电力变压器：配电系统中变换交流电压和电流的静止电器

介绍

配电变压器简称“配电变压器”，是指配电系统中依据电磁感应定律变换交流电压、电流，以输送交流电能的静止电气设备。配电变压器通常是指运行在电压等级10-35kV（以10kV及以下居多）、容量6300KVA及以下的配电网中，直接向终端用户供电的电力变压器。

1. 分类

1.1按安装位置分类

配电变压器按其安装位置分为户内和户外。

室外安装分为平台式、塔式和落地式（包括预装式）。

1.1.1 杆塔类型

杆塔式是将变压器安装在杆塔上的框架上，分为单杆式和双杆式。

配电变压器容量为30KVA及以下（含30KVA）时，一般采用单杆配电变压器架，将配电变压器、高压跌落式熔断器、高压避雷器等安装在水泥杆上，杆体应向组装好的配电变压器反方向倾斜13°-15°。

当配电变压器容量在50KVA至315KVA之间时，一般采用双极配电变电站。配电变电站由一根主水泥杆和另一根辅助副杆组成。主杆上装有高压跌落式熔断器和高压引下线，副杆上有二次反接导线。双极配电变电站比单极配电变压器更坚固。

塔式安装优点：占用空间少，周围不需要围墙或围栏，带电部分距地面较高，不易发生事故。缺点：框架用钢较多，造价较高。

1.1.2 平台类型

墩式是在变压器杆下用砖、石块砌一个0.5-1m见方的墩台，把变压器安放在上面，一般安装315KVA以上的变压器。

我们先来看一下农村安装的简易墩式变压器：

墩式变压器安装时应注意以下几点：

（1）变压器周围应设置不小于1.8m高的坚固围栏或围墙，门应锁好，并有专人看管。

（2）围栏与墙壁及变压器之间应留有足够的安全操作距离。

（3）在电线杆或墙壁上悬挂“高压危险，请勿攀爬”等警示牌，防止人畜靠近。

墩台安装优点：成本低，维护、检修方便。缺点：占地面积大，四周必须安装围栏，小动物容易爬上带电部位，容易发生受外力影响而发生事故。

1.1.3 落地式

落地式是指变压器直接放置在地面上，高压引下线、跌落式熔断器、避雷器都在线路终端杆上。

落地变压器安装注意事项：

（1）变压器周围必须安装可靠的围栏，门必须锁好，并有专人看管。

（2）围栏外必须悬挂“高压危险，请勿攀爬”等警告牌。

（3）由于变压器带电部分距离地面很低，因此进入围栏前必须切断电源。

1.2 电器按冷却方式分类

根据冷却方式可分为油浸式变压器和干式变压器。

油浸式变压器是依靠油作为冷却介质的，有油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等方式。干式变压器是依靠空气对流自然冷却或增设风扇冷却，多用于高层建筑、高速收费站、局部照明、电子线路等小容量变压器。

1.2.1油浸式变压器按壳型分类：

1）非封闭油浸式变压器：主要有S8、S9、S10等系列产品，广泛应用于工矿企业、农业和民用建筑等。

2）全密封油浸式变压器：主要有S9、S9-M、S10-M等系列产品，多用于石油、化工行业油品、化学品较多的场所。

3）全密封油浸式变压器：主要有BS9、S9-、S10-、S11-MR、SH、SH12-M等系列产品，可供工矿企业、农业、民用建筑等各类场所配电使用。

1.2.2干式变压器按绝缘介质分类：

1）包封线圈干式变压器：主要有SCB8、SC(B)9、SC(B)10、SCR-10等系列产品，适用于高层建筑、商业中心、机场、车站、地铁、医院、工厂等场所。

2）非包封线圈干式变压器：主要有SG10等系列产品，适用于高层建筑、商业中心、机场、车站、地铁、石油化工等场所。

1.3 电力调压方式的分类

根据调压方式可分为有载调压和无载调压。

所谓无载调压与有载调压，都是指变压器分接开关的调压方式，其区别在于无载调压开关不具备带载切换档位的能力，切换档位时必须将变压器断电；而有载调压开关可以带载切换档位。

