变压器基础知识介绍

110kV油浸电力变压器基础知识石家庄供电公司科协制作第一部分变压器的基本构成一、变压器的基本构成大型电力变压器的基本构成，通常分为以下7个部分：铁心部分－包括硅钢片叠成的柱、轭及其夹紧装置绕组部分－包括各相绕组及其联线的引出线绝缘部分－包括各部件之间以及自身的油、纸绝缘油箱部分－除油箱本体外，还包括储油柜、支架等冷却系统－包括冷却器或散热器、油泵、风扇、联管等测量仪器－包括信号温度计、电流互感器、油位计等保护装置－压力释放器、气体继电器、吸湿器等其中，前两部分又可称为磁路部分和电路部分，是基本部分。变压器主要器件示意图变压器主要器件示意图变压器制造流程一、变压器铁芯变压器铁芯介绍的主要内容是变压器铁芯的剪裁、叠积、固定和为降低空载损耗的最新叠铁技术二、变压器铁心铁心（Core）是变压器的基本部件，由磁导体和夹紧装置组成，它有两个作用：在原理上，铁心的磁导体是变压器的磁路，它把一次电路的电能转为磁能，又由自身的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介。在结构上，铁心上支撑了器身、引线等变压器内部的所有部件。变压器的铁心是框形闭合结构，其中套线圈的部分称心柱，不套线圈只起闭合磁路作用的部分称铁轭。上夹件下夹件主柱上铁轭下铁轭拉板变压器铁心铁心的种类：按照绕组和铁心的相对位置不同，铁心可分两大类：心式和壳式。这里暂时只介绍心式铁心。对于单相变压器，铁心有两柱两轭、单柱四轭、双柱四轭等几种结构形式。对于三相变压器，铁心有两柱两轭（三相三柱）、三柱四轭（三相五柱）等几种结构形式。铁心结构形式的选择是根据各种绕组合理布置、节省材料以及满足运输高度等综合因素确定。旁轭可以减少漏磁通和激磁电流中的五次和七次谐波。上铁轭心柱旁轭下铁轭变压器铁心电工钢带（硅钢片）：铁心磁导体所用材料是含硅量较高的电工钢带，又称硅钢片。硅钢片有冷扎和热扎两种，其中冷扎硅钢片又分为无取向和取向两种。热扎硅钢片的磁性能差，磁通密度只能达到1.5T，而单位损耗过大，目前已不再采用。冷扎取向硅钢片有明显的方向性，饱和磁密高，单位损耗和单位励磁容量小，目前普遍采用。冷扎晶粒取向硅钢片的厚度有0.35mm、0.3mm、0.27mm、0.23mm等几种规格，目前常用的为0.3mm，且日趋减小，其主要目的的为了降低空载损耗。目前硅钢片的主要产地是日本、西欧、俄罗斯、韩国以及国内的武钢等。冷扎取向硅钢片的规格主要由厚度、50Hz磁通密度为1.7T时的单位损耗（W/kg）来表示，例如：日本川崎制铁30RGH120片厚0.3mm单位损耗(P17/50)为1.2W/kg新开发的有采用激光照射、机械刻痕技术的硅钢片变压器铁心硅钢片的剪切：硅钢片材料进厂时是宽度1000mm左右的卷料，需使用专门的剪切设备（例如德国的乔格线）剪切成要求的形状，每片的剪切毛刺应不大于0.02mm。变压器铁心变压器铁心变压器铁心铁心的叠积：由于心式变压器的线圈为圆形，铁心柱断面也应该作成圆形，但因制造困难，且不经济，因此作成阶梯状（分级圆柱式）。每个阶梯皆形成一个矩形，外限位于同一个外接圆上。阶梯的多少有一定限度，需要根据经济效益进行综合考虑。铁心叠积时，其心柱与铁轭的铁心片是一片或几片交替的搭接在一起，使上下两层硅钢片的对接缝交替错开，互相遮盖。在改善强度的同时降低了励磁电流和空载损耗。变压器铁心变压器铁心铁心片的搭接：目前变压器铁心采用全斜接缝形式，即心柱和铁轭相接处呈45°，这种接缝形式与目前所普遍采用的高导磁取向硅钢片的特性是完全适应的。尽量使磁路一致。对于全斜接缝的大型变压器铁心，一般均采用两级接缝的形式进行叠积。为进一步改善变压器铁心的空载特性，形成了铁心的多级接缝形式，即步进搭接式铁心（Step-Lap）在叠片式铁心中，硅钢片接缝是相互错开的，当某一片的磁通遇到接缝处的空气间隙时，由于空气间隙的磁阻是硅钢片的几千倍，此片的磁通大部分经相邻跨接此接缝的硅钢片通过，跨接接缝处叠片的原有磁通与跨接磁通迭加，该处的磁密将增加，接缝区叠片磁密可能达到饱和，以至于接缝区域内(即局部)空载损耗及空载电流急剧增加，使得整体的空载损耗增加。