变压器工程：设计、技术与诊断(原书第2版)

理论与实践相结合，本书全面剖析了变压器工程从设计到诊断的各个方面，详细介绍了电磁场和有限元法，帮助大家解决与变压器有关的实际问题。本书涵盖的内容包括设计方面的一些主要难点，如涡流损耗和杂散损耗的估算与控制、瞬态响应、短路承受能力与强度以及绝缘设计，同时作者给出了进一步研究的方向。刚入门的学生和工程师们可以通过本书示例了解典型电力变压器的设计。本书介绍了现代计算技术及新兴趋势，这对变压器行业中的工程技术人员、学生和研究人员都有参考价值。本书可为优化并提高变压器设计、制造和状态监测提供参考，以应对激烈的市场竞争所带来的挑战。 

本书由2013年出版于美国的《TransformerEngineering:Design,Technology,andDiagnostics(SecondEdition)》英文版译出，书中系统全面地介绍了变压器设计、技术与诊断的主要理论与应用。全书共15章，内容主要包括变压器基本原理和类型，铁心及磁特性，漏电抗计算，绕组和结构部件的涡流损耗与杂散损耗，短路承受能力，绝缘设计，油箱结构设计，冷却与温升，整流变压器和电炉变压器的设计以及HVDC的应用，变压器电磁场理论与计算，变压器与系统之间的相互作用和建模，变压器的监测与诊断。此外，本书还适当地介绍了有限元法等计算工具在优化和提高变压器上的应用。书中对变压器一些难点问题的分析颇有深度，非常适合变压器研究和设计人员使用。本书可供高等院校变压器相关专业教师、研究生阅读还可以为从事变压器制造、试验安装、维修和运行维护等技术人员提供参考。

目录译者序原书第2版前言原书第1版序言原书第1版前言原书致谢第1章变压器基本原理111概述112变压器的应用和分类413变压器原理和等效电路814标幺制1615空载试验和短路试验1716电压调整率和变压器的效率2017变压器的并联运行26参考文献27第2章磁特性2821铁心构造2922磁滞损耗、涡流损耗和杂散损耗3323励磁特性3624过励磁性能3725空载损耗试验3826制造过程的影响4427涌流4528空载谐波对铁心和绕组的影响5329变压器噪声54210旋转损耗57参考文献58第3章阻抗特性6331电抗计算6332电抗计算的不同方法6933电抗计算的解析法7134电抗计算的数值法7335三绕组变压器的阻抗特性7836曲折形联结变压器的阻抗计算8237零序电抗8738稳定绕组96参考文献98第4章涡流和绕组杂散损耗10041场方程式10042坡印廷矢量10443涡流损耗和磁滞损耗10744饱和效应11045变压器绕组中的涡流损耗11146变压器绕组中的环流损耗121参考文献129第5章结构部件中的杂散损耗13251杂散损耗的影响因素13352杂散损耗估算方法概述14153铁心接缝损耗14354夹件中的杂散损耗14455拉板中的杂散损耗14556油箱中的杂散损耗14957套管安装板中的杂散损耗15458大电流引起的杂散损耗15559杂散损耗的控制措施160510经验值法166511过励磁时杂散损耗估算168512负载损耗测量169参考文献173第6章短路应力与强度18161短路电流18162短路时的热容量18763短路力18764短路时的动态特性19365辐向力引起故障的模式19766轴向力引起故障的模式20267相互作用力（轴向和辐向组合）引起的故障模式20768预压紧力的影响20869短路试验209610涌流的影响210611分裂变压器的短路210612提高承受短路能力的措施211613平行导体间的电磁力计算214614压紧结构设计216参考文献217第7章变压器冲击电压分布22271起始电压分布22272对地电容22573绕组的电容22674电感计算23775驻波和行波23876冲击分布的解析法24177用状态变量法计算冲击电压分布24378降低绕组内部过电压的设计250参考文献255第8章绝缘设计26081简单结构的场强计算26182电场强度计算26383影响绝缘强度的因素26584试验方法和设计绝缘水平（DIL）27685绕组间的绝缘27886绕组内部绝缘27987端部绝缘设计28188高压引线间隙28489优化和提高质量的统计分析286参考文献287第9章冷却系统29291热量传递方式29292冷却方式29493铁心的散热29894绕组的散热29995老化与预期寿命30196直接测量热点305ⅩⅦ97静电带电现象30698计算的近期趋势307参考文献308第10章结构设计311101结构设计的重要性311102荷载与强度试验311103变压器油箱分类313104油箱设计315105分析方法317106变压器油箱过压力现象320107抗震分析321108变压器噪声的特性与降低323109运输因素与振动327参考文献328第11章特种变压器330111整流变压器330112高压直流用换流变压器335113电炉变压器340114移相变压器344参考文献347第12章变压器电磁场理论与计算350121概述351122变压器工程电磁场基础354123位方程374124有限元法384125FEM方程394126变压器的耦合场401127性能参数计算413参考文献422第13章变压器与系统之间的相互作用和建模427131变压器电力潮流分析427132谐波分析435133铁磁谐振438134电弧炉应用440135地磁干扰442ⅩⅧ136和应涌流现象442137系统瞬变引起的内部谐振443138特快速瞬态过电压444139配电变压器的瞬变现象4451310变压器的低频、中频和高频模型445参考文献454第14章变压器的监测与诊断458141常规试验459142溶解气体分析461143局部放电诊断462144聚合度与呋喃分析469145时域介质响应法469146频域介质响应法478147绕组变形测量482148附件490149其他诊断测试4911410寿命评估与改进493参考文献493第15章变压器技术的发展趋势499151磁路499152绕组500153新型绝缘液体501154优化计算502155可再生能源用变压器503156电力电子在变压器中的应用504157其他技术506158监测和诊断趋势507参考文献508附录511附录A设计示例511附录B联结组526附录C故障电流计算528附录D电场强度和电容计算公式533