1.4 阶段分类

根据相数分为单相变压器和三相变压器。

单相变压器是一次、二次绕组均为单相绕组的变压器。单相变压器结构简单，体积小，损耗小，主要是铁损小，适合在负荷密度不大的低压配电网中应用和推广。

三相变压器用于三相系统的升压和降压。三相变压器一般有三个一次绕组，其接法分为三角形、星形、延长三角形等。三个绕组上的电压相位相差120度，是常见的三相380V接法。传统的铁芯有三相三芯柱式、三相五芯柱式、渐开线等。

2.工作原理

变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成。线圈有两圈或两圈以上的绕组，其中接电源的绕组称为初级线圈，其余的绕组称为次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁芯变压器由软磁材料制成的铁芯和铁芯上两个匝数不同的线圈组成，如下图所示。

铁心的作用是加强两线圈间的磁耦合。为了减少铁心内的涡流和磁滞损耗，铁心采用叠压涂漆硅钢片制成；两线圈之间无电气连接，线圈用绝缘铜线（或铝线）绕制。接交流电源的一个线圈叫初级线圈（或原边线圈），接用电器的另一个线圈叫次级线圈（或副边线圈）。实际的变压器很复杂，不可避免地会有铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁通（被空气封闭的磁感线）等。为简化讨论，这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通、忽略初、次级线圈电阻、忽略铁心损耗、忽略空载电流（次级线圈开路时初级线圈内的电流）。 例如，当电力变压器满负荷运行时（次级线圈输出额定功率），已经接近理想变压器的情况。

变压器是利用电磁感应原理制成的静止电器。当变压器的初级线圈接上交流电源后，铁芯中便会产生交变磁通，交变磁通一般用φ表示。初、次级线圈中的φ相同，φ也是简谐函数，表示为φ=φmsinωt。根据法拉第电磁感应定律，初、次级线圈中感生的电动势分别为e1=-N1dφ/dt，e2=-N2dφ/dt。式中，N1、N2分别为初、次级线圈的匝数。 从图中可以看出U1=-e1，U2=e2（下标1表示初级线圈的物理量，下标2表示次级线圈的物理量），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ，U2=E2=-jN2ωΦ，设k=N1/N2，称为变压器的变比。由上式可得U1/U2=-N1/N2=-k，即变压器初、次级线圈电压有效值之比等于它们的匝数比且初、次级线圈电压的相位差为π。

它遵循：

U1/U2=N1/N2

当空载电流可以忽略不计时，I1/I2=-N2/N1，即原、副边线圈电流的有效值与它们的匝数成反比，相位差为π。

然后我们可以得到

I1/I2=N2/N1

理想变压器的初级和次级线圈的功率相等，P1=P2。这意味着理想变压器本身没有功率损耗。实际变压器中总是有损耗的，其效率为η=P2/P1。电源变压器的效率很高，可达90%以上。

3.特性参数

额定容量

指变压器工作时的输出功率，用视在功率表示，用SN表示，单位为KVA或VA。

额定电压

指加在单相或三相变压器输出端之间的电压值，用UN表示，单位为KV或V。一次额定电压用UN1表示，二次额定电压用UN2表示。

额定电流

指在额定容量和允许温升的条件下，通过变压器一次、二次绕组端子的电流，用IN表示，单位KA或A。一次绕组电流用IN1表示，二次绕组电流用IUN21表示。

额定频率

变压器设计时规定的工作频率。用ƒN表示，单位为赫兹（HZ）。我国规定额定频率为50HZ。

负载损失

空载损耗又称铁损，是指在一个绕组的端子上加额定频率电压，另一个绕组开路时，变压器所吸收的有功功率，用P0表示，单位为W或KW。空载损耗主要是铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，其大小与铁芯的材料、制造工艺有密切的关系。一般认为，变压器的空载损耗不会随着负载大小的变化而变化。

空载电流

当变压器次级开路时，一次侧仍有一定电流通过，这个电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁心损耗引起）组成。对于50Hz的电源变压器，空载电流基本等于磁化电流。用I0表示，通常用空载电流占额定电流的百分比来表示，即I0（%）=（I0/IN）×100%。变压器容量越大，该值越小。