步进搭接是今年来采用的一种新的叠铁技术，可以改善硅钢片在接缝区的磁密,从而有效的降低铁心部分的空载载损耗及噪声。变压器铁心变压器铁心铁心的绝缘：铁心的绝缘情况对变压器铁心产品的质量有着直接的影响。铁心的绝缘可分为两部分：片间绝缘和叠片与结构件间的绝缘。片间绝缘主要通过两个方面实现：一是叠片表面的涂层，二是在叠积过程中每叠一定厚度放置一层绝缘纸板，也兼有散热油道作用。变压器铁心在大容量变压器中，为了使铁芯中发出的热量能够被变压器油在循环中更多地带走，因此在铁心柱和为轭中设有散热油道，油道可由硅钢片冲压成波纹板或在硅钢片上焊接的钢条组成，对全斜接缝的变压器铁芯，为了降低损耗，采用非金属材料板条隔成油道。变压器铁心铁心的接地：在变压器运行过程中，由于铁心及其金属结构件在电场中所处的位置不同，产生的电位也不同，当两点的电位差达到一定数值时便产生放电现象。放电的结果会使变压器油分解或固体绝缘损坏，为避免这一现象的产生，铁心及其金属结构件必须有效接地。变压器铁心铁心附件：上夹件下夹件拉板吊环绑扎带支板垫脚圆木棍拉带二、变压器绕组变压器绕组部分介绍的主要内容是变压器绕组的导线和绕制方式变压器线圈线圈是变压器输入和输出电能的电气回路，是变压器的基本部件，它由铜（铝）扁导线绕制，再配置各种绝缘件组成的。线圈在设计上必须满足以下基本要求：1.电气强度雷电冲击耐受电压操作冲击耐受电压工频耐受电压2.耐热强度在长期工作电流产生的热作用下，线圈的绝缘的使用寿命应不低于20年变压器在运行条件下，在任意线端发生突然短路，线圈应能承受住短路电流所产生的热作用而无损伤3.机械强度变压器线圈线圈型式：线圈型式主要是根据线圈电压等级和容量大小来选择，同时也要考虑电气强度、机械强度、散热以及制造工艺的可行性。线圈结构的选择不是唯一的，有时可有几种结构形式可供选择。这也和各个变压器制造厂家的传统习惯有关。变压器线圈大致可分为层式和饼式两种。饼式线圈又可分为螺旋式、连续式、纠结式、纠结连续式、内屏蔽连续式以及交错式等结构型式。变压器线圈线圈导线：绕组线按导体材质不同可分为铜、铝两种，按导体形状可分为圆线、扁线，按绝缘材料可分为纸、漆、玻璃丝等几种，电力变压器通常采用纸包扁铜线。纸包扁铜线可分为普通纸包线、组合导线、换位导线等几种类型。根据铜导线的拉伸强度可分为普通导线(σ0.2≤120Mpa)，半硬铜导线(120Mpa＜σ0.2≤210Mpa)。其中换位导线中还有一种自粘换位导线，即换位导线中的单根扁导线上涂了一层环氧树脂（漆膜双侧厚度为0.06±0.02mm），目的是漆膜热固化后，将所有小线粘在一起，以提高线圈的抗短路强度。目前最新的网包换位导线已经开始应用，国内也引进了相应的加工生产线。变压器线圈线圈导线：绕组线按导体材质不同可分为铜、铝两种，按导体形状可分为圆线、扁线，按绝缘材料可分为纸、漆、玻璃丝等几种，电力变压器通常采用纸包扁铜线。纸包扁铜线可分为普通纸包线、组合导线、换位导线等几种类型。根据铜导线的拉伸强度可分为普通导线(σ0.2≤120Mpa)，半硬铜导线(120Mpa＜σ0.2≤210Mpa)。其中换位导线中还有一种自粘换位导线，即换位导线中的单根扁导线上涂了一层环氧树脂（漆膜双侧厚度为0.06±0.02mm），目的是漆膜热固化后，将所有小线粘在一起，以提高线圈的抗短路强度。目前最新的网包换位导线已经开始应用，国内也引进了相应的加工生产线。变压器线圈绕组通常分为层式和饼式两种形式。绕组的线匝沿着轴向依次排列连续绕制的，称为层式绕组，每层如筒状，由两层组成的绕组称双层圆筒式绕组，由多层组成的称多层圆筒式绕组。绕组的线匝沿着径向连续绕制成一饼（段）状，再由许多饼沿轴向排列组成的绕组称为饼式绕组。包括连续式、纠结式和插入电容式绕组。