《中级电工工艺学》教案 第一章 电力变压器的确良修理

1、- 9 -第一章 电力变压器的修理第一节 中小型电力变压器的结构联结与制造工艺1、变压器：是一种利用电磁感应的原理，将某一数值的交流电压转变为频率相同的另一种或两种以上的交流电压的电器设备。2、变压器的电磁感应：由电路和磁路两部分来实现。 这两部分是互相环链的，电流环链着磁通，磁通又环链着电流。 电路分一次电路和二次电路。参与电磁感应的主磁通既交链着一次电路，也交链着二次电路。3、由于变压器的形式、容量、电压和绕组数的不同，它们的外形和附件也不完全一样，但其主要部件大体上是相似的。3、使用最广泛的是：电力变压器，而在电力变压器中，应用量最多的是容量在1008000kVA之间，电压在0435kV

2、之间的中等容量的三相油浸式电力变压器。4、油浸式变压器组成：一般由器身、油箱、冷却装置、保护装置和引线部分组成。 器身是变压器的最主要部分由铁心、绕组、引线及分接开关等部分组成， 而铁心和绕组又是器身中的两个关键部分。本节主要从修理角度上介绍中小型三相油浸式电力变压器的铁心、绕组的结构和制造工艺。一、铁心的结构和制造工艺（一）铁心的结构 1、铁心的作用：是磁通的通道，它给磁通造成低磁阻的回路。同时，也是器身的骨架。2、铁心的制作：为了减少铁心的能量损耗，铁心是用03505mm厚的硅钢片冲剪成几种不同的尺寸，并在其两面涂以绝缘漆后，按一定规则叠装而成。a) b)图11单相心式和壳式变压器a)单相

3、心式变压器b)单相壳式变压器3、铁心的结构：它由铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。 铁心柱：套装绕组的部分叫铁心柱。 铁轭：连接铁心柱形成闭合磁路的部分叫铁轭。 夹紧装置：用穿心螺杆把铁心柱和铁轭紧固成坚实的整体，以支持和卡紧线圈，固定引线和分接开关。4、铁心分类：有心式和壳式两类 心式：绕组包着铁心的变压器叫心式变压器，图1一la，电力变压器大多采用三相心式铁心 壳式：铁心包着绕组的叫壳式变压器。图11b，多用于小型变压器5、铁心和其他金属构件要可靠地接地：为了防止变压器运行时因静电感应在铁心及其他金属构件上产生电动势，造成对地放电，除夹紧装置外，铁心和其他金属构件要可靠地接地。但是铁心上只允许有

4、一点接地。如果有两个及两个以上的接地点，则接地点之间可能形成闭合回路，产生环流，造成局部过热事故。（二）铁心的制造工艺 1、铁心的制造过程主要有：硅钢片剪裁、冲孔、去毛刺、退火、涂漆、叠装、修整及铁心性能试验等工序。2、铁心制造的工艺水平的影响：变压器空载损耗中附加损耗的大小很大程度上决定于铁心制造的工艺水平。（一）剪裁及冲孔 图13三相心式变压器铁心的叠积图 a)直角接缝 b)45°接缝1、叠片的长和宽由铁心的尺寸来决定。2、应考虑两片和三片一叠和接缝的交错，选择最少的叠片规格，并尽可能使片间接缝紧密。3、对采用磁性能没有方向性的普通热轧硅钢片的叠片，一般都裁成矩形；对采用导磁性能

5、有方向性差异的冷轧硅钢片的叠片，为了减少由于磁通方向和硅钢片轧制方向不一致造成的影响，采用带斜接缝的叠片，其斜接角为45°。4、充分利用硅钢片材料的措施 1)大小变压器混合套裁。 2)充分利用原材料的正公差尺寸。 3)灵活改变铁心的接缝位置。5、下料：为保证铁心的导磁性能，下料时应注意使铁心磁通方向沿着硅钢片的轧制方向，先将整张材料按叠片的长度剪切，使毛料的宽度等于叠片的长度或略长一些，再剪切叠片的宽度。如果下料时已将长度裁准，按片宽剪切后，就完成了叠片的裁剪工作；如果长度有余量，仍须再进行长度的最后剪切。剪切时要注意使切口和长边垂直。6、冲孔：中小型变压器的铁心叠片，多数是只有一个

