變壓器結(jié)構(gòu)及原理

變壓器基礎(chǔ)培訓

新疆國信生產(chǎn)準備部2021/6/271變壓器基礎(chǔ)知識2021/6/272（一）變壓器概述

電力變壓器是一種靜止的電氣設備，是用來將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓（電流）的設備。當一次繞組通以交流電時，就產(chǎn)生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導磁作用，就在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數(shù)的多少有關(guān)，即電壓大小與匝數(shù)成正比，電流的大小與匝數(shù)成反比。變壓器主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數(shù)。2021/6/273（二）、變壓器工作原理

變壓器是利用電磁感應原理構(gòu)成的一種元器件。由一個初級線圈（線圈圈數(shù)n1）及一個次級線圈（線圈圈數(shù)n2）環(huán)繞著一個核心，也就是鐵芯，常用的鐵芯形狀一般有E型和C型。變壓器的的基本原理是：電磁感應原理，即“電生磁，磁生電”。2021/6/274變壓器基本原理圖E1是初級電壓；E2是次級電壓N1初級線圈匝數(shù)，n2是次級線圈匝數(shù)2021/6/275（三）變壓器應用發(fā)電廠10.5KV輸電線220KV升壓變電站10/35KV降壓實驗室/用戶380/220V降壓儀器36/24/12V降壓2021/6/276（四）變壓器結(jié)構(gòu)鐵芯原邊繞組副邊繞組2021/6/277變壓器結(jié)構(gòu)變壓器組成部件包括器身（鐵芯、繞組、絕緣、引線）、變壓器油、油箱和冷卻裝置、調(diào)壓裝置、保護裝置（吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等）和出線套管。1、鐵芯鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為0.35mm\0.3mm\0.27mm，由表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用。鐵芯結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種。2021/6/278心式及殼式變壓器心式變壓器殼式變壓器2021/6/2792、繞組繞組是變壓器的電路部分，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。繞組的作用是電流的載體，產(chǎn)生磁通和感應電動勢。根據(jù)變壓器高壓繞組和低壓繞組的相對位置，變壓器繞組可分為同心式和交疊式。兩者的區(qū)別是同心式繞組的高、低壓繞組同心地套在鐵芯柱上，而交疊式繞組都制成餅型，高低壓繞組上下交替放置。同心式繞組適合芯式變壓器，高壓繞組在外部，低壓繞組在內(nèi)部，這樣可以降低對繞組絕緣等級的要求。交疊式繞組變壓器主要用在電焊、電爐等特殊變壓器上。2021/6/27103、外殼變壓器是整個變壓器的主體結(jié)構(gòu)及盛油裝置，鐵芯和繞組就放置油浸式變壓器的外殼內(nèi)。外罩按變壓器容量的大小，結(jié)構(gòu)基本上有芯式和吊罩式兩種。吊罩式外殼猶如一只鐘罩，故又稱鐘罩式油箱。當變壓器鐵芯和繞組需進行檢修時，吊去外面鐘罩形狀的外殼，即上節(jié)外罩，變壓器鐵芯和繞組便全部暴露在外了，可以作充分的檢修。吊外罩顯然比吊鐵芯和繞組容易得多，不需要特別重型的起重設備。隨著變壓器技術(shù)的發(fā)展，變壓器的性能和可靠性大大提高，越來越多的大型變壓器采用全焊接結(jié)構(gòu)，這樣可減少變壓器的滲漏點，便于運行維護，如需檢查可以從人孔進入，缺點是一旦變壓器出現(xiàn)故障，必須切開變壓器外殼。2021/6/2711鐘罩式全焊接式2021/6/27124、變壓器油變壓器油是由石油精煉而成的一種精加工產(chǎn)品，其成分組成主要為碳氫化合物，即烴類。它包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴。作用：1、絕緣作用：空氣的介電常數(shù)為1.0，而變壓器油的介電常數(shù)為2.25。也就是說油的絕緣強度要比空氣大的多。2、散熱冷卻作用：運行變壓器因電阻損耗和其他損耗而產(chǎn)生熱量，這些熱量必須傳遞給變壓器油，并由其帶走。3、延緩氧氣對絕緣材料的侵蝕，保護鐵芯和線圈組件。技術(shù)要求：1、外觀：透明、無懸浮物和機械雜物；2、凝點：牌號：10、25、45#凝點：-10，-25，-45℃2021/6/27133、水分：水分是影響變壓器設備絕緣老化的重要原因。標準：≤20uL/L4、閃點：閃點降低表示油中有揮發(fā)性可燃氣體產(chǎn)生，標準：≥135℃5、酸值：油中所含酸性產(chǎn)物會使油的導電性增高，降低油的絕緣性能，投運前的油≤0.03mgKOH/g運行中的油≤