变压器线圈变压器线圈圆筒式绕组是最简单型式，一般由一根或数根联绕制而成，绕时沿线模轴一匝紧靠一匝地绕制，类似一个圆形密绕的螺旋弹簧。特点是绕制简单，工艺好，层间油道散热好，但端部支撑面小，机械强度差。圆筒式因单层机械强度差，一般绕成多层结构，由于相邻两层电位差较大，要设置层间绝缘。多层绕组在层间设置绝缘撑条构成垂直油道，以利散热。常见绕组形式：常见绕组有圆筒式、螺旋式、连续式和纠结式四种。变压器线圈螺旋式绕组是由扁导线绕制，线匝间不是彼此紧靠着，而是用绝缘垫块隔开一定距离（油道）的绕组，像是一个被拉伸的螺旋弹簧。优点是绕制工艺简单，有散热油道，但匝数较多的绕组不适用。螺旋式由多根导线并联绕在硬胎筒上，可以绕成单螺旋式，并联导线更多时可以绕成双螺旋或四螺旋式。多根导线并联，导线间必须换位，否则会因导线长度不等而出现环流。变压器线圈连续式绕组是由一根或多根扁导线经特殊工艺方法在绝缘筒或线模撑条上连续绕成多个饼状线段组成。优点是机械强度高，散热性能好。但绕制工艺比较复杂。连续式线饼与线饼之间的连接是交替多在绕组内侧和外侧，因此，只要导线长度足够，就可以绕成一个连续的无焊接头的绕组。变压器线圈纠结式绕组形式有插花纠结、双纠结等数种。普通纠结是用两根导线进行并绕，但它的线匝排列不似连续式的顺序排列，而是在电气上相邻的两个线匝中插入了另外一匝。好像很多匝纠集在一起，故称纠结式绕组。常用的采用双纠结，即在两个线饼内完成一个纠结单元，若干个纠结单元组成一个绕组。优点是增大了绕组的纵向（轴向）电容，提高了抗冲击电压能力。缺点是绕制绕组费工费时，焊接头较多。因此有些110kV绕组，只在起始采用纠结式，其余采用连续式，称为纠结连续式。变压器线圈插入电容式绕组（屏蔽式绕组）插入电容式绕组是在连续式绕组线饼外侧内部的匝间插入增加纵向电容的导线（屏蔽线）而成，插入的线饼及插入的匝数可根据所需要电容大小而定，屏蔽线无工作电流通过，因此通常采用很薄的导线。插入电容式绕组采用连续式绕制，与纠结式绕组相比可以减少大量的焊接点，且插入屏蔽线的匝数可以自由调节，从而可以按需要调节纵向电容。目前普遍应用于大型变压器的110kV及以上的变压器绕组。跨四段内屏蔽式绕组示意图变压器线圈变压器线圈导线换位当变压器电流较大时，线圈的线匝是由多根并联导线组成。如不采取措施，距中心轴近的导线短，而距中心轴远的导线长，由于导线在磁场中的长度和位置不同，引起导线的电阻和感抗不平衡，而使导电间的电流分布不平衡。为了保证电流沿导线均匀分布和降低附加损耗，并联导线间必须对换位置，简称“换位”。变压器线圈换位冷却油道导向隔板垫块变压器线圈卧式绕立式绕变压器线圈三、变压器油箱变压器油箱部分介绍的主要内容是变压器油箱的种类变压器油箱变压器油箱是盛放器身和变压器油的容器。其主要作用是：盛油散热保护绝缘：隔离绝缘与大气，避免吸收水分和气体，防止油老化干燥绝缘：现场常温下抽真空时起“真空罐”作用基座运输变压器油箱油箱的种类：变压器油箱有两种基本型式：桶式油箱和钟罩式油箱。桶式油箱由箱盖和桶体两部分组成。其优点是外观简洁，吊器身时只需放很少的油；缺点是对于大容量变压器，现场检修时需要起重量足够大的吊车。钟罩式油箱由上节油箱和下节油箱组成。其优、缺点则与桶式油箱相反。变压器油箱槽型油箱变压器油箱盘型油箱变压器油箱油箱的结构：变压器油箱结构有两种基本型式：加强式油箱和波纹式油箱。加强式油箱是油箱底板上附加加强铁，以增强油箱的强度，有扣槽式加强铁和板式加强铁。波纹式油箱是将油箱板制成波纹状，增强油箱强度。两种油箱使用时没有原则上的区别变压器油箱油箱附件：储油柜储油柜支架千斤顶支架吊环冷却装置管接头底架加强铁底板升高座变压器运输变压器总装变压器器身变压器器身部分介绍的主要内容是变压器铁心、绕组等的紧固技术变压器器身将铁心和各电压等级的线圈装配在一起，加上压紧装置，焊上引线，构成一个整体，称为变压器的器身。所以变压器器身一般包括铁心夹件和线圈压紧。接线片压板线圈有载分接开关铁心引线引线导线夹托板