本文主要介紹變壓器結(jié)構(gòu)及各部分功能(變壓器的基本結(jié)構(gòu)和主要部件)，下面一起看看變壓器結(jié)構(gòu)及各部分功能(變壓器的基本結(jié)構(gòu)和主要部件)相關(guān)資訊。
變壓器主要由鐵芯、繞組、油箱、儲油柜、絕緣套管、分接開關(guān)和氣體繼電器等組成。各部分的功能如下。
1.鐵芯
鐵芯是變壓器的磁路部分；為了減少鐵芯在交變磁通作用下的磁滯和渦流損耗，鐵芯采用厚度為0.35mm以下的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。目前工廠普遍采用高磁導率的冷軋晶粒代替硅鋼片，以減小體積和重量，節(jié)省導線，減少導線電阻引起的發(fā)熱損耗。
鐵芯包括兩部分:鐵芯柱和鐵軛。鐵芯柱上套有繞組，鐵軛連接鐵芯柱形成閉合磁路。根據(jù)繞組在鐵芯中的排列，變壓器分為鐵芯式和鐵殼式(或簡稱芯殼式)。
單相雙芯柱。這種變壓器有兩個鐵芯柱，由上下磁軛連接，形成閉合磁路。兩個鐵芯柱上都套有高壓繞組和低壓繞組。通常低壓繞組放在內(nèi)側(cè)，即靠近鐵芯，高壓繞組放在外側(cè)，容易滿足絕緣等級要求。
鐵芯三相變壓器有三相三芯柱和三相五芯柱兩種結(jié)構(gòu)。三相五心柱(或三相五心柱)又叫三相三心柱側(cè)軛式，是在三相三心柱(或三相三心柱)外側(cè)加兩個側(cè)軛(鐵芯無繞組)而成，但上下鐵軛的截面和高度比普通三相三心柱小。從而降低了整個變壓器的高度。
三相三心柱，由三相的三個繞組分別放置在三個心柱上組成，三個心柱之間也由上下鐵軛連接，形成閉合磁路。繞組的布置與單相變壓器相同。相比三相鐵芯，三相五芯柱在鐵芯柱的左右兩側(cè)多了兩個分支鐵芯柱，成為旁路。每個電壓等級的繞組按相分別套在中間的三個芯柱上，而邊軛沒有繞組，構(gòu)成三相五芯柱式變壓器。
因為三相五柱鐵芯每相的磁通都可以被側(cè)軛閉合，所以三相磁路可以看作是相互獨立的，不像常見的三相三柱變壓器每相磁路是相互關(guān)聯(lián)的。因此，當有不對稱負荷時，各相零序電流產(chǎn)生的零序磁通可以被側(cè)軛閉合，所以其零序勵磁阻抗等于對稱運行(正序)時的零序勵磁阻抗。
采用中小容量的三相三柱變壓器。大容量三相變壓器往往受運輸高度限制，常采用三相五柱式變壓器。
鐵殼單相變壓器有一個中心芯柱和兩個分支芯柱(也叫側(cè)軛)，中心芯柱的寬度是兩個分支芯柱的寬度之和。所有的繞組都放在中心芯柱上，兩個分支芯柱像 貝殼 ，所以叫殼變。有時也叫單相三柱變壓器。
鐵殼式三相變壓器，其鐵芯可視為三個獨立的單相。外殼變壓器并排布置。
鐵心變壓器結(jié)構(gòu)簡單，高壓繞組與鐵芯距離遠，易于絕緣。殼式變壓器結(jié)構(gòu)堅固，制造工藝復雜，高壓繞組與鐵芯柱距離較近，絕緣處理困難。外殼結(jié)構(gòu)便于加強對繞組的機械支撐，使其能承受較大的電磁力，特別適用于大電流的變壓器。外殼結(jié)構(gòu)也用于大容量電力變壓器。
在大容量變壓器中，為了使鐵芯損耗產(chǎn)生的熱量在循環(huán)時被絕緣油充分帶走，以達到良好的冷卻效果，通常在鐵芯中設(shè)置冷卻油道。冷卻油通道的方向可以平行于或垂直于硅鋼片的平面。
2.彎曲的
1)鐵芯上繞組的布置。
