第五章 变压器

第五章变压器1. 保护间隙的工作原理是什么？答：在正常情况下，保护间隙对地是绝缘的。

当线路遭受雷击时，就会在线路上产生一个正常绝缘所不能承受的过电压。

由于保护间隙的绝缘距离低于线路的绝缘水平，在过电压作用下，首先被击穿放电，将大量的雷电流泄入大地，使过电压大幅度下降，从而保护了线路上的绝缘子和电气设备的绝缘不致发生闪络或击穿，这就是保护间隙的工作原理。

2. 什么叫电压互感器、电流互感器？它们有什么作用？答：为了监视和控制设备的运行情况，统计和分析生产指标，计量电量，保证发电厂和变电所的安全经济运行和电能的质量，故发电厂和变电所需要装设测量仪表、继电保护装置和各种自动装置等。

但这些仪表和装置不可能直接接到大电流、高电压的母线和电气设备上，否则不仅将使这些装置做的很大，而且会危及人身安全，为此需要装设电压互感器和电流互感器。

电压互感器是用来测量电网高电压的特殊变压器，它能将高电压按规定比例转换为较低的电压后，再连接到仪表上去测量。

电压互感器，原边电压无论是多少伏，而副边电压一般均规定为100伏，以供给电压表、功率表及千瓦小时表和继电器的电压线圈所需要的电压。

把大电流按规定比例转换为小电流的电气设备，称为电流互感器。

电流互感器副边的电流一般规定为5安或1安，以供给电流表、功率表、千瓦小时表和继电器的电流线圈电流。

3. 电压互感器与变压器有何不同？答：电压互感器实际上就是一种降压变压器。

它的一次线圈匝数很多，二次线圈匝数很少，一次侧并联地接在电力系统中，二次侧可并接仪表、装置、继电器的电压线圈等负载，由于这些负载的阻抗很大，通过的电流很小，因此，电压互感器的工作状态相当于变压器的空载情况。

电压互感器的变比采用铭牌上标的一、二次额定电压的比值，用分数形式表达，分子为一次额定电压，分母为二次额定电压。

一次线圈的额定电压与所接系统的额定电压相同。

二次线圈额定电压采用100伏、100/ 伏或100/3伏。

电压互感器和普通变压器在原理上的主要区别：可以说，电压互感器是一次侧作用着一个恒压源，它不受互感器二次负荷的影响，不像变压器通过大电力负荷时会影响电压，当然这和电压互感器吸取功率很微小有关。

由于接在电压互感器二次侧的电压线圈阻抗很大，使互感器老是处于像变压器的空载状态，二次电压基本上等于二次电势值，且决定于恒定的一电压值。

因此，电压互感器用来辅助测量电压，不致因二次侧接上几个电压表就使电压降低。

不过这个结论只适用于一定范围，即在准确度所允许的负载范围内，如果电压互感器的二次负载增大到超过该范围，实际上也会影响二次电压，使测量误差增大。

4. 电压互感器二次侧为什么必须接地？答：电压互感器原边接的是高电压，副边为低电压，并连接着保护和表计，工作人员又要经常和保护、表计接触，如果万一绝缘损坏，使高电压串入低电压回路就可能对二次回路工作的继电保护人员和运行人员造成人身威胁，另外二次回路绝缘水平低，若没有接地点也会被击穿损坏绝缘，损坏表计和继电器，为了保证人身和设备的安全，电压互感器二次侧必须接地。

5. 电压互感器二次侧为什么不许短路？答：电压互感器在运行中二次侧是不允许短路的。

我们知道在正常运行时电压互感器原边与电网电压相连，它的副边接负载即仪表和继电器的电压线圈，它们的阻抗很大，所以电压互感器的工作状态接近变压器的空载情况。

如果电压互感器二次侧发生短路，其阻抗减少，只剩副线圈的内阻，这样在副线圈中将产生大电流，导致电压互感器烧毁。

在电压互感器一、二次侧接有熔断器的则会使熔断器熔断，表计和保护失灵。

6. 电流互感器和普通变压器比较，在原理上有什么特点？答：变压器因用途不同，有的一次电流随二次电流变化，有的二次电流随一次电流变化，例如普通降压变压器的一次电流就是随二次电流变化，二次起主导作用，而电流互感器的一次电流由主电路负荷决定，不由二次电流决定，永远是一次起主导作用。

