变压器的原理和应用

变压器是一种特殊的变压器，广泛用于电源系统中，以向测量仪器和继电器的电压或电流线圈供电. 它是电力系统中电源气体测量和电气保护的重要设备. 变压器分为电压互感器和电流互感器. 电压互感器是专用于传输和转换电压信息的特殊变压器. 它将系统的高压变为标准值的低压，通常为100V（或100 / 3V，100 / V）；电流互感器是一种特殊的互感器，用于传输和转换电流信息，将高压系统中的电流或低压系统中的大电流转换为低压，标准值小电流，通常为5A或1A ，用于由其供电的测量仪器，仪表和继电器.

自1950年代初以来，我国开始根据原型和从国外获得的数据来模仿变压器. 沉阳变压器厂于1953年翻译了苏联的图纸，并建立了模仿苏的产品系列. 1958年后，它开始根据仿制品进行设计. 沉阳变压器厂和华通开关厂成功试制了10kV环氧树脂浇铸电流互感器，替代了仿苏产品. 1970年以后，我国变压器的整体技术水平得到了进一步提高，变压器制造商不断完善和完善产品，品种也在不断增加. 当时我国已经具有国际变压器行业最高电压水平的产品制造能力. 到目前为止，我国已生产出电压规格为0.5kV-500kV，最大电流为25000A的各种规格的电流互感器，并形成了较为完整的系列.

根据1975年我国变压器行业的发展需求，对模仿的苏联标准JB572-575-1964进行了修订，并上升至国家标准GBl207-1975“电压互感器”和GBl208-1975“电流互感器”. 1986年，国家标准发生了重大变化，修订为国家标准GBl207-1986“电压互感器”和GBl208-1987“电流互感器”，等效采用了IEC标准185和186. 1997年对国家标准进行了修订. 实质性更改，修订为国家标准GBl207-1997“电压互感器”和GBl208-1997“电流互感器”，等效于使用IEC标准IECl85: 1987和IEC186: 1987. 在2006年，它被修订为国家标准GBl207-2006“电压互感器”和GBl208-2006“电流互感器”.

4.4.0变压器的功能和优点

（1）扩大了仪器的测量范围，可以使用普通的电流表或电压表来测量大电流和高电压.

（2）将测量仪器，仪表和保护控制装置与高压隔离，以保护仪器和人员的安全.

（3）有利于仪器，仪表以及保护和控制设备的小型化和标准化. 例如，电流互感器二次电流表的标准电流为5A或1A，电压互感器二次电压表的标准电压为100V.

4.4.1电流互感器的分类

根据用途: （1）进行测量； （2）保护.

根据设备的类型: （1）室内类型； （2）户外型.

根据绝缘介质: ⑴油绝缘； ⑵铸造绝缘； ⑶干式绝缘； ⑷瓷绝缘； ⑸气体绝缘.

根据结构类型

⑴根据安装方式的不同，可以分为穿透式和立柱式；

⑵根据初级绕组的形式，可分为单匝型和多匝型；

⑶按当前比例将系列分为级联型和单级型；

⑷根据次级绕组的组装位置，分为直立结构和倒置结构；

⑸根据电流比，可以分为单电流比，多电流比和复合电流比.

根据电流转换原理: ⑴电磁型； ⑵光电型.

4.4.2变压器

电压互感器缩写为PT和TV. 其次级线圈（即次级侧）的额定电压通常为100V或100 /√3V. 在不同范围内使用时，初级线圈（初级侧）的匝数不同. 初级额定电压为3、6、10、35、110、220、500kV等. 初级线圈端子标记通常由A，B（或A，N）表示，次级侧由a，b表示（或a，n）.

变压器的变压比Ku是一次侧和二次侧的额定电压之比:

（4-14）

U1 ----额定一次电压

U2 ----额定二次电压

因此，使用电压互感器时，读数应乘以Ku. 一些电表可以直接读取.

电压互感器误差: 电压误差是次级电压的测量值与额定互感比与实际初级电压之积，以百分比表示；

----额定电压比; U1 ----实际一次电压; U2 ----施加U1时实际测得的二次电压

相位差是旋转180°的次级电压相量与初级电压相量之间的角度. 通过理想变压器的相位差为零来确定相量方向. 当相位差为正时，°后的相位差领先于初级电压相量. 否则为负.

