變壓器在電力系統的應用

杜明

摘 要：伴隨著國內經濟的飛速發展，電力工業也逐漸地擴大了規模，同時也提高了對電力變壓器的安裝容量和單臺容量的要求。下面就針對變壓器構成、變壓器防雷、變壓器故障、變壓器噪音四方面進行簡單地介紹。

關鍵詞：變壓器；構成；防雷；故障；噪音

變壓器是一種常用的電氣設備，這種電氣設備能夠實現交流電能的轉換。變壓器可以將一種電能（交流電流、交流電壓）轉換成另一種電能（具有相同頻率的交流電流、交流電壓）。變壓器在實際應用中的作用，主要是完成電壓的變換，使傳輸電能更加方便。變壓器根據輸出電壓與輸入電壓的比值，可分為降壓變壓器和升壓變壓器。輸出電壓與輸入電壓的比值小于1的變壓器被稱為降壓變壓器，其主要功能是為各種用電設備提供所需電壓，以保證用戶所需電壓的供給。輸出電壓與輸入電壓的比值大于1的變壓器被稱為升壓變壓器，其主要功能是降低送電費用、減少送輸電過程中的損耗、加大了送電距離。

1 變壓器構成

在大、中容量的電力變壓器中設置一個封閉的油箱，油箱內盛滿了變壓器油。變壓器的繞組和鐵心都浸入變壓器油中，其目的是為了達到更好的散熱效果。由絕緣套管將變壓器中的各繞組引出，聯接對外線路。變壓器主要由以下幾部分組成：調壓裝置、器身、出線裝置、油箱、保護裝置及冷卻裝置等。其調壓裝置分為有載調壓裝置和無載調壓，其實質上就是一種分接開關；器身由引線、鐵心、絕緣結構及繞組等組成；；出線裝置由低壓套管和高壓套管等租場；油箱由一些附件（主要包括：油樣油門、銘牌、放油閥門、接地螺栓及小車等）和本體（主要包括：箱底、箱壁和箱蓋）組成；保護裝置由吸濕器、氣體繼電器、儲油柜、浮油器、油位計、測溫元件及安全氣道等組成；冷卻裝置由冷卻器和散熱器組成。

2 變壓器噪音及其措施

變壓器在實際應用中常常會發出聲響，主要是因為在磁場的作用下，電磁力會引起器身發生振動和硅鋼片產生磁致伸縮而產生的聲響，還有一種聲響就是由風扇和冷卻系統風機所產生的。人們聽覺所能感受到的聲音必須滿足一定的振動頻率，當振動頻率在16Hz～2000Hz之間時，人們聽覺可以感受到。高于這個頻率的超聲或低于這個頻率的次聲，人們聽覺都無法感受得到。噪音由鐵心傳到到空氣和繞組、夾件，這是電力變壓器噪聲的主要傳播路徑。通過降低磁通密度、減少鐵心硅鋼片磁致伸縮的方法來降低噪聲。但在降低磁密的同時，就會引起鐵心尺寸的增大，進而使鐵心硅鋼片的數量增加，在一定程度上增加了成本投入。要想在成本保持不變的情況下來降低噪聲，可以采取增加緩沖件的方法。例如，將橡膠適形撐塊放到低壓繞組和鐵心之間，其可以起到撐緊低壓繞組和緩沖的作用。利用這種緩沖結構，實現在噪音傳播的過程中降低噪音。

3 變壓器防雷

國內每年因雷擊事件，導致變壓器損壞的數量非常之大。據相關部門統計，在10kV級配電變壓器損壞的數量中，其中有4%-10%的變壓器是因雷擊所導致的損壞。接地引下線接線不妥和變壓器避雷器裝設不當是導致變壓器被雷擊而損壞的主要原因。其主要表現以下幾方面為：高低壓側避雷器和變壓器中性點分別接地；引線過長和接地引下線截面過小；低壓側未裝設避雷器；變壓器高壓側避雷器利用支架作接地引下線；避雷器未作預防性試驗等。