电流互感器二次回路所串接的负荷是电流表和继电器的电流线圈，阻抗很小，因此电流互感器的正常运行情况，相当于二次短路的变压器的运行状态。

变压器的一次电压决定了铁芯的主磁通，主磁通决定了二次电势，因此一次电压不变，二次电势也基本不变。

电流互感器则不然，二次回路的阻抗变化时，影响二次电势。

电流互感器之所以能用来测量电流、即二次侧串接几个电流表也不减少电流值，是因为它是一个恒流源，而且电流线圈的阻抗小，串进回路影响不大。

7. 电流互感器二次侧为什么不能开路？如遇有开路的情况如何处理？答：在运行状态的电流互感器二次回路都是闭路的。

电流互感器在二次闭路的情况下，当一次电流为额定电流时，电流互感器铁芯中的磁通密度仅为0.06——0.1特（600——1000高斯）。

这是因为二次电流产生的磁通和一次电流产生的磁通互相去磁的结果，所以使铁芯中的磁通密度能维持在这个较低的水平。

如果电流互感器的二次在开路状态，一次侧则仍有电流，这时因为产生二次磁通的二次电流消失，因而就没有对一次磁通去磁的二次磁通。

于是，铁芯中磁通增加，使铁芯达饱和状态（在开路情况下，当一次电流为额定电流时，铁芯中磁通密度可达1.4——1.8特），此时磁通随时间变化波形为平顶波，感应电势与磁通的变化率成正比，磁通变化快，感应电势就大。

在每个周期中磁通由正值经零变到负值或相反的变化过程中，磁通变化速度很快，感应电势很高，故电势波形就成了尖顶波。

这样二次线圈就出现了高电压，可达上千伏甚至更高。

由于二次开路时，铁芯严重饱和，于是产生以下后果：（1）产生很高的电压，对设备和运行人员有危险；（2）铁芯损耗增加，严重发热，有烧坏的可能；（3）在铁芯中留下剩磁，使电流互感器误差增大。

所以，电流互感器二次开路是不允许的。

但在运行中或调试过程中因不慎或其它原因也有造成二次开路的情形。

电流互感器开路时，有关表计（如电流表、功率表）有变化或指示为零，若是端子排螺丝松动或电流互感器二次端头螺丝松动，还可能有打火现象。

随着打火，表计指针可能有摇摆。

发现电流互感器二次开路现象处理的方法是：能转移负荷停电处理的尽量停电处理；不能停电的，若在电流互感器处开路，限于安全距离，人不能靠近处理，只能降低负荷电流，渡过高峰后再停电处理；如果是盘后端子排上螺丝松动，可站在绝缘垫上，带手套，用有绝缘把的改锥，动作果断迅速地拧紧螺丝。

8. 运行电压高或低对变压器有何影响？答：若加于变压器的电压低于额定值，对变压器寿命不会有任何不良影响，但将影响变压器容量不能充分利用。

若加于变压器的电压高于额定值，对变压器是有不良影响的。

当外加电压增大时，铁芯的饱和程度增加，使电压和磁通的波形发生严重的畸变，且使变压器的空载电流大增。

电压波形的畸变也即出现高次谐波，这要影响电能的质量，其危害如下：（1）引起用户电流波形的畸变，增加电机和线路上的附加损耗。

（2）可能在系统中造成揩波共振现象，导致过电压使绝缘损坏。

（3）线路中电流的高次谐波会影响电讯线路，干扰电讯的正常工作。

（4）某些高次谐波会引起某些继电保护装置不正确动作。

9. 变压器中性点是接地好，还是不接地好？中性点套管头上平时是否有电压？答：现代电力系统中变压器中性点的接地方式分为三种：中性点不接地；中性点经消弧线圈接地；中性点直接接地。

