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摘要：电力变压器对于电力系统的正常运行具有重要作用，加强电力变压器继电保护装置的设计，可以提升电力变压器的稳定性，从而保证电力系统供电的连续性和可靠性。本文主要介绍了电力变压器的设计与装置内容，仅供参考。
关键词：电力变压器 计算与核算 结构装配 短路、断线措施
中图分类号：TM41文献标识码：A文章编号：
简介：
电力变压器（power transformer）是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。
变压器是由绕在同一铁芯上的两个或两个以上的线圈绕组组成，绕组之间是通过交变磁场而联系着并按电磁感应原理工作。变压器安装位置应考虑便于运行、检修和运输，同时应选择安全可靠的地方。在使用变压器时必须合理地选用变压器的额定容量。变压器空载运行时，需用较大的元功率。这些元功率要由供电系统供给。变压器的容量若选择过大，不但增加了初始的投资，而且使变压器长期处于空载或轻载运行，使空载损耗的比重增大，功率因数降低，网络损耗增加，这样运行即不经济又不合理。变压器容量选择过小，会使变压器长期过负荷，易损坏设备。因此，变压器的额定容量应根据用电负荷的需要进行选择，不宜过大或过小。以下是三相油浸式电力变压器外图形，供参考：
三相油浸式电力变压器外形图
1、电力变压器计算程序：
记录原始数据：产品主要技术参数等→{[选定硅钢片品种牌号及铁心结构型式；计算铁心柱直径，设计算铁心柱和铁轭截面→选择铁心术磁通密度，计算每匝电势→先计算低压线圈匝数，凑成整数；重算每匝电→势及磁通密度，再计算高压线圈匝数→线圈及绝缘结构设计；试算阻抗电压，不合要求时调整线圈高度→估算线圈损耗，估算线圈对油温升→計算空载性能]另选铁心柱直径}→计算短电磁力级器身重量计算铁心和线圈的机械强度→绘制变压器总体平面布置图；引线及分接开关结构设计；确定尺寸及冷却装置→ 计算负载性能→计算温升，不合要求时，调整冷却装置数目。
低压线圈线电压：低压线圈为△联接。低压线圈相电压等于线电压Uφ＝11000V1.高压线圈电流：高压线圈为Y联结，其线电流等于相电。
高压线圈电流：高压线圈为Y联结，其线电流等于相电流。IN=Iφ=S/3UN=150.3A2低压线圈电流：低压线圈为△联接，低压线圈线电流为：IN2=S/3U=1653.4A低压线圈相电流为：Iφ=IN/3＝S/3UN＝954.6A
2、220KV电力变压器主绝缘结构装配
如图（1）：
2. 1 高压线圈工频耐压的核算
一分钟工频耐压试验主要考核变压器的主绝缘，对于220KV电力变压器的工频试验电压为400KV，需采用感应试验方法。感应高压试验对主绝缘和纵绝缘都进行了考验，其优势在于避免了因低压侧电压的升高而引起的铁磁饱和及励磁电流过大，使铁心损耗加大和线圈发热，电源应采用较高频率，一般为100~250Hz。对于分级绝缘的变压器感应耐压实验时，试验电压沿轴向高度的分布和所在点的总匝数成正比。因此主绝缘和纵绝缘的试验有其特殊之处。 核算过程如下： 线圈间油隙最小击穿场强与距离关系图求最小允许场强Exmin低压线圈外表面。理由如下：
因为S=0.45/2,油隙宽度Dy=8mm，则Exmin=74*1.15=85.1KV/cm
高压线圈内表面：
因为S=1.95/2油隙宽度Dy=8mm，则Exmin=85*1.15=98KV/cm
由式Umin=Ey（∑Dy+εy/εz*∑Dz）求最小允许电压，采用综合修正系数K=1.25/1.15=1.1 ；
则低压线圈外表面：
U1min=85.1*（6.0+1.2*0.5）/1.1 =561.7KV 绝缘裕度为：561.7/400=1.3>1.25
能够满足技术要求：
高压线圈内表面：U2min=98*（6.0+0.5*1.2）/1.1 =646.8KV绝缘裕度为：646.8/400=1.617>1.25
高压线圈冲击耐压核算：
冲击耐压试验是判断变压器绝缘在雷电冲击电压下的耐电强度最基本试验，其列入变压器型式试验，包括全波和截波，本次考察其全波作用下的强度。冲击试验对绝缘结构中的纵绝缘是严格的考验。其核算步骤如下：查冲击系数表可知，中部出线时的全波冲击系数为
对于双线圈变压器主绝缘结构，根据冲击测量结果：两个线圈间全波电位差为112%。
