变压器在电力系统的应用

杜明

摘 要：伴随着国内经济的飞速发展，电力工业也逐渐地扩大了规模，同时也提高了对电力变压器的安装容量和单台容量的要求。下面就针对变压器构成、变压器防雷、变压器故障、变压器噪音四方面进行简单地介绍。

关键词：变压器；构成；防雷；故障；噪音

变压器是一种常用的电气设备，这种电气设备能够实现交流电能的转换。变压器可以将一种电能（交流电流、交流电压）转换成另一种电能（具有相同频率的交流电流、交流电压）。变压器在实际应用中的作用，主要是完成电压的变换，使传输电能更加方便。变压器根据输出电压与输入电压的比值，可分为降压变压器和升压变压器。输出电压与输入电压的比值小于1的变压器被称为降压变压器，其主要功能是为各种用电设备提供所需电压，以保证用户所需电压的供给。输出电压与输入电压的比值大于1的变压器被称为升压变压器，其主要功能是降低送电费用、减少送输电过程中的损耗、加大了送电距离。

1 变压器构成

在大、中容量的电力变压器中设置一个封闭的油箱，油箱内盛满了变压器油。变压器的绕组和铁心都浸入变压器油中，其目的是为了达到更好的散热效果。由绝缘套管将变压器中的各绕组引出，联接对外线路。变压器主要由以下几部分组成：调压装置、器身、出线装置、油箱、保护装置及冷却装置等。其调压装置分为有载调压装置和无载调压，其实质上就是一种分接开关；器身由引线、铁心、绝缘结构及绕组等组成；；出线装置由低压套管和高压套管等租场；油箱由一些附件（主要包括：油样油门、铭牌、放油阀门、接地螺栓及小车等）和本体（主要包括：箱底、箱壁和箱盖）组成；保护装置由吸湿器、气体继电器、储油柜、浮油器、油位计、测温元件及安全气道等组成；冷却装置由冷却器和散热器组成。

2 变压器噪音及其措施

变压器在实际应用中常常会发出声响，主要是因为在磁场的作用下，电磁力会引起器身发生振动和硅钢片产生磁致伸缩而产生的声响，还有一种声响就是由风扇和冷却系统风机所产生的。人们听觉所能感受到的声音必须满足一定的振动频率，当振动频率在16Hz～2000Hz之间时，人们听觉可以感受到。高于这个频率的超声或低于这个频率的次声，人们听觉都无法感受得到。噪音由铁心传到到空气和绕组、夹件，这是电力变压器噪声的主要传播路径。通过降低磁通密度、减少铁心硅钢片磁致伸缩的方法来降低噪声。但在降低磁密的同时，就会引起铁心尺寸的增大，进而使铁心硅钢片的数量增加，在一定程度上增加了成本投入。要想在成本保持不变的情况下来降低噪声，可以采取增加缓冲件的方法。例如，将橡胶适形撑块放到低压绕组和铁心之间，其可以起到撑紧低压绕组和缓冲的作用。利用这种缓冲结构，实现在噪音传播的过程中降低噪音。

3 变压器防雷

国内每年因雷击事件，导致变压器损坏的数量非常之大。据相关部门统计，在10kV级配电变压器损坏的数量中，其中有4%-10%的变压器是因雷击所导致的损坏。接地引下线接线不妥和变压器避雷器装设不当是导致变压器被雷击而損坏的主要原因。其主要表现以下几方面为：高低压侧避雷器和变压器中性点分别接地；引线过长和接地引下线截面过小；低压侧未装设避雷器；变压器高压侧避雷器利用支架作接地引下线；避雷器未作预防性试验等。

4 变压器故障

在变压器发生以下几种情况变化时，可根据变压器现场实际运行的状态对变压器进行故障分析。变压器在运行过程中发生事故造成停电或出现如出口短路的现象，但尚未导致解体现象发生；变压器在运行过程中出现异常现象，迫使操作人员对变压器进行停电检修、试验；变压器在正常断电情况下进行预防性试验、检修验收或交接中时，出现一种或几种指标值超过标准值。若变压器在实际使用当中有以上任何一种情况发生，应立即对变压器进行相关检查、试验，以确保变压器能正常运转。

判断是否存在故障的步骤：第一，辨别变压器存在故障的可能性，如果存在故障是显性故障还是隐性故障。第二，辨别故障的性质，是油性故障还是固体绝缘故障，是热性故障还是电性故障等。第三，故障功率、达到饱和而导致继电器动作所需的时间、严重程度、发展趋势、热点温度以及油中气体的饱和程度等都是辨别变压器是否存在故障的常见状况。第四，找到适当的方法来处理变压器出现的事故，若发生事故后变压器还可以运行，那么就要在变压器运行期间判断它的安全技术措施和监视方法是否需要进行内部检查和修理等。

由于多种原因都可以引起变压器故障，如按类型划分也是多种多样。比如按其回路划分可以分为油路故障、磁路故障和电路故障等。目前引起变压器发生故障机率最高，既是变压器出口短路故障，又对变压器本身影响非常严重，还会引发变压器放电故障等。

变压器内部相与相之间发生的短路、引线或绕组间对地短路及出口短路所导致的故障，被人们俗称的变压器短路故障。由此所引发的事故很多，比如因变压器低压出口短路所引起的故障，一般要对其中的换绕组进行更换，如事故严重时会导致全部绕组被换掉，造成非常严重的经济损失和后果，变压器短路应该引起人们足够的重视。比如：有一变压器（110kV 31.5MVA，SFS2E8-31500/110）发生短路事故，并伴随跳开主变压器三侧开关和重瓦斯保护动作。此后，将此变压器进行返厂修复，在对吊罩的检查构成中发现：变压器底座和上部铁芯均有锈迹（在发生事故当天有雷雨）；C相中压绕组严重变形，C相高压绕组失团，并挤欢囚板造成低、中压绕组短路；B相中压、低压绕组发生严重变形；C相低压绕组校由两段被烧断；所有绕组匝之间有很多细小铜末和铜珠。其原因主要有：绝缘结构的绝缘强度不满足要求；该变压器撑条安装不齐且有垫块和松动移位；变压器绕组松散等现象。

放电主要是对变压器的绝缘产生破坏，其主要表现在以下两方面：一方面是由于放电所产生的氧化氯、臭氧、热量等活性气体，在一定条件下发生化学作用，发生局部绝缘腐蚀现象，增大介质的损耗量，最终发生热击穿事故。另一方面是由于放电质点对绝缘产生直接轰击，在严重的轰击下发生局部绝缘破坏，并逐步扩大，击穿绝缘。比如变压器（63MvA、220kv）发生1.5倍电压放电时，并伴随放电声响，放电量可高达4000到5000pC之间。若将匝间改为1.0倍电压，线端改为1.5倍电压支撑法时，就不会发生放电声响，且放电量发生大幅度下降，可降为1000pC以下。将其拆卸进行检查，会发现有树枝状放电痕迹在沿端部绝缘角环处，主要是因为绝缘角环材质不过关所致。一旦沿固体绝缘表面发生局部放电，若同时伴有法线和切线分量的电场强度发生时，所引发的事故最为严重。因为在任何绝缘材质不良和电场集中的部位都可能发生局部放电故障，如绕组匝间、高压绕组静电屏出线、相间围屏、高电压引线等处。

变压器是在电子线路和电力系统中被广泛应用的电气设备。变压器是电能在使用、分配和传输中的关键设备，发挥着不可替代的作用，在实际的应用中要加大对变压器的关注度。

参考文献

[1]李丹娜，孙成普.电力变压器应用技术[M].中国电力出版社，2009（5）.