，也就是通常分接开关上标的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ挡。

【例5】　某单位有一台100kV·A、10/0.4kV的配电变压器，分接开关放在Ⅱ的位置上，此时变压器的二次输出电压为360V，二次输出电压偏低，应如何处理？

解：已知变比K=10/0.4=25，则系统电压

U₁=KU₂=25×360=9000V

所以应将变压器的分接开关调到Ⅲ的位置，此时

可见分接开关在Ⅲ的位置比在Ⅱ的位置上提高了19V。

2-44　带载分接开关是如何工作的？

带载分接开关是在不停电的情况下进行变压器的电压调节的，所以也叫有载调压。其基本工作原理是从变压器线圈中抽出若干个分接头，通过一套有载分接开关，在带负载的情况下，从一个分接头切换到另一个分接头，从而改变线圈的匝数，来达到改变变压器的变比，这样就能调节变压器的电压了。

在有载调压过程中，从一个接点切换到另一个接点时，在连接着各分头的固定触头之间必然产生电弧，如果电弧不能自行熄灭，就会烧毁设备。因而在有载调压分接开关中采用了限流电阻，以便在调压过程中熄灭电弧。

进行有载调压时，如果只用一个动触头，在连接着各分头的固定触头之间来回切换，必然引起电弧，电弧熄灭后会造成瞬间断电。因此要做到不断电，必须有两个动触头倒换着工作，如图2-20所示。

切换前动触头K₁和K₂都在“2”分头上，切换时把K₁先转到“1”分头上，然后让K₂和“2”断开，这时不会造成停电，因为这时K₁已和“1”分头连接上，最后K₂也转换到“1”的位置上。这个切换过程能保证不停电，图中电阻R是限流电阻，可以减小切换过程中“1”和“2”之间的短路电流，对切换过程中的灭弧和触头都有利。

以上所述是有载调压切换过程中的一个方向，在带载调压过程中应向上和向下调节都是可以的，所以一般带载分接开关是用两个电阻的，以满足两个方向调节电压的要求。带载分接开关除了复合式的之外，还有组合式的，将选择和切换分开，一般在较大容量的变压器中使用，其基本原理与复合式类似。

2-45　怎样正确选择配电变压器的容量？

正确选择配电变压器容量的原则，是使变压器的容量能够得到充分的利用。一般变压器的负荷应为变压器额定容量的75%～90%左右，动力用电还要考虑单台大容量电动机的启动需要，另外还要考虑用电设备的同时率。

如实测负荷经常小于50%时，应换小容量的变压器，大于变压器额定容量时，应更换大容量的变压器。

2-46　什么叫变压器的不平衡电流？不平衡电流大了有何影响？

变压器的不平衡电流是指三相变压器绕组之间的电流合成后不为零的情况。这种情况主要是由于三相负载不一样造成的，如单相电焊机、照明等负载，在三相上分配不均匀常使三相负载不对称。负载的不对称，使流过变压器的三相电流不对称，由于电流不对称，使变压器的三相阻抗压降不对称，因而二次侧的三相电压也就不对称。这对变压器和用电设备都是不利的。更重要的是在Y/Y₀-12接线的变压器中，零线将出现零序电流。零序电流将产生零序磁通，绕组中将感应出零序电势，使中性点位移。其中电流大的一相电压下降，其他两相电压上升。另外对充分利用变压器的出力也是很不利的。

当变压器接近额定值运行时，由于三相负载的不平衡，将使电流大的一相过负荷，而电流小的一相，负荷达不到额定值。所以一般规定变压器零线电流不应超过变压器额定电流的25%。变压器零线导线截面的选择也是根据这一原则决定的。因此对带有单相动力和照明用电负荷的变压器，要经常进行负荷测量，尽量使变压器三相电流达到平衡，零线电流超过额定电流的25%时，要及时进行负荷的调整。

2-47　变压器绕组绝缘的损坏原因有哪些？

通常变压器绕组绝缘损坏的主要原因有以下几个方面。

（1）线路的短路故障和负荷的急剧多变，使变压器的电流超过额定电流的几倍甚至十几倍，这时绕组受到很大的电磁力矩而发生位移或变形。另外由于电流的急剧增大，将使绕组温度迅速升高，从而导致绝缘损坏。

（2）变压器长时间的过负荷运行，绕组产生高温，将绝缘烧焦，可能变成碎片而脱落，造成匝间或层间短路。

（3）绕组绝缘受潮。这多是因为绕组里层浸漆不透和变压器油含水分过多所致，这种情况容易造成匝间短路。

（4）绕组接头和分接开关接触不良。在带负荷运行时，接头发热损坏附近的局部绝缘，造成匝间或层间短路，以致接头松开，使绕组断路。

（5）变压器的停送电和雷电冲击波使绕组绝缘因过电压而击穿损坏。

2-48　变压器套管脏污会有什么害处？

实践经验证明，变压器套管脏污最容易引起套管闪络。而造成套管脏污的原因很多，如表面潮湿加之灰尘、盐分及其他化学物质等。

套管脏污虽然不致使整个绝缘壁发生贯穿性击穿，但线路中如有一定幅值的过电压波浸入，或遇有雨雪潮湿天气，就可能导致表面闪络而跳闸，因而不能保证可靠供电。

套管脏污的另一点危害是，由于脏物吸收水分后导电性能提高，不仅容易引起表面放电，还可能使泄漏电流增加，使绝缘套管发热，最终导致击穿。由此可知，变压器套管脏污对变压器的安全可靠运行是有害的。因此，对运行人员来说，利用停电机会或有计划的定期切换对变压器套管进行擦拭，是保证安全可靠供电的一项重要措施。