6、穿心螺杆孔在叠片的一端的矩形片。冲孔时是用纵向和横向两个挡板来确定孔的位置。根据经验，叠片的各种尺寸公差应保持在表11、12、13、14的范围内。对于孔的位置公差，孔中心纵横两个方向的公差约在±05±07mm之间。（二）叠片的涂漆1、涂漆的目的：为了降低铁心中的涡流损耗，叠片间要互相绝缘。2、我国制造的变压器全部采用在叠片两面涂绝缘漆的方法。3、材料：一般采用1611漆作为硅钢片的片间绝缘漆。 主要成分为干性植物油、松脂酸盐。绝缘等级为A级。 主要特点为：漆膜厚度均匀、坚硬、耐油，在高温400500°C下能很快干燥。 4、一次涂漆：对于容量在5000kVA以下的变

7、压器可只涂一次漆，而对于较大容量的，往往需涂两次甚至三次。对于一次涂漆，两面涂膜的总厚度为0010015mm，并要求涂层均匀。（三）铁心叠装 我国的三相电力变压器均采用心式结构，下述铁心装配工艺仅限于此种形式。1、交错叠：铁心是由不同尺寸的叠片交错叠成。交错叠装具有磁力线分布均匀、铁心的机械强度较高、可简化压紧装置等优点。2、铁心的夹紧： 800kVA以下的变压器中，因铁心尺寸较小，铁心柱部分不需要用穿心螺杆夹紧。 1000kVA以上的变压器，因铁心柱部分的直径及高度均较大，铁心柱的叠片上必须冲孔，用穿心螺杆夹紧。螺杆与叠片之间必须绝缘。图14是穿心螺杆处的绝缘结构。3、1000kVA以下的变

8、压器铁心的叠装过程：是在普通装配平台上进行的。装配台的平面必须平整。先按尺寸要求放好带有绝缘垫板的夹件，然后在夹件间放置等高的木块或钢块，形成叠片的水平面。 为了保证叠片质量及提高工作速度，可采用定位棒，以圆孔定位。定位棒的直径比孔径小12mm，而比绝缘管的直径大12mm。每叠完一级(所谓级，即图12中的铁心宽度不等的台阶)，要进行一次校正，测量每一级的厚度。宽度较小的级，其厚度采用负公差，而宽度大的级则采用正公差，这样可以保证在总厚度不变的情况下，铁心的截面积有正公差。每级铁心除了控制厚度外，还要认真检查铁心的各个对角线是否相等。 铁心全部叠完，并检查校正后，在上侧安放夹件及绝缘垫块，用双头

9、螺杆及螺母把铁轭夹紧，拉出定位棒，用带有绝缘管的螺杆把铁心夹紧。压紧的工序必须由中部向两边进行。最后把装配完毕的铁心立起来，并装好下夹件下面的垫块。4、变压器铁心及其金属固定装置均需接地由于叠片间的电阻不大，只要一点接地即可认为整个铁心接地。接地片多采用镀锡铜片制作，使铜片一端夹入铁心叠片间，另一端用螺母拧紧在钢夹件上，而钢夹件借螺杆与接地油箱连通。（四）铁心修整 1、由于在不平的平面上进行叠装，或者由于铁心起立时使铁心柱发生弯曲，严重时会破坏铁心夹紧螺杆的绝缘管。2、如果铁心柱发生局部弹性弯曲，应将螺杆适当松开，用锤子垫着钢块进行整形，整形时要注意不可使叠片变形，如卷边等。3、对于接缝处间隙

