變壓器的工作原理及運行維護

摘要：配電電力設(shè)備中的變壓器，簡稱“配變”。主要指的是在終端配電設(shè)備傳輸控制系統(tǒng)中根據(jù)電磁場的運動感應(yīng)定律變換交流靜止感應(yīng)電壓和交流直交靜止電流而傳輸電壓交流電能的一種直流靜止式穩(wěn)壓變電器。本文主要探討變壓器的工作原理及運行維護。

關(guān)鍵詞：變壓器工作原理運行維護

一.變壓器的工作原理

變壓器由一個鐵芯（或者說是磁芯）和一個繞組線圈共同連接組成，線圈一般可以有兩個或兩個以上的鐵芯圈或繞組，其中接電源繞組一般可以叫初級繞組線圈，其余的繞組可以叫次級繞組線圈。它們還包括可以同時用來變換各種工頻的交流電壓、電流和連接電源線的阻抗。最簡單的變電器由一個軟磁磁性材料做成的小型鐵心及其內(nèi)部緊套在這個小型鐵芯中心上的兩個匝數(shù)大小不等的鐵芯繞組線圈共同構(gòu)成。

鐵心的耦合作用主要是為了加強兩個專用線圈間的磁滯留耦合。為了有效減少鐵內(nèi)部對渦流和磁滯留的損耗，鐵芯中心由兩塊涂有油漆的白色硅鋼片進行疊壓而得制成;兩個專用線圈之間幾乎沒有交流電的相互聯(lián)系，線圈由鐵心絕緣線和銅線（或絕緣鋁線）連接繞成。一個專用線圈接入的交流電源線路稱為初級專用線圈（或原線圈），另一個專用線圈連接用戶電器電源稱為次級專用線圈（或副級線圈）。

變壓器是利用簡單的電磁驅(qū)動感應(yīng)變換原理設(shè)計制造的一種靜態(tài)電路電器。例如，當(dāng)電力變壓器的初級和次級線圈連接到交流電源時，在鐵心中可以產(chǎn)生交流磁通量，并且交流相變磁通量由簡單的φ函數(shù)表示。原、副與正線圈電路中的φ函數(shù)是相同的，φ也是簡單調(diào)諧函數(shù)，表達式為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副與正線圈電路中的電磁感應(yīng)電動勢為式中e1=-n1dφ/dt、e2=-n2dφ/dt。式中又以n1、n2為原、副與正線圈的匝數(shù)。由圖所示可知式中u1=-e1，u2=e2（原線圈中物理量一般用線圈下方上角標1表示，副線圈中物理值的量一般用線圈下方上角標2表示），其復(fù)有效電壓值為式中u1=-e1=jn1ωφ、u2=e2=-jn2ωφ，令原、k=n1/n2，稱變壓器的感應(yīng)變壓值比。由上式類推可得其令u1/u2=-n1/n2=-k，即電動變壓器原、副與正線圈感應(yīng)電壓有效值之比，等于其匝數(shù)與之比而且原、副線圈感應(yīng)電壓的位數(shù)比相差為π。

進而得出：

U1/U2=N1/N2

在線圈空載穩(wěn)壓電流有效可以完全忽略的這種情況下，有利于i1/i2=-n2/n1，即原、副和主線圈空載電流有效的峰值匝數(shù)大小與其匝數(shù)大小成正反比，且與其相位有偏差π。

進而可得

I1/ I2=N2/N1

理想化的變壓器原、副總線圈的實際功率損耗相等p1=p2。這就說明這種理想化的變壓器本身幾乎無任何功率驅(qū)動損耗。實際理想變壓器總線圈存在功率損耗，其節(jié)電效率大約為η=p2/p1。利用電力理想變壓器的節(jié)電效率很高，可達90%以上。

