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电力变压器的结构及工作原理朱云武2013年9月电力变压器的结构及工作原理主要内容：第三节电力变压器的故障分析和处理第二节电力变压器的结构第一节电力变压器的用途和分类第一节电力变压器的用途和分类变压器是传输电能而不改变其频率的、静止的电能转换器。变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电气设备，变压器的总容量大约是发电机总容量的9倍以上。其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。在电力系统中，输送同样功率的电能，电压越高，电流就越小，输电线路上的功率损耗也越小；输电线的截面积也可以减小，这样就可以减少导线的金属用量。由于制造上的困难，发电机电压不可能很高（目前在20KV以下），所以在发电厂中要用升压变压器将发电机电压升到很高，才能将大量的电能送往远处的用电地区，如35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。而在用电负荷处，再用降压变压器将电压降低到适当的数值供用户电气设备使用。电力变压器在传输电能的时候，本身也有一些有功损耗，但数量不大，因而传输效率很高。中小型变压器的效率不低于95％，大型变压器效率可达到98％以上。1、按功能分：电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称配电变压器。2、按容量分：电力变压器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列两大类。R8容量系列指容量等级是按R8≈1.33倍数递增的，我国老的变压器容量等级采用此系列，如：100kVA、135kVA、180kVA、240kVA、320kVA、420kVA、560kVA、750kVA、1000kVA等。R10容量系列指容量等级是按R10≈1.26倍数递增的。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，是IEC（国际电工委员会）推荐采用的。我国新的变压器容量等级采用此系列，如：100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA。3、按相数分：电力变压器按相数分，有单相和三相两大类。工厂变电所通常都采用三相电力变压器。4、按调压方式分：电力变压器按调压方式分，有无载调压（又称无励磁调压）和有载调压两大类。工厂变电所大多数采用无载调压变压器。5、按绕组结构分：电力变压器按绕组结构分，有单绕组自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器。工厂变电所大多采用双绕组变压器。6、按绕组绝缘及冷却方式分类：电力变压器按绕组绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。其中油浸式变压器，又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。工厂变电所大多采用油浸自冷式变压器。所谓充气式变压器是指变压器的磁路（铁芯）与绕组均位于一个充有绝缘气体的外壳内的变压器。以往，一般情况下是采用SF6气体，所以又称气体绝缘变压器7、按绕组导体材质分：电力变压器按绕组导体材质分，有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类。工厂变电所过去大多采用铝绕组变压器，但低损耗的铜绕组变压器现在得到了越来越广泛的应用。