變壓器的主要結(jié)構(gòu)培訓(xùn)教材

變壓器的主要結(jié)構(gòu)培訓(xùn)教材電力變壓器一般是由鐵芯、繞組、油箱、絕緣套管和冷卻系統(tǒng)等主要部分組成。鐵芯和繞組是變壓器進行電磁能量轉(zhuǎn)換的有效部分稱為變壓器的器身。油箱是油浸式變壓器的外殼，箱內(nèi)灌滿了變壓器油，變壓器油起絕緣和散熱作用。絕緣套管是將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱的外部，不但作為引線對地的絕緣，而且擔(dān)負著固定引線的作用。冷卻系統(tǒng)是用來保證變壓器在額定條件下運行時溫升不應(yīng)超過允許值的。下面分別進行講述。一、鐵芯鐵芯是變壓器的磁路，為提高變壓器磁路的導(dǎo)磁率，鐵芯材料采用高導(dǎo)磁性能低損耗的晶粒取向冷軋硅鋼片，用先進方法迭裝和緊固，使變壓器鐵芯不致因運輸和運行的振動而松動。為減少交變磁通在鐵芯中引起的渦流損耗，鐵芯通常用0.28—0.35mm相互絕緣的硅鋼片疊成。鐵芯分為鐵芯柱和鐵扼兩部分。鐵芯柱上套繞阻，鐵扼將鐵芯柱連接起來，使之成為閉合磁路。變壓器鐵芯的基本結(jié)構(gòu)有兩種，一種叫芯式鐵芯，一種叫殼式鐵芯。由于芯式變壓器結(jié)構(gòu)比殼式簡單，且繞組與鐵芯間的絕緣易處理，故電力變壓器鐵芯一般都制造成芯式。殼式變壓器的結(jié)構(gòu)比較堅固,制造工藝較復(fù)雜,高壓繞組與鐵芯柱的距離較近,絕緣處理較困難.但殼式結(jié)構(gòu)易于加強對繞組的機械支撐,使其能承受較大的電磁力,特別適用于通過大電流的變壓器。為了使鐵芯中發(fā)出的熱量被絕緣油在循環(huán)時充分地帶走，以達到良好的冷卻效果，除鐵芯的截面做成階梯形外，鐵芯上還設(shè)有散熱溝(油道)，散熱溝的方向與硅鋼片平行，也可垂直在大容量變壓器中。鐵芯損耗的絕對值很大，實現(xiàn)全斜接縫的經(jīng)濟意義巨大，故目前已全力推廣生產(chǎn)全斜接縫低損耗的電力變壓器。接縫都是斜接的，這樣在磁力線改變方向時，損耗可降到最低，這種裝配方式使芯柱和扼部無空心螺孔，從而減小了由于沖孔產(chǎn)生的鐵損。由于硅鋼片無孔，鋼片的夾緊采用環(huán)氧玻璃粘帶綁扎，減少了附加損耗。變壓器鐵芯與油箱絕緣，鐵芯地線經(jīng)附加絕緣套管引至油箱外接地。二、繞組1.圓筒式線圈：圓筒式線圈是最簡單的一種線圈型式，它是由幾根并聯(lián)的絕緣扁線沿鐵芯高度方向上連續(xù)繞制而成。2.餅式線圈：餅式線圈是幾根并聯(lián)的絕緣扁線沿鐵芯柱的徑向一匝接著一匝串聯(lián)繞制而成，數(shù)匝成為一餅，為便于散熱，餅間開設(shè)徑向油道。3.連續(xù)式線圈：連續(xù)式線圈是由很多個如前所述的線餅沿軸向串聯(lián)繞成，但繞制時，先是若干匝沿徑向串聯(lián)成一個線餅，然后采用特殊“翻繞法”，使繞制連續(xù)地過渡到下一個線餅，線餅之間沒有焊接頭。4.糾結(jié)式線圈：糾結(jié)式線圈外形和連續(xù)式線圈相似，但焊頭較多。為使起始電壓比較均勻地分布于各線餅之間，這種線圈的線匝不是依次排列的，而是前后糾結(jié)在一起，當線圈由一根導(dǎo)線組成時，先用兩根導(dǎo)線并繞，再交叉串聯(lián)成一路。這時每兩個線餅為一單元，各單元之間再依次串聯(lián)起來。5.內(nèi)屏蔽式（或電容插入式）線圈：內(nèi)屏蔽式是連續(xù)式線圈內(nèi)部插入增加縱向電容的屏線而成。外觀和糾結(jié)式相似，每段插入屏線的匝數(shù)可視需要自由改變，通常有跨二段屏和跨四段屏兩種。6.螺旋式線圈：螺旋式線圈是由多根扁線沿徑向并聯(lián)排列，然后沿鐵芯柱軸高度象螺紋一樣，一匝跟一匝繞制而成，為減小導(dǎo)線的附加損耗，繞制過程中可能導(dǎo)線換位。多數(shù)變壓器繞組全部采用銅導(dǎo)線，繞組有良好的沖擊電壓波分布，不采用加避雷器方式限制過電壓；使用場強嚴格控制，確保繞組內(nèi)不發(fā)生局部放電；對繞組漏磁通進行控制，避免在繞組和其它金屬構(gòu)件上產(chǎn)生局部過熱。