根據(jù)高壓繞組和低壓繞組在鐵芯上的排列，變壓器繞組有兩種基本形式:同心式和重疊式。同心繞組、高壓繞組、低壓繞組都做成圓柱體，只是圓柱體的直徑不同，然后同軸套在鐵芯柱上。重疊繞組又稱餅式繞組，有高壓繞組和低壓繞組，分為若干餅式，沿芯柱高度交錯排列。重疊繞組主要用于殼式變壓器。
鐵心變壓器一般采用同心繞組。通常低壓繞組靠近鐵芯安裝，高壓繞組套在外面。低壓繞組與高壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間有一定的絕緣間隙和散熱油道，由絕緣紙管隔開。
根據(jù)繞組特性，同心繞組可分為圓柱形、螺旋形、連續(xù)形和扭曲形。
(a)圓柱形繞組
圓柱形繞組是最簡單的繞組。沿鐵芯高度方向連續(xù)纏繞絕緣導線。纏繞第一層后，在上層之間墊上絕緣紙，再纏繞第二層。這種繞組一般用于小容量變壓器的低壓繞組。
(b)螺旋纏繞
上面所說的圓柱形繞組實際上是螺旋形的，但這里所說的螺旋形繞組每匝有大量平行導線，由多根絕緣扁線沿徑向平行排列(一根壓在另一根上)，然后沿鐵芯柱的軸向高度像線一樣一匝接一匝地纏繞而成，一匝就像一個線圈。
螺旋繞組當平行導線過多時，將平行導線分成兩排，繞成雙螺旋繞組。為了減少導線中的附加損耗，繞制螺旋繞組時，平行導線應(yīng)換位。這種繞組一般是大電流繞組，三相容量800kva，電壓35kv以下。
(c)連續(xù)纏繞
連續(xù)繞組由若干個扁線制成的線圈(也叫線圈餅)組成，相鄰線圈之間的連接交替在繞組的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，均由繞組線自然連接，沒有任何接頭。這種繞組的應(yīng)用范圍很廣，一般用于三相容量在630kva以上，電壓在3110 kv的繞組。
(d)絞合繞組
絞合繞組的形狀類似于連續(xù)繞組，但主要區(qū)別在于連續(xù)繞組的每個繞組每個線圈中的電相鄰匝按順序排列，而繞組中的另一匝插入纏繞繞組的電相鄰匝之間，以便增加實際相鄰匝之間的電勢差。纏繞纏繞焊頭多，纏繞費時。使用絞合繞組的目的是增加繞組的縱向電容，以便在過電壓情況下，初始電壓可以均勻地分布在各匝之間。110kv以上的高壓繞組一般采用絞線繞組。
繞組是變壓器運行時的主要發(fā)熱部分。為了有效散熱，除了繞組縱向內(nèi)外側(cè)的油道外，雙層圓柱形繞組的內(nèi)層和外層用絕緣支柱隔開，形成縱向油道。對于扁平繞組，如螺旋繞組、連續(xù)繞組和扭絞繞組，每兩個扁平繞組之間也用絕緣條隔開，形成一個橫向油道。縱向和橫向油路相互連通。
2)繞組結(jié)構(gòu)類型
(一)普通變壓器繞組的結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)每相繞組的數(shù)量，變壓器分為兩個繞組、三個繞組或更多。三繞組變壓器具有同心布置在每個芯柱上的三個繞組，即高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組。升壓變壓器通常用于從低壓繞組向高壓和中壓電網(wǎng)傳輸功率流。繞組布置成使得中壓繞組靠近鐵芯，高壓繞組在最外層，低壓繞組在中壓繞組和高壓繞組之間。降壓變壓器的結(jié)構(gòu)是低壓繞組靠近鐵芯，中壓繞組在低壓繞組和高壓繞組之間，高壓繞組仍放在最外層，常用來將功率流從高壓轉(zhuǎn)移到中壓和低壓。