负载损失

负载损耗又称短路损耗或铜损。是指变压器将有分接绕组接在其主分接位置，接上额定频率电压，将另一侧绕组的输出端短路，流过绕组输出端的电流为额定电流时，变压器所消耗的有功功率，用PK表示，单位为W或KW。负载损耗的大小取决于绕组的材料等，运行过程中负载损耗的大小随负载的变化而变化。

变压比

批量变压器高压侧额定电压与低压侧额定电压的比值，即UN1/UN2。

绝缘电阻

表示变压器线圈之间、线圈与铁心之间的绝缘性能。绝缘电阻与所用绝缘材料的性能、温度、湿度等有关。

阻抗电压（％）

将变压器次级绕组短路，慢慢地提高一次绕组上的电压，当次级绕组的短路电流等于额定值时，加在一次侧的电压一般用额定电压的百分比来表示。

阶段

三相以S开头，单相以D开头。

链接组标签

根据变压器一次、二次绕组的相位关系，将变压器绕组联结成各种组合，称为绕组联结组别。为区分不同的联结组别，常采用时钟表示法，即以高压侧线电压的相位作为时钟的长针，固定为12，以低压侧线电压的相位作为时钟的短针，以短针指向的数字作为联结组别号。例如Dyn11表示一次绕组为（三角）联结，二次绕组为有中心点的（星形）联结，组号为（11）。

4. 产品型号

4.1 产品类别代码

O-自耦变压器，未标注的一般电力变压器

H-Arc 炉变压器

C-感应炉变压器

Z型整流变压器

K-Mine 变压器

Y 型测试变压器

4.2 相数

D-单相变压器

S-三相变压器

4.3 冷却方式

F-空气冷却

W-水冷

注：油浸自冷型、风浸自冷型不标注

4.4 油循环方式

N——自然循环

O - 强制引导循环

P——强制循环

4.5 绕组数

S——三绕组

注：双绕组未标注

4.6 导线材质

L型铝绕线

注：铜绕组未标注

4.7 电压调节方法

Z——有载电压调节

注：无标示空载调压

4.8 性能等级代号（设计编号）

4.9 特殊用途或特殊结构代号

Z——代表低噪音；

L - 电缆引线

X——现场组装；

J--中性点全绝缘；

CY--发电厂自用变压器

4.10 变压器额定容量

变压器的额定容量，单位为KVA。

4.11 变压器额定电压

变压器的额定容量，单位为KV。

5.常用变压器

5.1油浸式变压器

配电变压器是工矿企业、民用建筑供配电系统中重要设备之一，将10（6）kV或35kV网络电压降低到用户使用的230/400V母线电压。本类型产品适用于交流50（60）Hz，三相最大额定容量2500kVA（单相最大额定容量833kVA，一般不推荐采用单相变压器），可在户内（户外）使用，容量为315kVA及以下时可杆上安装。环境温度不高于40℃和不低于-25℃，最高日平均温度30℃，最高年平均温度20℃，相对湿度不超过90%（环境温度25℃），海拔不超过1000m。

10kV S11系列配电变压器技术参数：

5.2干式变压器

干式变压器广泛应用于局部照明、高层建筑、机场、码头、数控机械设备等场所。简单地说，干式变压器是指铁心和绕组不浸在绝缘油中的变压器。冷却方式分为自然风冷（AN）和强迫风冷（AF）。变压器自然冷却时，可按额定容量长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于间断过载运行或紧急过载运行；由于过载时负载损耗和阻抗电压增加较大，处于非经济运行状态，故不宜长期连续过载运行。

10kV级SCB10系列配电变压器技术参数：

5.3干式变压器与油式变压器的比较

6.箱式变压器（组合式箱变）

6.1 概述

箱式变电站，又称预装式变电站或预制变电站。是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定的接线方案布置在工厂预制的一种户内、户外紧凑型配电设备。它将变压器降压和低压配电功能有机地结合起来，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内。特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之后出现的一种新型变电站。箱式变电站适用于矿山、工厂、企业、油气田及风力发电站等场所，取代原有的土建配电室、配电站，成为一种新型的成套变配电设备。

