变压器的构造及各部件的功用是什么.docx

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变压器的构造及各部件的功用是什么

变压器的构造及各部件的功用是什么?

答:

变压器主要由铁芯、绕组、油箱、油枕以及绝缘套管、分接开关和气体继电器等组成。

其各部分的功用如下。

（1）铁芯。

铁芯是变压器的磁路部分;为了降低铁芯在交变磁通作用下的磁滞和涡流损耗,铁芯采用厚度为0.35mm或更薄的优质硅钢片叠成。

目前厂泛采用导磁系数高的冷轧晶粒取代硅钢片,以缩小体积和重量,也可节约导线和降低导线电阻所引起的发热损耗。

铁芯包括铁芯柱和铁轭两部分。

铁芯柱上套绕组,铁轭将铁芯柱连接起来,使之形成闭合磁路。

按照绕组在铁芯中的布置方式,变压器又分为铁芯式和铁壳式（或简称芯式和壳式）两种。

单相二铁芯柱。

此类变压器有两个铁芯柱,用上、下两个铁轭将铁芯柱连接起来,构成闭合磁路。

两个铁芯柱上都套有高压绕组和低压绕组。

通常,将低压绕组放在内侧,即靠近铁芯,而把高压绕组放在外侧,这样易于符合绝缘等级要求。

铁芯式三相变压器有三相三铁芯柱式和三相五铁芯柱式两种结构。

三相五铁芯柱式（或称三相五柱式）也称三相三铁芯柱旁轭式,它是在三相三铁芯柱（或称三相三柱式）外侧加两个旁轭（没有绕组的铁芯）而构成,但其上、下铁轭的截面和高度比普通三相三柱式的小。

从而降低了整个变压器的高度。

三相三铁芯柱,它是将三相的三个绕组分别放在三个铁芯柱上,三个铁芯柱也由上、下两个铁轭将芯柱连接起来,构成闭合磁路。

绕组的布置方式同单相变压器一样。

三相五铁芯柱,它与三相铁芯相比较,在铁芯柱的左右两侧多了两个分支铁芯柱,成为旁扼。

各电压级的绕组分别按相套在中间三个铁芯柱上,而旁轭没有绕组,这样就构成了三相五铁芯柱变压器。

由于三相五柱式铁芯各相磁通可经旁轭而闭合,故三相磁路可看作是彼此独立的,而不像普通三相三柱式变压器各相磁路互相关联。

因此当有不对称负载时,各相零序电流产生的零序磁通可经旁轭而闭合,故其零序励磁阻抗与对称运行时励磁阻抗（正序）相等。

中、小容量的三相变压器都采用三相三柱式。

大容量三相变压器.常受运输高度限制,多采用三相五柱式。

铁壳式单相变压器,具有一个中心铁芯柱和两个分支铁芯柱（也称旁轭）,中心铁芯柱的宽度为两个分支铁芯柱宽度之和。

全部绕组放在中心铁芯柱上,两个分支铁芯柱好像“外壳”似的围绕在绕组的外侧,因而有壳式变压器之称。

有时亦称其为单相三柱式变压器。

铁壳式三相变压器,其铁芯可以看作由三个独立的单相壳式变压器并排放在一起而构成。

芯式变压器结构比较简单,高压绕组与铁芯的距离较远,绝缘容易处理。

壳式变压器的结构比较坚固,制造工艺比较复杂,高压绕组与铁芯柱的距离较近,绝缘处理较困难。

壳式结构易于加强对绕组的机械支撑,使其能承受较大的电磁力,特别适用于通过大电流的变压器。

壳式结构也用于大容量电力变压器。

在大容量变压器中,为了使铁芯损耗发出的热量能被绝缘油在循环时充分地带走,从而达到良好的冷却效果,通常在铁芯中设有冷却油道。

冷却油道的方向可以做成与硅钢片的平面平行或垂直。

（1）绕组。

1）绕组在铁芯上相互间的布置形式。

变压器的绕组,按其高压绕组和低压绕组在铁芯上的布置,有两种基本形式:

同心式和交叠式。

同心式绕组,高压绕组和低压绕组均做成圆筒形,但圆筒的直径不同,然后同轴心地套在铁芯柱上。

交叠绕组,又称为饼式绕组,其高压绕组和低压绕组各分为若干线饼,沿着铁芯柱的高度交错排列着。

交叠绕组多用于壳式变压器。

芯式变压器一般都采用同心式绕组。

通常低压绕组装得靠近铁芯,高压绕组则套在低压绕组

的外面,低压绕组与高压绕组之间以及低压绕组与铁芯之间都留有一定的绝缘间隙和散热油道,并用绝缘纸筒隔开。

同心式绕组根据绕制特点又可分为圆筒式、螺旋式、连续式和纠结式等几种型式。

（a）圆筒式绕组。

圆筒式绕组是最简单的一种绕组,它是用绝缘导线沿铁芯高度方向连续绕制,绕制完第一层后.垫上层间绝缘纸再绕第二层。

这种绕组一般用于小容量变压器的低压绕组。

（b）螺旋式绕组。

上述圆筒式绕组实际上也是螺旋式的,不过这里所讲的螺旋式绕组,每匝并联的导线数较多,是由多根绝缘扁导线沿着径向并联排列（一根压一根）,然后沿铁芯柱轴向高度像螺纹一样一匝跟着一匝地绕制而成,一匝就像一个线盘。

