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保定保菱变压器有限公司 变压器装配工艺讲义 制作 任贵军2012 08 2020 3 20 1 第三章 变压器结构介绍第1节 变压器的基本构成 1 一 铁心 变压器的主磁路 为了提高导磁性能和减少铁损 用厚为0 27或0 3mm 表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成 二 绕组 变压器的电路 一般用绝缘铜线或铝线绕制而成 四 油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中 油是冷却介质 又是绝缘介质 油箱侧壁有冷却用的管子 散热器或冷却器 三 绝缘套管 将线圈的高 低压引线引到箱外 是引线对地的绝缘 担负着固定的作用 此外还有储油柜 吸湿器 安全气道 净油器和气体继电器 2020 3 20 2 第三章 变压器结构介绍第1节 变压器的基本构成 2 大型电力变压器的基本构成 通常分为以下7个部分 铁心部分 包括硅钢片叠成的柱 轭及其夹紧装置绕组部分 包括各相绕组及其联线的引出线绝缘部分 包括各部件之间以及自身的油 纸绝缘油箱部分 除油箱本体外 还包括储油柜 支架等冷却系统 包括冷却器或散热器 油泵 风扇 联管等测量仪器 包括信号温度计 电流互感器 油位计等保护装置 压力释放器 气体继电器 吸湿器等其中 前两部分又可称为磁路部分和电路部分 是基本部分 2020 3 20 3 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 1 下铁轭 铁心 Core 是变压器的基本部件 由磁导体和夹紧装置组成 它有两个作用 在原理上 铁心的磁导体是变压器的磁路 它把一次电路的电能转为磁能 又由自身的磁能转变为二次电路的电能 是能量转换的媒介 在结构上 铁心上支撑了器身 引线等变压器内部的所有部件 变压器的铁心是框形闭合结构 其中套线圈的部分称心柱 不套线圈只起闭合磁路作用的部分称铁轭 2020 3 20 4 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 2 铁心的种类 按照绕组和铁心的相对位置不同 铁心可分两大类 心式和壳式 这里暂时只介绍心式铁心 对于单相变压器 铁心有两柱两轭 单柱四轭 双柱四轭等几种结构形式 对于三相变压器 铁心有两柱两轭 三相三柱 三柱四轭 三相五柱 等几种结构形式 铁心结构形式的选择 是根据各种绕组合理布置 节省材料以及满足运输高度等因素综合确定的 2020 3 20 5 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 3 电工钢带 硅钢片 铁心磁导体所用材料是含硅量较高的电工钢带 又称硅钢片 硅钢片有冷扎和热扎两种 其中冷扎硅钢片又分为无取向和取向两种 热扎硅钢片的磁性能差 磁通密度只能达到1 5T 而单位损耗过大 目前已不再采用 冷扎取向硅钢片有明显的方向性 饱和磁密高 单位损耗和单位励磁容量小 目前普遍采用 冷扎晶粒取向硅钢片的厚度有0 35mm 0 3mm 0 27mm 0 23mm等几种规格 目前常用的为0 3mm 且日趋减小 其主要目的的为了降低空载损耗 目前硅钢片的主要产地是日本 西欧 俄罗斯 韩国以及国内的武钢等 冷扎取向硅钢片的规格主要由厚度 50Hz磁通密度为1 7T时的单位损耗 W kg 来表示 例如 日本川崎制铁30RGH120 新开发的有采用激光照射 机械刻痕技术的硅钢片 2020 3 20 6 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 4 硅钢片的剪切 硅钢片材料进厂时是宽度1000mm左右的卷料 需使用专门的剪切设备 例如德国的乔格线 剪切成要求的形状 每片的剪切毛刺应不大于0 02mm 2020 3 20 7 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 5 铁心的叠积 由于心式变压器的线圈为圆形 铁心柱断面也应该作成圆形 但因制造困难 且不经济 因此作成阶梯状 分级圆柱式 每个阶梯皆形成一个矩形 外限位于同一个外接圆上 阶梯的多少有一定限度 需要根据经济效益进行综合考虑 铁心叠积时 其心柱与铁轭的铁心片是一片或几片交替的搭接在一起 使上下两层硅钢片的对接缝交替错开 互相遮盖 在改善强度的同时降低了励磁电流和空载损耗 2020 3 20 8 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 6 铁心片的搭接 目前变压器铁心采用全斜接缝形式 即心柱和铁轭相接处呈45 这种接缝形式与目前所普遍采用的高导磁取向硅钢片的特性是完全适应的 对于全斜接缝的大型变压器铁心 一般均采用两级接缝的形式进行叠积 为进一步改善变压器铁心的空载特性 形成了铁心的多级接缝形式即步进搭接式铁心 Step Lap 2020 3 20 9 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 7 铁心的绝缘 铁心的绝缘情况对变压器铁心产品的质量有着直接的影响 铁心的绝缘可分为两部分 片间绝缘和叠片与结构件间的绝缘 片间绝缘主要通过两方面实现 一是叠片表面的涂层 二是在叠积过程中每叠一定厚度放置一层绝缘纸板 也兼有散热油道作用 2020 3 