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第一章　变压器能效和节能变压器类型1

第一节　概述1

一、节能紧迫性1

二、国内外能效对比3

第二节　电网和用电负载种类7

一、电网概述7

二、特高压电网12

三、用电负载种类13

第三节　变压器的损耗和效率14

一、损耗14

二、效率18

三、降低损耗的有关问题19

第四节　变压器发展的回顾和我国产品现状23

一、变压器发展的回顾23

二、我国配电变压器的现状26

第五节　节能变压器的种类简述33

一、概述33

二、改进材质节能的变压器33

三、改造部件结构节能的变压器34

四、根据工作原理节能的变压器35

五、其他种类节能变压器35

第二章　变压器的数据、原理和各时期标准数值37

第一节　变压器的分类、铭牌和额定值37

一、用途分类概述37

二、铭牌和额定值38

第二节　变压器的工作原理和运行性能42

一、变压器的基本原理和空载运行42

二、变压器的负载运行43

三、变压器的磁路45

四、变压器的调压方法46

五、变压器合闸通电时的涌流现象47

六、电压变动率48

七、冷却方式和代号50

第三节　不同联结组对谐波的影响51

一、Yy、YNy联结的变压器三相组和三相变压器52

二、Dy、Yd、YNd联结53

三、影响变压器零序阻抗的因素54

四、Yz联结55

第四节　损耗水平代号和各标准损耗数值56

一、型号中损耗性能水平代号意义56

二、各种标准损耗数值58

第三章　叠片式铁心变压器结构66

第一节　概述66

一、变压器的组成和结构66

二、变压器的制造流程70

三、统一设计变压器的要求要点72

第二节　变压器的铁心73

一、铁心的作用和分类73

二、铁心截面和加工76

三、铁心的夹紧、捆扎和接地80

第三节　变压器的绕组85

一、绕组形式85

二、层式绕组88

三、连续式绕组88

四、螺旋式绕组90

五、纠结式绕组91

六、内屏蔽式绕组91

七、箔式绕组92

八、“8”字绕组92

九、分裂式绕组92

第四节　变压器的绝缘93

一、绝缘材料等级93

二、绝缘分类94

三、主绝缘94

四、纵绝缘96

五、绝缘件和压紧装置97

第五节　油箱、冷却系统和储油柜100

一、油箱和冷却系统100

二、储油柜的种类103

第四章　采用先进材料、工艺、设计方法降低空载损耗107

第一节　空载损耗概述107

一、填充系数和工艺系数及叠装系数107

二、空载损耗和降低的主要途径108

三、空载损耗和空载电流的影响因素110

第二节　采用细畴高导磁硅钢片和非晶合金片112

一、硅钢片的性能112

二、HI-B高导磁硅钢片115

三、激光照射、机械压痕和等离子处理的高导磁硅钢片118

四、非晶合金和速冷法制成的硅钢片119

第三节　空载损耗的解析技术120

一、解析技术概述120

二、铁心解析技术的应用121

三、应用解析对铁心损耗的计算122

四、铁心损耗分布124

第四节　减小工艺系数124

一、工艺系数和叠片系数计算实例124

二、冲剪加工对工艺系数的影响125

三、冲剪设备和刀具、调整的重要性125

第五节　阶梯叠接缝128

一、概述128

二、铁心接缝级数与磁密的关系129

三、实现“阶梯叠”的生产设备130

四、“阶梯叠”与“交错叠”的空载损耗实测比较131

五、“阶梯叠”中每阶片数对降损的影响132

六、采用阶梯接缝降低铁心角部损耗135

第五章　改进铁心结构降低空载损耗136

第一节　改进铁心结构136

一、综述136

二、减小铁心塔接宽度和采用“凸”字形铁轭降损136

三、少混或不混硅钢片138

四、采用圆柱矩轭或椭圆形铁心139

第二节　铁心不叠上铁轭工艺141

一、叠装工装141

二、叠装工艺141

三、经济效益142

第三节　选择合适片宽减少铁心角重143

一、铁心片宽与铁心角重的关系143

二、减少角重的措施146

第四节　减小铁心窗口尺寸和降噪节能146

一、减小铁心窗口尺寸146

二、设计无共振铁心实现节能148

