电力变压器结构课件

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变压器结构

变压器分类变压器按本身的电压高低、容量大小、使用要求、使用地点、服务对象的不同。派生出多种类型，各有其结构特点。***变压器使用对象来分类，可归纳以下几类：1）电力变压器：用于电力系统借以输送电能的变压器。2）配变变压器：指容量较小，由较高电压降到最后一级配电电压，直接作为配电使用的电力变压器。3）换流变压器：在直流输电系统中向变流器供电的电力变压器。4）试验变压器：根据需要，产生高电压和大电流的变压器。5）用于不同工业的专用变压器，例如：电炉变压器、整流变压器、牵引变压器、启动变压器、矿用变压器等等。6）用于电子工业的变压器。***在电力变压器中因使用要求不同或本身结构差异又派生出多种类型。从冷却和绝缘介质的不同可归纳以下几类：油浸式变压器：采用矿物油作为冷却和绝缘介质的变压器。气体绝缘变压器：采用人工合成某种气体（SF6气体）作为冷却和绝缘介质的变压器干式变压器：用空气冷却，固体绝缘介质的变压器。***按结构和使用要求分类，大致可分为；1）密封式变压器：变压器内部介质与外部大气相隔绝，避免相互交换，属一种非呼吸式变压器。2）双线圈变压器：只包括高低压两个线圈的变压器，结构比较简单，是变压器的基础结构。3）多线圈变压器：每相有两个以上的线圈，分别联接在不同电压等级线路上。常见为三线圈变压器，既有高压、中压、低压三线圈。4）有载调压变压器：装有有载调压分接开关，能在负载下调整电压的变压器。***5）联络变压器6）自耦变压器7）发电厂自用变压器简称厂用变8）分裂式变压器9）单相变压器***变压器两大基本结构形式：壳式变压器芯式变压器它们的区别主要在磁路即铁心分布上。壳式变压器铁心的轭包围住线圈，好象形成一个外壳，因此而得名。芯式变压器铁心大部分在线圈之中，只一部分在线圈之外构成铁轭作为磁回路。无论壳式变压器还是芯式变压器其电磁原理是完全相同的。************变压器铁心结构铁心在变压器中构成一个闭合的磁路．又是安装线圈的骨架．对变压器电磁性能和机械强度是极为重要的部件。但对大多数变压器来说是采用叠积式的铁心。对心式变压器来说，套装线圈的铁心柱总是由多级叠片组成一个近似圆形的截面，以求得在圆形线圈内部更有效地利用空间．铁轭即不套线圈的部分一般可与心柱的截面形状相同，但有时为降低铁心高度采用变形轭，这时铁轭截面可做成矩形、椭园形，再进一步要求降低铁心高度时，就要应用旁轭，旁轭截面形状一般均为椭园形或矩形。***常用的铁心叠积图如图。图中(a)为单相双拄铁心，(b)单相双柱双框铁心，(c)为三相三柱铁心，其铁轭片为一个整片，只适用于容量较小铁心尺寸不大变压器；(d)为三相三柱半直半斜接缝铁心，总共8个接缝中有四个是直接缝，这种叠积方式在降低铁心损耗方面不如全斜接缝，但比全直接缝的老式叠积图有较大改善，这种接缝方式材料利用率较高，且较易于叠装，因此在一定条件下仍有应用价值，(e)为三相三柱全斜接缝铁心；(f)为三相五柱式(有两个旁扼)，降低铁心高度的铁心：(g)为三相双框式铁心，(h)为单相四柱式铁心(有两个旁轭)。************,铁心接缝两级接缝多级接缝（步进搭叠）CDE************变压器绝缘结构在一定的电压作用下，由于电极形状的不同，它们之间的电场分布有明显的差别，它们之间产生放电和击穿情况也会有明显的差别。为了了解变压器各个部位的绝缘安全可靠程度，必须了解变压器中的绝缘基本类型。***一般情况下，有以下几种基本类型的电场：平行型均匀电场。圆柱形稍不均匀电场。同轴圆稍不均匀电场。相互垂直圆柱形稍不均匀电场。间端对间端极不均匀电场。尖端对平板极不均匀电场。******变压器内部稍不均匀电场有如下几处：同一铁心柱上不同电压等级线圈之间（除去绕组端部），以及内绕组对有电屏蔽的铁心柱之间是同轴圆柱电场。另一是不同相之间是圆柱电场。***内绕组对没有电屏蔽的铁心柱棱角处。引线对夹件等结构件。引线对油箱升高座的边缘。引线拐角对油箱壁。线圈端部对上下铁轭。线圈端部对绝缘压板的铁压钉等。线圈的线饼之间和线饼中的线匝之间看起来似乎类似平行板稍不均匀电场，但由于电极（导线）边缘之间圆角半径很小造成电场集中。故不能看作均匀电场。

