变压器的工作原理
变压器的工作原理示意图如图1所示。变压器的初级绕组和次级绕组相当于两个电感器，当交流电压加到初级绕组上时，在初级绕组上就形成了电动势，产生出交变的磁场，次级绕组受到初级绕组的作用，也产生与初级绕组磁场变化规律相同的感应电动势（电压），于是次级绕组输出交流电压，这就是变压器的变压过程。
图1 变压器的工作原理示意图
变压器的输出电压和绕组的匝数有关，一般输出电压与输入电压之比等于次级绕组的匝数N2与初级绕组的匝数N1之比，即U2/U1=N2/N1；变压器的输出电流与输出电压成反比（I2/I1=U1/U2），通常降压变压器输出的电压降低，但输出的电流增大了，具有输出强电流的能力。
变压器的主要组成部分和作用
变压器的最基本结构部件是由铁芯、绕组和绝缘所组成。此外为了安全可靠的运行，还装设有油箱、冷却装置、保护装置。
（1）铁芯：变压器的铁芯是磁力线的通路，起集中和加强磁通的作用，同时用以支持绕组。
（2）绕组：变压器的绕组是电流的通路，靠绕组通入电流，并借电磁感应作用产生感应电动势。
（3）油箱：油箱是油浸式变压器的外壳，变压器主体放在油箱中，箱内充满变压器油。
（4）油枕：油枕也叫辅助油箱，它是由钢板做成的圆桶形容器，水平安装在变压器油箱盖上，用弯曲联管与油箱连接，油枕的一端装有油位指示计，油枕的容积一般为变压器油箱所装油体积的8%～10%。其作用是变压器内部充满油，而由于油枕内油位在一定限度，当油在不同温度下膨胀和收缩时有回旋余地，并且油枕内空余的位置小，使油和空气接触的少，减少了油受潮和氧化的可能性，另外，储油柜内的油比油箱上部的油温低很多，几乎不和油箱内的油对流。在油枕和油箱的连接管上装有瓦斯继电器，来反映变压器的内部故障。
（5）呼吸器：呼吸器内装有干燥剂即硅胶，用来吸收空气中的水分。
（6）防爆管：防爆管安装在变压器的油箱盖上。防爆管的顶端装有一个玻璃片，当变压器内部发生故障，产生高压，油里面的气体便冲破玻璃片排到油箱外，释放压力，从而保护变压器油箱不被破坏。
（7）温度计：温度计安装在油箱盖上的侧温筒内，用来测量油箱内的上层油温。
（8）套管：套管是将变压器高、低压绕组的引线引到油箱外部的绝缘装置。它既是引线对地（外壳）的绝缘，又担负着固定引线的作用。
（9）冷却装置：冷却装置是将变压器在运行中产生的热量散发出去的设备。
（10）净油器：又称温差滤过器。它的主要部分是用钢板焊成的圆筒形净油罐，安装在变压器油箱的一侧，罐内充满硅胶、活性氧化铝等吸附剂。在运行中，由于上层油和下层油之间的温差，于是变压器油从上向下流动经过净油器形成对流，油与吸附剂接触，其中的水分、酸和氧化物等被吸收，使油得到净化。延长油的使用期限。强油循环变压器的净油器是靠油流压差使变压器油流经净油泵，达到净化的目的。
变压器的用途
电力变压器（简称变压器）是用来改变交流电电压大小的电气设备。它根据电磁感应的原理，把某一等级的交流电压交换成另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。因此变压器在电力系统和供用电系统中占有非常重要的地位。
发电机输出的电压，由于受发电机绝缘水平的限制，通常为6.3KV、10.5KV，最高不超过20KV。用这样低的电压进行远距离输电是有困难的。因为当输送一定功率的电能时，电压越低，则电流越大，电能有可能大部分消耗在输电线的电阻上。所以只能用升压变压器将发电机的端电压升高到几万伏到几十万伏，以便降低输送电流，减小输电线路上能量损耗而不增大导线截面将电能远距离传输出去。
输电线将几万伏或几十万伏高电压的电能输送到负荷区后，必须经过降压变压器将高电压降低到适合用电设备使用的低电压。为此，在供用电系统中，需要降压变压器，将输电线路输送的高电压变换成各种不同等级的电压，以满足各种复合的需要。
变压器种类及特点
（一）按用途分
1.电力变压器，用于电力系统的升压或降压。
2.试验变压器，产生高压，对于电气设备进行高压试验。
3.仪用变压器，如电压互感器、电流互感器，用于测量仪表和继电保护装置。
4.特殊用途的变压器，冶炼用的电炉变压器、电解用的整流变压器、焊接用的焊接变压器、试验用的调压变压器等。
（二）按相数分
1.单相交压器，用于单相负荷和三相变压器组。
2.三相变压器，用于三相系统的升、降压。
（三）按绕组形式分
1.自耦变压器，用于连接超高压、大容量的电力系统。
2.双绕组变压器，用于连接两个电压等级的电力系统。
3.三绕组变压器，用于连接三个电压等级的电力系统，一般用于电力系统的区域变电所。
（四）按铁芯形式分
1.芯式变压器，用于高压的电力系统。
2.壳式变压器，用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器和电焊变压器等；或用于电子仪器及电视、收音机等电源变压器。壳式结构也可用于大容量电力变压器。