第五节　减小变压器高次谐波降低损耗149

一、由于铁磁材料饱和所产生的奇次谐波149

二、由于直流偏磁所产生的偶次谐波150

三、减小高次谐波的措施152

第六节　合理选择心柱、主轭、旁轭截面和结构153

一、减小铁心主轭和旁轭的质量153

二、合理分配主轭、旁轭和边柱的截面积156

三、三相四框五柱铁心优良结构的确定157

第七节　加插硅钢片来解决空载损耗过大的方法159

一、空载数值超标的原因159

二、解决方法159

第八节　改造时降低空载损耗的简易方法161

一、每层叠片数不同对磁通密度的影响161

二、每层叠片数对空载损耗影响161

三、混合叠片法161

第六章　采用先进材料和设计方法降低负载损耗163

第一节　负载损耗概述163

一、综述163

二、绕组直流电阻损耗163

三、导线的涡流损耗164

四、环流损耗164

五、引线损耗166

六、结构件的杂散损耗166

第二节　降低负载损耗方法概述166

一、实施具体方法166

二、导线尺寸选择和顺序翻头法169

三、完全翻头法170

四、翻不翻头比较和导线宽度影响171

第三节　采用低损低阻导线172

一、概述172

二、换位导线的应用174

三、组合导线的应用177

四、应用碳纤维复合导线的前景179

第四节　漏磁分析和涡损计算180

一、绕组漏磁场分析180

二、干式变压器漏磁场研究183

三、涡流损耗计算185

第五节　解决负载损耗过大的方法190

一、负载损耗过大的分析方法190

二、绕组涡流损耗和构件杂损计算（30.5℃）191

三、故障原因分析和验证192

第七章　采用先进的结构降低负载损耗193

第一节　油纸绝缘结构概述193

一、变压器油193

二、相对介电常数193

三、液体电介质击穿机理195

四、变压器油的工频击穿特性195

五、油中沿面放电196

六、油—屏障绝缘196

第二节　绝缘结构的特点和利用198

一、利用油的“距离效应”198

二、利用油的“体积效应”199

三、受潮油浸纸随含水量增加耐压强度下降200

四、利用油中绝缘层的“厚度效应”200

五、油中放隔板的位置选择201

六、主绝缘节能结构202

七、出口配电变压器的绝缘结构205

第三节　采用先进的绝缘结构206

一、采用适用绕组，提高填充系数206

二、改进结构提高填充系数207

三、增加绝缘隔板208

第四节　优选绕组内部保护209

一、概述209

二、实际采用的保护措施及结构211

三、纠结式绕组214

四、内屏蔽式绕组（插入电容式绕组）214

第五节　导线换位和双头并绕215

一、概述215

二、环流损耗的计算217

三、不完全换位引起的环流损耗217

四、三列螺旋式绕组换位221

五、铜箔双头并绕节能221

六、绕线工艺的改进223

第六节　采用长圆形等绕组和YynO联结及降高度节能223

一、采用长圆形铁心、长圆形绕组节能223

二、采用矩形带圆角绕组节能224

三、采用YynO联结节能224

四、降低干式变压器绕组高度节能225

第八章　降低杂散损耗和辅助损耗的方法226

第一节　杂散损耗和降低方法226

一、概述226

二、降低杂散损耗的方法227

三、穿板引线引起的涡损和局部过热229

第二节　降低油箱杂损和辅助损耗的方法232

一、油箱损耗的计算232

二、油箱损耗分布233

三、减少箱壁涡流损耗的措施233

四、设计控制漏磁通234

五、有效的冷却控制和蒸发冷却变压器234

六、降低辅助设备的损耗235

七、变频调压式冷却器电源的使用235

八、综合利用变压器废热降能235

第三节　新型风冷却器的优点和旧型更新235

一、风冷却器的发展和各时期风冷却器的特点235

二、旧型、较新型、新型冷却器的比较239

三、更新改造240

第四节　老式（旧型）冷却系统的更新改造241

一、苏州供电修试所改造实例241

二、衢州电力局改造实例243

三、不换冷却器只换部件改造实例244

四、电厂主变压器风冷却器旧改新实例244

五、二次改造由差变优实例244

第五节　强油导向风冷改自冷和风冷246