0.1mgKOH/g；6、水溶性酸堿度（PH值）：投入運行前的油＞5.4運行油≥4.27、運動粘度：粘度低，流動性好，變壓器的冷卻效果好，牌號10，25，45粘度≯13，13，11mm2/s；8、擊穿電壓：變壓器油的擊穿電壓是檢驗變壓器油耐受極限電應力情況，標準：220、330、500KV變壓器及以上≧35、45、50kV投運后，每年測一次9、體積電阻率：標準：500kV及以上變壓器油≧1×10；≤330KV變壓器油≧5×10??m；10、介質(zhì)損耗因數(shù)：tgδ（%）90℃≤0.52021/6/27145、油枕（1）儲油和補油；為變壓器油的熱脹冷縮創(chuàng)造條件，使變壓器油箱在任何氣溫及運行狀況下均充滿油。（2）保護油品：變壓器油僅在油枕內(nèi)與空氣接觸(有些還裝有膠囊呼吸器)，與空氣接觸面減少，便油的受潮和氧化機會減少，油枕內(nèi)的油溫較油箱內(nèi)油溫低，也使氧化速度變慢，有利于減緩油的老化。（3）油枕的側(cè)面還裝有油位計,可以監(jiān)視油位的變化。（4）一般油枕的容積為變壓器油箱的1/10。（5）變壓器油從空氣中吸收的水分將沉積在油枕底部集污器內(nèi)以便定期放出，使水分不會迸人油箱。變壓器油枕有三種形式：波紋式、膠囊式、隔膜式。2021/6/2715膠囊式儲油柜膠囊式儲油柜是在敞開式儲油柜的基礎(chǔ)上，內(nèi)部加裝了用于隔離空氣的夾布橡膠囊，與外殼體形成密封結(jié)構(gòu)，橡膠囊通過伸縮實現(xiàn)對絕緣油的體積補償，膠囊內(nèi)腔通過呼吸器與大氣相通。此種結(jié)構(gòu)儲油柜初步實現(xiàn)了絕緣油與空氣的隔離，一定程度上減少了絕緣油的吸濕和氧化，緩解了油質(zhì)裂化對設備的影響。2021/6/2716膠囊式儲油柜存在的缺點（1）在變壓器安裝、運行和檢修過程中，膠囊因其機械強度不夠易產(chǎn)生破裂而漏油，且破損后不易被發(fā)現(xiàn)。（2）橡膠材料本身材質(zhì)決定其易老化，壽命短，需要定期更換，且更換安裝工作需要變壓器放油和注油，工作量較大。一般國產(chǎn)膠囊壽命為3～5年，進口膠囊壽命為8～10年，即使采用進口膠囊，在變壓器預期壽命期間，也要更換3～4次。（3）由于膠囊內(nèi)部存在吸熱表面，具有形成凝露的條件，因此潛在威脅很大，通過加裝吸濕器并不能徹底解決問題。（4）膠囊伸展不良時易出現(xiàn)呼吸堵塞，造成事故。（5）由于橡膠囊機械強度低，當變壓器抽真空時，要采用內(nèi)外平衡壓力的方法，如果安裝操作不當，膠囊極易損壞，造成不必要的損失，影響設備的正常運行。2021/6/2717膠囊式儲油柜2021/6/2718隔膜式儲油柜隔膜式儲油柜由兩個半圓桶體組成，中間通過法蘭夾裝一個橡膠隔膜，隔膜浮在油面上，將空氣隔離。同膠囊式儲油柜一樣，橡膠材料存在的問題在隔膜式儲油柜同樣存在。隔膜式儲油柜的另一致命弱點是其本身密封結(jié)構(gòu)問題。由于隔膜被壓在上下殼體之間，密封尺寸過大，密封性能不可靠，當絕緣油超過中間部位后普遍存在滲漏，而油位較低時又容易吸入空氣和水分。橡膠囊或隔膜式儲油柜采用的連桿式磁針油位計，由于連桿較長，易產(chǎn)生變形，因此指示精度較低，常出現(xiàn)假油位。