變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。按用途可以分為:電力變壓器和特殊變壓器(電爐變、整流變、工頻試驗變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等)。電路符號常用T當(dāng)作編號的開頭.例: T01, T201等。
法拉第在1831年8月29日發(fā)明了一個“電感環(huán)”,稱為“法拉第感應(yīng)線圈”,實際上是世界上只變壓器雛形。但法拉第只是用它來示范電磁感應(yīng)原理,并沒有考慮過它可以有實際的用途。
變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其余的繞組叫次級線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成,
鐵心的作用是加強兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗,鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個線圈之間沒有電的聯(lián)系,線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一個線圈接交流電源稱為初級線圈(或原線圈),另一個線圈接用電器稱為次級線圈(或副線圈)。實際的變壓器是很復(fù)雜的,不可避免地存在銅損(線圈電阻發(fā)熱)、鐵損(鐵心發(fā)熱)和漏磁(經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線)等,為了簡化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是:忽略漏磁通,忽略原、副線圈的電阻,忽略鐵心的損耗,忽略空載電流(副線圈開路原線圈線圈中的電流)。例如電力變壓器在滿載運行時(副線圈輸出額定功率)即接近理想變壓器情況。
1884年,路森·戈拉爾和約翰·狄克遜·吉布斯在采用電力照明的意大利都靈市展示了他們的設(shè)備。早期變壓器采用直線型鐵心,后來被更有效的環(huán)形鐵心取代。
西屋公司的工程師威廉·史坦雷從喬治·威斯汀豪斯、路森·戈拉爾與約翰·狄克遜·吉布斯買來變壓器專利以后,在1885年制造了臺實用的變壓器。后來變壓器的鐵心由E型的鐵片疊合而成,并于1886年開始商業(yè)運用。
變壓器變壓原理首先由法拉第發(fā)現(xiàn),但是直到十九世紀80年代才開始實際應(yīng)用。在發(fā)電場應(yīng)該輸出直流電和交流電的競爭中,交流電能夠使用變壓器是其優(yōu)勢之一。變壓器可以將電能轉(zhuǎn)換成高電壓低電流形式,然后再轉(zhuǎn)換回去,因此大大減小了電能在輸送過程中的損失,使得電能的經(jīng)濟輸送距離達到更遠。如此一來,發(fā)電廠就可以建在遠離用電的地方。世界大多數(shù)電力經(jīng)過一系列的變壓終才到達用戶那里的。
國家電網(wǎng)公司明確提出,要從2010年起開始推廣實施設(shè)備狀態(tài)檢修,提升設(shè)備智能化水平,推廣應(yīng)用智能設(shè)備和技術(shù),實現(xiàn)電網(wǎng)在線預(yù)警和設(shè)備智能化監(jiān)控。
以變電站一次設(shè)備主要在線監(jiān)測系統(tǒng)為例,就有:電容性設(shè)備的電容量、介損在線監(jiān)測;金屬氧化物避雷器的全電流、阻性電流在線監(jiān)測;變壓器本體絕緣油色譜在線監(jiān)測、光纖測溫在線監(jiān)測、本體超高頻局放在線監(jiān)測、套管局放、介損在線監(jiān)測、有載開關(guān)動態(tài)特性在線監(jiān)測;GIS超高頻局放在線監(jiān)測、微水在線監(jiān)測;開關(guān)機械特性監(jiān)測及開關(guān)柜光纖溫度在線監(jiān)測、SF6氣體密度在線監(jiān)測等。
在線監(jiān)測產(chǎn)品的市場主要集中在智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)。國家電網(wǎng)公司在智能電網(wǎng)規(guī)劃報告中也已將變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)作為智能變電站的重要內(nèi)容。智能變電站通過狀態(tài)監(jiān)測單元實現(xiàn)變壓器油色譜、組合電器局部放電、避雷器全電流等主要設(shè)備、重要參數(shù)的在線監(jiān)測,為電網(wǎng)設(shè)備管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。實時狀態(tài)信息通過專家系統(tǒng)分析處理后可做出初步?jīng)Q策,實現(xiàn)站內(nèi)智能設(shè)備自診斷功能。