10、过大，或有重叠现象的叠片，也要适当松开螺杆，用锤子和扁铲等工具逐个打齐。4、最后拧紧螺杆后，用1000V的兆欧表(绝缘电阻表)检查绝缘是否良好。如果没有问题，才允许进行性能试验。（五）铁心性能试验1、铁心性能试验的主要内容：是测试空载电流和空载损耗。2、试验方法为：在铁心柱上绕以绝缘线，加以适当的电压，使每匝电压达到设计值，测试出空载电流及空载损耗。对1000kVA以下的变压器，此项试验可在套装线圈之后进行，不必再绕以绝缘线。3、试验后：铁心要用冲头把夹紧螺杆与螺母三点铆牢，以防因铁心振动而松动。二、绕组的结构特点与制造工艺（一）绕组的结构特点绕组有同心式和交叠式两种。由绝缘铜线或铝线绕制而成

11、。1、交叠式绕组： 结构：高低压绕组是互相交错放置的，为了便于绝缘靠近上下铁轭的两端一般都放置低压绕组。 特点：这种绕组漏抗小，机械强度高，但高低压绕组之间的绝缘比较复杂。一般用于低电压大电流的变压器上，如电炉变压器、电焊变压器等。2、同心式绕组： 结构：是将一、二次绕组绕在同一铁心柱上。为了便于绝缘，一般将低压绕组放在里面。 特点：同心式绕组结构简单，是最常用的一种形式，大多数电力变压器都采用同心式绕组。 同心式绕组的形式有 圆筒式 A 双层：工艺简单，强度差，用于10630KVA，500V以下。 B 多层：用于10630KVA，35KV以下。C 分段：用于1000KVA以下的高压绕组。 螺

12、旋式：用于800KVA以上，35KV以下的低压绕组。 连续式：绕制麻烦，强度高，散热发，用于63KVA以上，3110KV的高压绕组。（二）绕组的制造工艺 绕线机的要求：起动平稳，以保证逐渐地拉紧导线和等速地绕制；具有可靠的不倒转的制动装置，以防止绕好的部分因倒转而松开；要有足够的功率和调速范围。1、用扁线绕制的低压圆筒式绕组这种绕组一般绕在酚醛纸筒或粘合的纸筒上。起绕前，先将导线的端头按规定的长度和绕向弯成直角。如果是用多根导线，在弯角处的导线之间垫以电缆纸或绝缘胶布，再有斜纹布带包扎绕组始端。绕组的出线头放在绕线模端板槽中，如图16a所示。用斜纹布带绑扎在线匝上，然后开始绕第一线匝。绕线机主

13、轴的转速控制在1836r/min范围内，并严格控制导线的张力。在绕制过程中，用斜纹布带交错地夹在导线上下以便压紧线匝。轴向线匝间要紧密，可用木楔打紧。当绕到第一层的最后一匝时，划出由第一层过渡到第二层的位置线，并在此放置端圈，端圈的绑扎如图l一6b所示。然后放置电缆纸作为层间绝缘，再绕下层线。当绕到距绕组终点45匝时，放置34处斜纹布带套圈，以便扎住这一层线的最后几匝。 绕完绕组的全部线匝后，标记出终端出线头的长度和弯形位置，并将导线剪断，弯出90°的出线头，包扎绝缘，然后紧固在绝缘端圈的开口中。 完成以上工作后，在终端出头处或沿绕组全长半叠绕折边的电缆纸或斜纹布带，从绕线模上取下绕

14、组；在绕组的四周取四处沿轴向用斜纹布带扎紧，进行匝数检查，然后送去干燥浸漆。2、用圆导线绕制多层圆筒式高压绕组这种绕组的匝数较多，导线较细，因此绕制时转速可高些，一般为100160rmin。首先弯头，包扎出线头绝缘，然后把出线头固定在绕线模上，绕组端部绝缘的位置和固定如图l一7a所示。绕制时，线匝要压住电话纸5，并靠近端部绝缘。以后的线匝要逐匝靠紧，使绕组的边匝压紧纸带，具有可靠的端部绝缘。 到第一层最后56匝时，靠近挡板放置另一端的绝缘，接着绕完第一层线圈。再在第一层升到第二层的过渡处用电话纸或电缆纸加包绝缘。 层间绝缘是沿绕组整个高度上放置的(包括端部绝缘的高度)。在第一层绕到倒数第二、三

