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1、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
2、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
3、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R81.33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
4、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
5、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、
6、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）,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、20000 kVA、110 kV级
7、电力变压器产品，其性能水平符合GB/T 6451规定，该产品的型号为：,SFL720000/110,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、360000 kVA、220 kV级低噪声用电力变压器的产品，其性能水平符合GB/T 6451规定，该产品的型号为：,SWPZ7Z360000/220,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、
8、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
9、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0.30.5mm的硅钢片冲剪成几种不同尺寸，并在表面涂厚为0.010.13mm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
10、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
11、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
12、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
13、%;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
14、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
15、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
16、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60105/cm2。现在采用的冷轧取向电工钢片的表面具有0.150.02mm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