二.幾種關(guān)于變壓器的額定運行方式

2.1變壓器電壓變化的允許范圍

對于一種電力直流變壓器來說，在它的電壓不大大高于它的額定工作電壓的這種情況下，那么這就對電力變壓器本身來說不會對它造成很大的不良影響，而是只有它會直接使電力變壓器的工作力大大減少;而在其他變壓器中，若它的電壓已經(jīng)大大超過它的額定工作電壓時，那么這就會直接加大它的電流損失以及電磁鐵芯片的損耗。因此，這些都會給電力變壓器的漏電絕緣保護性帶來一些不良影響。

2.2關(guān)于變壓器的發(fā)熱及冷卻

根據(jù)驅(qū)動變壓器的均勻工作溫度原理我們可知供電繞組與驅(qū)動鐵芯之間的內(nèi)部電能相互損耗幾乎會全部被鐵芯轉(zhuǎn)化來作為外部熱量，這就可能會直接造成驅(qū)動變壓器的各個主要位置的工作溫度完全得以均勻提高，但是并不是各個位置部分的工作溫度都是可能完全得以均勻被提高的。整個的散熱過程是熱量會逐漸通過繞組以及鐵芯，然后被傳送到變壓器油箱內(nèi)，再之后是從油箱散發(fā)出的熱油熱量會通過變壓器的散熱器而擴散到四周的空氣里。

特點是在整個過程中由于變壓器每個部位的溫度并不是相同的，而是具有很大差異的。其中，溫度最高的部位是繞組一帶，因為容量大的變壓器會使它的損耗和熱量更大，所以我們要采取的冷卻方式強迫油水冷的方式，即在變壓器中的高低繞組里面設(shè)置油路，這樣做可將散熱效率大大提高。

2.3變壓器允許溫度和溫升

變壓器的允許溫度并不是一成不變的，而是隨著由變壓器本身的絕緣材料而定的，比如油變采用的絕緣材料就是油和紙。在變壓器繞組溫度最高點是九十八攝氏度的情況下，那么變壓器的使用年限將是二十到三十年之間。然而，在實際運行中，一般情況下繞組的最高點的溫度都不會高于九十八度，因此變壓器的使用年限是多于三十年的。

綜上可知，變壓器在工作的情況下，維護方式是加強對繞組溫度和頂層油溫的檢測和監(jiān)視。針對這一點，我們可以在變壓器中裝設(shè)超溫保護裝置，那么在變壓器已經(jīng)高于低溫的定值的情況下就會發(fā)出警報提示聲，在溫度已比高溫定值高時就自動跳閘。

三.變壓器的運行維護

3.1防止電動電源變壓器發(fā)生過載或者持續(xù)停止運行。如果長期發(fā)生過載或者持續(xù)停止運行，會直接影響引起電動變壓線的外圈持續(xù)發(fā)熱。

3.2保證機器使用絕緣膠等油品的質(zhì)量。控制各種變壓器設(shè)備使用中的絕緣油在機器油品貯存、運輸或日常設(shè)備運行過程中的日常維護。運行過程中的各類型變壓器設(shè)備用戶也都應(yīng)定期對其進行檢查化驗機器絕緣產(chǎn)品油質(zhì)，對于化驗不合格的機器絕緣產(chǎn)品油質(zhì)一定應(yīng)及時對其進行保養(yǎng)更換。

3.3防止壓力變壓器中的鐵芯內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)老化發(fā)生損壞。高壓鐵芯內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)老化或者在夾緊高壓螺栓時的套管發(fā)生損壞，會直接使高壓鐵芯絕緣產(chǎn)生很大的高壓渦流，引起高壓鐵芯長期高壓發(fā)熱從而造成鐵芯絕緣結(jié)構(gòu)老化。

四.結(jié)束語

變壓器的運行對于電壓變換，電流變換、阻抗變換等有著非常重要的作用。其運行維護對于變壓器的日常工作、用戶的使用作用很大，所以一定要根據(jù)變壓器的工作原理來探討其運行及維護。

參考文獻

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作者簡介

陶巧麗（1974年12月30日）女，漢族，籍貫：甘肅省合水縣，大專學(xué)歷，工程師。