15、匝时，开始包层间绝缘，这时线匝和层间绝缘同时绕上，因此，下一层的第一匝是从层间绝缘的最后一圈的下面穿出来的，与上一层相同，也放上端部绝缘，绕第二层导线。依次类推。 为了形成轴向油道，沿圆周均匀放置木撑条或绝缘纸板条。为了保持绕组的圆筒形状，除了永久性撑条以外，在永久性撑条之间放置工艺撑条。撑条用斜纹布带绑住。接着安放端部绝缘，绕下一层线匝，经过一段后，拆下绑扎撑条的斜纹布带，继续绕制。 绕组的调压分接头用打圈的方式引出，不必将导线剪断，如图17b所示。分接头用直纹布带绑扎，并在外面再套上绝缘套管，在分接头下面垫上纸槽，再把它放到绕线模端板的槽口中，对导线截面较大的分接头，采用导线截面相同的铜带

16、，把铜带焊在绕组的导线上，用漆布包扎分接头处，并在其两侧垫上绝缘。绕完的绕组用直纹布带或电缆纸绑扎，最后送去干燥、浸漆。三、总装工艺 变压器制造的主要工艺见图18所示。1器身绝缘装配 1) 卷制绝缘筒时必须层层收紧；内绕组出头加包绝缘时，应注意绝缘的搭接长度至少为绝缘包厚的10倍，绕组出头绝缘包厚大于3mm时，搭接部分应先削成锥形。绝缘包扎必须紧密，以免搭接部分松脱。 2) 绕组套装时，要确保与铁心柱同心，绕组的轴向要可靠地压紧，并防止绕组绝缘在运行时收缩而产生振动变形。 3)上铁轭插片的第一级是插片的基准，必须保证平直无弯曲。2总装配 1) 总装配的各个过程都要十分注意清洁。 2) 器身真空

17、处理后必须整理和压紧，以确保内外绕组的均匀受力，紧固件要拧紧，绝缘距离要复查。 3) 带有载分接开关的器身总装时，要检查引线位置和引线绝缘距离，必须使其符合规定要求。所有紧固件都要拧紧。操作机构与开关的连接要注意和标定位置相符。变换分接时，应确保开关本体与操动机构先后动作步骤、顺序正确。 4) 高压套管的接线头和引线电缆，必须焊接牢固，搪锡无缩孔。电缆长度必须合适，使其能够按要求进入均压球，以免引起局部放电。对于低电压大电流套管，应使接线片和导电杆接触良好。第二节 中小型电力变压器的修理一、常见故障及其排除 （一）过热现象1、变压器的主要热源：是绕组和铁心。2、散热过程：油浸变压器绕组和铁心中

18、损耗所产生的热量先使变压器油加热，再传到油箱壁及散热装置，然后散入大气。在稳定运行时，绕组、铁心和变压器油都有一定的温升数值。3、在额定负载下运行的油浸变压器各部分的温升不应超过表15的限值 表1-5油浸变压器的温升限值 (K) 变压器部位 温升限值 测量方法 绕 组 自然油循环 65 电阻法 强迫油循环 65 铁心表面 75 温度计法 与变压器油接触的结构表面 80 温度计法 油 面 55 温度计法4、从油温可以判断变压器的发热情况：一般情况下，电力变压器是长期带电的，很少有机会对绕组进行温度测量，而变压器任何一处因故障而产生的热量，最终都会反映到油的温升上面，因此从油温可以判断变压器的发热