一、改造分析246

二、冷却系统改造及改造后运行情况247

第六节　提高变压器冷却效果方法248

一、调换进出风向提高冷却效果248

二、水冷改风冷249

三、冷却系统智能监控装置250

第九章　变压器的节能优化设计251

第一节　概述和变压器主绝缘结构改进251

一、概述251

二、变压器主绝缘结构改进253

第二节　变压器的优化设计256

一、优化变压器设计的几个思路256

二、油浸变压器优化设计实例257

三、干式变压器优化设计258

第三节　变压器低损耗的优化设计261

一、磁通密度和工作状态分析261

二、变压器结构参数与技术经济参数262

三、总损耗最低设计264

四、负载损耗最优设计265

五、计算实例265

第四节　以损耗折算费用的能效优化设计266

一、损耗和价格的计算266

二、能效优化算法268

三、方案对比实例269

第五节　以软件来优化设计实例271

一、电磁优化设计271

二、主绝缘布置272

三、变压器屏蔽安排273

第六节　长圆形、椭圆形、长十字形铁心变压器273

一、长圆形铁心变压器273

二、椭圆形铁心变压器275

三、长十字形铁心变压器277

第七节　椭圆形铁心截面的设计和计算279

一、椭圆形铁心求解方法279

二、椭圆形截面铁心叠积尺寸设计280

三、三相三柱角重计算281

四、椭圆周长计算281

第十章　调压节能方式和新型冷却器283

第一节　调压节能方式比较283

一、粗细调压和正反调压节能、节材比较283

二、线性调压和正反调压节能、节材比较287

第二节　提高变压器散热能力的研究288

一、新式片式散热器288

二、9Q系列轴流冷却风机开发290

三、抬高散热器提高冷却效果291

四、加小油泵的自冷变压器292

第三节　热管在变压器中的应用293

一、热管原理和在箱式变电站散热器的应用293

二、半埋式热管预装式变电站和组合式变压器294

第四节　热管变压器和热管分体散热新技术298

一、热管变压器298

二、自冷式热管分体散热新技术301

第五节　新型风冷控制系统和冷却器系统304

一、新型SPS系列变压器风冷控制系统304

二、新型冷却器系统306

第十一章　壳式变压器的节能作用和结构307

第一节　壳式变压器概述307

一、壳式变压器生产情况307

二、壳式变压器的特点308

第二节　壳式变压器制作关键工艺309

一、制作过程和结构要点309

二、工艺要点310

第三节　壳式电炉变压器的制作和节能效益312

一、壳式电炉变压器的结构和优点312

二、变压器实例314

三、电炉变压器采用壳式结构和心式结构的工艺性能对比316

第四节　壳式变压器的节能作用和特点316

一、心式和壳式变压器的具体比较316

二、壳式变压器的具体优缺点318

三、生产壳式变压器的难点321

第五节　壳式变压器铁心磁通的计算322

一、等值磁路的建立322

二、建立磁路的相关方程式323

三、方程求解实例324

四、磁路的性质特点分析和谐波磁通324

第六节　壳式变压器故障分析325

一、壳式变压器的检查和处理情况325

一、原因分析327

第十二章　减少噪声和治理噪声的节能思路328

第一节　噪声的基础知识328

一、声学的若干概念328

二、噪声概念330

三、等响度曲线334

四、噪声的标准要求335

第二节　噪声的影响因素337

一、变压器噪声的组成337

二、硅钢片磁致伸缩特点338

三、硅钢片材质的影响339

四、内部应力的影响340

五、绝缘膜影响341

六、磁力线与压延方向夹角对伸缩的影响341

七、温度对磁致伸缩的影响341

八、磁通密度与磁致伸缩及噪声的影响342

九、铁心的接缝方式对噪声影响342

第三节　变压器降低噪声的方法343

一、降低铁心磁通密度344

二、采用高导磁优质硅钢片344

三、铁心结构尺寸的合理选择345

四、阶梯叠接缝345

五、采用先进的加工工艺和设备345

六、增大铁轭截面积以减小铁轭中的磁通密度345

七、避免铁心共振345

八、减少硅钢片内应力346