极不均匀电场有如下几处：***

绝大多数变压器内部采用油、纸、纸板、纸板层压件等复合绝缘结构，来符合各种电压作用下的绝缘强度。即油纸绝缘结构变压器中油纸绝缘结构应用可以很大程度的提高绝缘强度，比油或绝缘纸单独使用时绝缘强度要高。变压器内部绝缘结构***根据不同的电场情况，变压器内部大致采用如下几种绝缘情况。引线之间，纯油隙，Φ/D愈小，电场与不均匀。纯油隙之间，低压电压汇流排之间，汇流排对油箱或其它结构件。引线（包有绝缘层）对油箱或其它结构件。绕组匝间和饼间，饼间绝缘为油隙、纸、纸板，匝间绕组包有不同厚度绝缘覆盖。引线之间或小容量变压器绕组匝间，视电压等级不同，导线外包有不同厚度的绝缘层或覆盖其他绝缘材料。固体绝缘，固定不同电位接线柱或引线，引线外部包有不同厚度的绝缘层。油—隔板绝缘，绕组间的主绝缘结构（包括同相绕组和异相绕组）。油—隔板绝缘，绕组对油箱、铁心柱，绕组端部对铁轭。变压器外部绝缘结构***变压器主绝缘结构绕组之间，绕组对油箱，绕组对铁心柱，异相绕组之间绝缘结构基本上属于比较均匀电场，因此采用把大油距分割成小油距的油隔板结构。分割有两种类型：一种是大油道后纸筒结构它的特点是在工频和冲击电压下允许油道有放电现象，全部电压有厚纸筒承受而不被击穿。但这种配合不能保证在试验电压下固体绝缘不受损伤。因此在高电压等级变压器上不采用。另一类是薄纸筒小油道绝缘结构。它的基本特点是油体积减小时，油耐压强度提高。因不同材料具有不同的介电常数ε，故需要进行合理配置。使油间隙在试验电压下期场强不超过油间隙起始局部放电场强。***变压器绕组纵绝缘结构变压器绕组在工频电压和操作波作用下，其匝间和饼间电压差值安匝数分布。但在雷电冲击作用下，由于电压波形的等值频率极高，绕组匝间和饼间的电容和绕组对地的电容影响已不能忽略，因此在雷电冲击电压作用下，绕组的电感能量和电容能量发生交换而形成震荡过程。这个过程使绕组的匝间和饼间和绕组各饼对地的电位已不再是按匝数分布。其匝间并肩电位差和绕组各饼的对地电位和工频电压作用下比较要超过许多倍。所以变压器的纵绝缘主要是根据冲击时的作用电压而定。为此要了解冲击电压下的绕组的特性以便采取相应的措施来改善绕组在冲击电压作用下的电压分布，或者在绝缘上采取加强措施，使变压器绕组在试验和运行中具有充分的可靠性。*********变压器端部绝缘结构变压器端部绝缘结构是指绕组的端部对上下铁轭之间的绝缘。由于上下铁轭的几何形状而是该部位的电场是极不均匀的电场。绕组的端部往往要承受较高幅值的工频和冲击电压。由于电极形状差所以不得不增加电极之间的距离。端部绝缘距离增大，将使变压器铁窗高度增加，变压器体积和重量也随之增加。因此要求在不增加成本,不降低绝缘强度的前提下尽可能的减小端部的绝缘距离。***绕组的端部往往要承受较高幅值的工频和冲击电压。由于电极形状差所以不得不增加电极之间的距离。端部绝缘距离增大，将使变压器铁窗高度增加，变压器体积和重量也随之增加。因此要求在不增加成本,不降低绝缘强度的前提下尽可能的减小端部的绝缘距离。***提高绝缘强度的途径改善电极形状。实际采用端部加静电板的办法。端部增加角环。延长爬电距离。变压器引线绝缘加包一定厚度绝缘层。加大引线直径，电极表面光滑无毛刺。超高压变压器采用出线装置，高压引线不得有金属裸露的地方。（因为此时高压引线电极表面场强很高，如果没有绝缘覆盖，则该处的油中场强和它是同一个值，往往会引起局部放电（严重时出现火花放电），最终导致整个油隙击穿。