折算成为工频电压：Ug=1.12*945/(2*√2) =1.12*945/2.828
3、电流互感器二次电路断线或短路时的对策
微机型变压器差动保护对判别其TA二次电路的断线或短路故障比较困难。原因是单纯通过本身的电流量去判断接线比较复杂的TA二次电路中多种多样的断线和短路故障，很难与各种各样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器差动保护都只是配有简单的TA二次电路断线判别元件。针对这种情况，介绍一种由电流量和电压量共同判别TA二次电路断线或短路的判别原理，它特别适合于主后备一体化方式的微机型变压器保护装置。变压器差动保护的差流异常报警和TA二次电路断线或短路判据有：
（1）差流异常告警。当任何相差流的有效值大于告警门槛值，而且连续满足该动作条件的时间超过10 s时，保护装置发出差流异常告警信号，但是不封闭锁比率差动保护。该项功能兼有TA二次电路断线或短路、采样通道异常（器件损坏或特性改变等）、外部接线回路不正常等情况的综合告警作用。
（2）瞬时TA断线或短路告警。该判据在保护启动后满足以下任一条件时开放比率差动保护。
a 任一侧任一相的电压元件有突变启动；
b 任一侧负序电压大于门槛值；
c 启动后任一侧的任一相电流比启动前增大；
d 启动后最大相电流大于1.2 Ie 。
如果上述排除系统故障或扰动的判据不满足，而差动电流的工作点满足公式（9）时略：，那么保护判别为TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故障。
Id ≥ Idset
Id ≥ k· Iz
式中，Idset为检查断线或短路差动电流门槛值；k为检查断线或短路的比率系数。
由于以上判据选择了电流量和电压量综合判别，所以对TA二次电路的各种断线或短路情况都能够很好地判别出来。因此，不仅全面增加了电流互感器二次电路故障情况的判别类型范围，而且对其二次电路的各种各样的断线或短路情况判别得更准确、更可靠、更全面。当然，为了满足不同客户的要求，该判据可以有不同的选择策略。
参考文献：
[1]220kV电力变压器绝缘设计（第一部分） 2010-02-20 11:37:11
[2]110kV电力变压器设计计算_百度文库
[3]35KV电力变压器设计手册_百度文库
[4]电力变压器继电保护装置设计工业技 李俊网络 出版时间2012-11-01 14:3
关键词：电力变压器 计算与核算 结构装配 短路、断线措施
中图分类号：TM41文献标识码：A文章编号：
简介：
电力变压器（power transformer）是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。
变压器是由绕在同一铁芯上的两个或两个以上的线圈绕组组成，绕组之间是通过交变磁场而联系着并按电磁感应原理工作。变压器安装位置应考虑便于运行、检修和运输，同时应选择安全可靠的地方。在使用变压器时必须合理地选用变压器的额定容量。变压器空载运行时，需用较大的元功率。这些元功率要由供电系统供给。变压器的容量若选择过大，不但增加了初始的投资，而且使变压器长期处于空载或轻载运行，使空载损耗的比重增大，功率因数降低，网络损耗增加，这样运行即不经济又不合理。变压器容量选择过小，会使变压器长期过负荷，易损坏设备。因此，变压器的额定容量应根据用电负荷的需要进行选择，不宜过大或过小。以下是三相油浸式电力变压器外图形，供参考：
三相油浸式电力变压器外形图
1、电力变压器计算程序：
记录原始数据：产品主要技术参数等→{[选定硅钢片品种牌号及铁心结构型式；计算铁心柱直径，设计算铁心柱和铁轭截面→选择铁心术磁通密度，计算每匝电势→先计算低压线圈匝数，凑成整数；重算每匝电→势及磁通密度，再计算高压线圈匝数→线圈及绝缘结构设计；试算阻抗电压，不合要求时调整线圈高度→估算线圈损耗，估算线圈对油温升→計算空载性能]另选铁心柱直径}→计算短电磁力级器身重量计算铁心和线圈的机械强度→绘制变压器总体平面布置图；引线及分接开关结构设计；确定尺寸及冷却装置→ 计算负载性能→计算温升，不合要求时，调整冷却装置数目。
低压线圈线电压：低压线圈为△联接。低压线圈相电压等于线电压Uφ＝11000V1.高压线圈电流：高压线圈为Y联结，其线电流等于相电。
高压线圈电流：高压线圈为Y联结，其线电流等于相电流。IN=Iφ=S/3UN=150.3A2低压线圈电流：低压线圈为△联接，低压线圈线电流为：IN2=S/3U=1653.4A低压线圈相电流为：Iφ=IN/3＝S/3UN＝954.6A