2021/6/2719隔膜式儲油柜2021/6/2720波紋型儲油柜金屬波紋式儲油柜是新一代全密封型儲油柜，采用先進的不銹鋼波紋補償技術(shù)，在實現(xiàn)絕緣油體積補償?shù)耐瑫r，更能可靠地確保絕緣油與空氣的隔離，并具有工作壽命長、無老化、抗破損和免維護等特點，完全適用于各類油浸式變壓器、電抗器和電容器等電力設備。目前，在電網(wǎng)系統(tǒng)中使用較早和較多的是一種外油臥式金屬波紋儲油柜，在結(jié)構(gòu)形式上還有一種內(nèi)油式金屬波紋儲油柜。2021/6/2721波紋型儲油柜2021/6/27226、吸潮器（硅膠筒）內(nèi)裝有硅膠，儲油柜（油枕）內(nèi)的絕緣油通過吸潮器與大氣連通，干燥劑吸收空氣中的水分和雜質(zhì)，以保持變壓器內(nèi)部繞組的良好絕緣性能；硅膠變色、變質(zhì)易造成堵塞。2021/6/27237、套管在變壓器的油箱蓋上,作用是把線圈引線端頭從油箱中引出，并使引線與油箱絕緣。電壓低于1KV采用瓷質(zhì)絕緣套管，電壓在10-35KV采用充氣或充油套管，電壓高于110KV采用電容式套管。2021/6/2724套管2021/6/27258、冷卻裝置作用：散熱。通過油循環(huán)進行散熱。分類：油浸自冷（ONAN）油浸風冷（ONAF）強迫油循環(huán)風冷（OPAF）強迫導向油循環(huán)風冷或水冷（ODAF或ODWF）2021/6/27269、氣體繼電器（瓦斯繼電器）是變壓器所用的一種保護裝置，裝在變壓器的儲油柜和油箱之間的管道內(nèi)，利用變壓器內(nèi)部故障而使油分解產(chǎn)生氣體或造成油流涌動時，使氣體繼電器的接點動作，接通指定的控制回路，并及時發(fā)出信號告警（輕瓦斯）或啟動保護元件自動切除變壓器（重瓦斯）。2021/6/2727瓦斯繼電器作用輕瓦斯主要反映在運行或者輕微故障時由油分解的氣體上升入瓦斯繼電器，氣壓使油面下降，繼電器的開口杯隨油面落下，輕瓦斯干簧觸點接通發(fā)出信號，當輕瓦斯內(nèi)氣體過多時，可以由瓦斯繼電器的氣嘴將氣體放出。重瓦斯主要反映在變壓器嚴重內(nèi)部故障（特別是匝間短路等其他變壓器保護不能快速動作的故障）產(chǎn)生的強烈氣體推動油流沖擊擋板，擋板上的磁鐵吸引重瓦斯干簧觸點，使觸點接通而跳閘2021/6/2728瓦斯繼電器動作原理動作原理：油箱內(nèi)部輕微故障時間，分解出的瓦斯氣體沿連接彎管運動至氣體繼電器處，聚集在頂蓋處形成一定的壓力，將變壓器油面高度壓低，開口杯所受浮力減小，隨油面的降低開始轉(zhuǎn)動，使磁鐵4與干簧觸點15接觸，從而吸引干簧觸點接通，發(fā)出輕瓦斯信號。同理，變壓器油箱漏油時，動作情況相同。油箱內(nèi)部發(fā)生短路故障時，故障點高溫電弧將使變壓器運動時，由于油的粘滯性，形成油流，沖擊擋板。擋板翻轉(zhuǎn)油迅速分解出大量瓦斯氣體，有一定壓力的氣體在向油枕處帶動磁鐵11與干簧管13靠近，吸引干簧觸點接通，跳開變壓器各側(cè)開關(guān)并發(fā)出重瓦斯動作信號2021/6/272910、壓力釋放裝置：防止突然事故對油箱內(nèi)壓力聚增造成爆炸危險。裝在油箱頂蓋上，當變壓器發(fā)生故障而產(chǎn)生大量氣體時，油箱內(nèi)的壓強增大，氣體和油將沖破防爆膜向外噴出，避免油箱爆裂。通常壓力釋放閥與防爆管配合使用。