2-49　运行中的变压器副边突然短路有什么危险？

变压器在运行中副边突然短路，多属于事故短路，也称为突发短路。事故短路的原因多种多样，例如，对地短路、相间短路等。但是，不管哪种原因造成的短路，对运行中的变压器是非常有害的，副边短路直接危及到变压器的寿命和安全运行。

特别是变压器一次侧接在容量较大的电网上时，如果保护设备不切断电源，一次侧仍能继续送电，在这种情况下，如不立即排除故障或切断电源，变压器将很快被烧毁。这是因为当变压器副边短路时，将产生一个高于其额定电流20～30倍的短路电流。根据磁势平衡式可知，副边电流是与原边电流反相的，副边电流产生的磁通对原边电流的主磁通起去磁作用，由于电磁的惯性原理，一次侧要保持主磁通不变，必然也将产生一个很大的电流来抵消副边短路电流的去磁作用，这样两种因素的大电流汇集在一起，作用在变压器的铁芯和绕组上，可以使变压器绕组发生严重的畸变或崩裂，另外也会产生高出其允许温升几倍的温度，致使变压器在很短的时间内烧毁。

2-50　运行中的变压器应做哪些巡视检查？

对运行中的变压器应做如下的巡视检查工作

（1）听声音是否正常，一般应为平稳的“嗡嗡”声。如发现有杂音或有不均匀的放电声，应认为变压器内部有故障；

（2）观察油位计指示是否正常，根据环境温度来对照，如缺油较多时应及时将变压器停下来补充油；

（3）看变压器呼吸器里的除湿硅胶是否失效，颜色变粉红基本失效，变成白色已完全失去作用，要及时更换；

（4）变压器的温度指示是否正常，如超过85℃应立即采取措施，或停止运行或强迫降温；

（5）检查变压器接地是否良好，一、二次母线及接线端子有无过热现象；

（6）检查瓷套管有无放电现象；

（7）检查气体继电器，应充满油，防爆管玻璃应完好无损；

（8）检查油箱及各部件是否渗、漏油；

（9）检查电压表、电流表的指示是否在正常范围；

（10）检查变压器的冷却装置是否运行良好（包括风冷、水冷、强迫风冷等）。

2-51　变压器发生绕组层间和匝间短路会出现哪些现象？如何处理？

　　运行中的变压器发生绕组层间或匝间短路，有以下几种现象：

（1）一次电流增大；

（2）变压器有时发出“咕嘟”声，油面增高；

（3）高压保险丝熔断；

（4）二次电压不稳，忽高忽低；

（5）油枕冒烟；

（6）停电后用电桥测得的三相直流电阻不平衡。

造成层间或匝间短路的原因，多是由于变压器内进水使绕组受潮，变压器散热不良，变压器长期过负荷运行使匝间绝缘老化，或由于制造检修工艺不良等原因造成。

发现变压器层间或匝间短路后，应立即将变压器退出运行，以免事态进一步扩大。事故变压器进行检修处理，如属老旧耗能型变压器可考虑更换新型节能产品，将旧变压器作报废处理。

2-52　变压器在哪些情况下应进行干燥处理？

变压器遇下列情况应进行干燥处理：

（1）变压器经更换绕组或绝缘后；

（2）在修理或安装前的器身检查中，器身在空气中暴露的时间超过相应湿度下的规定时间；

（3）变压器长期停用后再次启用时，绝缘电阻不合格时；

（4）任何情况下，经绝缘电阻和吸收比测量证明变压器绕组受潮。

2-53　变压器干燥处理的一般要求是什么？

（1）不管采用哪种方法加热干燥变压器，在无油时变压器器身温度不得高于95℃，在带油干燥时，油温不得超过80℃，以免油质老化。如果带油干燥不能提高绝缘电阻时，应采用无油干燥法。

（2）采用带油干燥法应每4h测量一次绝缘电阻和变压器油的击穿电压。当油击穿电压呈稳定状态，绝缘电阻值也6h保持稳定，即可停止干燥。

（3）干燥时如不抽真空，则在箱盖上应开通气孔或利用人孔等使潮气放出。

（4）采用带油加热时，应在油箱外装设保温层，保温层可用石棉布、玻璃布等绝热材料，不得使用易燃材料。加热时应采取相应的防火措施。

2-54　变压器干燥处理的方法有哪些？

（1）感应加热法：这种方法是将器身放在油箱内，外绕线圈通以工频电流，利用油箱壁中涡流损耗的发热来干燥。此时箱壁的温度不应超过115～120℃，器身温度不应超过90～95℃。为了缠绕线圈的方便，尽可能使线圈的匝数少些或电流小些，一般电流选150A，导线可用35～50mm²的导线。油箱壁上可垫石棉板条多根，导线绕在石棉板条上。

（2）热风干燥法：这种方法是将器身放在干燥室内通热风进行干燥。干燥室应尽可能小些，板壁与变压器之间的距离不要大于200mm，板壁内铺石棉或其他防火材料。可用红外加热板、管，蒸汽管或地下火炉、火墙等加热。

进口热风温度应逐渐上升，最高温度不应超过95℃，在热风进口处应装设过滤器或金属栅网，以防止火星灰尘进入。热风不要直接吹向器身，尽可能从器身下面均匀地吹向各处，使潮气由箱盖通气孔放出。

（3）烘箱干燥法：若修理场所有烘箱设备，对小容量变压器采用这种方法比较好。干燥时将器身吊入烘箱，控制内部温度最高点处不超过95℃，每小时测一次绝缘电阻。烘箱上部应有通气孔，用以放出蒸发出来的潮气。另外在干燥过程中应有专人看守，要特别注意安全。