600mw機組由變壓器啟動。當高壓和兩級中壓(17.5kv和3kv)繞組均為y形接法時，為了提供變壓器的三次諧波電流通路，保證主磁通接近正弦波，改善電動勢波形，變壓器往往配有第四個δ接法繞組，成為四繞組變壓器。
(b)變壓器繞組的結(jié)構(gòu)類型
在大容量機組(單機容量200mw及以上)的廠用電系統(tǒng)中，當僅采用6kv一次廠用高壓時，出于安全考慮，主要廠用負荷需要由兩條線路供電，設(shè)置兩條母線，這往往采用式低壓繞組變壓器，簡稱式變壓器。它有一個高壓繞組和兩個低壓繞組，稱為繞組。實際上，這種變壓器是一種特殊結(jié)構(gòu)的三繞組變壓器。
繞組變壓器的結(jié)構(gòu)特點是鐵芯上繞組的排列應(yīng)滿足兩個要求:①兩個低壓繞組之間應(yīng)有較大的短路阻抗；②各繞組與高壓繞組之間的短路阻抗應(yīng)較小且相等。
(c)自耦變壓器繞組的結(jié)構(gòu)類型
一些大型發(fā)電廠和變電站經(jīng)常采用自耦變壓器連接兩個電壓差很小的高壓系統(tǒng)。
自耦變壓器的工作原理與普通變壓器不同。自耦變壓器的兩個繞組之間不僅有磁連接，而且有電路上的直接連接。高壓繞組由一個普通繞組(低壓繞組)和一個串聯(lián)繞組組成。小組構(gòu)成。自耦變壓器傳輸?shù)墓β室彩怯蓛刹糠纸M成，一部分通過串聯(lián)繞組由電路直接傳輸，另一部分通過普通繞組由電磁感應(yīng)傳輸。
為了消除三次諧波，降低自耦變壓器的零序阻抗以穩(wěn)定中性點電位，在三相自耦變壓器中，除了普通繞組和串聯(lián)繞組外，一般還增加一個三角形的第三繞組。第三繞組與普通繞組和串聯(lián)繞組之間只有磁連接，電路中沒有直接連接。
自耦變壓器的三次繞組通常采用低壓6——35kv，既可用于消除三次諧波，也可用于向附近地區(qū)供電，或連接攝像機或補償電容。
3.燃料箱
油浸式變壓器的本體(繞組和鐵芯)安裝在裝有變壓器油的油箱內(nèi)，油箱用鋼板焊接而成。中小型變壓器油箱由箱殼和箱蓋組成。變壓器的本體放在箱殼內(nèi)，打開箱蓋即可吊出本體進行維修。大中型變壓器，由于體型龐大笨重，不便于吊裝，都做成可以吊裝的箱殼結(jié)構(gòu)。這種盒殼就是鐘罩。要檢修車身時，吊起打火機箱殼，也就是上油箱，車身完全暴露出來。
大容量變壓器的油箱是廣泛封閉的，即主油箱與油箱頂部鋼板之間或上油箱與下油箱之間，采用焊接，不使用墊片，防止密封不可靠。為了便于維修，在適當?shù)奈恢么蜷_人孔門或手動人孔門。
4.油枕
儲油柜又稱儲油柜，是一種油保護裝置。它是由山形鋼板制成的圓筒形容器，水平安裝在變壓器油箱蓋上，通過彎管與油箱連接。儲油柜的一端裝有油位計(油尺管)，通過它可以監(jiān)視油位的變化。儲油柜的體積一般為變壓器油箱中油體積的8%10%。
當變壓器油的體積隨油溫而膨脹或收縮時，儲油柜起到儲油和補油的作用，從而保證油箱充滿油。同時，由于儲油柜的安裝，減少了變壓器油與空氣的接觸面，降低了油的劣化速度。
密封儲油柜常用于大型變壓器，有以下兩種結(jié)構(gòu)。
1)隔膜儲油柜
隔膜儲油柜使用薄膜(隔膜)將油與大氣隔離。儲油柜是一個臥式圓筒，在對開的法蘭之間夾著一層薄膜，將儲油柜的內(nèi)部空間分為上下兩部分，薄膜下面是變壓器油，薄膜上面是空氣。該膜由尼龍布包覆丁腈橡膠制成，具有極低的透氣性、高的耐油性和低溫適應(yīng)性(43℃)。在60℃的油溫下行駛10萬次后，薄膜的壽命仍然正常。儲油柜 s油箱能承受全真空，所以安裝在儲油柜后，仍能在真空狀態(tài)油。膜的空氣側(cè)與呼吸器相連，與大氣相通。