2021/6/2730壓力釋放動作原理當壓力釋放器內(nèi)的壓力達到動作壓力時，壓力頂起膜盤，壓縮彈簧，使壓力釋放，同時微動開關(guān)接通電源發(fā)出信號通知主控運行人員，動作標志桿升起并突出護蓋，表明壓力釋放閥已動作，只有排除故障后，方可手動恢復標志桿。2021/6/273111、調(diào)壓裝置通過改變高壓繞組抽頭，增加或減少繞組匝數(shù)來改變電壓比。無勵磁調(diào)壓，停電調(diào)節(jié)電壓；有載調(diào)壓，不停電帶負荷調(diào)壓。有載調(diào)壓開關(guān)無勵磁調(diào)壓調(diào)壓原理圖2021/6/273212、信號溫度計

監(jiān)視變壓器運行溫度，發(fā)出信號。分別測量上層油溫、下層油溫、繞組溫度。繞組溫度計油溫溫度計2021/6/273313、油位計：監(jiān)視變壓器油位位置，一般安裝在油枕處，發(fā)出信號。分為體積容量和溫度容量兩種溫度容量油位計體積容量油位計2021/6/2734變壓器型號□

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□第一個□：耦合方式，O—自耦，F(xiàn)—非自耦；第二個□：相數(shù)，S—三相，D—單相；第三個□：冷卻方式，A—空氣，O—油，F(xiàn)—風，J—油浸自冷,C—成型固體澆注式,ＣＲ—包繞式,G—干式空氣自冷；第四個□：N——自然循環(huán)，F(xiàn)——強迫循環(huán)；第五個□：繞組數(shù)，S——三繞組，E——雙繞組；第六個□：線圈導線材質(zhì)，銅不標，鋁（L）第七個□：調(diào)壓方式，Z——有載調(diào)壓，W——無勵磁調(diào)壓；第八個□：循環(huán)方式，N——自然循環(huán)，P——強迫循環(huán)；—□—：設計序號，1,2,3………□

/：額定容量（kVA）；/□：高壓側(cè)額定電壓（kV）；最后一個□：防護代號，一般不標，TH-濕熱，TA-干熱2021/6/2735變壓器型號舉例1、SJL-1000/10，為三相油浸自冷式鋁線、雙線圈電力變壓器，額定容量為1000KVA、高壓側(cè)額定電壓為10KV；2、S11-25000/35變壓器（無功調(diào)壓變）即三相（S）銅芯35KV變壓器,容量25000KVA,設計序號11為節(jié)能型

；3、SFPZ9-120000/110，指的是三相雙繞組強迫油循環(huán)風冷有載調(diào)壓，設計序號為9，容量為120000KVA，高壓側(cè)額定電壓為110KV的變壓器；4、SCB9-2000/10，SC-三相固體成型(環(huán)氧澆注)B-低壓箔式線圈9-性能水平代號2000-額定容量10-額定高壓電壓；5、SZ11-100000/220主變，三相有載調(diào)壓變壓器，容量100000KVA，電壓等級220KV.6、S9-M-400/10，S-三相，9-性能水平代號，M-密封型，400-容量，10-電壓等級10KV

2021/6/2736變壓器技術(shù)參數(shù)1、額定容量SN：指變壓器額定電壓額定電流下連續(xù)運行時，電能輸送的功率，是變壓器的視在功率，單位：kVA。2、額定電壓：指變壓器長時間運行時所能承受的工作電壓，單位：kV，三相變壓器則指一、二次繞組的線電壓。3、額定電流：指變壓器額定容量下，允許長期通過的電流，三相變壓器則指一、二次繞組的線電流，單位：A。4、額定頻率：我國規(guī)定標準工業(yè)用電的頻率為50Hz。5、阻抗電壓：也叫短路電壓，把變壓器的二次繞組短路，在一次繞組上慢慢升壓，當二次繞組的短路電流等于其額定電流值時，一次側(cè)所施加的電壓Ud稱為短路電壓，一般用額定電壓的百分比表示（4%～10.5%）。6、負載損耗：變壓器二次側(cè)短路，在一次繞組額定分接頭位置上通入額定電流，所吸取的有功功率稱為負載損耗，單位：KW。2021/6/27377、空載電流：在額定電壓下，變壓器二次側(cè)開路（空載）時，一側(cè)線圈中通過的電流，稱為空載電流（勵磁電流），一般用額定電壓的百分比表示。8、空載損耗（鐵損）：指變壓器額定電壓下，二次側(cè)空載時，變壓器鐵芯所產(chǎn)生的消耗。主要損耗是勵磁損耗和渦流損耗。9、絕緣電阻：表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關(guān)。10、聯(lián)結(jié)組別：反映高、低壓側(cè)繞組連接方式，高壓側(cè)用Y、D、N表示，低壓側(cè)用y、d、n表示，如我主變的聯(lián)結(jié)組別為YN，d11，高壓側(cè)為星接，中性點接地，低壓側(cè)為角接，高低壓側(cè)電壓相位差為30°,即11點時鐘。低壓滯后高壓30度2021/6/273811、油面溫升：變壓器油面溫度與周圍環(huán)境溫度之差，稱為油面溫升。12、絕緣水平：變壓器繞組采用分級絕緣，各側(cè)繞組要經(jīng)受不同等級的耐受電壓。LI——雷電沖擊耐受電壓SI——操作沖擊耐受電壓AC——工頻耐受電壓。13、絕緣等級：是指其所用絕緣材料的耐熱等級，也即變壓器允許的溫升標準，分A、E、B、F、H級，具