电力变压器——装置和工作原理
长距离输送电力时，利用变压原理减少损耗。为此，发电机产生的电力被输送到变电站。它增加了进入电源线的电压幅度。
传输线的另一端连接到远程变电站的输入端。在其上，电压降低以在消费者之间分配电力。
在这两个变电站中，都有特殊的供电装置参与大功率电力的转换：
1.变压器；
2.自耦变压器。
它们有许多共同的特征和特性，但在某些操作原理上有所不同。本文仅介绍了第一种设计，其中各个线圈之间的电力传输是由于电磁感应引起的。在这种情况下，幅度变化的电流和电压谐波保持振荡频率。
变压器用于将低压交流电转换为较高电压（升压变压器）或将较高电压转换为较低电压（降压变压器）。最普遍的是用于输电线路和配电网络的一般应用的电力变压器。在大多数情况下，电力变压器被构建为三相电流互感器。
设备特性
电力中的电力变压器安装在具有坚固基础的预先准备好的固定地点。轨道和滚轮可以安装在地面上。
下图显示了使用 110/10 kV 电压系统且总功率为 10 MVA 的多种类型电力变压器之一的概览。
其结构的一些单独元素带有签名。更详细地，主要部件的布置以及它们的相互布置在附图中示出。
油箱内装有铁芯9，铁芯上装有低压绕组11和高压绕组10。变压器前壁为8。高压绕组的端子通过瓷绝缘子连接到输入端。 2.
低压绕组的绕组也连接到穿过绝缘体3的导线。盖子附在油箱的上边缘，它们之间放置橡胶垫圈，以防止油泄漏到油箱和盖子之间的连接处。油箱壁上钻有两排孔，其中焊接有薄壁管7，油从中流过。
盖子上有一个旋钮1，转动它可以切换高压线圈的匝数，调节带载电压。夹具焊接到盖上，在其上安装称为膨胀器的罐5。
它有一个带玻璃管的指示器 4，用于监测油位和一个带过滤器 6 的塞子，用于与周围空气连通。变压器在滚轮 12 上移动，滚轮的轴穿过焊接在油箱底部的横梁.
当大电流流动时，变压器绕组会受到使其变形的力。为了增加绕组的强度，它们被缠绕在绝缘筒上。如果一个正方形的条带放在一个圆圈里，那么圆圈的面积就没有被充分利用。因此，变压器杆由不同宽度的片材组装而成，具有阶梯形横截面。
变压器水力图
图片显示了其主要元素的简化组成和交互。
特殊的阀门和螺杆用于注油/放油，位于油箱底部的截止阀设计用于采集油样，然后进行化学分析。
冷却原理
电力变压器有两个油循环回路：
1. 外部的；
2.内部。
第一个回路由一个散热器表示，该散热器由通过金属管道系统连接的上下集热器组成。加热的油通过它们，在制冷剂管路中冷却并返回油箱。
油箱内的油循环可以做到：
-
以自然的方式；
-
由于泵在系统中产生压力而被迫。
通常，通过制造波纹来增加油箱的表面——一种特殊的金属板，可以改善油与周围大气之间的热传递。
由于自由空气对流，可以通过风扇吹系统或不用风扇将热量从散热器吸收到大气中。强制气流有效地增加了设备的散热，但增加了运行系统的能量消耗。他们可以减少 变压器的负载特性 高达 25%。
现代大功率变压器释放的热能达到了巨大的价值。它的规模可以归因于这样一个事实，即现在，他们开始自费实施为位于不断运行的变压器旁边的工业建筑供暖的项目。即使在冬天，它们也能保持设备的最佳运行条件。
变压器油位控制
变压器的可靠运行在很大程度上取决于其油箱中填充的油的质量。在运行中，区分两种类型的绝缘油：注入油箱的纯干油和变压器运行期间油箱中的工作油。
变压器油的规格决定了它的粘度、酸度、稳定性、灰分、机械杂质含量、闪点、倾点、透明度。
变压器的任何异常运行状况都会直接影响到油的质量，因此其控制在变压器运行中非常重要。与空气相通，油被润湿和氧化。可以通过离心机或压滤机清洗来去除油中的水分。
酸度和其他违反技术特性的问题只能通过在特殊设备中再生油来消除。
变压器内部故障，如绕组缺陷、绝缘失效、局部发热或“铁打火”等，都会导致油质发生变化。
油在油箱中不断循环。它的温度取决于一系列复杂的影响因素。因此，它的体积一直在变化，但保持在一定范围内。膨胀罐用于补偿油的体积偏差。在里面监控电流电平很方便。
为此使用油位指示器。最简单的设备是根据具有透明壁的通信容器的方案制造的，以体积单位预先分级。
将这样的压力表与膨胀水箱并联连接就足以监测运行情况。在实践中，还有其他与这一作用原理不同的石油指标。
防止水分渗透
