变压器结构及原理

变压器基础培训新疆国信生产准备部变压器基础知识（一）变压器概述电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比，电流的大小与匝数成反比。变压器主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。（二）、变压器工作原理变压器是利用电磁感应原理构成的一种元器件。由一个初级线圈（线圈圈数n1）及一个次级线圈（线圈圈数n2）环绕着一个核心，也就是铁芯，常用的铁芯形状一般有E型和C型。•变压器的的基本原理是：电磁感应原理，即“电生磁，磁生电”。变压器基本原理图•E1是初级电压；E2是次级电压•N1初级线圈匝数，n2是次级线圈匝数（三）变压器应用发电厂10.5KV输电线220KV升压变电站10/35KV降压实验室/用户380/220V降压仪器36/24/12V降压（四）变压器结构图2-1变压器的结构示意图及电路符号u1N1i1i2u2KZLΦN2铁芯原边绕组副边绕组变压器结构变压器组成部件包括器身（铁芯、绕组、绝缘、引线）、变压器油、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置（吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等）和出线套管。•1、铁芯•铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度分别为0.35mm\0.3mm\0.27mm，由表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。•铁芯分为铁芯柱和横片两部分，铁芯柱套有绕组；横片是闭合磁路之用。•铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。心式及壳式变压器心式变压器壳式变压器2、绕组绕组是变压器的电路部分，它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。绕组的作用是电流的载体，产生磁通和感应电动势。根据变压器高压绕组和低压绕组的相对位置，变压器绕组可分为同心式和交叠式。两者的区别是同心式绕组的高、低压绕组同心地套在铁芯柱上，而交叠式绕组都制成饼型，高低压绕组上下交替放置。同心式绕组适合芯式变压器，高压绕组在外部，低压绕组在内部，这样可以降低对绕组绝缘等级的要求。交叠式绕组变压器主要用在电焊、电炉等特殊变压器上。3、外壳•变压器是整个变压器的主体结构及盛油装置，铁芯和绕组就放置油浸式变压器的外壳内。外罩按变压器容量的大小，结构基本上有芯式和吊罩式两种。吊罩式外壳犹如一只钟罩，故又称钟罩式油箱。当变压器铁芯和绕组需进行检修时，吊去外面钟罩形状的外壳，即上节外罩，变压器铁芯和绕组便全部暴露在外了，可以作充分的检修。吊外罩显然比吊铁芯和绕组容易得多，不需要特别重型的起重设备。•随着变压器技术的发展，变压器的性能和可靠性大大提高，越来越多的大型变压器采用全焊接结构，这样可减少变压器的渗漏点，便于运行维护，如需检查可以从人孔进入，缺点是一旦变压器出现故障，必须切开变压器外壳。钟罩式全焊接式4、变压器油•变压器油是由石油精炼而成的一种精加工产品，其成分组成主要为碳氢化合物，即烃类。它包括烷烃、环烷烃、芳香烃。•作用：•1、绝缘作用：空气的介电常数为1.0，而变压器油的介电常数为2.25。也就是说油的绝缘强度要比空气大的多。•2、散热冷却作用：运行变压器因电阻损耗和其他损耗而产生热量，这些热量必须传递给变压器油，并由其带走。•3、延缓氧气对绝缘材料的侵蚀，保护铁芯和线圈组件。•技术要求：•1、外观：透明、无悬浮物和机械杂物；•2、凝点：牌号：10、25、45#凝点：-10，-25，-45℃•3、水分：水分是影响变压器设备绝缘老化的重要原因。