（4）滤油干燥法：可以在现场使用真空滤油机对变压器中的油进行干燥过滤的同时，对器身进行干燥。滤油时，在变压器箱底的放油管放油进入真空滤油机，出油可在变压器的上部人孔或油枕进入变压器内，就这样对变压器油箱内的油进行循环过滤。滤油时将真空滤油机的加热器打开，控制好变压器油的进出量，每4h测量一次变压器的绝缘电阻，直到合格为止。

（5）真空干燥法：真空干燥法的效率最高，干燥时将变压器的器身放入真空罐内，先对器身进行加热至不超过95℃，然后将真空罐抽真空，使器身内的水分迅速蒸发掉来达到干燥的目的。如一次效果达不到时，可采用多次循环的方式来进行干燥，即将热空气充入真空罐内对器身加热，然后再抽真空。经过几次循环后，一般就可以达到要求了。

2-55　运行中的变压器能否根据其发出的声音来判断运行情况？

变压器可以根据运行的声音来判断运行的情况。其方法是用听棒的一端顶在变压器的油箱上，另一端贴近耳边仔细听声音，如果是连续的“嗡嗡”声则说明变压器的运行正常。如果“嗡嗡”声比平常加重，要检查变压器的电压、电流和油温，看是否由于电压过高或超负荷引起，若无异状，则多是由于铁芯松动而引起。当听到“吱吱”声时，要检查套管表面是否有闪络现象。当听到“噼啪”声时，则是内部绝缘有击穿现象。

2-56　怎样判断变压器运行时的温度是否正常？在长时间高温情况下运行，对变压器有何危害？

变压器在运行中，铁芯和绕组的损耗转化为热量，引起各部位温度升高。热量向周围以辐射、传导等方式扩散出去。当发热与散热达到平衡状态时，各部分的温度趋于稳定。巡视检查变压器时应记录外温、上层油温、负荷以及油面高度，并与以前数值进行对照分析，判断变压器运行是否正常。

若发现在同样运行条件下，变压器油温比平时高出10℃以上且有不断上升的趋势（注意温度表是否失灵），而散热冷却装置又运行正常，则可认为变压器内部发生故障。

一般变压器的绝缘材料是A级绝缘，其各部位温升的极限值如表2-4所示。

我国变压器的温升标准，均以环境温度40℃为准。同时确定年平均温度为15℃，故变压器上层油温不得超过40℃+55℃=95℃。温度过高绝缘老化严重，绝缘油劣化快，影响变压器寿命。

2-57　为什么规定变压器绕组温升为65℃？

变压器在运行中要产生铁损和铜损，这两部分损耗将全部转化为热能，使绕组和铁芯发热，致使绝缘老化，缩短变压器的使用寿命。国家规定变压器绕组温升为65℃的依据是以A级绝缘为基础的。65℃+40℃=105℃是变压器绕组的极限温度，在油浸式变压器中一般都采用A级绝缘，因为变压器油的关系，温升过高变压器油会很快老化变质。由于A级绝缘的耐热性为105℃，环境温度一般都低于40℃，故变压器绕组的温度一般达不到极限工作温度，即使在短时间内达到105℃，由于时间很短，对绕组的绝缘并没有直接危险。但现在新型变压器的绕组绝缘都超过A级，但仍然以A级绝缘来考核，这样可以提高变压器绕组的使用可靠性。

2-58　变压器能不能过负荷运行？

在变压器运行中，运行电流超过了铭牌上规定的额定电流就是处于过负荷运行。在一般情况下，长期过负荷运行是不允许的。变压器过负荷运行会使温度异常升高，决定变压器使用寿命的主要因素是绝缘的老化程度，而温度对变压器绝缘老化起着决定性作用。一般情况是绝缘工作温度每升高8℃时，其寿命就会减少一半。

变压器允许过负荷的数值要根据变压器的负荷曲线、周围冷却介质的温度以及过负荷前变压器已经带了多少负荷来确定。

如果缺乏负荷率资料，可按变压器过负荷前的上层油面温升，参照表2-5规定的数值，确定过负荷倍数及允许过负荷的时间。

一般变压器如果夏季欠负荷，冬季可以过负荷，这是因为变压器绝缘的自然损坏率在每年各月份中的分配不均，根据实际气温情况和计算，夏季6～8月变压器的自然损坏率为冬季四个月（12、1、2、3月）的3倍。所以夏季变压器的容量没有充分利用，就允许在自然损坏率最低的冬季过负荷运行。这样既能充分利用变压器的容量，又不会影响变压器的寿命。如果夏季（6、7、8月）三个月最高负荷低于额定容量时，则夏季负荷每降低1%，冬季4个月可过负荷1%，但以15%为最高限额。过负荷百分数的计算公式为

　　过负荷百分数=×100%　　　　（2-47）

负荷变动和季节变化这两种情况下的过负荷可叠加使用，但过负荷的总数对室外变压器不得超过30%，对室内变压器不得超过20%。

在事故情况下，首先要保证不间断供电，绝缘老化的加速则处于次要地位，又考虑到事故不是经常发生的，所以一般变压器均允许有较大的事故过负荷能力，见表2-6。

2-59　油面是否正常怎样判断？出现假油面是什么原因？怎样处理？

变压器油面的正常变化（渗漏油除外）决定于变压器的油温变化。因为油温的变化直接影响变压器油的体积，从而使变压器油标内的油面上升或下降。影响变压器油温的因素有负荷的变化、环境温度和冷却装置运行状况等。如果油温的变化是正常的，而油标管内油位不变化或变化异常，则说明油面是假的。