由于膨胀水箱上部与大气接触，因此在其中安装了空气干燥器，可防止水分渗入油中，降低其介电性能。
内部损坏保护
它是油系统的重要组成部分 气体继电器… 安装在连接主变油箱和膨胀水箱的管道内。因此，所有被油和有机绝缘体加热时释放的气体都通过带有气体继电器敏感元件的容器。
该传感器针对非常小的允许气体形成从操作开始设置，但在它分两个阶段增加时被触发：
1. 当达到第一个值的设定值时，向服务人员发出故障发生的光/声警告信号；
2. 关闭变压器四周的电源断路器以释放电压，以防出现剧烈的气体，这表明油和有机绝缘的强大分解过程开始，从罐内短路开始。
气体继电器的另一个功能是监测变压器油箱中的油位。当它下降到临界值时，气体保护可以根据设置工作：
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仅信号；
-
用信号关闭。
防止罐内紧急压力升高
放油管安装在变压器盖上，其下端与油箱容积相通，油从里面流到膨胀机内液面。管的上部上升到扩张器上方并缩回侧面，略微向下弯曲。它的末端由玻璃安全膜密封，如果由于出现未定义的加热而导致压力紧急增加，该膜会破裂。
这种保护的另一种设计是基于安装阀元件，这些阀元件在压力增加时打开，在释放时关闭。
另一种是虹吸保护。它基于机翼的快速压缩和气体的急剧上升。结果，在压缩弹簧的作用下，固定箭头的锁被撞倒了。释放的箭头会破坏玻璃膜，从而释放压力。
电源变压器接线图
油箱外壳内有：
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带上梁和下梁的骨架；
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磁路；
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高低压线圈；
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缠绕分支的调整；
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低压和高压水龙头
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高低压套管底部。
框架与梁一起用于机械固定所有组件。
室内设计
磁路用于减少通过线圈的磁通量的损失。它采用层压方法由各种等级的电工钢制成。
负载电流流过变压器的相绕组。选择金属作为其生产材料：圆形或矩形截面的铜或铝。特殊品牌的电缆纸或棉纱用于绝缘匝。
在电力变压器中使用的同心绕组中，低压 (LV) 绕组通常放置在铁芯上，而其外部则被高压 (HV) 绕组包围。绕组的这种布置，首先，可以将高压绕组从铁芯上移开，其次，便于在维修期间接近高压绕组。
为了更好地冷却线圈，在线圈之间留有绝缘垫片和垫片形成的通道。油在这些通道中循环，当加热时，油会上升，然后通过油箱的管道下降，并在其中冷却。
同心线圈以一个位于另一个内部的圆柱体形式缠绕。对于高压侧，创建连续或多层绕组，而对于低压侧，创建螺旋和圆柱形绕组。
低压绕组靠近杆放置：这样更容易为其绝缘制作一层。然后在其上安装一个特殊的圆柱体，提供高低压侧之间的隔离，并在其上安装高压绕组。
所描述的安装方法如下图左侧所示，变压器棒状绕组同心排列。
图片的右侧显示了交替绕组的放置方式，由绝缘层隔开。
为了增加绕组绝缘的电气和机械强度，它们的表面浸有一种特殊类型的乙二醇清漆。
为了连接电压一侧的绕组，使用了以下电路：
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星星；
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三角形;
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之字形。
在这种情况下，每个线圈的末端都标有拉丁字母表中的字母，如表中所示。