***出线端加装隔板*********端部出线***出线装置***主要是套管对地和套管之间空间距离和套管沿面爬距。变压器外部结构******变压器绝缘分类内绝缘线圈主绝缘同相绕组之间异相绕组之间绕组对油箱绕组对铁心柱，绕组对旁柱之间。绕组端部对铁轭纵绝缘绕组线匝之间绕组饼间绕组层间引线主绝缘引线对地引线对异相线圈纵绝缘一个绕组的不同引线之间开关主绝缘开关对地开关上不同绕组引线触头之间纵绝缘同相绕组不同引线触头之间外绝缘套管套管对各部接地之间异相套管之间***变压器线圈变压器线圈构成了设备本身的电路部分，它与外部电网直接连接，是变压器中最重要的部件，常把线圈比做变压器的心脏。对电力变压器来说，其线圈与高压输电线路相连，当线路上发生单相接地故障或受雷电袭击发生大气过电压时，以及线路上断路器的动作产生操作冲击波时．线圈都将承受高于额定工作电压很多的瞬时过电压，当变压器线端发生短路故障时，线圈内部特有大于其额定电流许多倍的短路电流，这种短路电流会在线周内部产生巨大的机械力(轴向与辐向)，同时会瞬时地使线圈温度升至极高的危险程度，由此产生了线圈的动热稳定问题。***因此，在设计变压器线圈时，不仅要考虑到变压器运行时各项额定工作参数，还必须充分考虑到遭受过电压时及短路故障时的绝缘强度及机械强度问题，线圈导线在瞬时短路电流通过时其温度上升．不能使其丧失机械强度和绝缘强度。变压器的运行可靠性往往直接决定于线圈的结构设计和制造质量，根据电压等级的不同，容量的不同和使用条件的不同。将采用不同结构型式特点的线圈。这些特点是匝数、导线截面、并联导线换位、绕向、线圈连接方式和型式等。***线圈的类型及其特点根据结构和工艺特点，线圈可分为以下几种基本类型：一、层式线圈1）圆筒式线圈2）箔式线圈二、饼式线圈1）连续式线圈2）纠结式线圈3）内屏蔽式线圈4）螺旋式线圈******圆筒式线圈圆筒式线圈有单层、双层、多层的结构，单层多用于小容量变压器的低压圈，大容量变压器调压圈有时也采用单层圆筒式结构。多层圆筒式线圈多用于小容量变压器的高压圈。***箔式绕组顾名思义就是使用铜箔或铝箔之间用绝缘材料加以间隔开。特点：辅向漏磁通很小，他引起的轴向点动力不大，抗短路能力强。纵向电容大于对地电容，冲击电压作用下有良好的冲击分布***饼式线圈线圈的线匝在辐向形成线饼（线段）后，再沿轴向排列的称为饼式线圈。由扁铜线盘绕形成一个饼状线段，（有若干线绕成一个饼）为了使线圈的起始头和终了头都在线圈的外侧，常作成双饼，把双饼外部端头并联或串联起来组成一个完整的线圈。***连续式线圈连续式线圈是电力变压器普遍采用的一种线圈形式，用扁导线像盘旋的蚊香一样呈盘状，各饼的线匝连续地串联起来成为一个线圈，更确切的说它是一个连续绕成的饼式线圈是由单根或若干根连续绕制而成线段间不断开的双饼线圈。因此连续线圈总段数是偶数。这种线圈适用于容量较大的变压器。******纠结式线圈为改善变压器在受到冲击电压(大气过电压或操作过电压)袭击时线圈首端的梯度分布，希望线圈具有较高的串联电容，因此而发展出纠结式线圈结构。它是连续式线圈的一个“变种”，在线段中其相邻导线在电气上不是直接与前一匝或后一匝相连，面是间隔几个线匝后再串联起来的．因此相邻导线间不是变压器的“匝电压”，而是若干倍的匝电压，由于相邻导体间电压增高达到提高串联电容的目的。所以有的国家称这种纠结式线圈为“高串联电容线圈”