运行中出现假油面的直接原因是油标管堵塞，堵塞有可能是油标的下部堵塞，也可能是上部堵塞，因为上部堵塞后油标管上部的空气无处可走，并随着温度变化，体积压力变化比变压器油要大得多，另外上部不通后使管内的变压器油面不能正常下降。呼吸器及防爆管通气孔堵塞对油面也会产生一定的影响。另外，对于非直接显示油面的变压器，如油枕中带有气囊或隔离橡胶的变压器，其联杆或小皮囊出现问题会对油面产生影响，出现假油位。

发现假油面时应及时处理，应尽量在不带电的情况下作彻底检修，如属于可不停电处理的情况，应做好安全防护措施，并将投入使用的变压器重瓦斯跳闸保护暂时退出，待故障处理完毕后再行恢复。

2-60　运行电压增高对变压器有何影响？

当变压器的运行电压低于额定电压时，一般来讲对变压器不会有任何不良影响，当然也不能太低，这主要是由于用户的用电设备及用电器正常使用对电压质量有一定的要求。

当变压器运行电压高于额定电压时，铁芯的饱和程度将随着电压的增高而相应的增加，致使电压和磁通的波形发生严重的畸变，空载电流也相应增大。铁芯饱和后，电压波形中的高次谐波值也大大增加，高次谐波增值会引起如下危害。

（1）引起用户电流波形的畸变，增加用电设备和线路上的附加损耗。

（2）可能在系统中造成谐波共振现象，并导致过电压使绝缘损坏。

（3）线路中的高次谐波对电信线路、无线设备等弱电系统将产生干扰而影响它们的正常工作。

由此可见，运行电压增高对变压器本身和用电者均是不利的。因此，不论变压器分接开关在何位置，外加一次侧电压不允许超过额定电压的105%。

2-61　变压器运行中遇到异常现象如何处理？

（1）变压器高压侧熔丝熔断或跳闸：首先判断是断了一相、两相还是三相，可由表2-7的故障现象来判断。

根据事故现象查出原因，检修处理后再投入运行。

当配电变压器保险熔断时，首先应检查一次保险和避雷器是否有短路或接地现象，当外部检查无异常时，则是由于变压器内部故障所引起，应该仔细检查变压器是否有冒烟或油外溢现象，变压器温度是否正常。

然后再用绝缘摇表检查一、二次对地，一、二次之间的绝缘情况（检查时注意摇表的电压与绕组的电压相对应）。有时变压器内部绕组的匝间或层间短路也会引起一次保险丝熔断，如用摇表检查变压器的匝间或层间绝缘缺陷，则可能检查不出来，这时应该用直流电桥测量绕组的直流电阻来进行判断。经全面检查判明故障并排除后方可投入运行。

（2）瓦斯保护动作：35kV及1000kV·A以上的变压器都有瓦斯保护，是用来保护变压器内部故障的。气体继电器的动作原因根据故障的性质可分如下两类。

①轻瓦斯动作

a.因滤油、加油或冷却系统不严密，以致空气进入变压器；

b.因温度下降或漏油，使油面缓慢降落；

c.由于发生穿越性短路故障；

d.因变压器故障而产生少量气体。

②重瓦斯动作

a.变压器发生严重故障，油温剧烈上升，同时分解出大量气体，使变压器油很快地流向油枕；

b.当发生穿越性短路时，浮子继电器的下浮筒、挡板、水银接点和二次接线发生故障。

由此可见，气体继电器动作并不完全意味着变压器内部的故障。为了弄清原因，应先对变压器进行外部检查。查不出异常现象时，再由继电器内聚集的气体多少、颜色、化学成分来鉴别。根据气体的多少可以估计变压器故障的大小，气体无色无味是空气，动作原因是变压器排出的空气所致。如气体可燃，则继电器动作是由变压器内部故障引起的。在鉴别气体时必须迅速，否则时间一长，颜色就会消失。

如气体是可燃的，无论有无备用变压器，也必须停下来查明原因。如果根据气体仍查不清原因，可进行变压器油的简化试验，如闪点比过去记录低5℃以上时，则证明变压器内部有故障，必须修理。

③过负荷：变压器长期或大量过负荷会严重影响使用寿命，因此变压器不允许随意过负荷。在事故时，变压器过负荷程度和延续时间均有限制。油温过高证明变压器内有故障，应酌情停电进行检查修理。

④三相电压不平衡：如果三相电压不平衡时，应先检查三相负荷情况。对△/Y接线的三相变压器，如三相电压不平衡，电压超过5V以上则可能是变压器有匝间短路，须停电进行修理。对Y/Y接线的变压器，在轻负荷时允许三相对地电压相差10%，在重负荷的情况下，要力求三相电压平衡。

2-62　怎样确定配电变压器的安装位置？

配电变压器应安装在负荷的中心，使线路损耗最小。一般情况下应安装在用电量最大的用户附近。在角度杆、分支杆和装有油开关或高压电缆头的电杆上不允许装设变压器。在架空线特多、不易巡视以及不便检查更换的电杆上，也不允许装设变压器。

2-63　配电变压器如何在现场定相？

对于拟定并列运行的变压器，具备并列条件后在正式并列送电之前必须做定相试验。定相试验方法是将两台符合并列条件一次侧都接在同一电源上的配电变压器，经低压线路的连接线，测量二次电压相位是否相同。具体步骤如下：