2)膠囊儲油柜
膠囊儲油柜是在儲油柜中油表面的上部空間使用合成橡膠制成的容器。橡膠容器中沒有油，而儲油柜中的剩余空間充滿變壓器油。橡膠容器的形狀它可以通過其形狀變化來適應(yīng)油的熱脹冷縮引起的油位變化。由于橡膠容器由耐油性和耐候性優(yōu)異、機械強度高的丁腈橡膠制成，該裝置在長期運行中具有足夠的可靠性。在橡膠容器內(nèi)，空氣通過吸濕過濾呼吸器與外界空氣相通，防止容器變質(zhì)，橡膠容器內(nèi)始終保持大氣壓力。此外，因為橡膠容器的底部被制成與當時的油量一致的水平，所以它的底部由油位計指示為油位。
5.呼吸器
呼吸器又稱除濕器，通常由一根管子和一個玻璃容器組成，容器內(nèi)裝有干燥劑(硅膠或活性氧化鋁)。當儲油柜中的空氣隨變壓器油的體積膨脹或收縮時，排出或吸入的空氣經(jīng)過呼吸器，呼吸器中的干燥劑吸收空氣中的水分，過濾空氣，從而保持油的清潔。浸過氯化鉆石的硅膠顆粒干燥時呈藍色，但當硅膠吸水接近飽和時，顆粒硅膠變成粉紅色或紅色，就可以判斷硅膠是否失效。濕硅膠可以通過加熱和干燥再生。當硅膠顆粒的顏色變?yōu)殁捤{色時，再生工作完成。
6.減壓裝置
壓力釋放裝置在保護電力變壓器中起著重要的作用。如果裝有變壓器油的電力變壓器出現(xiàn)故障或短路，油會在瞬間被電弧放電汽化，導致油箱內(nèi)壓力極高。如果壓力可以 如果不能迅速釋放，油箱將會爆裂，可燃燃料將會大面積噴射，這可能會引起火災(zāi)并造成更大的損失。因此，必須采取措施防止這種情況發(fā)生。泄壓裝置有防爆管和泄壓裝置兩種。小型變壓器采用防爆管，大中型變壓器采用泄壓裝置。
1)防爆管(也稱噴油管)
防爆管安裝在變壓器的頂蓋上。喇叭形管與儲油柜或大氣相連，管口用薄膜密封。當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，油溫升高，油劇烈分解產(chǎn)生大量氣體，使油箱內(nèi)壓力急劇升高。當油箱內(nèi)壓力升至50000pa時，防爆管的薄膜破裂，油氣從噴嘴噴出，防止變壓器油箱爆炸或變形。
2)壓力釋放器
與防爆管相比，壓力釋放器具有開啟壓力誤差小、延時時間短(僅2ms)、控溫高、可重復操作等優(yōu)點，因此在大中型變壓器中得到廣泛應(yīng)用。
泄壓器又稱減壓器，安裝在變壓器油箱頂蓋上，類似于鍋爐安全閥。當油箱內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，壓力釋放器的密封門(閥)被推開，氣體被排出。壓力降低后，密封門在彈簧壓力下自動關(guān)閉。它可以在泄壓閥投入運行前或維修時拆除，以測量和校正其動作壓力。
壓力釋放器工作壓力的調(diào)整必須與氣體繼電器工作速度的設(shè)置相協(xié)調(diào)。如果壓力釋放器的工作壓力過低，可能會使油箱內(nèi)的壓力釋放過快，導致氣體繼電器拒動，擴大變壓器的故障范圍。它使用一個可調(diào)節(jié)的彈簧來按壓閥瓣(閥瓣門)。當油箱內(nèi)壓力高于彈簧壓力時，氣門蓋頂起，即排氣門打開。在正常情況下，油箱內(nèi)部壓力施加在閥盤上的總推力是閥盤中密封圈(直徑較小)總面積上的壓力。一旦閥瓣落座(頂起)，作用在閥瓣上的總推力就是閥瓣外密封圈總拉拔面積上的壓力，閥瓣的落座力更大。因此，一旦閥瓣就位，它可以在幾毫秒內(nèi)完全打開。