近年来低压供电负荷密度不断增大，对供电可靠性、供电质量提出了很高的要求。在这种情况下，如果以大容量变电站为中心，以低压向周边用户供电，会消耗大量有色金属，电能损耗大，供电质量得不到保证。相反，如果采用高压贯穿负荷中心，在负荷中心建设变电站，可以缩短低压供电半径，提高供电质量，节省有色金属，降低电能损耗。在负荷中心建设箱式变电站最为适宜。

高压/低压预装箱式变电站（站）又称箱式变电站或组合变电站（组合箱式变电站）、成套变电站、移动变电站。产生于20世纪70年代，国内已有多家厂家生产。其结构一般为箱式结构，有高压开关室、变压器室、低压配电开关室三部分。额定电压为10、35kV，可安装1600kVA及以下变压器。其特点是：占地面积小；工厂化生产，速度快，质量好；施工速度快，现场只需施工基础部分；外形美观，能与居住区环境协调；适应性强，互换性好，易于标准化、系列化；维护工作量小，节省投资。

因此箱式变电站在国内外受到重视和欢迎，并能得到广泛的应用，是十分有前途的电气设备，已在工厂、矿山、油田、港口、机场、车站、城市公共建筑、集中居住区、政府机关、学校、商业厅堂及地下设施等场所广泛使用。

目前，我国组合式变电站类型较多，有户外、户内、全封闭、半封闭、带走廊、不带走廊、组合式、固定式、安装式、干式变压器、油浸式变压器、终端供电、环网供电等，可满足不同用户的需要。高压、变压器、低压室布置形式，采用字母“目”形或字母“品”形分离方案布置。高压室设备组成采用进口、国产或进口环网柜、负荷开关加限流熔断器、真空断路器等。低压室由动力、照明、计量、无功补偿柜等组成。通风散热设有风扇、自动温控器、防凝露控制器等。箱体外壳多采用普通或热镀锌钢板、铝合金板制成，框架采用成型型钢焊接或螺栓连接。

6.2 分类

箱变类型可分为欧式、美式和一体式。欧式箱变将变压器作为单独部件，将高压柜、变压器和低压柜集成在一起，按一定的接线方案组合在一个或几个箱体内，组成一套紧凑的成套配电装置。箱体的构造方式有两种，即“目”字形布局和“品”字形布局。“目”字形布局中高低压室较​​宽，便于实现环网或双电源接线环网供电方案。

欧式箱变

美式箱变

欧式箱变高压室一般由高压负荷开关、高压熔断器、避雷器等组成，可用于停电操作，并具有过载、短路保护功能；低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成。变压器一般采用S9或干式。

美式箱式组合变压器结构分为两部分，前部为接线柜，内有高低压接线端子、高压负荷开关、插入式熔断器、高压分接开关操作手柄、油位计、油温表等；后部为油箱及散热片，变压器绕组、铁心、高压负荷开关、插入式熔断器均在油箱内。箱体采用全密封结构。一体化箱变是国内厂家近期开发，应用不广泛，为双层结构，高低压室置于变压器室上方。

欧式、美式及一体化箱变各有优缺点。欧式箱变体积较大，高低压开关及变压器均位于一个大壳体内，散热条件较差，需有机械排气装置。美式箱变由于变压器散热片直接向外散热，散热条件相对较好，但外形较欧式差，外观与居住区等绿化环境难以搭配。一体化箱变占用空间小，优缺点与美式箱变差不多。另外，美式及一体化箱变我国只能生产630kVA以下容量，而欧式箱变可以达到1250kVA。