电压互感器的误差与次级负载，功率因数和初级电压等工作参数有关.

JDZ10-10变压器JDZ-10型变压器

变压器的连接形式

（1）单相接线

此连接方法仅适用于测量相间电压. 如果变压器的初级绕组的一端连接到线路，而另一端接地，则变压器可以测量一定的相对接地电压.

（2）V-V接线

两个单个互感器连接成一个不完整的星形（V-V形），用于测量每相之间的电压，但不能测量相对地电压. 广泛用于20kV以下中性点不接地或消弧线圈接地的电网中.

（3）Y-Y接线

三个单个互感器的初级和次级以Y形连接电流互感器符合，可以为需要线路电压的仪器和继电器以及需要相电压的绝缘监测电压表供电.

（4）Y0 / Y0 / D接线

使用三个单相三绕组电压互感器形成Y0 / Y0 / D接线. 在这种接线方法中，次级绕组用于测量相间电压和相对接地电压，辅助次级绕组连接到一个空心三角形中以检测零序电压.

使用电压互感器时应注意以下事项:

1）操作期间不得使变压器的次级侧短路. 在正常操作期间，次级侧的电流非常小，接近开路状态. 次级侧短路时电流互感器符合，电流大（次级侧阻抗非常小），会烧坏设备.

2）变压器的次级侧必须一端接地，以防止初级侧和次级侧击穿，高压进入次级侧，危及人身和设备安全.

3）对变压器进行接线时，请注意初级端子和次级端子的极性. 为了确保测量的准确性.

4）变压器的一次侧和二次侧通常应配备保险丝作为短路保护，并且一次侧应配备一个隔离开关以进行安全维护.

5）初级侧与线路并联.

模型示例:

JDZ（X）10-3,6,10

J变压器

D单相单相

Z投射类型

X带有剩余电压绕组

10个设计编号设计编号

3,6,10电压水平（kV）

4.4.3电流互感器

电流互感器称为CT或TA. 它由铁芯和线圈组成. 它使用变压器来改变电流的工作原理. 初级侧的大电流按比例转换为5A或1A的标准小电流，适合仪器或继电器使用. 这使得可以通过使用普通的电流表来测量大电流，从而扩大了量程. 它也可以连接到电能表或功率计的电流线圈，以进行电能测量和功率测量.

当初级侧短路以限制次级侧电流增加倍数时，用于测量的电流互感器的芯应易于饱和. 当初级侧短路时，用于继电器保护的磁芯不应饱和，以使次级侧的电流与初级侧的电流成比例地增加. 电磁电流互感器（以下称为电流互感器）广泛用于电力系统. 它的工作原理类似于变压器. 电流互感器一次，二次电流之比称为电流互感器的额定电流比.

（4-15）

在公式中: IN1 ----初级线圈的额定电流A;

IN2 ----次级线圈的额定电流5A或1A.

次级额定电流通常设置为5A或1A. 接线图如图4-17所示. 可变比率系列有: 15、20、50、100、150、200、300、400、500、600、700、800、1000、2000 ...等.

（a）LMZB-10电流互感器; （b）LCZ-35电流互感器

4-17电流互感器接线图

电流互感器接线时应注意以下几点:

1）在使用过程中，切勿打开电流互感器的次级侧. 在使用过程中拆卸仪器或继电器时，应预先将次级侧短路. 在安装过程中，接线应可靠，并且次级侧不得安装保险丝；

2）次级侧的一端必须接地. 为防止一次侧和二次侧的绝缘损坏以及高压进入二次侧，危及人员和设备的安全；

3）接线时请注意极性. 字母表示电流互感器一次侧和二次侧的极性端子.

4）一次侧在电路中串联，二次侧的继电器或测量仪器串联.

模型示例:

LMZB7-10GYW1

L电流互感器

M母线类型

Z投射类型

具有防护等级的B

7个设计编号

设备最高电压10（kV）

GYW1高原肮脏

4.4.4电子变压器

电力系统一直使用电磁CT（电流互感器）和PT（电压互感器）来测量一次侧的电流和电压，从而为二次测量和保护设备提供电流和电压信号. 电磁变压器的运行基于电磁感应原理. CT的额定输出信号为1 A或5 A，PT的额定输出信号为100 V或100 /√3V. 电磁变压器的缺点是: ①绝缘困难，特别是500 kV以上. 绝缘增加了变压器的体积，质量和价格； ②动态范围小，电流大时，CT会饱和. 将影响二级保护设备正确识别故障； ③变压器的输出信号不能直接与计算机化的测量和保护设备接口； ④容易产生铁磁共振. 电子式电流互感器是无铁芯的电力互感器，绝缘结构简单可靠，体积小，质量轻，线性度好，无饱和现象，输出信号可直接与计算机化的计量保护设备接口. 现代光学技术和微电子技术的发展使电子变压器的发展和实用性成为现实.

