工頻試驗變壓器的結構及原理/選用（yòng）要求

一、工頻試驗變壓器的結構

主（zhǔ）要（yào）分為以下幾大部分：

1.鐵芯：

材料：采用高磁導率（lǜ）、低損耗的（de）冷軋矽鋼片疊壓而成。

結構：通常為單相芯式結構（gòu）(同（tóng）芯柱式)，以減小漏磁和體（tǐ）積。高（gāo）壓（yā）繞組和低壓(勵磁（cí）)繞組同心（xīn）地套在同一鐵芯柱上。

特點：磁路對（duì）稱，磁阻小，有利於提高（gāo）效率和減少空（kōng）載電流（liú）。

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構。匝數非常多，導線截麵相對較小(因電流小)。

絕緣：每層或每段之間有（yǒu）強固的匝間和層間絕緣（yuán）(如電纜紙、聚（jù）酯薄（báo）膜、Nomex紙等)。繞組（zǔ）端部有特殊的靜電屏蔽環或均壓（yā）環（huán），以改（gǎi）善電場分布，防止局部放電和電暈。

抽頭（tóu）：通（tōng）常有多個抽（chōu）頭，通（tōng）過分接開關連接到調（diào）壓裝置，實現（xiàn）輸出電壓的連續可調。

低壓繞組(勵磁繞組)(LVWinding)：

位置：位於內層(靠近鐵芯（xīn）)。

結構：匝數少，導線截麵較大(承載勵磁（cí）電流)。

絕緣：對地絕緣要求高，但（dàn）匝間電壓較低，絕緣相對簡（jiǎn）單。

測量/保護繞組(可選)：有時會設置一個獨立的、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：

油浸（jìn）式(主流)：

介質：填充高品質的礦物絕緣油或合成酯絕緣油。

作（zuò）用：

絕緣：主絕緣介質，承受繞組（zǔ）之間、繞組（zǔ）對地的極高電壓。

冷卻：通過油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（hú）：在發生內部閃絡（luò）時抑製電（diàn）弧。

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

幹（gàn）式(環氧樹脂澆注)：

介質：高壓繞（rào）組(有（yǒu）時連同低壓繞組)用高絕緣強度的環氧樹脂在真空（kōng）下澆注（zhù）固化。

優點：防火（huǒ）、防爆、免維護、無汙染、體積相對小。

缺點：散熱（rè）能力相對（duì）油浸式（shì）差，容量和電壓（yā）等級（jí）通常較低(目前技術可茄子视频APP网站幾百kV)，成本較高。

應用：常用於室內、對防火要求高的場（chǎng）所或作為串級試驗變壓器的第一（yī）級。

4.油箱與外殼：

油浸式：堅固的鋼板焊接油箱，能承受（shòu）內部故障壓力。裝有油位計、壓力（lì）釋放裝置、注油/放油閥、取（qǔ）樣（yàng）閥等。

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

5.套管：

高壓套（tào）管：將高壓繞組引線引出油箱(油浸式)或外殼（ké）(幹式)的關鍵部件。承（chéng）受極高的對地電壓，是絕緣的薄弱點之一。采用電（diàn）容（róng）式套管(內（nèi）部有電容均壓（yā）屏)或高品質的環氧（yǎng）樹脂澆注套管，確保沿麵爬電距離足夠長，表麵電場（chǎng）均勻。

低壓套管：承（chéng）受電壓較低（dī），結（jié）構（gòu）相對簡單(瓷套管或環（huán）氧樹脂套管)。

6.調壓裝置(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（kòng）製高壓輸出。

類型：

自耦調壓器：結構簡單，經濟，但輸出電壓波形易畸變，容量受限。

感應調壓器：輸出（chū）電壓波（bō）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（dà），輸出電壓波形好，是高壓試驗變壓器最常用的配（pèi）套調壓設備（bèi）。

電動發電機（jī）組(早期（qī）)：已很少使用。

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

7.保護電阻：

位置：串聯在高壓輸出端與被試品之間。

作用：

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

阻尼（ní）振蕩（dàng）：抑（yì）製因擊穿或操作引起（qǐ）的（de）過電壓振蕩。

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

二、工頻試驗變（biàn）壓器的工作原理（lǐ）

其工作原理基於電磁感（gǎn）應定律，本質上是一個（gè）升壓變壓器。

1.基本電磁（cí）感應：

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

該（gāi）交變電流在鐵芯中建立交變主磁通(Φ)。

交變主（zhǔ）磁通同時穿過高（gāo）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電（diàn）動勢(E2)。

在空載或輕載(被試品阻抗大)時，感（gǎn）應電動勢近似等於輸出電壓(U2)。

2.電壓變換關係：

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

因此，通過設計很高的（de）變比K，就能將（jiāng）較低的輸（shū）入電壓(如幾百伏)升高到所需的（de）試驗（yàn）電壓(如（rú）幾十、幾百千伏甚至更（gèng）高)。

3.關鍵工作特性：

高（gāo）阻抗電壓：試驗變壓器的（de）短路阻抗(主要是漏（lòu）抗)設計得比電力（lì）變壓器高很多(通（tōng）常（cháng）在5%-30%範圍)。這主要是為了：

限製短路（lù）電流：當被試品擊穿(相當於短路)時，高阻抗能有效限製短路電流的（de）幅值（zhí），保護變壓（yā）器本（běn）身和電源回路（lù）。

維持電（diàn）壓穩定性：在容（róng）性負（fù）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（shū）出電壓更接近空載電壓。

短時（shí）過載能力：考慮到高（gāo）壓試驗通常是短時間(幾分鍾)的，試驗變壓器設計允許在短時間內承受遠大於其額定容量的負載（zǎi）(如1.5-2倍額定電流)。但其（qí）持續運行容（róng）量遠低於同體積的電力變壓器。

波形要求（qiú）：試驗電壓波形應盡可能接近正弦波，以（yǐ）保（bǎo）證試（shì）驗（yàn）的（de）有效性(標準要求總諧波畸變率THD<5%)。這對調壓裝（zhuāng）置和鐵芯設計(避免飽和)提出了要求。

三（sān）、總結

結構核心：特（tè）殊設計（jì）的高壓繞組(層式/分段、強絕緣、均壓措施)浸泡在優（yōu）質絕緣油(或環氧樹（shù）脂澆注)中，配合高壓套管引出，鐵芯提供高效磁（cí）路。

原理本（běn）質：基於電磁（cí）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（chū）電壓、高短路阻抗(限製短路（lù）電流、穩定容性負載電壓)、短時大過載能（néng）力（lì）、對輸出電壓波形要求高。

應用目標：為電力設備(電纜、變壓器（qì）、開關、絕緣子（zǐ）等)提供符（fú）合標準要求的工頻高電壓，以考核其（qí）絕緣強度和發現絕（jué）緣缺陷。

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