繞組適度加固，引線充分緊固，器身形成堅固的整體，使其具有足夠耐受短路的強度。在運輸時和在運行中不發(fā)生相對位移。繞組內(nèi)部應(yīng)有較均勻的油流分布，油路通暢，避免繞組局部過熱。變壓器能承受運輸中的沖撞，當沖撞加速度不大于3g時，無任何松動、變形和損壞。變壓器繞組高壓側(cè)糾結(jié)內(nèi)屏蔽式；部分線段（即內(nèi)屏蔽式線段）采用換位導(dǎo)線繞制，它采用了糾結(jié)式。將這兩種形式，組合在同一個高壓線圈中，并使用了分級補償原理。采用糾結(jié)式的優(yōu)點：沖擊電壓作用下，最大電位分布接近穩(wěn)態(tài)分布，提高了防雷性能。采用內(nèi)屏蔽式的優(yōu)點：工作電流通過的導(dǎo)線為連續(xù)繞成可減少大量焊接頭；通過調(diào)整插入屏線的匝數(shù)，可以按需要調(diào)節(jié)縱向電容；如果超高壓大容量變壓器需要多根導(dǎo)線并繞，糾結(jié)式由于工藝上困難無法實現(xiàn)時，可改用換位導(dǎo)線繞成連續(xù)式，插入屏線解決了高電壓沖擊問題。但內(nèi)屏蔽式的缺點是，不參與常帶負荷工作的屏線要占有一定的空間，使線圈的空間利用系數(shù)差。由于大型電力變壓器要求大截面（截流大），厚紙絕緣（耐高壓）的導(dǎo)線。若導(dǎo)線太寬，垂直于漏磁通，則產(chǎn)生的渦流損耗相當大。換位導(dǎo)線能改變進這個缺陷。它是由許多根單獨的矩形截面導(dǎo)線組合起來。分成兩組，在專用換位機械上，在兩組導(dǎo)線之間經(jīng)過一定長度（即換位節(jié)距80一250mm）進行換位。三、油箱油浸式變壓器的器身（繞組及鐵芯）裝在充滿變壓器油的油箱中，油箱用鋼板焊成。中、小型變壓器的油箱由箱殼和箱蓋組成，變壓器的器身就放在箱殼內(nèi)，將箱蓋打開就可吊出器身進行檢修。大、中型變壓器，由于器身龐大和笨重，起吊器身不便，都做成箱殼可吊起的結(jié)構(gòu)，箱殼好像一只鐘罩，當器身要檢修時，吊去較輕的箱殼，即上節(jié)油箱，器身便全部暴露出來了。大容量變壓器的油箱廣泛采用全封閉結(jié)構(gòu)，即主油箱與油箱頂部鋼板之間或上節(jié)油箱與下節(jié)油箱之間都采用焊接焊死，不使用密封墊，以防止密封不牢靠。為便于檢修，在適當部位開有人孔，門或手孔門。四、儲油器（油枕）、油位計及呼吸器油箱內(nèi)的變壓器油，當溫度變化時，其體積會膨脹或收縮。為了使油箱內(nèi)的油面能自由地升降，而又要求不會有大面積油面與空氣接觸，對大、中型變壓器，都在變壓器箱蓋上部加裝一只圓筒形的鋼制儲油器（油枕），儲油器底部有管道與其下部的主油箱連通。主油箱內(nèi)總是充滿變壓器油，變壓器油一直充到儲油器內(nèi)適當高度。儲油器內(nèi)的油面高度隨油箱中油溫變化而變動。在儲油器的一側(cè)裝有油位表，以便觀察油位的高低。呼吸器，為了能使儲油器內(nèi)的油面自由地升降，而又防止空氣中的水分和灰塵進入儲油器內(nèi)油中，中、小型變壓器的儲油器通過一根管道，再經(jīng)一個呼吸器（又稱換氣器）與大氣連通。呼吸器內(nèi)裝有干燥劑（或稱吸濕劑），通常采用硅膠。一般呼吸器，它包括硅膠容器、帶油槽的過濾器和位于頂部的連接法蘭。當變壓器油枕內(nèi)的油位升降時，外界空氣通過油槽和過濾器進入，濾除進入的空氣中的灰塵，然后使清潔后的空氣通過硅膠，它吸收掉所有的水分，僅使干燥的空氣進入變壓器油枕內(nèi)。利用油槽使硅膠與大氣隔開，從而使硅膠僅吸收進入空氣中的水分，這樣可延長硅膠的使用壽命。吸濕室內(nèi)裝的干燥劑是浸有氯化鈷的硅膠，其顆粒在干燥時是藍色的，但是隨著硅膠吸收水分接近飽和時，粒狀硅膠就轉(zhuǎn)變成粉白色或紅色，據(jù)此可判斷硅膠是否已失效。五、壓力釋放裝置壓力釋放裝置在保護電力變壓器方面起重要作用。