变压器类型 绕组侧 低压 中压 高压 起始端中性 起始端中性 起始端中性 单相 a x — At Ht — A x — 两个绕组 三相 a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y 与 G°C Z三绕组 三相 a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z
绕组的端子连接到相应的引下线，引下线安装在位于变压器油箱盖上的套管绝缘体螺栓上。
为了实现调整输出电压值的可能性，在绕组上做了支路。图中显示了控制分支的一种变体。
电压调节系统设计为能够在±5%以内改变标称值。为此，请完成五个步骤，每个步骤 2.5%。
对于大功率电源变压器，通常在高压绕组上进行调节。这简化了分接开关的设计，并允许通过在该侧提供更多匝数来提高输出特性的准确性。
在多层圆柱形线圈中，调节支路制作在线圈末端层的外侧，并相对于磁轭对称地位于同一高度。
对于变压器的个别项目，在中间部分制作分支。使用反向电路时，一半绕组由右侧线圈完成，另一半由左侧线圈完成。
三相开关用于切换抽头。
它有一个固定触点系统，连接到线圈的分支，和可移动触点系统，切换电路，用固定触点创建不同的电路。
如果分支在零点附近，则一个开关同时控制所有三相的操作。之所以能够做到这一点，是因为开关各部分之间的电压不超过线性值的 10%。
当在绕组的中间部分制作抽头时，每个相都有自己的开关，使用单独的开关。
调整输出电压的方法
有两种类型的开关可让您更改每个线圈的匝数：
1. 减轻负荷；
2. 负载不足。
第一种方法完成时间较长，不受欢迎。
负载切换通过为连接的消费者提供不间断电源，使电力网络的管理更加容易。但要做到这一点，你需要有一个复杂的开关设计，它配备了额外的功能：
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在开关期间通过连接两个相邻触点在不中断负载电流的情况下执行分支之间的转换；
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在同时接通期间限制连接的分接头之间绕组内部的短路电流。
这些问题的技术解决方案是使用限流电抗器和电阻器创建远程控制操作的开关设备。
在文章开头显示的照片中，电源变压器通过创建 AVR 设计来自动调节负载下的输出电压，该设计结合了继电器电路来控制带有执行器和接触器的电动机。
工作原理和模式
电力变压器的运行基于与传统变压器相同的定律：
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电流通过具有时变谐振谐波的输入线圈会在磁路内感应出变化的磁场。
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穿过第二个线圈匝的变化的磁通量在其中感应出 EMF。
运作模式
在运行和测试期间，电力变压器可以处于运行或应急模式。
通过将电压源连接到初级绕组并将负载连接到次级绕组而创建的操作模式。在这种情况下，绕组中的电流值不应超过计算出的允许值。在这种模式下，电源变压器必须长期可靠地为与其连接的所有用电设备供电。
运行模式的一种变体是空载和短路测试，以检查电气特性。
通过打开次级电路以切断其中的电流而产生的空载。它用于确定：
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效率;
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转化因子；
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铁芯磁化引起的钢材损耗。
短路尝试是通过将次级绕组的端子短路而产生的，但变压器输入端的电压被低估到能够产生次级额定电流而不超过它的值。该方法用于确定铜损。
对于紧急模式，变压器包括任何违反其操作的行为，导致操作参数偏离其允许值的限制。绕组内部的短路被认为特别危险。
紧急模式会导致电气设备起火并产生不可逆转的后果。它们能够对电力系统造成巨大破坏。
因此，为了防止出现这种情况，所有电力变压器都配备了自动、保护和信号装置，旨在维持初级回路的正常运行，并在发生故障时迅速从各方面断开。