2、220KV电力变压器主绝缘结构装配
如图（1）：
2. 1 高压线圈工频耐压的核算
一分钟工频耐压试验主要考核变压器的主绝缘，对于220KV电力变压器的工频试验电压为400KV，需采用感应试验方法。感应高压试验对主绝缘和纵绝缘都进行了考验，其优势在于避免了因低压侧电压的升高而引起的铁磁饱和及励磁电流过大，使铁心损耗加大和线圈发热，电源应采用较高频率，一般为100~250Hz。对于分级绝缘的变压器感应耐压实验时，试验电压沿轴向高度的分布和所在点的总匝数成正比。因此主绝缘和纵绝缘的试验有其特殊之处。 核算过程如下： 线圈间油隙最小击穿场强与距离关系图求最小允许场强Exmin低压线圈外表面。理由如下：
因为S=0.45/2,油隙宽度Dy=8mm，则Exmin=74*1.15=85.1KV/cm
高压线圈内表面：
因为S=1.95/2油隙宽度Dy=8mm，则Exmin=85*1.15=98KV/cm
由式Umin=Ey（∑Dy+εy/εz*∑Dz）求最小允许电压，采用综合修正系数K=1.25/1.15=1.1 ；
则低压线圈外表面：
U1min=85.1*（6.0+1.2*0.5）/1.1 =561.7KV 绝缘裕度为：561.7/400=1.3>1.25
能够满足技术要求：
高压线圈内表面：U2min=98*（6.0+0.5*1.2）/1.1 =646.8KV绝缘裕度为：646.8/400=1.617>1.25
高压线圈冲击耐压核算：
冲击耐压试验是判断变压器绝缘在雷电冲击电压下的耐电强度最基本试验，其列入变压器型式试验，包括全波和截波，本次考察其全波作用下的强度。冲击试验对绝缘结构中的纵绝缘是严格的考验。其核算步骤如下：查冲击系数表可知，中部出线时的全波冲击系数为
对于双线圈变压器主绝缘结构，根据冲击测量结果：两个线圈间全波电位差为112%。
折算成为工频电压：Ug=1.12*945/(2*√2) =1.12*945/2.828
3、电流互感器二次电路断线或短路时的对策
微机型变压器差动保护对判别其TA二次电路的断线或短路故障比较困难。原因是单纯通过本身的电流量去判断接线比较复杂的TA二次电路中多种多样的断线和短路故障，很难与各种各样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器差动保护都只是配有简单的TA二次电路断线判别元件。针对这种情况，介绍一种由电流量和电压量共同判别TA二次电路断线或短路的判别原理，它特别适合于主后备一体化方式的微机型变压器保护装置。变压器差动保护的差流异常报警和TA二次电路断线或短路判据有：
（1）差流异常告警。当任何相差流的有效值大于告警门槛值，而且连续满足该动作条件的时间超过10 s时，保护装置发出差流异常告警信号，但是不封闭锁比率差动保护。该项功能兼有TA二次电路断线或短路、采样通道异常（器件损坏或特性改变等）、外部接线回路不正常等情况的综合告警作用。
（2）瞬时TA断线或短路告警。该判据在保护启动后满足以下任一条件时开放比率差动保护。
a 任一侧任一相的电压元件有突变启动；
b 任一侧负序电压大于门槛值；
c 启动后任一侧的任一相电流比启动前增大；
d 启动后最大相电流大于1.2 Ie 。
如果上述排除系统故障或扰动的判据不满足，而差动电流的工作点满足公式（9）时略：，那么保护判别为TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故障。
Id ≥ Idset
Id ≥ k· Iz
式中，Idset为检查断线或短路差动电流门槛值；k为检查断线或短路的比率系数。
由于以上判据选择了电流量和电压量综合判别，所以对TA二次电路的各种断线或短路情况都能够很好地判别出来。因此，不仅全面增加了电流互感器二次电路故障情况的判别类型范围，而且对其二次电路的各种各样的断线或短路情况判别得更准确、更可靠、更全面。当然，为了满足不同客户的要求，该判据可以有不同的选择策略。
参考文献：
[1]220kV电力变压器绝缘设计（第一部分） 2010-02-20 11:37:11
[2]110kV电力变压器设计计算_百度文库
[3]35KV电力变压器设计手册_百度文库
[4]电力变压器继电保护装置设计工业技 李俊网络 出版时间2012-11-01 14:3