19、情况。5、不能只从温升限度来监视变压器的运行，还要知道它在不同负载时的正常温升数据，方能推测运行是否正常：由于变压器不是经常满载运行的，在轻载的情况下，也有发生故障的可能，所以不能只从温升限度来监视变压器的运行，还要知道它在不同负载时的正常温升数据，方能推测运行是否正常。6、如果发现油温较平时相同负载和相同冷却条件下高出10时，应考虑变压器内部已发生了故障。（二）绕组匝间或层间短路 1、绕组匝间或层间短路后果：当绕组的导线和层间绝缘损坏时，少数线匝或层间一些线匝发生短路。被短路的线匝在交变磁通的感应下，产生短路电流，使温度上升，并使变压器油分解成气体，进入气体继电器，使气体继电器发出警报，或切

20、断变压器的电源。2、造成匝间或层间短路的原因 1) 匝间或层间绝缘的自然损坏或由于过载或散热不良，使线圈过热，造成绝缘老化，降低了导线的机械性能并导致破损。 2) 变压器油中含有腐蚀性杂质或水分，腐蚀并损坏了导线的绝缘。 3) 由于工作不慎，在制造或维修时绕组内夹有铜线、铁片及焊锡等导电物体，或存在未被发现的缺陷。 4) 由于外部短路使绕组受力发生机械变形，造成匝间或层间绝缘损坏。3、如何确定是否发生匝间或层间短路：可分别测量每相绕组的直流电阻，比较所测数据有无明显差别。然后吊出器身，在绕组上施加额定电压作空载试验。如有匝间及层间短路缺陷，短路线匝将会发热、冒烟等，并使损坏处显著扩大。如无法用

21、修补的办法消除故障，则应更换绕组。（三）绕组断线事故1、后果：在变压器内部发生故障时，其测量仪表指针摆动，断线处产生电弧，使变压器油分解，气体继电器内有灰黑色可燃气体产生，气体继电器动作，断开变压器高、低压两侧的开关，使变压器停止运行。2、断线事故的一般原因：可能是由于导线接头焊接不良，绕组引出线连接不良，匝间或层间短路后把线匝烧断或短路应力使绕组断裂等。3、处理方法：发生故障后，首先应检查各相绕组的直流电阻，进行数值比较，然后吊出器身找出断线并进行消除。（四）主绝缘击穿1、绕组的主绝缘是指：低压绕组与铁心柱之间的绝缘，高、低压绕组之间的绝缘，相邻两高压绕组之间的相同绝缘和绕组两端与铁轭之间的

22、绝缘等。2、后果：这些部位的绝缘击穿后就相当于绕组接地或相间短路。3、位置：一般主绝缘的击穿发生在靠近铁心柱和铁轭的地方。4、主绝缘被击穿的主要原因有：绝缘老化而引起破裂或折断，变压器油受潮、油质变劣，绕组内落入异物，线路故障使绝缘受到机械损伤及各种过电压等。5、对于过电压击穿，当过电压消除后，新的油立即进入损坏的空间，又暂时隔离了电流的通路。所以击穿后的绝缘并不一定会立即失去运行能力，但这里就形成了绝缘上的弱点。当再次出现过电压时，又会在原处造成第二次击穿，使绝缘性能进一步降低，直到最后发展成为短路故障，而使差动保护和过载继电器动作。6、处理办法：是先测量绝缘电阻，再吊出器身更换有关绝缘，烘

23、干器身，对变压器油进行处理，如去除水分，过滤等。7、当事故扩大到两相短路时：变压器发生较大声响、安全气道管口爆破并向外喷油，各种保护环节全部动作，变压器停止运行，这时通常需更换绕组。（五）铁心故障1、片间绝缘损坏的后果：变压器铁心叠片表面是经过绝缘处理的。对片间绝缘良好的变压器铁心，涡流被限制在每片内部，其引起的损耗是很小的。如片间绝缘损坏，涡流损耗便会增大，损坏处的温度就会上升。由于温度的升高，又造成周围绝缘迅速老化，直到片间短路，故障范围又进一步扩大，严重时使叠片局部熔化，熔化的硅钢片液体一部分渗入片间间隙，一部分流到油箱底部形成小钢球。铁心叠片熔化时温度很高，高温的钢液与变压器油接触后分