标准：≤20uL/L•4、闪点：闪点降低表示油中有挥发性可燃气体产生，标准：≥135℃•5、酸值：油中所含酸性产物会使油的导电性增高，降低油的绝缘性能，投运前的油≤0.03mgKOH/g运行中的油≤0.1mgKOH/g；•6、水溶性酸碱度（PH值）：投入运行前的油＞5.4运行油≥4.2•7、运动粘度：粘度低，流动性好，变压器的冷却效果好，牌号10，25，45粘度≯13，13，11mm2/s；•8、击穿电压：变压器油的击穿电压是检验变压器油耐受极限电应力情况，标准：220、330、500KV变压器及以上≧35、45、50kV投运后，每年测一次•9、体积电阻率：标准：500kV及以上变压器油≧1×10；≤330KV变压器油≧5×10Ω•m；•10、介质损耗因数：tgδ（%）90℃≤0.55、油枕•（1）储油和补油；为变压器油的热胀冷缩创造条件，使变压器油箱在任何气温及运行状况下均充满油。•（2）保护油品：变压器油仅在油枕内与空气接触(有些还装有胶囊呼吸器)，与空气接触面减少，便油的受潮和氧化机会减少，油枕内的油温较油箱内油温低，也使氧化速度变慢，有利于减缓油的老化。•（3）油枕的侧面还装有油位计,可以监视油位的变化。•（4）一般油枕的容积为变压器油箱的1/10。•（5）变压器油从空气中吸收的水分将沉积在油枕底部集污器内以便定期放出，使水分不会迸人油箱。•变压器油枕有三种形式：波纹式、胶囊式、隔膜式。胶囊式储油柜胶囊式储油柜是在敞开式储油柜的基础上，内部加装了用于隔离空气的夹布橡胶囊，与外壳体形成密封结构，橡胶囊通过伸缩实现对绝缘油的体积补偿，胶囊内腔通过呼吸器与大气相通。此种结构储油柜初步实现了绝缘油与空气的隔离，一定程度上减少了绝缘油的吸湿和氧化，缓解了油质裂化对设备的影响。胶囊式储油柜存在的缺点（1）在变压器安装、运行和检修过程中，胶囊因其机械强度不够易产生破裂而漏油，且破损后不易被发现。（2）橡胶材料本身材质决定其易老化，寿命短，需要定期更换，且更换安装工作需要变压器放油和注油，工作量较大。一般国产胶囊寿命为3～5年，进口胶囊寿命为8～10年，即使采用进口胶囊，在变压器预期寿命期间，也要更换3～4次。（3）由于胶囊内部存在吸热表面，具有形成凝露的条件，因此潜在威胁很大，通过加装吸湿器并不能彻底解决问题。（4）胶囊伸展不良时易出现呼吸堵塞，造成事故。（5）由于橡胶囊机械强度低，当变压器抽真空时，要采用内外平衡压力的方法，如果安装操作不当，胶囊极易损坏，造成不必要的损失，影响设备的正常运行。胶囊式储油柜隔膜式储油柜隔膜式储油柜由两个半圆桶体组成，中间通过法兰夹装一个橡胶隔膜，隔膜浮在油面上，将空气隔离。同胶囊式储油柜一样，橡胶材料存在的问题在隔膜式储油柜同样存在。隔膜式储油柜的另一致命弱点是其本身密封结构问题。由于隔膜被压在上下壳体之间，密封尺寸过大，密封性能不可靠，当绝缘油超过中间部位后普遍存在渗漏，而油位较低时又容易吸入空气和水分。橡胶囊或隔膜式储油柜采用的连杆式磁针油位计，由于连杆较长，易产生变形，因此指示精度较低，常出现假油位。隔膜式储油柜波纹型储油柜金属波纹式储油柜是新一代全密封型储油柜，采用先进的不锈钢波纹补偿技术，在实现绝缘油体积补偿的同时，更能可靠地确保绝缘油与空气的隔离，并具有工作寿命长、无老化、抗破损和免维护等特点，完全适用于各类油浸式变压器、电抗器和电容器等电力设备。目前，在电网系统中使用较早和较多的是一种外油卧式金属波纹储油柜，在结构形式上还有一种内油式金属波纹储油柜。波纹型储油柜6、吸潮器（硅胶筒）内装有硅胶，储油柜（油枕）内的绝缘油通过吸潮器与大气连通，干燥剂吸收空气中的水分和杂质，以保持变压器内部绕组的良好绝缘性能；硅胶变色、变质易造成堵塞。7、套管在变压器的油箱盖上,作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。套管8、冷却装置作用：散热。通过油循环进行散热。•分类：•油浸自冷（ONAN）油浸风冷（ONAF）强迫油循环风冷（OPAF）强迫导向油循环风冷或水冷（ODAF或ODWF）9、气体继电器（瓦斯继电器）•是变压器所用的一种保护装置，装在变压器的储油柜和油箱之间的管道内，利用变压器内部故障而使油分解产生气体或造成油流涌动时，使气体继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号告警（轻瓦斯）或启动保护元件自动切除变压器（重瓦斯）。