充有變壓器油的電力變壓器，如果內(nèi)部出現(xiàn)故障或短路，電弧放電就會在瞬間使油汽化，導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力極快升高。如果不能極快釋放該壓力，油箱就會破裂，將易燃油噴射到很大的區(qū)域內(nèi)，可能引起火災(zāi)，造成更大破壞，因而必須采取措施防止這種情況發(fā)生。大、中型變壓器上已普遍采用閥式壓力釋放器，也稱減壓器。壓力釋放器裝在變壓器油箱頂蓋上，它類似鍋爐上的安全閥。當油箱內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，壓力釋放器密封門（閥門）被頂開，氣體排出，壓力減小后，密封門靠彈簧壓力又自行關(guān)閉。壓力釋放器的動作壓力，可在投入前或檢修時將其拆下來測定和校正。壓力釋放器動作壓力的調(diào)整，必須與氣體繼電器動作流速的整定相協(xié)調(diào)。如壓力釋放器的動作壓力過低，可能會使油箱內(nèi)壓力釋放過快而導(dǎo)致氣體繼電器拒動，擴大變壓器故障范圍。六、氣體繼電器氣體繼電器又稱瓦斯繼電器。它裝在油枕與主油箱之間的連接管路上。當變壓器發(fā)生故障時，內(nèi)部絕緣物氣化，產(chǎn)生氣體，氣體從油箱上升進入油枕時，使氣體繼電器的觸點動作，發(fā)出信號，便于工作人員處理或使斷路器跳閘。瓦斯繼電器是變壓器的主要保護設(shè)施，它可以反映變壓器內(nèi)部的各種故障及異常運行情況，如油位下降、絕緣擊穿、鐵芯、繞組等受潮、發(fā)熱或放電故障等，且功作靈敏迅速，結(jié)構(gòu)連線簡單，維護檢修方便。

瓦斯繼電器裝設(shè)于變壓器油箱與油枕之間的連管上，繼電器上的箭頭方向應(yīng)指向油枕，并要求有1％—1.5％的安裝坡度，以保證變壓器內(nèi)部故障時所產(chǎn)生的氣體能順利地流向氣體繼電器。氣體繼電器按保護對象分為用于變壓器本體保護和用于有載調(diào)壓變壓器閘箱保護兩種類型。

目前QJ型擋板式氣體繼電器常用于變壓器本體保護,當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障時，則因油分解而產(chǎn)生的氣體聚積于繼電器上部，當氣體總量達到250～300cm3時，繼電器內(nèi)輕瓦斯觸點接通發(fā)出報警信號。如果變壓器內(nèi)部故障嚴重，則出現(xiàn)強烈的油氣流，沖動繼電器內(nèi)擋板，使重瓦斯觸點閉合，接通開關(guān)跳閘電路，切斷變壓器電源。ＱJ型擋板式氣體繼電器也常用于有載分接開關(guān)閘箱(附加油箱)保護,該閘箱與主油箱不連通，內(nèi)裝有載調(diào)壓開關(guān)。氣體繼電器若具有一對觸點時，直接作用于跳閘。若具有兩對觸點時，則是輕、重瓦斯各用一對，分別作用于報警和跳閘。

七、分接開關(guān)變壓器分接頭切換開關(guān)，簡稱分接開關(guān)，是用來調(diào)節(jié)繞組（一般為高壓繞組）匝數(shù)的裝置。變壓器為適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化，在其高壓繞組（或中壓繞組）設(shè)有一定數(shù)量的抽頭（即分接頭）。如果切換分接頭必須將變壓器從電網(wǎng)切除后進行，即不帶電才能切換，稱為無勵磁調(diào)壓，這種分接開關(guān)稱為無勵磁分接開關(guān)，也稱為無載調(diào)壓分接開關(guān)。如果切換分接頭可以在帶負荷下進行，則為有載調(diào)壓，這種開關(guān)稱為有載分接開關(guān)，裝有有載分接開關(guān)的變壓器稱為有載調(diào)壓變壓器。分接開關(guān)一般安裝在箱蓋上并埋入油箱內(nèi)，其操動機構(gòu)安裝在箱蓋或箱殼側(cè)面。無載分接開關(guān)，是在不帶電情況下切換，其結(jié)構(gòu)簡單。有載分接開關(guān)，是在不停電情況下切換，為了在切換過程中不致造成兩切換抽頭間線匝短路，必須接入一個過渡電路，通常利用一個