24、解为气体。当气体达到一定的数值，气体继电器便会动作。当故障发展到相当严重时，油的温度就会显著升高，甚至冒烟，过载继电器就会动作。2、铁心局部熔化的其他原因是：铁心螺栓的绝缘损坏使叠、片片间短路，铁心接地不正确引起环流和放电。3、铁心故障大多数发生在较大容量的变压器中，中小型变压器中较少发生。4、处理：对熔化不严重的铁心，可用风动砂轮将熔化处刮除，再涂上绝缘漆，对严重烧毁的铁心宜送制造厂修理。5、铁心通过接地片接地，而且只能有一个接地点。如果铁心有两点接地，便可以产生环流而引起故障。6、如果铁心接地片断裂：变压器内部可能产生轻微的放电。这时应吊出器身，修好接地片。7、夹件松动会产生不正常噪声，应

25、吊出器身检查，并将夹件夹紧。二、小修周期及其项目1、小修的周期 一般电力变压器的小修，每年至少进行一次。小修允许停用时间规定为：2000kVA以下的是6h；20005000kVA的是8h；5000kVA以上的是10h2、小修的项目 检查各部密封处有无渗漏油，清扫套管，检查套管有无裂纹和放电痕迹； 取油样试验并与历年来油化验作比较，检查油位是否符合标准，若不够需加油； 检查散热器是否堵塞；检查风扇电机、温度计、气体继电器是否良好； 检查吸湿干燥剂是否变色，若变色需更换。 配合小修作绝缘预防性试验和继电保护试验，处理所发生的缺陷。三、大修工艺及验收标准1、周期：大修工艺变压器投入运行后每隔510年

26、要大修一次。另外根据变压器的试验结果和运行状况也可安排计划外的大修。2、变压器大修的工作项目 1) 检查前的准备工作。 2) 打开顶盖，取出器身 3) 检修器身(铁心、绕组、分接开关和引线) 4) 检修顶盖、贮油柜、安全气道、散热管、油门和套管等 5) 检修冷却装置 6) 清扫外壳，必要时重新涂漆 7) 检查控制测量仪表、信号和保护装置。 8) 滤油或换油 9) 必要时进行绝缘干燥处理 10) 变压器装配 11)进行规定的测量和试验 3、大修前应作如下准备工作 1) 检查分析变压器的运行记录，估计故障原因、部位及严重程度。制定检修方案及措施计划 2) 进行油样试验，准备好油处理设备及足够的补充

27、油。 3) 准备各类材料及备品备件。 4)准备检修场地、起重设备、各类工具和测试仪表。 5)对发生严重故障需要彻底修理的铁心或更换绕组的变压器，要根据修理能力决定是否送制造厂修理。3、验收标准 变压器在试运行前，应进行全面检查，确认其符合运行条件时，方可投入试运行。 (1)检查项目 1)变压器本体、冷却装置及所有附件均无缺陷，且不渗油； 2)轮子的制动装置应牢固。 3)油漆完整、相色标志正确、接地可靠。 4)变压器顶盖上无遗留杂物。 5)事故排油设施完好，消除设施齐全。 6)贮油柜、冷却装置等油系统上的油门均应打开，油门指示正确。 7)电压切换装置的位置应符合运行要求，有载调压切换装置远方操作应动作可靠，指示位置正确。 8)变压器的相位及绕组的联结组别应符合并联运行要求。 9)温度计指示正确，整定值符合要求。 10)冷却装置试运行正常。 11)保护装置整定值符合规定，操作及联动机构动作正确。 (2)变压器试运行的规定 1)接入中性点接地系统的变压器，在进行冲击合闸时，其中性点必须接地。 2)变压器第一次投入时，可全电压冲击合闸(如有条件应从零伏起升压)；冲击合闸时，变压器一般可由高压侧投入。 3)第一次送电时其持续时间应不少于10min，变压器应无异常现象。 4)变压器应进行五次全电压冲击合闸，并应无异常情况，励磁涌流不应引起保护装置的误动作