特殊使用环境代号额定电压额定容量特殊用途和特殊结构代号设计序号调压方式导线材料绕组数油循环方式冷却方式相数产品类别1、产品类别代号O-自耦变压器，通用电力变压器不标H-电弧炉变压器C-感应电炉变压器Z-整流变压器K-矿用变压器Y-试验变压器2、相数D-单相变压器S-三相变压器3、冷却方式F-风冷式W-水冷式注：油浸自冷式和空气自冷式不标注4、油循环方式N―自然循环O―强迫导向循环P―强迫循环5、绕组数S―三绕组注：双绕组不标注6、导线材料L―铝绕组注：铜绕组不标注7、调压方式Z―有载调压注：无载调压不标注8、性能水平代号（设计序号）性能水平代号电压等级kV性能参数空载损耗负载损耗76、10符合GB/T6451组Ⅱ符合GB/T6451≥35符合GB/T645186、10符合GB/T6451组Ⅰ≥35比GB/T6451平均下降10%96、10配电变压器符合表A26、10电力变压器比GB/T6451组Ⅰ平均下降10%比GB/T6451平均下降10%≥35比GB/T6451平均下降20%106、10比GB/T6451组Ⅰ平均下降20%比GB/T6451平均下降15%≥35比GB/T6451平均下降30%116、10比GB/T6451组Ⅰ平均下降30%≥35比GB/T6451平均下降40%9、特殊用途或特殊结构代号Z――低噪声用；L――电缆引出X――现场组装式；J――中性点为全绝缘；CY――发电厂自用变压器10、变压器的额定容量变压器的额定容量，单位为kVA。11、变压器的额定电压变压器的额定电压，单位为kV。例1：一台三相、油浸、风冷、双绕组、无励磁调压、铝导线、20000kVA、110kV级电力变压器产品，其性能水平符合GB/T6451规定，该产品的型号为：SFL7—20000/110例2：一台三相、油浸、水冷、强迫油循环、双绕组、有载调压、铜导线、360000kVA、220kV级低噪声用电力变压器的产品，其性能水平符合GB/T6451规定，该产品的型号为：SWPZ7—Z—360000/220第二节油浸式电力变压器的结构油浸式电力变压器油浸式电力变压器的结构器身油箱冷却装置保护装置出线装置铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件（放油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌散热器和冷却器储油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全气道）、吸湿器(呼吸器)、温度计、净油器、气体继电器（瓦斯继电器）高压套管、低压套管2.分接开关1.高压套管4.瓦斯继电器3.低压套管6.油枕5.防爆管8.吸湿器7.油位表10.铭牌9.散热器12.油样活门11.接地螺栓14.活门13.放油阀门16.温度计15.绕组18.净油器17.铁芯20.变压器油19.油箱油浸式电力变压器的结构1.铁芯铁芯在电力变压器中是重要的组成部件之一。它由高导磁的硅钢片叠积和钢夹件夹紧而成，铁芯具有两个方面的功能。在原理上，铁芯是构成变压器的磁路。它把一次电路的电能转化为磁能，又把该磁能转化为二次电路的电能，因此，铁芯是能量传递的媒介体。在结构上，它是构成变压器的骨架。在它的铁芯柱上套上带有绝缘的线圈，并且牢固地对它们支撑和压紧。变压器铁芯涡流的形成当成块的金属放在变化的磁场中．或者在磁场中运动时，金属内将产生感应电流。这种电流在金属内自成闭合回路，犹如水的旋涡故称涡流，由于成块金属的电阻很小，所以涡流很强，使成块金属大量发热，同时电能遭到大量的浪费。1.铁芯为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，铁芯用厚度为0.3～0.5mm的硅钢片冲剪成几种不同尺寸，并在表面涂厚为0.01～0.13mm的绝缘漆，烘干后按一定规则叠装而成。由于硅钢片比普通钢的电阻串大，因此利用硅钢片制成的铁芯可以进一步减小涡流损耗。1.铁芯接地片上夹件铁轭螺杆拉螺杆芯柱绑扎铁芯磁导线下夹件铁芯的结构1.铁芯铁芯的结构形式和用途单相两柱式叠铁芯铁芯片一搭接方式叠积，两柱均套线圈，线圈以串、并联络线引出。结构简单而紧凑，工艺装备少，但叠积工作量大。它是广泛采用的单相铁芯基本结构。适用于各种单相变压器。1.铁芯铁芯的结构形式和用途单相单柱旁轭式叠铁芯中间为一个芯柱，两边为旁轭，轭的截面为芯柱截面的1/2。可降低上、下轭高，有助于减少附加损耗，但电工钢片用量多。它实际上是垂直放置的单相壳式铁芯。适用于高压大容量单相电力变压器和大电流单相变压器。1.铁芯铁芯的结构形式和用途单相两柱旁轭式叠铁芯中间为两个芯柱，两边为旁轭，可降低上、下轭高，有助于减少附加损耗，但电工钢片用量更多，体积大。