（五）按冷却介质分
1.油浸式变压器，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环风冷和水内冷等。
2.干式变压器，依靠空气对流进行冷却。这类电压不太高、无油的变压器，通常采用风机进行冷却，适用于防火等场合。在600MW机组厂房内的厂用低压变压器，就出于防火要求而普遍采用干式变压器。
3.充气式变压器，用特殊气体（SF6）代替变压器油散热。
4.蒸发冷却变压器，用特殊液体代替变压器油进行绝缘散热。
（六）《电力变压器运行规程》DL/T572-1995将变压器按容量分为三类
1.配电变压器，电压在35kV及以下，三相额定容量在2500kVA及以下，单相额定容放83kVA及以下，具有独立绕组，自然循环冷却的变压器。
2.中配变压器，三相额定容量不超过100MVA或每柱容量不超过33.3MVA，具有独立绕组，且额定短路阻抗Z符合要求
3.大型变压器，三相额定容量100MVA以上，或其额定短路阻抗Z符合要求。
变压器故障的统计资料
（一）各类型变压器的故障
根据相关部门对变压器类型显示的变压器故障统计数据人们可以看出，电力变压器故障始终占据主导位置。
（二）不同用户的变压器故障
变压器使用在不同的部门，故障率是不同的。为了分析变压器发生故障的危险性，可将用户划分为11个独立类型：（1）水泥与采矿业；（2）化工、石油与天然气；（3）电力部门；（4）食品加工；（5）医疗；（6）制造业；（7）冶金工业；（8）塑料；（9）印刷业；（10）商业建筑；（11）纸浆与造纸业。
当考虑到频率和程度时，电力部门的风险是最高的，冶金工业及制造业分别列在第二和第三位。
（三）各种使用年限变压器的故障
按照变压器设计人员的说法，在“理想状况下”变压器的使用寿命可达30～40年，很明显的是在实际中并非如此。在1975年的研究中，故障时的变压器平均寿命为9.4年。在1985年的研究中，变压器平均寿命为14.9年。
在电力工业中变压器的使用寿命应当给予特别地关注。我国在改革开放至今经历了一个工业飞速发展的阶段，基础工业特别是电力工业大规模的发展。这些自80年代初到90年代安装的设备，按其设计与运行的状况，现在大部分都已到了老化阶段。如今，这些设备已运行了近25年，故必须对已安装变压器的故障可能性给予特别的关注。
变压器故障原因分析
（1）线路涌流
线路涌流（或称线路干扰）在导致变压器故障的所有因素中被列为首位。这一类中包括由误操作、变压器解并列、有载调压分接头拉弧等原因引起的操作过电压、电压峰值、线路故障/闪络以及其他输配（T＆D）方面的异常现象。这类起因在变压器故障中占有绝大部分的比例。
（2）绝缘老化
在过去的10年中在造成故障的起因中，绝缘老化列在第二位。由于绝缘老化的因素，变压器的平均寿命仅有17.8年，大大低于预期为35～40年的寿命！在1983年，发生故障时变压器的平均寿命为20年。
（3）受潮
受潮这一类别包括由洪水、管道渗漏、顶盖渗漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及绝缘油中存在水分。
（4）维护不良
保养不够被列为第四位导致变压器故障的因素。这一类包括未装变压器的保护装置或安装的不正确、冷却剂泄漏、污垢淤积以及腐蚀。
（5）过载
这一类包括了确定是由过负荷导致的故障，仅指那些长期处于超过铭牌功率工作状态下小马拉大车的变压器。过负荷经常会发生在发电厂或用电部门持续缓慢提升负荷的情况下。最终造成变压器超负荷运行，过高的温度导致了绝缘的过早老化。当变压器的绝缘纸板老化后，绝缘纸绝缘强度降低。因此，外部故障的冲击力就可能导致绝缘破损，进而发生故障。
（6）雷击
雷电波看来比以往的研究要少，这是因为改变了对起因的分类方法。现在，除非明确属于雷击事故，一般的冲击故障均被列为“线路涌流”。
（7）三相负载不平衡
由于三相负载不平衡所引起某相长期过载，而使该相温度偏高进而使绝缘老化，产生匝间短路或相间短路。
（8）连接松动
连接松动也可以包括在维护不足一类中，但是有足够的数据可将其独立列出，因此与以往的研究也有所不同。这一类包括了在电气连接方面的制造工艺以及保养情况，其中的一个问题就是不同性质金属之间不当的配合，尽管这种现象近几年来有所减少。另一个问题就是螺栓连接间的紧固不恰当。
（9）工艺/制造不良
在HSB于1998年的研究中，仅有很小比例的故障归咎于工艺或制造方面的缺陷。例如出线端松动或无支撑、垫块松动、焊接不良、铁心绝缘不良、抗短路强度不足以及油箱中留有异物。
（10）破坏及故意损坏
这一类通常确定为明显的故意破坏行为。美国在过去的10年中没有关于这方面变压器故障的报道。而在我国这种现象却时有发生，比如盗窃、人为破坏等。
