工頻試驗變壓器的結構及原理/選（xuǎn）用要（yào）求（qiú）

一、工頻試驗變壓器的結構

主（zhǔ）要分為以下幾大部分：

1.鐵芯：

材料：采用高磁導率、低損耗的冷軋矽（guī）鋼片疊壓而成。

結構：通常為單相芯式結（jié）構(同芯柱式)，以減小漏磁和體積。高壓繞組和（hé）低（dī）壓(勵磁)繞組同心地套在同一鐵芯柱上。

特點：磁路對稱，磁阻小，有利於提高效率和（hé）減少空（kōng）載電流。

2.繞組：

高壓繞（rào）組（zǔ）(HVWinding)：

位置：位於外層(遠離鐵芯（xīn）)。

結構（gòu）：采用層式或分段層（céng）式結構。匝數非（fēi）常多，導線截麵相對較小(因電（diàn）流小)。

絕緣：每層或每段之間有強（qiáng）固的匝間和層間絕緣(如電纜（lǎn）紙、聚酯薄膜、Nomex紙等)。繞（rào）組端（duān）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（gè）抽頭，通過分接開關連接到調壓裝置，實現輸出電壓的連續可調。

低壓（yā）繞組(勵磁繞組)(LVWinding)：

位置：位於（yú）內層(靠近鐵芯)。

結構：匝數少，導線截麵較大(承載勵磁電（diàn）流)。

絕緣：對（duì）地絕緣要求高，但匝間電壓較低，絕緣相對簡單。

測量/保護繞組(可選)：有（yǒu）時會設置一個獨立（lì）的、匝數較少的第（dì）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（yóu）浸式(主流)：

介質（zhì）：填充高品質的礦物絕緣油或合成酯絕緣油。

作用（yòng）：

絕緣：主絕緣介質，承受繞組之間、繞組對地的極高（gāo）電壓。

冷卻：通過油（yóu）的自然對流或強製循環(帶油泵)帶走熱量(試驗時間短，熱負荷相對小)。

滅弧：在發生內部閃絡時抑製電弧。

結構：變壓器整（zhěng）體（tǐ）密封在金屬油箱內，油箱設計需承受內部壓力。有油枕(膨（péng）脹器)調節油體（tǐ）積變化。

幹式(環氧樹脂（zhī）澆注)：

介質：高壓繞組(有時連同低壓繞組)用高絕緣強度的環氧樹脂在真空下澆注固化。

優點：防火（huǒ）、防爆（bào）、免維護、無汙染、體積相對小。

缺點：散熱能力相對油浸式差（chà），容量和電壓等級通常較低(目前技術（shù）可達幾百kV)，成本較高。

應用：常用於室內、對防（fáng）火要求高（gāo）的場所或作（zuò）為串（chuàn）級試驗變（biàn）壓器的第一級。

4.油箱與外殼：

油浸式：堅（jiān）固的鋼板焊接油箱，能承受內部故障壓力。裝有油位計、壓力（lì）釋放裝置、注油/放油閥、取樣閥等。

幹式：通常有防護外殼（ké）(金屬網或非金屬)，提供機械保護和一定（dìng）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)或外殼(幹式)的關鍵部件。承受極高的對地電壓，是絕緣的薄弱點（diǎn）之一。采用電容式套管(內部有電容均壓屏)或高（gāo）品質的環（huán）氧樹脂澆注套管，確保沿麵爬電距離足夠長，表麵電場均（jun1）勻。