有时是在旁轭上安装调压和励磁线圈。它是派生结构。适用于高压和超高压大容量单相电力变压器。1.铁芯铁芯的结构形式和用途三相三柱式叠铁芯在结构上与单相两柱式叠铁芯是同一类型，只是多了一个芯柱，三柱线圈各自为一相引出。它是三相变压器最广泛应用的典型结构。适用于各种三相变压器1.铁芯铁芯的结构形式和用途三相三柱旁轭式叠铁芯中间为三个芯柱，各自为一相，两边旁轭和上、下端轭截面为芯柱截面的1/3，主要是用来降低铁芯的高度，便于运输。适用于大容量三项电力变压器。1.铁芯铁轭截面、形状、特点和适用范围多级圆形截面铁轭截面与芯柱截面完全相同，磁通分布均匀，在采用冷轧电工钢片时应该这样，是现代变压器的主要铁轭截面形状。广泛用于现代的各种变压器。1.铁芯铁轭截面、形状、特点和适用范围多级椭圆形截面与椭圆形芯柱截面相配合的一种铁轭截面，另外在有旁轭的铁芯中，铁轭的截面需小于芯柱的截面，当各级相对应时，一定做成多级椭圆形截面。用于旁轭截面为椭圆形的旁轭式铁芯（五柱式铁芯）的变压器。1.铁芯铁轭截面、形状、特点和适用范围倒T形、倒多级T形截面倒T形截面只用于直接缝铁芯，铁轭片种类少，但要比芯柱截面放大50%~10%;倒多级T形截面用于斜接缝铁芯，与芯柱截面相同，既降低了框内沿磁通密度，又缩短芯柱小级的片长，节省材料。倒T形截面多用于以前的中小型变压器，倒多级T形可用于斜接缝的中型变压器。1.铁芯铁轭截面、形状、特点和适用范围正T形、正多级T形截面使用情况同上，但是可利用小级处的较大空间引出内线圈的引线，它们的缺点是芯柱各小级的片长增加，浪费材料。分别用于直、斜接缝的高电压、大容量变压器。1.铁芯铁芯的夹紧装置是使整个铁芯构成一个整体的紧固结构。它在结构上应满足如下要求。夹紧装置一般是框架式，此夹持装置在结构上要承受铁芯本体的夹紧力、起吊器身的重力和变压器在短路时所产生的电动机械力，并确保冷轧硅钢片的电磁性能不减弱。夹紧装置上的构件主要承受拉伸、弯曲应力，尽量避免承受剪切应力。夹紧装置在结构上应能可靠地压紧线圈、支撑引线、装置器身的绝缘件，并应具有器身在油箱中的定位结构。1.铁芯夹紧时的力要均匀，铁芯片的边缘应不出现翘起，铁芯片的接缝尽量要严合，在铁芯励磁时噪声要尽量小。为防止铁芯多点接地和减少漏磁通在结构钢件中产生涡流损耗，结构钢件应用绝缘件与铁芯本体隔开，并尽可能远离漏磁区。在结构钢件中更不能形成交链主磁通下的“短路匝”。夹紧装置与铁芯相贴处必须有可靠的绝缘。1.铁芯1-钢螺母5-胶木纸管3-钢垫圈4-纸板垫圈6-穿芯螺杆2-辅助绝缘垫圈1.铁芯铁芯的绝缘与变压器其他绝缘一样，占有重要的地位。铁芯绝缘不良，将影响变压器的安全运行。铁芯的绝缘有两种，即铁芯片间的绝缘以及铁芯片与结构件件的绝缘。1.铁芯铁芯片间的绝缘是把芯柱和铁轭的截面分成许多细条形的小截面，使磁通垂直通过这些小截面时，感应出的涡流很小，产生的涡流损耗也就很小。铁芯片间无绝缘时，磁通垂直通过的截面很大，感应的涡流大，截面厚度增加1倍，涡流损耗将增大至4倍。铁芯片间绝缘过小时，片间电导率增大，穿过片间绝缘的泄漏电流增大，将增加附加的介质损耗。1.铁芯铁芯片间绝缘过大时，铁芯就不能认为是等电位的，必须把各片均连接起来接地，否则片间将出现放电现象，这是不方便的、不可取的。现在铁芯用绝缘纸条做油道时，就需要把油道两侧的铁芯片连接起来，然后由一个接地铜片引出因此，铁芯片间要有一定的绝缘，在标准测量方法下一般在60～105Ω/cm2。现在采用的冷轧取向电工钢片的表面具有0.15～0.02mm的无机磷化膜，可以满足这一要求，其他电工钢片则需要涂漆，检修时也需要涂漆，大型铁芯有时要涂两遍漆。1.铁芯铁芯片与其夹紧结构件的绝缘是防止与结构件短接和短路。铁芯片间短接总是不允许的，但是结构件间形成短路的回路顺着磁通方向而不交链磁通，或者交链磁通很小，则影响不大。如果两个单排的芯柱螺杆短路形成的闭合回路是顺着磁通方向的，不易产生短路电流；拉螺杆与夹件等形成的闭合回路，交链磁通小又不同相；而铁轭夹件和旁螺杆形成的闭合回路虽交链部分有磁通，但环流不经过铁芯，且可作为三次谐波电流通路，因此它们之间不需要绝缘。1.铁芯铁芯必须接地。铁芯是其金属结构件在线圈的电场作用下，具有不同的电位，与油箱电位又不同。虽然它们之间电位差不大，也将通过很小