原书第2版前言本书第1版自2004年出版以来，变压器工程各个方面取得了明显的进步，特别是计算能力和监测/诊断技术方面的进步，这些新的技术发展以及受到第1版反馈信息的鼓励，激励了作者着手第2版的编纂。 第2版中增加了3个新的章节：变压器电磁场理论和计算、变压器与系统的相互作用和建模以及变压器的监测与诊断。变压器技术的发展趋势一章中全面修订了变压器各个方面的情况和新兴的趋势。第6章中短路强度方面已被更新，清晰地介绍了更多故障模式，包括翘曲、倾斜和扭转变形，各种安全系数以及相关的计算过程也作了定义和说明。第2版增加了一个附录，介绍了设计一台变压器的详细步骤，希望对变压器专业的工程师和在校学生有所帮助。其它的章节也作了一些相应的修订。 理解电磁场的基本原理是变压器优化设计的关键条件。第12章简要介绍了有关变压器工程的电磁场理论。通过相应的例子，首先解释了矢量代数和矢量运算的概念，可帮助理解变压器中的场行为和场分布。用基本的电磁理论说明了变压器中使用的绝缘材料和磁性材料的特性。有限元法广泛应用于变压器的分析和优化，在使用商用软件时，FEM理论帮助研究人员和在职工程师解决复杂问题并很容易解释场解。有限元法理论是通过关于变压器中典型的静电场和静磁场的一维和二维问题的解介绍的。在介绍了静态、时谐和瞬态方程后，详细阐述了包含电磁场和外部网络/其它物理场的耦合场计算。后还给出了处理磁滞、磁化/磁致伸缩力的简要理论/程序。 第2个新增章节介绍了理解变压器与系统相互作用影响所需的相关理论和说明。该章节从对电力系统的稳态分析至关重要的变压器建模开始，通过例子说明了调幅变压器和移相变压器的实用性。关于谐波的章节简要说明了谐波的产生和影响，并用建模的方法进行了分析。铁磁谐振现象对变压器是有危害的，该章节列举了可引起铁磁谐振的系统一些情况。随后介绍了电弧炉负载和地磁干扰的负面影响，说明了由于系统瞬变包括特快速瞬态过电压引起的内部谐振，重点介绍了包括真空断路器的开关操作对配电变压器的影响，后，详细阐述了用于瞬态研究分析的变压器低频、中频和高频模型。 科研院所、电力工程师和变压器专家所作的大量研发工作，推动了先进的诊断工具的使用。新增加的“监测和诊断”章节在概述了油和绕组的传统测试方法后，对局部放电、绝缘劣化和绕组位移/变形等检测技术做了全面说明，基于电信号、声信号和超高频信号的方法都在局部放电诊断中得到了实际应用。本章将用于评估绝缘状态的介质响应方法分为时域法和频域法，并结合诊断过程介绍了理解这两种方法的背景理论。后，详细介绍了在检测绕组的不规则性中广泛应用的频率响应分析方法。 总之，变压器的诊断和变压器与系统的相互作用是第2版特别关注的内容，也是希望帮助读者除了清楚复杂的变压器设计和先进的数值场计算的应用之外，领悟到变压器运行/维护问题及其解决办法。 S.V. KulkarniS.A. Khaparde（意见和建议，请联系：svk@e