与传统的电磁感应电流互感器相比，电子互感器具有以下一系列优点:

1. 优良的绝缘性能和便宜的价格

电磁感应电流互感器的高压母线和次级线圈通过铁芯耦合. 它们之间的绝缘结构复杂，并且其成本随电压水平呈指数增长. 电子变压器中使用的材料是玻璃和光纤等绝缘材料来传递信息，因此绝缘结构简单，其成本通常随电压水平的升高而线性增加.

2. 没有铁芯，消除了磁饱和和铁磁共振等问题

由于使用铁芯，电磁感应电流互感器不可避免地会出现磁饱和，铁磁谐振和磁滞等问题，而电子变压器则不会出现此类问题.

3. 具有良好的抗电磁干扰性能，在低压侧没有开路和高压的危险

电磁感应电流互感器的二次电路无法断开，存在低压侧断路的危险. 由于电子变压器的高压侧和低压侧之间仅存在光纤连接，并且光纤具有良好的绝缘性能，因此可以确保高压电路和次级电路完全电隔离，低压侧没有开路和高压的危险，消除了电磁干扰.

4. 动态范围大，测量精度高

当电网正常运行时，流经电流互感器的电流不大，但短路电流通常较大，并且随着电网容量的增加，短路电流变大，并且更大. 由于磁饱和问题，电磁感应电流互感器难以实现测量，同时又满足高精度测量和继电保护的需要. 电子变压器的动态范围很广，额定电流可以测量数万安培和数千安培，过电流范围可以达到数万安培. 电子变压器可以同时满足计量和继电保护的需求，并且可以消除多台CT的冗余需求.

5. 宽频率响应范围

传感器头部分的频率响应取决于光纤在传感器头上的传输时间. 可以测量的实际频率范围主要取决于电子电路部分. 光电电流互感器已被证明可以测量高压电力线上的谐波，以及测量电网电流瞬变，高频大电流和直流电. 电磁感应电流互感器很难进行这项工作.

6. 储油不会引起易燃和爆炸危险

电磁感应电流互感器一般采用储油的方法来解决绝缘问题，不可避免地存在易燃，爆炸等危险；光电电流互感器的绝缘结构简单，可以采用油绝缘. 从结构上讲，可以避免这种危险.

7. 体积小，重量轻，节省空间

光电电流互感器传感器头的重量通常小于1kg. 根据西屋公司发布的345kV M电子变压器，其高度为2.7m，重量为109kg. 相同电压等级的油浸式电流互感器高5.3m，重2300kg，为运输和安装提供了极大的方便.

8. 适应电力计量保护的数字化，微机化和自动化发展趋势

随着计算机和数字技术的发展，功率计量和继电保护已变得越来越自动化和计算机化. 电磁感应电流互感器的5A或1A输出规格必须使用光转换技术与计算机连接，并且电子变压器本身是使用光电技术的数字设备，可以直接输出到计算机以避免中间链接.

总而言之，尽管目前的电子变压器也有较高的处理要求，但电源问题不易解决，并且传感器头对温度和振动敏感等问题需要克服，但是电子变压器具有传统的特点. 电磁变压器变压器的无与伦比的优点是其结构简单和灵敏度高. 它是传统电磁变压器的理想替代品，将在未来的电力行业中广泛使用. 因此，主要发达国家竞相投资研发，电子变压器已成为变压器的研究重点.

4.4.5变压器的精度

精度等级: 对于变压器给出的误差等级，在规定的使用条件下，变压器的误差应在规定的极限范围内.

1. 电流互感器的精度等级

对于用于测量或计量的电流互感器，准确度标称是在额定电流下指定的最大允许电流百分比，例如0.2、0.5等.

准确性

电流误差（±％）处于以下额定电流（％）

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