（1）分别测量两台变压器的相电压是否相同；

（2）测量同名端子之间的电压差。

当同名端子上的电压差等于零时，就可并列运行。

2-64　操作跌落式保险器时有哪些注意事项？

（1）拉开保险器时，一般先拉中相，次拉背风的边相，最后拉迎风的边相，合保险器时顺序相反。

（2）合保险器时不可用力过猛，当保险管与鸭嘴80～110mm时，再适当用力合上。

（3）合上保险器后，要用拉闸杆钩住保险鸭嘴上盖向下压两下，再轻轻试拉，看是否合好。

2-65　变压器运行前应检查些什么？

在变压器投入运行前，应进行下列项目的检查。

（1）检查试验合格证。如果试验结果是三个月以前出来的，应重新测量绝缘电阻，其阻值应大于允许值，不小于原试验值的70%。

（2）套管完整，无损坏裂纹现象，外壳各部位无渗油、漏油现象，油位正常。

（3）高、低压引线完整可靠，各处接点符合要求。

（4）引线与外壳及电杆的距离符合要求。

（5）一、二次保险符合要求。

（6）防雷保护齐全，接地电阻合格。

2-66　怎样选择配电变压器的一次侧保险丝容量？

变压器一次侧保险丝是作为变压器内部故障保护用的，其容量应按变压器一次额定电流的1.5～3倍选择。考虑到熔丝的机械强度，一般一次侧保险丝不小于10A。

2-67　新装或大修过的变压器，在投入运行后为什么有时瓦斯动作频繁？遇到此类问题怎样判断和处理？

　　新装或大修的变压器在加油或滤油时，将空气带入变压器内部不能及时排出，当变压器运行后油温上升，油内部贮存的空气逐渐溢出，使气体继电器动作。气体继电器动作的次数与变压器内部贮存的空气多少有关。

遇到上述情况时，应根据变压器的声音、温度、油面以及加油过滤工作情况作综合分析，如变压器声音、各运行参数都正常，可判断为油中含空气过多所致。否则应将气体继电器中的气体取出做试验，以判断变压器内部是否有故障。

2-68　变压器温度表所指示的温度是变压器什么部位的温度？运行中有哪些规定？温度与温升有什么区别？

　　变压器温度表指示的是变压器油箱中的上层油温，规定不得超过95℃，运行中的油温监视定为85℃。温升是指变压器上层油温减去环境温度。运行中的变压器在环境温度为40℃时，其温升不得超过55℃，运行中要以上层油温为准，温升是参考数据。上层油温如果超过95℃，其内部绕组的温度就要超过绕组绝缘的耐热强度。为使绝缘不致迅速老化，所以才规定了85℃这个上层油温监视界限。但在长期过负荷运行时，要适当降低监视温度。

2-69　变压器在运行中应做哪些测试？

变压器在运行中，应经常对温度、负荷、电压、绝缘状况进行测试，其方法和内容如下。

（1）温度测试：正常运行时，上层油面温度一般不得超过85℃。

（2）负荷测定：为了提高变压器的利用率，减少电能损失，在变压器运行过程中，根据每一季节最大用电时期，对变压器进行实际负荷测定，一般负荷电流应为变压器额定电流的75%～90%。

（3）电压测定：电压变动范围应在额定电压的±5%以内。

（4）绝缘电阻测定：变压器绝缘电阻一般不做规定。应将所测电阻与以前所测值相比较，折算至同一温度下，应不低于前次所测值的70%。测变压器绝缘电阻时，根据电压等级不同，应选取不同电压等级的摇表，并在停电时进行测定。

（5）每1～2年还应做一次预防性试验。

2-70　6～10kV配电变压器预防性试验的项目有哪些？标准是什么？

　　6～10kV配电变压器预防性试验项目和标准如下。

（1）绝缘电阻测量：标准一般不做规定，和以前测量的绝缘电阻值折算至同一温度下进行比较，一般不得低于以前的70%，吸收比R₆₀/R₁₅一般不小于1.3。

（2）交流耐压试验：试验标准是6kV变压器工频21kV、1min；10kV变压器工频30kV、1min；低压400V绕组工频4kV、1min。泄漏电流一般不做规定，但与历年数值进行比较不应有显著变化。

（3）绕组直流电阻的测量标准如下

①630kV·A以上的变压器，折算至同一温度下各相绕组的直流电阻相互间的差别（无中性点引出线的为线间差别）不应大于三相平均值的2%；与以前的测量结果比较，相对变化也不应大于2%。

②630kV·A以下的变压器，相间差别一般不应大于三相平均值的2%。线间差别一般不大于三相平均值的4%。

（4）绝缘油电气强度试验：运行中的变压器油的试验标准为20kV。

2-71　怎样做变压器的空载试验？有何意义？

变压器的空载试验又称无载试验或开路试验。空载试验就是从变压器任意一侧的绕组（一般为低压侧）施以额定电压，在其他绕组开路的情况下测量其空载损耗和空载电流，见图2-21。进行三相变压器空载试验时，三相电源电压应平衡，其线电压相差不得超过2%。当接通电源后，首先慢慢地提高试验电压，观察各仪表的指示是否正常，然后将电压升到额定值，读取空载损耗和空载电流的指示值。

空载试验的目的有两个：一是确定空载电流；二是确定空载损耗。试验时要注意，虽然变压器空载试验使用的是低压，但变压器的一次侧有高压产生，当二次侧施加额定电压时，一次侧会有额定高压产生，应做好安全防护措施。

2-72　为什么变压器空载试验可以测出铁损？而短路试验可以测出铜损？

　　变压器在空载运行时，因为电流很小，可以忽略在变压器阻抗上的压降，此时铁芯中的主磁通大小是由绕组端电压决定的。因此，当在变压器的任一侧加以额定电压时，铁芯中的主磁通都会达到变压器额定工作状态下的数值，这时铁芯中的功率损耗（铁耗），也达到了变压器额定工作状态下的数值。因此，变压器空载试验时的功率可以认为全部是变压器的铁损。