普通箱式变电站型号分为三类

（1）高压开关柜型号；

（2）干式变压器柜型号；

（3）低压开关柜模型。

前三个字母的含义是：

Z-组合式；B-变电站；N(W)-户内（户外，可选）；X-箱式；Y-移动式。

6.3 基本结构

箱式变电站的结构形式与各类接线设备所需空间有关，环网及终端供电线路方案设计为封闭式、半封闭式两大类；高、低位设备室分为有操作走廊和无操作走廊结构，可满足6类负荷开关、真空开关等任意组合；高压室、变压器室、低压室呈直线布置，根据运输要求设计为整体式、分单元拆装式两大类。

箱体采用钢板夹层（可填充石棉）及复合板，顶盖喷彩砂乳胶，箱体防雨。设计万向门，方便监视、维护、更换设备，可双开或单开。变压器室为双侧带门结构，变压器室设有轨道，方便移动变压器（壳体明显处设有铭牌及危险标志）。

变电站高、低压侧应设有足够尺寸的门，门应向外拉，并设有把手、锁、暗藏插销，门的开启角度不应小于90°，​​门的开启应有相应的联锁。高压侧满足“五防”要求，在无电源情况下，门开启后有可靠的接地装置，只有在无电压信号指示时，才可对带电部分进行检修。高、低压侧门开启后，均有照明装置，确保操作、检修安全。

外壳设有通风孔和隔热措施，必要时可采取散热措施，防止内部温度过高。高低压开关柜隔室内的空气温度不应使各元件温度超过相应标准的要求。同时采取措施，保​​证温度急剧变化时内部不产生凝露。当设有通风孔时，应有滤尘装置。

箱式变电站的进出线方式有架空线进出、电缆进出、架空线进电缆出、电缆进架空线出四种。

箱式变电站高压受电设备采用高压负荷开关串联熔断器的方案，该方案在国外城市配电领域已经得到广泛应用，特别是作为箱式变电站高压受电保护方案。这主要由于：

（1）该保护方案基本能满足大多数箱式变电站的负载情况，能控制和分断正常负载电流，能承受和保护短路故障。

（2）由于体积小，很容易在有限的空间内实现高压环网方案，从而更好地凸显箱式电站体积小的优势。

（3）线路简单，维护工作量小，特别适合无人值守的箱式变电站的实际使用。

（4）成本大大降低。断路器的成本一般是相同额定参数的负荷开关的2～3倍。采用高压负荷开关串联熔断器代替断路器，更凸显了箱式变电站的特点，增加了与土建变电站的竞争力。

目前国内几乎所有厂家都是采用此种高压保护方案，这是箱式变电站高压受电设备的发展方向。

箱式变电站的10kv配电装置通常采用负荷开关加熔断器及环网供电装置，由相邻的架空线路接至变压器的高压端。进线可以是电缆，也可以是架空绝缘线路。作为公用箱式变电站使用时，箱式变电站低压出线视变压器容量而定，一般不大于4倍，最多不大于6倍。也可以是总出线，然后分支供电至相邻的配电室。作为独立用户箱式变电站使用时，可采用单回路供电。

干式变电站的过电压保护。目前，大多数箱式变电站都装有避雷器，作为站内变压器等高压受电设备的过电压保护。

国内箱式变电站变压器低压侧主开关一般采用DZl0、DWl0、DWl5三种自动开关。低压侧分支上所用电器一般有BM、BT系列熔断器和DZ、DW系列自动开关。箱式变电站变压器容量为200～630kVA时，采用DWl0或DWl5作为低压主开关。当容量超过800kVA时，应尽可能采用DWl5开关。

6.4 常用箱式变压器介绍

美国盒子类型的变压器是变压器，负载开关，保护性熔断器和其他设备的统一设计，高压负载开关和保护性融合都在同一机油盒中，并且没有相对独立的高电压开关，盒子是一个完全密封的盒子。油箱。

欧洲盒子型变压器（预制变电站）是一种将高压开关设备，分配变压器和低压分配设备放在三个不同的隔间中，并通过电缆或低压开关的电缆或低电压开关与较高的转换器和较高的变压器，并在较高的转换器中，并预先设置了何处。配备了独立门，因此其体积大于美国盒子型变压器。

地下变压器是一种合并的功率分配设施，可以在油箱中安装高压载荷开关，并在安装过程中将其放置在坑中。

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