帶有明亮數(shù)字和顏色的動作指示器安裝在蓋子上。當閥瓣開啟時，動作指示器的上端被推出閥蓋，并通過指示器套筒的圓環(huán)保持在開啟位置，在遠處仍然清晰可見，表明其已經(jīng)動作。該指示器只能通過將它推到閥盤上手動復位。壓力釋放器動作后，其觸點動作，可與氣體繼電器的跳閘觸點并聯(lián)作用于變壓器跳閘，防止壓力釋放器釋放壓力后氣體繼電器拒動。但《電力變壓器運行規(guī)程dl／t 572—1995》規(guī)定變壓器的壓力釋放器觸點應(yīng)根據(jù)信號動作。這主要是因為變壓器壓力釋放器能反映內(nèi)部壓力的突然變化；但由于該裝置不同于壓力繼電器，在結(jié)構(gòu)和可靠性上還存在一些問題，跳閘后也曾出現(xiàn)過誤動作，所以應(yīng)適用于信號的規(guī)定。
壓力釋放器安裝在油箱蓋的上部，一般與提升管連接，使釋放器的高度與儲油柜的高度相等，以消除正常情況下油壓的靜壓差。
7.散熱器(也稱為冷卻器和散熱片)
散熱器形式有波紋形、扇形、圓形、排管等。散熱面積越大，散熱效果越好。當變壓器上層油溫和下層油溫存在溫差時，通過散熱器形成油對流，經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，從而降低變壓器溫度。為了提高變壓器的冷卻效果，可以采用空氣冷卻、強制空氣冷卻和強油水冷卻。
8.絕緣套管
變壓器繞組引線從箱內(nèi)通過油箱引出時，必須穿過絕緣套臂，使帶電引線絕緣。絕緣套管主要由中心導電棒和瓷套組成。油箱內(nèi)導電桿的一端與繞組連接，另一端與外部電路連接。
絕緣套管的結(jié)構(gòu)主要取決于電壓等級。簡單的實心瓷套管一般用于低壓。當電壓較高時，為了加強絕緣能力，在瓷套和導電桿之間留有充油層。這種套管臂叫充油套管，電壓在110kv以上。采用電容式充油套管，簡稱電容式套管。瓷套內(nèi)腔除了充油外，中心導電桿(空心銅管)與法蘭之間還有一個電容絕緣體，作為法蘭與導電桿之間的主絕緣。
9.分接開關(guān)(也稱為切換器)
分接開關(guān)是調(diào)節(jié)變壓比的裝置。通常，雙繞組變壓器的初級繞組和三繞組變壓器的初級和次級繞組有3、5、7或19個位置。龍頭的中間分為額定電壓的位置。三個抽頭的相鄰抽頭之間的電壓差為5%，多個抽頭的相鄰抽頭之間的電壓差為2.5%或1.25%。操作部分安裝在變壓器頂部，通過傳動桿伸入變壓器油箱內(nèi)。根據(jù)系統(tǒng)運行的需要，根據(jù)指示標記選擇分接頭的位置。
變壓器的調(diào)壓裝置可分為空載調(diào)壓和有載調(diào)壓。無載分接開關(guān)是在不通電的情況下切換的，其結(jié)構(gòu)簡單。有載分接開關(guān)在不停電的情況下切換。為了在開關(guān)切換時不造成兩個抽頭之間短路，必須連接一個過渡電路，通常用一個電阻或電抗橋接在開關(guān)的兩個抽頭之間作為過渡。因此，有載分接開關(guān)包括過渡電路。其結(jié)構(gòu)復雜，但其分接開關(guān)可以帶負荷切換，因此在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