在做短路试验时，一般将低压绕组短路，在高压绕组施以试验电压，使在额定分接挡，原边电流达到额定值而副边电流也达到了额定值。这时，变压器的铜损相当于额定负载时的铜损。因为短路试验时变压器所加的电压为变压器铭牌上的短路电压，仅为额定电压的5%左右，因此铁芯中的磁通比额定工作状态下的磁通小得多，铁损很小，可以忽略不计，这时变压器没有输出，所以短路试验的全部输入功率，基本上都消耗在变压器原、副边绕组的电阻上，也就是变压器的铜损。

2-73　什么是变压器的绝缘吸收比？

在检修维护变压器时，需要测定变压器绕组的绝缘吸收比。它等于60s所测得的绝缘电阻值与15s时的绝缘电阻值之比，即R₆₀/R₁₅，R₁₅与R₆₀是在同一次测量过程中15s与60s时所记录下的电阻值。用吸收比可以进一步判断绝缘是否潮湿、脏污或有无局部缺陷。一般情况下，绝缘吸收比不低于1.3。

2-74　对新装和大修后的变压器绝缘电阻有何要求？

测量变压器的绝缘电阻值，可以初步判断变压器的绝缘状态。新装和大修后的变压器绝缘电阻值折算至同一温度下应不低于变压器出厂值的70%。无制造厂数值的变压器，其绝缘电阻应不低于表2-8中的参考值。

2-75　怎样测配电变压器的绝缘电阻？

运行中的配电变压器，在定期预防性试验中或异常现象发生之后，都要停下电来测量它的绝缘电阻，检查线圈的绝缘是否被破坏。使用摇表测量变压器的绝缘电阻时，首先要把瓷套管清扫干净，拆去全部引线和零相套管接地线，用1000V绝缘摇表以120r/min的转速摇测高压线圈对地、低压线圈对地和高低压线圈之间的绝缘电阻值。当测得的绝缘电阻值比较小时，还应测出线圈的吸收比，以判断变压器线圈绝缘是老化还是受潮。

摇测绝缘电阻，应在天气干燥时进行，并且应在停电后立即测量，同时记录下测量时的变压器油温和环境温度，以便将各次测量数值换算到同一温度下进行比较。

测量绝缘电阻的过程中，不允许接触带电体或拆接摇表线，摇测读取绝缘值之后，不应立即停止摇动，应先取下火线后再停摇。否则变压器线圈的感应电压将会反过来冲坏摇表。摇完绝缘电阻后还应将变压器线圈放电，以防触电。

现在有绝缘电阻测量仪可以比较快地测量变压器线圈的绝缘电阻，并且可以带打印机将测量结果打印下来，常用的型号有DMB系列、DMG系列等绝缘电阻测试仪，使用时参考使用说明书操作即可。

2-76　变压比的测定有几种方法？测定时应注意什么？

变压比测定的常用方法有三种，即高压测量法、低压测量法和仪表测量法。

（1）高压测量法　在低压绕组接入三相电源，分别测量高、低压绕组各对应相的电压，其中高压绕组的电压通过标准电压互感器测量，如图2-22所示。

（2）低压测量法　在高压绕组接入三相低压电源，分别测量高、低压绕组各对应相的电压，如图2-23所示。

（3）仪器测量法　使用仪表直接测量变压器的变比，根据使用说明步骤操作即可。

测定变压比时应注意以下几点。

（1）测量仪表的准确度应不低于0.5级，量程选择应尽可能使测量数据在满刻度的2/3处为宜。

（2）试验电源应该稳定且三相平衡，高、低压侧两块电压表应同时读数，并反复进行不少于三次，然后取其几次的平均值。

（3）测量时应在高、低压对应相上进行，换相时应先停电再换接。在直接搭取电压时，应按带电作业规定做好安全措施，使用高压测量法时禁止搭接测量。在使用高压测量法时要特别注意，标准电压互感器高压引线对地的绝缘距离必须足够，其二次绕组和外壳均应良好接地。

2-77　怎样测定配电变压器的变压比？标准是什么？

配电变压器变压比的测定，就是在变压器的某一侧（高压或低压）施加一个低电压，其数值为额定电压的1%～25%，然后用仪表或仪器来测量另一侧的电压。使用交流电压表测量时，仪表的准确度为0.5级。如使用电压互感器测量，所测的电压值在互感器额定电压的80%～110%之间，准确度为0.2级。使用变比测量仪，则测量更为方便，按照使用说明书操作即可，能直接测量出变压器的变压比。

测定变压比的标准是：各相相应分接头的变压比与铭牌值相比，不应有显著差别，一般不宜超过1%～2%。

2-78　常用绝缘油有哪几种代号？适用范围如何？

常用绝缘油代号有：DB-10、DB-25、DB-45，适用于变压器及油开关中起绝缘和散热作用。DU-45适用于在低温工作的开关中作绝缘、排热和灭弧用。DD-1适用于电力工业电容器上作绝缘用。DD-2适用于电信工业电容器上作绝缘用。

2-79　变压器油有哪些主要性能？要求是什么？

变压器油的主要性能如下。

（1）绝缘能力：即电气强度越高越好。试验标准为：新油是15kV及以下的电气设备为25kV；20～35kV的电气设备为35kV；运行中的油是15kV及以下的电气设备为20kV；20～35kV及以上的电气设备为30kV。

（2）黏度：变压器油要对流散热，黏度小一些为好，但黏度会影响闪点，所以并非越小越好。

（3）凝固点：变压器油凝固时的温度，如10号油在-10℃凝固，25号油在-25℃凝固，45号油在-45℃凝固，凝固点越低越好。

（4）闪点：闪点也叫闪光点，闪点表示变压器油的温度达到某一温度时，若临近火源，则变压器油会燃烧。这是因为当温度达到或超过闪点时，变压器油大量蒸发为油蒸气。规定闪点不得低于135℃，闪点越低，挥发性越大，表示性能越不好。