瓦斯继电器作用•轻瓦斯主要反映在运行或者轻微故障时由油分解的气体上升入瓦斯继电器，气压使油面下降，继电器的开口杯随油面落下，轻瓦斯干簧触点接通发出信号，当轻瓦斯内气体过多时，可以由瓦斯继电器的气嘴将气体放出。•重瓦斯主要反映在变压器严重内部故障（特别是匝间短路等其他变压器保护不能快速动作的故障）产生的强烈气体推动油流冲击挡板，挡板上的磁铁吸引重瓦斯干簧触点，使触点接通而跳闸瓦斯继电器动作原理动作原理：油箱内部轻微故障时间，分解出的瓦斯气体沿连接弯管运动至气体继电器处，聚集在顶盖处形成一定的压力，将变压器油面高度压低，开口杯所受浮力减小，随油面的降低开始转动，使磁铁4与干簧触点15接触，从而吸引干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。同理，变压器油箱漏油时，动作情况相同。油箱内部发生短路故障时，故障点高温电弧将使变压器运动时，由于油的粘滞性，形成油流，冲击挡板。挡板翻转油迅速分解出大量瓦斯气体，有一定压力的气体在向油枕处带动磁铁11与干簧管13靠近，吸引干簧触点接通，跳开变压器各侧开关并发出重瓦斯动作信号10、压力释放装置：防止突然事故对油箱内压力聚增造成爆炸危险。装在油箱顶盖上，当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。通常压力释放阀与防爆管配合使用。压力释放动作原理当压力释放器内的压力达到动作压力时，压力顶起膜盘，压缩弹簧，使压力释放，同时微动开关接通电源发出信号通知主控运行人员，动作标志杆升起并突出护盖，表明压力释放阀已动作，只有排除故障后，方可手动恢复标志杆。11、调压装置•通过改变高压绕组抽头，增加或减少绕组匝数来改变电压比。•无励磁调压，停电调节电压；有载调压，不停电带负荷调压。有载调压开关无励磁调压调压原理图12、信号温度计•监视变压器运行温度，发出信号。分别测量上层油温、下层油温、绕组温度。绕组温度计油温温度计13、油位计：•监视变压器油位位置，一般安装在油枕处，发出信号。分为体积容量和温度容量两种温度容量油位计体积容量油位计变压器型号•□□□□□□□□—□—□/□□•第一个□：耦合方式，O—自耦，F—非自耦；•第二个□：相数，S—三相，D—单相；•第三个□：冷却方式，A—空气，O—油，F—风，J—油浸自冷,C—成型固体浇注式,ＣＲ—包绕式,G—干式空气自冷；•第四个□：N——自然循环，F——强迫循环；•第五个□：绕组数，S——三绕组，E——双绕组；•第六个□：线圈导线材质，铜不标，铝（L）•第七个□：调压方式，Z——有载调压，W——无励磁调压；•第八个□：循环方式，N——自然循环，P——强迫循环；•—□—：设计序号，1,2,3………•□/：额定容量（kVA）；•/□：高压侧额定电压（kV）；•最后一个□：防护代号，一般不标，TH-湿热，TA-干热变压器型号举例•1、SJL-1000/10，为三相油浸自冷式铝线、双线圈电力变压器，额定容量为1000KVA、高压侧额定电压为10KV；•2、S11-25000/35变压器（无功调压变）•即三相（S）铜芯35KV变压器,容量25000KVA,设计序号11为节能型；•3、SFPZ9-120000/110，指的是三相双绕组强迫油循环风冷有载调压，设计序号为9，容量为120000KVA，高压侧额定电压为110KV的变压器；•4、SCB9-2000/10，SC-三相固体成型(环氧浇注)B-低压箔式线圈9-性能水平代号2000-额定容量10-额定高压电压；•5、SZ11-100000/220主变，三相有载调压变压器，容量100000KVA，电压等级220KV.•6、S9-M-400/10，S-三相，9-性能水平代号，M-密封型，400-容量，10-电压等级10KV变压器技术参数•1、额定容量SN：指变压器额定电压额定电流下连续运行时，电能输送的功率，是变压器的视在功率