螺旋式绕组当并联导线太多时,就把并联导线分成两排,绕成双螺旋式绕组。

为了减小导线中的附加损耗,绕制螺旋式绕组时,并联导线要进行换位。

这种绕组一般为三相容量在800kVA以L、电压在35kV以下的大电流绕组。

（c）连续式绕组。

连续式绕组是用扁导线连续绕制成若干线盘（也称线饼）构成,相邻线盘间的连接是交替地在绕组的内侧和外侧,都用绕制绕组的导线自然连接,没有任何接头。

这种绕组应用范围较大,一般用于三相容量为630kVA以上、电压为3———110kV的绕组。

（d）纠结式绕组。

纠结式绕组的外形与连续式相似,主要不同的是,连续式绕组的每个线盘中电气上相邻的线匝是依次排列的,而纠结式绕组电气上相邻的线匝之间插入了绕组中的另一线匝,以便实际相邻的匝间电位差增大。

纠结式绕组焊头多、绕制费时。

采用纠结式绕组的目的是为了增加绕组的纵向电容,以便在过电压时,起始电压比较均匀地分布于各线匝之间。

纠结式绕组一般用于电压在110kV以上的高压绕组。

绕组是变压器运行时的主要发热部件,为了使绕组有效地散热,除绕组纵向内、外侧设有油道外,对双层圆筒形绕组,在其内、外层之间,多用绝缘的撑条隔开,以构成纵向油道;对线饼式绕组,例如螺旋式、连续式、纠结式等绕组,每两个线饼之间也用绝缘板条隔开,构成横向油道。

纵向和横向油道是互相沟通的。

2）绕组结构型式

（a）普通变压器绕组结构型式。

变压器按其每相绕组数分,有双绕组、三绕组或更多绕组的型式。

三绕组变压器在每个铁芯柱上同心排列着三个绕组,即高压绕组、中压绕组、低压绕组。

升压变压器常用于功率流向由低压绕组传送到高压电网和中压电网,其绕组布置为中压绕组靠近铁芯,高压绕组在最外层,低压绕组处于中压绕组与高压绕组之间。

降压变压器结构为低压绕组靠近铁芯,中压绕组处于低压绕组与高压绕组之间,高压绕组仍放在最外层,常用于功率流向由高压传送至中压和低压。

600MW机组的启动兼备用变压器,当高压和两级中压（17.5kV与3kV）绕组均为Y接线时,为提供变压器三次谐波电流通路,保证主磁通接近于正弦波,改善电动势的波形,常在该变压器上设有第四个Δ接线的绕组,即成为四绕组的变压器。

（b）分裂变压器绕组结构型式。

大容量机组（单机200MW及以上）的厂用电系统,当只采用6kV一级厂用高压时,为安全起见,主要厂用负荷需由两路供电而设置两段母线,这时常采用分裂低压绕组变压器,简称分裂变压器。

它有一个高压绕组和两个低压绕组,两个低压绕组称为分裂绕组。

实际上这种变压器是一种特殊结构的三绕组变压器。

分裂绕组变压器的结构特点是,绕组在铁芯上的布置应满足两个要求:

①两个低压分裂绕组之间应有较大的短路阻抗:

②每—分裂绕组与高压绕组之间的短路阻抗应较小,且应相等。

（c）自耦变压器绕组结构型式。

自耦变压器常在某些大型发电厂、变电所中应用,用于连接电压级差不大的两个高压统。

自耦变压器的工作原理与普通变压器有所不同。

自耦变压器的两个绕组之间不仅有磁的联系,而且还有电路上的直接联系。

高压绕组由公共绕组（低压绕组）和串连绕组构成。

通过自耦变压器传输的功率也由两部分组成,一部分是通过串联绕组由电路直接传输,另一部分通过公共绕组由电磁感应传输。

为了消除三次谐波,以及减小自耦变压器的零序阻抗以稳定中性点电位,在三相自耦变压器中,除公共绕组和串连绕组外,一般还增没了一个接成三角形的第三绕组。

第三绕组与公共绕组、串连绕组之间只有磁的联系,没有电路上的直接联系。

自耦变压器第三绕组通常制成低压6———35kV,除用于消除三次谐波外.还可用于对附近地区供电,或者用于连接调相机或补偿电容器等。

（3）油箱。

油浸式变压器的器身（绕组及铁芯）都装在充满变压器油的油箱中,油箱用钢板焊成。

中、小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成,变压器的器身就放在箱壳内,将箱盖打开就可吊出器身进行捡修。