低壓（yā）套管：承受電（diàn）壓較低，結構相對簡單（dān）(瓷（cí）套管或環氧樹脂套管)。

6.調壓裝置（zhì）(外部或內置)：

作用：平滑、連續地調節施加（jiā）在低壓繞組上的電壓，從而控製高（gāo）壓輸出。

類型：

自耦調壓器：結構（gòu）簡單，經濟，但輸出電壓波（bō）形易畸變，容量受限。

感應（yīng）調壓器：輸出電壓波形好，調節範圍寬，容量較（jiào）大，但體積大、效率較低。

移（yí）圈調壓器：無觸點，壽命長，容量大，輸出電壓波形好，是高壓試驗變壓器最常用的配套調壓設備。

電動發電機（jī）組(早期)：已很（hěn）少使用。

電力電子調壓(如SCR調壓（yā）)：體積小，響應（yīng）快，但可能引入諧波，需配合濾（lǜ）波器使用。

7.保護電阻：

位置：串聯（lián）在高壓輸出端與被試品（pǐn）之間。

作用：

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

阻尼振蕩：抑製因擊穿或（huò）操作引起（qǐ）的過電壓振蕩。

穩定測量：使輸出電壓在擊穿瞬間不會驟降（jiàng）為零（líng），便於觀察（chá）擊穿現（xiàn）象。

二、工頻試驗變壓器的工作原理

其工作原理基於電磁感應定律，本質上是一個升壓（yā）變壓器。

1.基本電磁感應：

交流電（diàn）源(通常為工頻50/60Hz)通過調壓裝置(T)施加到低（dī）壓(勵（lì）磁)繞組（zǔ）(N1)上，產生交變電（diàn）流(I1)。

該交變電流在（zài）鐵芯中建立交（jiāo）變主磁通(Φ)。

交變主（zhǔ）磁通同時穿（chuān）過高壓繞組(N2)，根據法拉第電磁感應定律，在高壓繞組兩端感應出（chū）電動勢(E2)。

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

2.電壓變換關係：

理想情況下（xià），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，通過設計很高的變（biàn）比K，就能將較（jiào）低（dī）的輸入電壓(如幾百伏（fú）)升高到（dào）所需的試驗電壓(如幾十、幾（jǐ）百千伏（fú）甚至更高)。

3.關鍵工作特性：

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

限製短路電流：當被（bèi）試品擊穿(相當於短路)時，高阻抗能（néng）有效限製短路電流的幅值，保護變（biàn）壓器本（běn）身和電源回路（lù）。

維持電壓穩定性：在容性負載(被試品多為電容性，如電纜（lǎn）、GIS、套管)下，高漏抗（kàng）可以補償部分容（róng）性（xìng）電流引起（qǐ）的電壓（yā）升高(“容升效應”)，使輸出電壓更接近空載電壓。

短時過載能力：考（kǎo）慮到高壓試（shì）驗通常是短時間(幾分（fèn）鍾)的，試驗變壓器設計允許在短時間內承受遠大於其額定容（róng）量的負載(如1.5-2倍額定（dìng）電（diàn）流)。但其持續運行容量遠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（yǐ）保證試驗的有效性(標準要求總諧波畸變率THD<5%)。這對調壓裝置和鐵芯設（shè）計(避免飽和)提出了要求。

三、總結

結構核（hé）心：特殊設（shè）計的高壓繞組(層式（shì）/分段、強絕緣、均壓措施)浸泡在優（yōu）質絕緣油(或環氧樹脂（zhī）澆注)中，配合高壓套管引出，鐵芯提供高效磁路。

原理本質：基於電磁感應實（shí）現工頻（pín）電壓的大幅度升高(升壓變壓器)。

關鍵特性（xìng）：高輸出電壓、高短路阻（zǔ）抗(限製短路電流、穩定容性負載電壓)、短時大過載能力、對（duì）輸出電壓（yā）波形要求高。

應用目標：為電力設備(電纜、變壓器、開關、絕緣（yuán）子等)提供（gòng）符合（hé）標準要（yào）求的工頻高（gāo）電壓，以考（kǎo）核其絕緣強度和（hé）發現絕緣（yuán）缺陷。

理（lǐ）解其結構和原理對於正確操作試驗變壓器（qì）、解讀試驗結果以（yǐ）及診斷設備故障至關重要。