4 變壓器故障

在變壓器發生以下幾種情況變化時，可根據變壓器現場實際運行的狀態對變壓器進行故障分析。變壓器在運行過程中發生事故造成停電或出現如出口短路的現象，但尚未導致解體現象發生；變壓器在運行過程中出現異常現象，迫使操作人員對變壓器進行停電檢修、試驗；變壓器在正常斷電情況下進行預防性試驗、檢修驗收或交接中時，出現一種或幾種指標值超過標準值。若變壓器在實際使用當中有以上任何一種情況發生，應立即對變壓器進行相關檢查、試驗，以確保變壓器能正常運轉。

判斷是否存在故障的步驟：第一，辨別變壓器存在故障的可能性，如果存在故障是顯性故障還是隱性故障。第二，辨別故障的性質，是油性故障還是固體絕緣故障，是熱性故障還是電性故障等。第三，故障功率、達到飽和而導致繼電器動作所需的時間、嚴重程度、發展趨勢、熱點溫度以及油中氣體的飽和程度等都是辨別變壓器是否存在故障的常見狀況。第四，找到適當的方法來處理變壓器出現的事故，若發生事故后變壓器還可以運行，那么就要在變壓器運行期間判斷它的安全技術措施和監視方法是否需要進行內部檢查和修理等。

由于多種原因都可以引起變壓器故障，如按類型劃分也是多種多樣。比如按其回路劃分可以分為油路故障、磁路故障和電路故障等。目前引起變壓器發生故障機率最高，既是變壓器出口短路故障，又對變壓器本身影響非常嚴重，還會引發變壓器放電故障等。

變壓器內部相與相之間發生的短路、引線或繞組間對地短路及出口短路所導致的故障，被人們俗稱的變壓器短路故障。由此所引發的事故很多，比如因變壓器低壓出口短路所引起的故障，一般要對其中的換繞組進行更換，如事故嚴重時會導致全部繞組被換掉，造成非常嚴重的經濟損失和后果，變壓器短路應該引起人們足夠的重視。比如：有一變壓器（110kV 31.5MVA，SFS2E8-31500/110）發生短路事故，并伴隨跳開主變壓器三側開關和重瓦斯保護動作。此后，將此變壓器進行返廠修復，在對吊罩的檢查構成中發現：變壓器底座和上部鐵芯均有銹跡（在發生事故當天有雷雨）；C相中壓繞組嚴重變形，C相高壓繞組失團，并擠歡囚板造成低、中壓繞組短路；B相中壓、低壓繞組發生嚴重變形；C相低壓繞組校由兩段被燒斷；所有繞組匝之間有很多細小銅末和銅珠。其原因主要有：絕緣結構的絕緣強度不滿足要求；該變壓器撐條安裝不齊且有墊塊和松動移位；變壓器繞組松散等現象。

放電主要是對變壓器的絕緣產生破壞，其主要表現在以下兩方面：一方面是由于放電所產生的氧化氯、臭氧、熱量等活性氣體，在一定條件下發生化學作用，發生局部絕緣腐蝕現象，增大介質的損耗量，最終發生熱擊穿事故。另一方面是由于放電質點對絕緣產生直接轟擊，在嚴重的轟擊下發生局部絕緣破壞，并逐步擴大，擊穿絕緣。比如變壓器（63MvA、220kv）發生1.5倍電壓放電時，并伴隨放電聲響，放電量可高達4000到5000pC之間。若將匝間改為1.0倍電壓，線端改為1.5倍電壓支撐法時，就不會發生放電聲響，且放電量發生大幅度下降，可降為1000pC以下。將其拆卸進行檢查，會發現有樹枝狀放電痕跡在沿端部絕緣角環處，主要是因為絕緣角環材質不過關所致。一旦沿固體絕緣表面發生局部放電，若同時伴有法線和切線分量的電場強度發生時，所引發的事故最為嚴重。因為在任何絕緣材質不良和電場集中的部位都可能發生局部放電故障，如繞組匝間、高壓繞組靜電屏出線、相間圍屏、高電壓引線等處。

變壓器是在電子線路和電力系統中被廣泛應用的電氣設備。變壓器是電能在使用、分配和傳輸中的關鍵設備，發揮著不可替代的作用，在實際的應用中要加大對變壓器的關注度。

參考文獻

[1]李丹娜，孫成普.電力變壓器應用技術[M].中國電力出版社，2009（5）.