在中性点不接地系统中，当发生单相金属性接地时，三相系统的对称性不被破坏，在某些条件下，系统可以照常运行，但是其他两相对地电压升高到线电压水平。

当系统容量较大，线路较长时，接是电弧不能自行熄灭。

为了避免电弧过电压的发生，可采用经消弧线圈接地的方式。

在单相接地时，消弧线圈中的感性电流能够补偿单相接地的电容电流。

既可保持中性点不接地方式的优点，又可避免产生接地电弧的过电压。

随着电力系统电压等级的增高和系统容量的扩大，设备绝缘费用占的比重越来越大，采用中性点直接接地方式，可降低绝缘的投资。

我国110千伏、220千伏、330千伏及500千伏系统中性点皆直接接地。

380伏的低压系统，为方便的抽取相电压，也直接接地。

关于变压器中性点套管上正常运行时有没有电压问题，这要具体情况具体分析。

理论上讲，当电力系统正常运行时，如果三相对称，则无论中性点接地方式如何，中性点的电压等于零。

但是，实际上三相输电线对是电容不可能完全相等，如果不换位或换位不当，特别是在导线垂直排列的情况下，对于不接地系统和经消弧线圈接地系统，由于三相不对称，变压器的中性点在正常运行会有对地电压，对消弧线圈接地系统，还和补偿程度有关。

对于直接接地系统，中性点电固定为地电位，对地电压应为零。

10. 突然短路对变压器有哪些危害？答：当变压器一次加额定电压，二次端头发生突然短路时，短路电流很大，其值可达额定电流的20~30倍（小容量变压器倍数小，大容量变压器倍数大）。

强大的短路电流产生巨大的电磁力，对于大型变压器来说，沿整个线圈圆柱体表面的径向压力可能达几百吨，沿轴向位于正中位置承受压力最大的地方其轴向压力也可能达几百吨，可能线圈变形、蹦断甚至毁坏。

短路电流使线圈损耗增大，严重发热，温度很快上升，导致线圈的绝缘强度和机械强度降低，若保护不及时动作切除电源，变压器就有可能烧毁。

11. 电压互感器的一、二次侧装熔断器是怎样考虑的？答：电压互感器一次侧装熔断器的作用是：（1）防止电压互感器本身或引出线故障而影响高压系统（如电压互感器所接的那个电压等级的系统）的正常工作。

（2）保护电压互感器本身。

但装高压侧熔断器不能防止电压互感器二次侧过流的影响。

因为熔丝截面积是根据机械强度的条件而选择的最小可能值，其额定电流比电压感器的额定电流大很多倍，二次过流时可能熔断不了。

所以，为了防止电压互感器二次回路所引起的持续过电流，在电压互感器的二次侧还得装设低压熔断器。

装于室内配电装置的高压熔断器，是装有石英填料的，能截断1000兆瓦的短路功率。

在110千伏及以上电压的配电装置中，电压互感器高压侧不装熔断器。

这是由于高压系统灭弧问题较大，高压熔断器制造较困难，价格也昂贵，且考虑到高压配电装置相间距离大，故障机会较少，故不装设。

二次侧短路的保护由二次侧熔断器担负。

二次侧出口是否装熔断器有几个特殊情况：（1）二次开口三角接线的出线端一般不装熔断器。

这是唯恐接触不良发不出接地信号，因为平时开口三角端头无电压，无法监视熔断器的接触情况。

但也有的供零序过电压保护用，开口三角出线端是装熔断器的。

（2）中性线上不装设熔断器。

这是避免熔丝熔断或接触不良使断线闭锁失灵，或使绝缘监察电压表失去指示故障的作用。

（3）用于自动励磁调整装置的电压互感器二次侧一般不装设熔断器。

这是为了防止熔断器接触不良或熔断，使自动励磁调整装置强行励磁误动作。

（4） 220千伏的电压互感器二次侧现在一般都装设空气小开关而不用熔断器，以满足距离保护的需要。