工頻試驗變壓器的結構及原理/選用要求

一、工頻試驗（yàn）變（biàn）壓器的（de）結構

主要分為（wéi）以下（xià）幾大部分（fèn）：

1.鐵芯：

材料：采用高磁導率、低損耗的冷軋矽鋼（gāng）片疊壓而成。

結構：通（tōng）常為（wéi）單相芯式結構(同芯柱（zhù）式)，以減小漏磁和體積。高壓繞（rào）組和低壓(勵磁)繞組同（tóng）心（xīn）地套（tào）在同一（yī）鐵芯柱上。

特點：磁路對稱，磁阻（zǔ）小，有利於提高效率和（hé）減少空載（zǎi）電流。

2.繞組：

高壓繞組(HVWinding)：

位（wèi）置：位於外層(遠離鐵芯)。

結構：采用層式或分段層式結（jié）構。匝數非常多，導線截麵相對較小(因電流小)。

絕緣：每層或每（měi）段之間有強（qiáng）固的匝間和層間絕緣(如電纜紙、聚酯薄膜、Nomex紙（zhǐ）等)。繞組端部有特殊的靜電屏蔽環或均壓環，以改善電場分布，防止局部放電（diàn）和電暈。

抽頭：通常有多個抽頭，通（tōng）過分（fèn）接開關連接到調（diào）壓裝置，實現輸出電壓的連續可（kě）調。

低壓繞組(勵磁繞組)(LVWinding)：

位（wèi）置：位於內層(靠近鐵芯)。

結構：匝（zā）數少，導線截麵較大(承載勵磁電流（liú）)。

絕緣：對地絕緣要求高，但匝間電壓較（jiào）低，絕緣相（xiàng）對簡單。

測量/保護繞組(可選)：有時會（huì）設置一（yī）個獨立（lì）的、匝數較少的第三繞組，用於連接測量儀表或過電壓保護裝置。

3.絕緣與冷卻介質（zhì）：

油浸式(主流)：

介質：填充高（gāo）品質的礦物絕緣油或（huò）合成（chéng）酯絕緣油。

作用：

絕緣：主絕緣介質，承受繞組之（zhī）間、繞組對地的極（jí）高電壓。

冷卻：通（tōng）過油的（de）自然對流或強製循環(帶油泵（bèng）)帶（dài）走熱（rè）量(試驗時間短，熱負荷相對（duì）小)。

滅弧：在發生內部閃絡時抑製電弧。

結構：變壓器整體密封在金屬油箱內，油箱設計需承受內部壓力。有油（yóu）枕(膨脹器)調節油體積變化。

幹式(環氧樹脂澆注)：

介質：高壓繞組（zǔ）(有時（shí）連（lián）同低壓繞組)用高（gāo）絕緣強度的環（huán）氧樹（shù）脂在真空下澆注（zhù）固化。

優點：防火、防爆、免維護、無汙染、體積相對小。

缺點：散熱能（néng）力（lì）相（xiàng）對油浸式差，容量和電壓等級通常較低(目前技術可達（dá）幾百kV)，成本較高。

應用（yòng）：常用於室內、對防火要求高（gāo）的場（chǎng）所（suǒ）或作為串（chuàn）級試驗變壓器的第一級。

4.油箱與外殼：

油浸式：堅固的（de）鋼板焊接油箱，能承受內部故障壓力。裝有油位計、壓力釋放裝置、注油（yóu）/放油（yóu）閥、取樣閥等。

幹式：通常有防護外殼(金屬網或非金屬)，提供（gòng）機械保護和一定的通風散熱。

5.套管：

高壓套管：將高壓繞組引線引出油箱(油浸式)或外（wài）殼(幹式（shì）)的關鍵部件。承受極高的對地電（diàn）壓，是（shì）絕緣的薄弱點之一。采用電（diàn）容式套管(內部有電容均壓屏)或高品質的環氧樹脂澆注套管，確保沿麵爬電距（jù）離足夠長，表麵電場（chǎng）均勻。

低壓套管：承受電壓較低，結構相對簡（jiǎn）單(瓷套管或（huò）環氧樹脂套管)。

6.調（diào）壓裝（zhuāng）置(外部或內置)：

作用：平滑、連續地（dì）調節施加在低壓繞組上的電壓，從而控製高（gāo）壓輸（shū）出。

類型：

自（zì）耦（ǒu）調（diào）壓器（qì）：結構簡（jiǎn）單，經濟，但輸出（chū）電壓（yā）波形易畸變，容量受限。

感應調壓器：輸出電壓波（bō）形好，調節範圍寬，容量較大，但體積大、效率較低。

移圈調壓器：無觸（chù）點，壽命長（zhǎng），容量大，輸出電壓波形（xíng）好，是高（gāo）壓試（shì）驗（yàn）變壓器最（zuì）常（cháng）用的配套調壓（yā）設備。