******螺旋式线圈由若干根扁线沿辐向叠在—·起，再沿轴向绕成一个螺旋线式的线圈，它的每—匝即形成一个“饼式”线段，匝间用横垫块间隔并既供散热又作绝缘用，因此也属于饼式线圈结构，螺旋式线圈，可绕成单列或双列，两个双列可构成四列，有时也用三列，但三列螺旋的导线换位略复杂一些。螺旋式线圈多用于大型变压器的低压线圈。***

单螺旋线圈***内屏蔽式（插入电容式）在连续式绕组中插入一根屏蔽线绕制，增加绕组纵电容，改善冲击电压时梯度电压的分布***内屏连续式线圈***

纠结连续式（内屏）线圈******绝缘件绝缘结构由许多形状不同的绝缘零件组成，每个绝缘件或每一部分绝缘材料，都处于电场的不同位置上，承受相应的电场强度。油浸式变压器的绝缘基本上都是油浸纸和油的组合结构，变压器油的介电常数为2.2～2.5，纸与纸板的介电常数为4.5—5，漫油后介电常数有所降低．大致为油与纸介电常数的平均值．囚在交流电场下场强与介电常数成反比关系。在多层绝缘介质组合时，引入介电常数大的介质会使介电常数小的介质中电场强度提高，使其接近或超过临界场强。在变压器绝缘中油能浸入纸或纸板巾，使其介质常数有所下降不至于高出油的介电常数太多，是油—纸绝缘的一个突出优点，其他材料如塑料、胶木、等等油不能浸入油的材料就没有这个特点。***

对高电压变压器，除绝缘强度的概念外．要充分注意局部放电问题。为消除或降低局部放电量，应使电场分布尽量均匀避免局部畸变场强过高，除带电的金属部件要保持十分光滑无尖角毛刺外．绝缘零件也应做成无尖角毛刺，而且要保证油的充分浸透，没有残余气体或水份被包同在绝缘材料内部。***

在变压器主绝缘中．一般都采用多层油隙——纸板组合结构，为使电扬分布更加均匀相对地增加纸板间隔的数量．减小油隙和纸板厚度会取得更好的效果，油隙可用适当厚度的撑条支撑.***绝缘件线圈间的绝缘纸筒。（起着主绝缘作用。）线圈间内、外角环。（起着加强线圈端部绝缘和改善端部电场作用）绝缘纸筒间的油道撑条。绝缘压板、绝缘垫板。静电环。（改善端部电场作用）分相线圈间的绝缘隔板。引线绝缘夹木。***线圈绝缘纸筒***绝缘压板***端部静电环端部角环***引线夹木***变压器油箱结构大中型变压器油箱主要分为两大类：1）桶式油箱2）钟罩式油箱***桶式油箱制造方便节省材料强度较好但当检修或检查变压器器身时．必须用较大的起重机将器身吊出油箱之外。为此在安装工地需备有较高的检修间，并安装起重能力很大的吊车．这会增加不少建设投资．因此当变压器容量增大到一定限度时，运行部门就不希望采用这种结构******钟罩式油箱采用钟罩油箱的变压器在检修时只需吊开钟罩，器身原地不动就能暴露出来．这就不要求运行地点再安装重型起重设备了。右图是罩式油箱的典型结构。为适应运输外部的要求，顶部做成斜面，呈“屋脊”形。下节箱高度较小，只包含一部分下轭，除去钟罩后线圈部分可完全外露。如采用强油循环导向油冷却结构时，常利用箱底上两条长袖方向的加强槽钢兼做导油通道。