大、中型变压器,由于器身庞大和笨重,起吊器身不便,都做成箱壳可吊起的结构。

这种箱壳好一只钟罩,当器身要检修时,吊去较轻的箱壳,即上节油箱,器身便全部暴露出来了。

大容量变压器的油箱广泛采用全封闭结构,即主油箱与油箱顶部钢板之间或上节油箱与下节油箱之间都采用焊接焊死,不使用密封垫,以防止密封不牢靠。

为便于检修,在适当部位开有入孔门或手孔门。

（4）油枕。

油枕又叫储油柜,是一种油保护装置,它是山钢板做成的圆桶形容器,水平安装在变压器油箱盖上,用弯曲联管与油箱连接。

油枕的一端装有一个油位计（油标管）,从油位计中可以监视油位的变化。

油枕的容积一般为变压邪油箱所装油体积的8%—10%。

当变压器油的体积随着油的温度膨胀或缩小时,油枕起着储油及补油的作用,从而保证油箱内充满油。

同时由于装了油枕,使变压器油缩小了与空气的接触面,减少了油的劣化速度。

大型变压器常用密封式油枕,有以下两种结构。

1）隔膜式油枕。

隔膜式油枕采用薄膜（隔膜）使油与大气隔离。

油枕为水平圆柱体,在中分面的法兰夹着一层薄膜,把油枕内部空间分隔成上、下两部分,薄膜以下是变压器油,薄膜以上是空气。

薄膜的材料是尼龙布上覆盖着腈基丁二烯橡胶,具有极低的透气性和较高的抗油性及低温适应性（—43℃）。

薄膜寿命在60℃油温驱动薄膜10万次后仍正常。

油枕的油箱能承受全真空,因此在油枕安装好后,仍能实现真空注油。

薄膜的空气侧接有一个呼吸器与大气连通。

2）胶囊式油枕。

胶囊式油枕是在油枕内油的表面上侧空间使用一个合成橡胶制的容器,橡胶容器内无油,而油枕内的其余空间都充满变压器油。

橡胶容器的形状使之能通过其形状变化适应油的热胀冷缩引起的油位变化。

由于该橡胶容器是由有优良的耐油性和耐气候作用、机械强度高的腈系橡胶制成,所以该装置在长期运转中有足够的可靠性。

在橡胶容器内,空气通过吸湿过滤式呼吸器与外界空气相通,以防止容器变质.并在橡胶容器内始终保持大气压。

此外,由于橡胶容器底部被制造成与当时油量相符的水平状,所以其底部被油位计指示为油位。

（5）呼吸器。

呼吸器又称吸湿器,通常由一管道和玻璃容器组成,内装干燥剂（硅胶或活性氧化铝）。

当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩小时,排出或吸人的空气都经过呼吸器,呼吸器内的于燥剂吸收空气中的水分,对空气起过滤作用,从而保持油的清洁。

浸有氯化钻的硅胶,其颗粒在于燥时是蓝色的,但是随着硅胶吸收水分接近饱和时,粒状硅胶就转变成粉白色或红色,据此可判

断硅胶是否已失效。

受潮后的硅胶可通过加热烘干而再生,当硅胶颗粒的颜色变成钴蓝色时,再生工作就完成了。

（6）压力释放装置。

压力释放装置在保护电力变压器方面起重要作用。

充有变压器油的电力变压器,如果内部出现故障或短路,电弧放电就会在瞬间使油汽化,导致油箱内压力极快升高。

如果不能极快释放该压力,油箱就会破裂,将易燃油喷射到很大的区域内,可能引起火灾,造成更大破坏,因此必须采取措施防止这种情况发生。

压力释放装置有防爆管和压力释放器两种,防爆管用于小型变压器,压力释放器用于大、中型变压器。

1）防爆管（又称喷油管）。

防爆管装于变压器的顶盖上,喇叭形的管子与油枕或大气连接,管口由薄膜封住。

当变压器内部有故障时,油温升高,油剧烈分解产生大量气体,使油箱内压力剧增。

当油箱内压力升高至50000Pa时,防爆管薄膜破碎,油及气体由管口喷出,防止变压器的油箱爆炸或变形。

2）压力释放器。

压力释放器与防爆管相比,具有开启压力误差小、延迟时间短（仅2ms,）、控制温度高、能重复动作使用等优点,故被广泛应用于大、中型变压器上。

压力释放器也称减压器,它装在变压器油箱顶盖上,类似锅炉安全阀。

当油箱内压力超过规定值时,压力