（5）密度：油的密度越小越好，因为油的密度越小，混于油中的水分和杂质越容易沉淀。

（6）杂质：灰分和酸、碱、硫等杂质对电气设备的线圈、绝缘物、导线和油箱等都有腐蚀作用，所以其含量越低越好。灰分不能超过万分之一。水分、游离碳、活性硫、溶于水中的酸碱和机械混合物等，一点也不能有。

（7）酸价：表示油的氧化程度，用中和1g变压器油中的全部游离酸所需氢氧化钾（KOH）的毫克数来表示（mgKOH/g油），酸价越低越好。

（8）安定性：也叫安定度。充油的电气设备和空气长期接触并加热，会氧化成酸、树脂、沉淀物等，也就是“老化现象”。安定度就是抗拒绝缘油“老化”，保持其原有各种性能的能力。安定性越高越好。安定性通常以人工氧化后油的酸价和沉淀物含量来表示，这两个指标越低表示油的安定性越高。

2-80　变压器油有哪些作用？不同型号的变压器油能否混用？

变压器油的作用有两个：绝缘、散热。变压器油是矿物油，由于它的成分不同，如果将不同型号的变压器油混在一起，对油的安定度有影响，会加快油质的劣化，所以不同型号的油一般不应混合使用。如果在同型号的油不足的情况下不得不混合使用时，则应经过混油试验，即通过化学、物理化验证明可以混合，再混合使用。

2-81　变压器油要做哪些试验？

变压器油在变压器中充当绝缘和运行时所产生的热量散发的载体，在变压器的安全可靠运行中起着很重要的作用，因此对变压器油的油质检测是很重要的。通常对变压器油做简化试验分析，其检测项目和标准见表2-9。

2-82　运行中的变压器油为什么要做定期试验？

变压器的安全可靠运行为电力用户的可靠运行提供了基本保障，但随着变压器使用年限的增加，其出现故障的概率会越来越大。为了早期判断变压器内部可能出现的故障及性质，从气体继电器取气样，可初步检测故障，见表2-10。但要准确地检测故障，则应定期从运行的变压器油箱中取出油样，进行油中溶气的气相色谱分析。油中溶气含量和产气速率注意值见表2-11。特征气体与故障性质的关系见表2-12，而气体组分含量是否已增加到可能产生故障，还需用气体组分的比值法来判断。

2-83　净油器的作用是什么？

净油器是大型变压器上安装的一个辅件，小型变压器一般没有，它的作用是对变压器油进行干燥过滤。净油器一般安装在于变压器的散热器同等的部位，对于强迫冷却变压器，则安装在变压器油的通道上。对于自循环冷却变压器，只有在变压器运行时，净油器才会起作用，而强迫冷却变压器，循环油泵启动后即可对变压器油起到净化作用。净油器中安装的是硅胶，在变压器大修时或运行较长时间后，应对其进行更换。非大修更换硅胶时，可把净油器的上下蝶阀关闭后将其拆下，更换后安装时，应将净油器中先加满油并静置待无气体后再打开蝶阀。打开蝶阀时先打开下蝶阀，待净油器上放气堵头出油后将堵头拧紧再打开上蝶阀。

2-84　大型变压器在新安装或大修后为什么要进行冲击合闸试验？有什么要求？

切除在电网中运行的空载变压器，会产生操作过电压。在系统中性点不接地或经消弧线圈接地时，过电压幅值可达4～4.5倍额定相电压；在中性点直接接地时，也可达3倍额定相电压。因此，为了检查变压器绝缘强度能否承受额定电压或运行中出现的操作过电压，需在变压器投入运行时进行数次冲击合闸试验。此外，空载变压器投入电网运行时，在合闸瞬间会产生励磁涌流，其数值一般可达6～8倍额定电流。励磁涌流经0.5～1s后即减到0.25～0.5倍额定电流值，但全部衰减时间较长，大容量的变压器可达几十秒。由于励磁涌流会产生很大的电动力，所以，冲击合闸试验也是为了考核变压器绕组及铁芯的机械强度，同时也为了验证继电保护动作的可靠程度。

冲击合闸试验对新产品投入运行前为5次，大修后投入运行前为3次。冲击试验合格后变压器才能带负荷运行。

2-85　怎样计算变压器的相、线电流和相、线电压？

变压器相、线电流和相、线电压，其计算与三相绕组的连接方式有关。对于△接法的绕组，其线电压与相电压相等，线电流为相电流的倍。对于Y接法，其线电压为相电压的倍，线电流与相电流相等。三绕组变压器由于各个绕组的容量分配不一定相同，因而在计算相、线电流时要考虑容量问题，其相、线电压计算与容量无关。按国家标准，三绕组变压器的容量分配有以下三种，如表2-13所示。

2-86　为什么Y/Y₀-12接线的变压器中线电流不得超过低压线圈额定电流的25%？且中性线上不允许装设隔离开关或熔断器？

　　如果变压器中性线上出现电流，说明变压器二次侧的三相电流不对称，这时利用对称分量法可将二次侧的电流分解成正序分量、负序分量和零序分量。由于零序电流三相同相位，只有在中性线中才能流通，所以中性线上的电流为3倍的零序电流。零序电流在铁芯中产生的零序磁通将在变压器一、二次绕组中感应出零序电势，零序电势使二次侧三相电压不对称，出现中性点位移，如果其中一相负载特别大，则该相端电压会急剧下降。如果控制中性线上的电流不超过额定电流的25%，则中性点位移不会严重影响到三相电压不对称。