九、铁心表面涂胶346

十、下铁轭与木垫块间空隙填充环氧腻子346

十一、在铁心垫脚与箱底间放置减振橡胶346

十二、改善铁心的夹紧质量346

十三、分隔铁心与低压绕组间的气隙346

十四、运行条件引起的变压器噪声及其降低措施347

十五、环境对噪声的影响及控制348

十六、强油风冷却器降噪分析348

十七、加厚油箱和增加加强筋350

十八、采用自冷方式350

十九、采用低噪声风冷却器降低变压器噪声350

二十、采用波纹管等减振装置351

第四节　噪声的外部治理351

一、变电所房屋建筑布局上防噪声351

二、将变压器放置在地下或半地下351

三、隔噪声技术措施351

四、在油箱中装隔声围屏354

五、隔声油箱354

六、隔声墙355

七、隔声室356

八、变压器配置吸声墙357

九、变压器装双层壳体357

十、选用高弹性、小阻尼材料来降噪357

十一、变压器加防声罩358

十二、隔振与阻尼358

十三、振动及控制358

十四、吸声和消声359

十五、有源消声362

十六、采用风扇消声装置364

第十三章　低噪声变压器的节能设计和工艺365

第一节　概述365

第二节　低噪声变压器噪声的设计计算365

一、变压器箱内噪声计算365

二、变压器箱外噪声衰减计算366

三、变压器合成噪声的计算366

四、铁心固有频率的计算366

第三节　降低变压器噪声源的主要设计方法、工艺和结构367

一、选用高导磁优质硅钢片367

二、优化计算来选取有利的铁心参数367

三、改进铁心结构并采用先进的叠装和装配工艺367

四、针对噪声传播途径改进变压器的结构368

第四节　冷却系统的降噪措施和隔声结构368

一、冷却系统降噪368

二、隔声结构的设计369

第十四章　高损耗变压器的节能改造论证372

第一节　新购低损变压器及更换高损变压器经济和节能分析372

一、电网现状和国家规定372

二、投资回报测算数学模型373

三、新购买S11型配电变压器的投资回报测算373

四、更换S9型配电变压器的投资回报测算374

五、更换S7型或更早的配电变压器的投资回报测算374

六、非晶合金铁心变压器的经济性评价375

七、采购和更换结论378

第二节　概述和旧变压器改制前的检查379

一、旧变压器改制概述379

二、旧变压器改制前的检查379

第三节　改造方案分析和计算381

一、改造指标381

二、高损耗变压器改造方案和计算381

三、改制方法384

四、具体改制步骤386

五、变压器降容改造实例387

第四节　改造的技术要求387

一、低压绕组387

二、高压绕组388

三、层间绝缘388

四、绕组质量标准388

五、绕组的组装及绝缘结构393

六、分接开关396

七、铁心396

八、油箱和附件（壳体）398

第十五章　高损耗变压器节能改造的具体方法399

第一节　具体改造方法399

一、更换绕组法399

二、更换绕组同时更换上铁轭401

三、同时换铁心和绕组401

四、节约投资计算401

五、主变压器增容改造实例402

六、为实施20kV电压制的主、配变压器改造403

第二节　拆装改造变压器的有关标准和要求405

一、改造检修前的准备工作405

二、待改变压器的外部检查405

三、变压器的拆卸和吊心工作及质量标准405

四、油箱的检查及质量标准406

五、套管的检修及质量标准407

六、分接开关和引线的检修及质量标准408

七、变压器器身的检查408

八、变压器器身的分解及绕组和铁心质量标准410

第三节　改造时新绕组绕制和变压器装配416

一、新绕组绕制前的准备工作416

二、新绕组的绕制和接头焊接417

三、绕组的浸漆和烘干417

四、变压器的绝缘装配及绝缘距离418

五、变压器的装配418

六、变压器的总装419

第四节　高损耗变压器更新改造优化设计程序420

一、优化设计的数学模型420

二、优化设计的算法421

三、更新改造的设计程序及其说明422

第五节　变压器加装有载分接开关423

一、开关的选择423

二、改装类型423

三、安装时要进行的工作425

参考文献427