10.氣體繼電器(也稱為氣體繼電器)
氣體繼電器是變壓器的主要保護設(shè)施，能反映變壓器內(nèi)部的各種故障和異常運行情況，如油位下降、絕緣擊穿、受潮、鐵芯和繞組發(fā)熱或放電故障等。操作靈敏快捷，結(jié)構(gòu)連接簡單，維護維修方便。
氣體繼電器安裝在變壓器油箱和儲油柜之間的連接管上。繼電器上的箭頭方向應(yīng)指向儲油柜，要求安裝坡度為1%1.5%，以保證變壓器內(nèi)部故障時產(chǎn)生的氣體能順利流向氣體繼電器。
根據(jù)保護對象，氣體繼電器可分為變壓器本體保護和有載調(diào)壓變壓器開關(guān)箱保護兩種。
目前，變壓器保護常用qj1—80擋板式氣體繼電器。當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障時，油分解產(chǎn)生的氣體積聚在繼電器的上部。當氣體總量達到250 ~ 300 cm3時，繼電器中的輕氣體觸點接通，發(fā)出報警信號。如果變壓器內(nèi)部故障嚴重，會有很強的油氣流沖擊繼電器內(nèi)部擋板閉合重瓦斯觸點，接通開關(guān)跳閘回路，切斷變壓器電源。
qj150型擋板氣體繼電器常用于保護有載分接開關(guān)(附加油箱)。鎖箱不與主油箱連接，內(nèi)部裝有有載調(diào)壓開關(guān)。如果氣體繼電器有一對觸點，它將直接作用于跳閘。如果有兩對觸點，一對輕氣體和一對重氣體分別用于報警和跳閘。
浮氣繼電器廠已經(jīng)停產(chǎn)。
一些大型電廠的主變壓器除了擋板式氣體繼電器外，還裝有一種叫皮托管的氣體繼電器，其構(gòu)造原理與普通氣體繼電器不同，可以防止地震引起的誤動作。其特征在于重氣的反應(yīng)是基于皮托管的原理，即測量油流的動壓和靜壓，將動壓和靜壓引到一個膜片盒的兩側(cè)。當壓差達到設(shè)定值時，膜盒變形，驅(qū)動微動開關(guān)，發(fā)出跳閘脈沖。所以對流量有反應(yīng)，對振動沒有反應(yīng)。輕氣部分的原理和結(jié)構(gòu)與總氣接力。同樣的設(shè)備。
《電力變壓器運行規(guī)程》dl/t572—1995規(guī)定，安裝在地震烈度七度以上地區(qū)的變壓器應(yīng)裝設(shè)防震氣體繼電器。
11.油凈化器(又稱溫差過濾器)
油凈化器是裝有吸附劑(硅膠或活性氧化鋁)的容器，安裝在變壓器油箱側(cè)壁或強油冷卻器下部。變壓器運行時，由于上下油層的溫差，變壓器油自上而下通過抽網(wǎng)器形成對流。當油與吸附劑接觸時，其中的水、酸和氧化物被吸附，使油變得清潔，延長了油的使用壽命。使用硅膠時，其質(zhì)量為變壓器油質(zhì)量的1%；當使用活性氧化鋁時，其質(zhì)量為變壓器油質(zhì)量的0.5%。
絕緣
變壓器的內(nèi)部絕緣分為主絕緣和縱向絕緣。主絕緣是指繞組之間對地的絕緣、相之間的絕緣以及同相但不同電壓等級的繞組之間的絕緣。主絕緣主要采用油隔膜絕緣結(jié)構(gòu)，通常由包覆、絕緣包層和隔膜油隙構(gòu)成。縱向絕緣是指同一電壓等級的繞組不同部分之間的絕緣，如層、匝、繞組和靜電屏蔽。
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