*********套管套管是变压器的载流组件，对变压器的绝缘性能有直接影响。常用的套管型式：注油式、油纸电容式、胶纸式。另外还有油气式套管、电缆套管注油式用于较低电压等级；油纸电容式用于高压与超高压。胶纸套管目前很少应用，宜用于均匀电场中，当用于不均匀电场中，绝缘性能不稳定。要保证局部放电量时一般不用胶纸套管。***油油套管油气套管油纸电容式*********变压器低压套管（注油式）***散热装置自冷方式风冷方式强油风冷方式强油水冷方式************

随着低损耗技术的发展，采用油浸、自冷式冷却的容量上限在增加，63000kVA及以下额定容量的变压器可选用油浸自冷冷却方式。优点是不要辅助供风扇用的电源．没有风扇所产生的噪声，散热器可直接挂在变压器油箱上，也可集中装在变压器附近，油浸自冷式变压器的维护简单，始终可在额定容量下运行。如选用可膨胀式片式散热器，变压器可不装储油柜，并可设计成全密封型，维护量更少了，一般可在2500kVA及以下配电变压器上采用。***可膨胀式片式散热器***

风冷式散热器是利用风扇改变进入散热器与流出散热器的油温差，提高散热器的冷却效率，使散热器数量减少，占地面积缩小。8000kVA及以上容量的变压器可选用风冷冷却方式。但此时要引入风扇的噪声，风扇的辅助电源。停开风扇时可按自冷方式运行，但是输出容量要减少，要降低到三分之二的额定容量。对管式散热器而言，每个散热器上可装两个风扇，对片式散热器而言，可用大容量风机集中吹风，或一个风扇吹几组散热器。

***大容量风机集中吹风***强油风冷式水冷是采用带有潜油泵与风扇的风冷却器或带有潜油泵的水冷却器。一般用于50000kVA及以上额定容量的变压器。强油风冷冷却器可挂在油箱上或单独安装。根据国内习惯，一般在变压器上多供一台备用冷却器。这是供有一台冷却器有故障需维修时使用。由于不是额定容量下运行时，变压器可停运一部分冷却器，对停用冷却器而言，潜油泵不能倒转，因此，每台冷却器上应有逆止阀，使油只能沿一个方向流动。******对强油冷却方式应注意几个问题：

(1)油泵与风扇失去供电电源时，变压器就不能运行，即使空载也不能运行。因此应有两个独立电源供冷却器使用。

(2)潜油泵不能有定子与转子扫膛现象，一旦扫膛，金属异物进入绕组会引起击穿事故。油路设计时不能使潜油泵产生负压，有负压时勿吸入空气，影响绝缘强度。

(3)强油冷却的油面温升较低，不能以油面温度来判断绕组温升。尤其强油水冷，绕组温升接近规定限值时，油面温升很低。

***(4)超高压变压器采甩强油冷却时还应防止油流放电现象。在绕组内油路设计时，应防止油的紊流，限制油流速度，选用合适电阻率的油，绝缘件表面要光滑，铁心上应有足够体积使油释放电荷。防止油流带电发展到油流放电。在启动冷却器时可逐个启动到应投入的冷却器数。

(5)选用大容量冷却器时应注意油流不能短路，要使冷却后的油能进入绕组。

***调压装置无励磁分接开关无励磁调压时，不是变压器二次不带负载，而是把变压器各侧都与电网断开，在变压器无励磁情况下变换绕组的分接头有载分接开关是在带负载情况下，变换变压器的分接，以达到调节电压的目的。常见型号

1）M型开关

2）V型开关

3)R型开关******无励磁分接开关***有载分接开关M型V型R型***三相自耦式变压器高压有载开关***M型有载开关***V型有载开关***保护装置1.压力释放阀2.油枕（胶囊式、隔膜式、波纹式）3.气体