電動發電機組(早期)：已很少使用。

電力電子調壓(如SCR調壓)：體積（jī）小，響應快，但可能引入諧波，需配合濾波器使用。

7.保護電阻：

位置：串聯（lián）在高（gāo）壓輸出端與被（bèi）試品之間。

作用：

限製短路電（diàn）流：當被試品擊穿時，限製放電電流，保護試驗變壓器和測（cè）量設備免受過大電流衝擊。

阻尼振（zhèn）蕩：抑製因擊穿或操作引起的（de）過電壓振蕩。

穩定測量：使輸出電壓在擊（jī）穿瞬（shùn）間不會驟降（jiàng）為零，便於觀（guān）察擊穿現象。

二、工頻試驗變壓器的工作原理

其工作原理（lǐ）基於電磁（cí）感應定律（lǜ），本質上（shàng）是一個升壓變壓器。

1.基本電磁感應：

交流電源(通常為工頻（pín）50/60Hz)通過調壓裝置(T)施加到低壓(勵磁)繞組(N1)上，產生交變電流（liú）(I1)。

該交變電（diàn）流（liú）在鐵芯中建立交變主磁通（tōng）(Φ)。

交變主磁通同（tóng）時穿過高壓繞組(N2)，根據法拉第電磁感應（yīng）定律，在高壓繞組兩端感（gǎn）應出電動勢(E2)。

在空載或輕載(被試（shì）品阻（zǔ）抗（kàng）大)時，感應電動勢近似等於輸出電壓(U2)。

2.電壓變換（huàn）關係：

理想情況下，高壓側空載輸出電壓(U2)與低壓側輸入電壓(U1)之比等於高壓繞組匝數(N2)與低壓繞組匝數(N1)之比，即：

因此，通（tōng）過設計很高的（de）變比K，就能將較低的（de）輸入電壓(如幾百（bǎi）伏)升高到所需的試驗電壓(如幾十、幾百千（qiān）伏甚至更高（gāo）)。

3.關鍵工作（zuò）特性：

高阻抗（kàng）電壓：試驗變壓器的短路阻抗(主（zhǔ）要是漏抗)設計得比電力變壓器高很多(通常在5%-30%範圍)。這主要是為了（le）：

限（xiàn）製短路（lù）電流：當被（bèi）試品擊穿(相當於短路)時（shí），高阻（zǔ）抗（kàng）能有效限製（zhì）短路電流（liú）的幅值，保護變壓器本身和（hé）電源回（huí）路。

維持電壓穩定性：在容性負載(被試品多為電容性，如電纜、GIS、套管)下，高漏抗可以補償部分容性電流引起的電壓升高(“容升效應”)，使輸出電壓更接（jiē）近空（kōng）載（zǎi）電壓。

短時過載能力：考慮（lǜ）到高壓（yā）試驗通常是短時間(幾分鍾)的，試驗變壓器設計允（yǔn）許在短時間內承受遠（yuǎn）大於其額（é）定容量的負載（zǎi）(如1.5-2倍額定電流)。但其（qí）持續（xù）運行容量（liàng）遠（yuǎn）低於同體積的電力變壓器。

波形要求：試驗電壓波形應盡可能接近正弦波，以保（bǎo）證試驗的有效（xiào）性(標準（zhǔn）要求總諧波畸變率THD<5%)。這對調壓裝置和（hé）鐵芯設計(避免飽和)提出了要求。

三、總結

結構核心：特殊設計的高壓繞組（zǔ）(層式/分段、強絕（jué）緣、均壓措（cuò）施)浸泡在優（yōu）質絕緣油(或環氧樹脂澆注)中，配合高壓套（tào）管引出，鐵芯提供高效（xiào）磁路。

原理本質：基於電磁感應實現工頻電壓的大幅度升高（gāo）(升壓變壓器)。

關鍵特性：高輸出電壓、高短路阻抗(限製短路電流、穩定容性負載電壓)、短時大過載能力、對輸出電壓（yā）波形要（yào）求高。

應用目標：為電（diàn）力設備(電纜、變壓器（qì）、開關（guān）、絕緣子等)提供符合標準要求的工頻（pín）高電壓（yā），以考核其絕（jué）緣強度和發（fā）現絕緣缺陷。

理解其結構和（hé）原理對於正確（què）操作試驗變壓器、解讀試驗結果（guǒ）以及診（zhěn）斷設備故障至（zhì）關重要。