如果二次中性线上装设隔离开关或熔断器，一旦熔断器熔断或隔离开关打开时，等于中性线断开。在中性线断开的三相四线制回路中，由于三相负载不对称，将会使三相电压的中性点发生偏移，如图2-24所示。一般中性点向着负荷大的一相偏移，于是各相负荷的电压发生变化，负荷大的那相，电压降低；负荷小的两相，电压均会升高。因单相电器或照明的额定电压一般都是220V的，所以，接在负荷高的相上则功率不足；而接在负荷小的相上时，则因电压高会使功率变大甚至烧毁电器或灯泡。因此，变压器的中性线上是严禁装设熔断器和隔离开关的。

2-87　变压器在什么情况下需要核相？核相的方法有几种？

新投入的变压器或大修后变更了一次接线的变压器，需要并列运行时，在投入运行前应做核相工作。

核相的目的是为了检查即将投入并列运行的两台变压器高、低压侧（或母线）的相位是否一致，如相位不同，不允许并列运行。

核相的方法有两种。

（1）10kV及以下电压等级的变压器或母线，可用核相杆核相。将可以承受10kV以上的绝缘杆上接装一只电压表（或采用专用核相杆）在一次高压系统上直接核相，其接线方法如图2-25所示。

电压表两端分别接在核相杆上，核相杆分别跨接于待核相的变压器或母线的并列高压断路器（或隔离开关）相对应的两侧，如每相测得电压值为零（或近似为零），表示该对应两侧为同相位，否则相位不同。当测得三相相位均相同时可以并列运行。

（2）用电压互感器进行核相，其接线如图2-26所示。这种方法大都利用母线电压互感器进行，核相前应先对母线电压互感器的相位（即接线组别相同）进行核对。核相时，一般使用普通交流电

压表，量程大于100V即可。首先测量两段母线电压互感器二次侧对应相的电压，若对应相的电压为零，说明同相位，即、、均等于零。如果对应相的电压测得的结果为相电压时，则说明该两段母线（或变压器）不是同相位，不能并列运行。

核对两段母线的电压互感器的相位是否对应的方法是：先将两段母线由一路电源或一组变压器供电，使得两段母线的电压互感器由一个电源供电（即断开2号变压器的断路器，闭合母线联络断路器），然后用电压表分别测量电压互感器的对应相，当测定电压为零时，说明两组电压互感器的相位是对应的。然后再进行定相。

2-88　对电力变压器应建立哪些技术管理资料？

对电力变压器应建立以下技术资料：

（1）变压器铭牌及技术数据；

（2）变压器安装场所及移动记录和试验记录；

（3）变压器自投入运行日期起的运行日志（包括负荷、温度、接地电阻、分接头调整、取油样、补充油记录等等）；

（4）变压器小修、大修记录；

（5）变压器缺陷、故障、事故记录；

（6）变压器干燥记录。

2-89　测量变压器线圈直流电阻和测量绝缘电阻的目的是否相同？测量直流电阻时需注意什么？

　　测量变压器线圈的直流电阻的目的是为了检测变压器绕组有无断路、匝间短路，变压器的引出线接头有无松动，分接开关的触头接触是否牢靠。当测得的三相绕组的直流电阻值不一致超过最大许可范围时，绕组或其引出线、分接开关有问题。测量线圈的绝缘电阻是为了检测绕组的绝缘状况，绕组的对地绝缘、高低压绕组间的绝缘是否老化。绝缘是否受潮，可以通过测量线圈的绝缘电阻及吸收比来判断。

测量变压器的直流电阻常使用的是直流电桥，2Ω以上的中值电阻，采用单臂电桥测量，2Ω以下的低值电阻，使用双臂电桥测量。测量时应在变压器绕组的温度与环境温度一致时进行，以免出现温度偏差，并记录下温度值。测量结束后要将阻值换算到75℃时的值，以便与以前的测量值进行比较，因为只有在同温度下阻值才有可比性。

2-90　为什么天气潮湿时变压器的击穿电压会下降？如何提高？

当天气潮湿时，空气的击穿电压会下降，此时附着于变压器上的灰尘等物质由于潮湿击穿电压也会下降，产生“爬电”现象。因此，潮湿天气时变压器的击穿电压会下降。为了避免这一现象的发生，变压器要定期进行清扫，如有两台变压器供电的双回路系统，可将变压器定期切换进行清扫，并做好记录。如果是单台变压器供电，要事先联系好用户后进行停电清扫，并做好清扫记录。

2-91　为什么电力变压器或油开关的油经净化处理后需静置一段时间才能投运？

变压器或油开关中的油经净化处理后，油中会有空气混入，因为空气的击穿强度小于变压器油，这就降低了变压器油的电气击穿强度，如此时立即投入运行，就容易造成变压器或油开关内部放电，损坏设备。另外变压器中的油经过净化处理静置一段时间后，要对气体继电器放气，以免投入运行时产生误动作。

2-92　为什么电力变压器中常采用变压器油作绝缘介质？

电力变压器中采用变压器油作绝缘介质首先是因为变压器油的击穿电压比空气要高得多，使用它作绝缘介质可以减小变压器绕组对外壳的绝缘距离，缩小变压器的尺寸。其次，由于变压器油具有较高的比热容，可以较大程度带走变压器运行时产生的热量，对变压器的散热很有利。再次，由于变压器油的密度小，水分和杂质沉淀在底部，对变压器的影响可降至最低。

2-93　为什么变压器油中含有纤维等杂质时会使击穿电压下降？

变压器油中的杂质的击穿电压要比变压器油的击穿电压小得多。做变压器油的耐压试验时，其距离定为2.5mm，此时将变压器油击穿的电压是变压器的最高耐压值。当变压器油中混入杂质，特别是纤维性杂质时，低耐压等级的介质在变压器油中会占据较长的路线，使同样放电距离的变压器油的耐压值大幅下降，因此，变压器油中含有纤维等杂质时会使击穿电压下降。