20 10 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 8 铁心的接地 在变压器运行过程中 由于铁心及其金属结构件在电场中所处的位置不同 产生的电位也不同 当两点的电位差达到一定数值时便产生放电现象 放电的结果会使变压器油分解或固体绝缘损坏 为避免这一现象的产生 铁心及其金属结构件必须有效接地 2020 3 20 11 第三章 变压器结构介绍第2节 变压器的铁心 9 2020 3 20 12 第三章 变压器结构介绍第3节 变压器的线圈 1 线圈是变压器输入和输出电能的电气回路 是变压器的基本部件 它由铜 铝 扁导线绕制 再配置各种绝缘件组成的 线圈在设计上必须满足以下基本要求 1 电气强度 雷电冲击耐受电压 操作冲击耐受电压 工频耐受电压2 耐热强度在长期工作电流产生的热作用下 线圈的绝缘的使用寿命应不低于20年变压器在运行条件下 在任意线端发生突然短路 线圈应能承受住短路电流所产生的热作用而无损伤3 机械强度 2020 3 20 13 第三章 变压器结构介绍第3节 变压器的线圈 2 线圈型式 线圈型式主要是根据线圈电压等级和容量大小来选择 同时也要考虑电气强度 机械强度 散热以及制造工艺的可行性 线圈结构的选择不是唯一的 有时可有几种结构形式可供选择 这也和各个变压器制造厂家的传统习惯有关 变压器线圈大致可分为层式和饼式两种 饼式线圈又可分为螺旋式 连续式 纠结式 纠结连续式 内屏蔽连续式以及交错式等结构型式 2020 3 20 14 第三章 变压器结构介绍第3节 变压器的线圈 3 线圈导线 绕组线按导体材质不同可分为铜 铝两种 按导体形状可分为圆线 扁线 按绝缘材料可分为纸 漆 玻璃丝等几种 电力变压器通常采用纸包扁铜线 纸包扁铜线可分为普通纸包线 组合导线 换位导线等几种类型 根据铜导线的拉伸强度可分为普通导线 0 2 120Mpa 半硬铜导线 120Mpa 0 2 210Mpa 其中换位导线中还有一种自粘换位导线 即换位导线中的单根扁导线上涂了一层环氧树脂 漆膜双侧厚度为0 06 0 02mm 目的是漆膜热固化后 将所有小线粘在一起 以提高线圈的抗短路强度 目前最新的网包换位导线已经开始应用 国内也引进了相应的加工生产线 2020 3 20 15 第三章 变压器结构介绍第3节 变压器的线圈 4 线圈导线 绕组线按导体材质不同可分为铜 铝两种 按导体形状可分为圆线 扁线 按绝缘材料可分为纸 漆 玻璃丝等几种 电力变压器通常采用纸包扁铜线 纸包扁铜线可分为普通纸包线 组合导线 换位导线等几种类型 根据铜导线的拉伸强度可分为普通导线 0 2 120Mpa 半硬铜导线 120Mpa 0 2 210Mpa 其中换位导线中还有一种自粘换位导线 即换位导线中的单根扁导线上涂了一层环氧树脂 漆膜双侧厚度为0 06 0 02mm 目的是漆膜热固化后 将所有小线粘在一起 以提高线圈的抗短路强度 目前最新的网包换位导线已经开始应用 国内也引进了相应的加工生产线 2020 3 20 16 第三章 变压器结构介绍第3节 变压器的线圈 5 2020 3 20 17 第三章 变压器结构介绍第4节 变压器的器身 1 将铁心和各电压等级的线圈装配在一起 加上压紧装置 焊上引线 构成一个整体 称为变压器的器身 接线片 压板 线圈 有载分接开关 铁心 引线 引线 导线夹 托板 2020 3 20 18 第三章 变压器结构介绍第4节 变压器的器身 2 将铁心和各电压等级的线圈装配在一起 加上压紧装置 焊上引线 构成一个整体 称为变压器的器身 低压线圈 高压线圈 调压线圈 硬纸筒 铁心心柱 撑条 纸筒 弹簧压钉 压板 托板 端圈 端圈 隔板 2020 3 20 19 第三章 变压器结构介绍第4节 变压器的器身 3 器身的紧固 线圈幅向紧固是将线圈对铁心 线圈对线圈保持同心位置的手段 另外 内部线圈在承受幅向短路电磁机械力时受的是压力 需要牢固的支点 因此大容量变压器内部线圈的幅向紧固甚为重要 变压器制造质量的可靠性在很大程度上取决于线圈的轴向紧固 它可以抵御短路轴向电磁机械力的作用 消除线圈的松动 2020 3 20 20 第三章 变压器结构介绍第5节 变压器的引线 引线 引线一般分为三种 线圈线端与套管连接的引出线 线圈间的连接引线以及线圈分接与开关相连的分接引线 电力变压器引线有铜排 纸包电缆 铜管等型式 引线间的连接有磷铜焊 冷压接等方式 铜排 冷压接 螺栓连接 分接线 纸包电缆 线端引出线 2020 3 20 21 第三章 变压器结构介绍第5节 变压器的绝缘结构 变压器的绝缘分主绝缘和纵绝缘 主绝缘指绕组之间 绕组对铁心 绕组对油箱 引线对铁心 引线对油箱 纵绝缘指绕组的砸绝缘 层间绝缘及段绝缘 纵绝缘主要决定冲击电压下的梯度电压作用下的梯度电压即在冲击电压作用下 起始电压在绕组各个部位分布不均匀以及引起的震荡 会使绕组的某些部位产生很高的梯度电压 为了改善电压分布常采取的措施有 在线圈端部增加静电环 采取屏蔽连续式线圈结构 采取纠结式绕组结构等 其主要都是用于纵向电容增加 变压器油除了起冷却液作用外也具有绝缘作用 考虑到变压器的散热需求 产品有围屏时围屏上端除了要低于低压绕组100 200mm外 还作为油的出路 2020 3 20 22 第三章 变压器结构介绍第6节 变压器的油箱 变压器油箱是盛放器身和变压器油的容器 其主要作用是 盛油散热保护绝缘 隔离绝缘与大气 避免吸收水分和气体 防止油老化干燥绝缘 现场常温下抽真空时起 真空罐 作用基座运输 2020 3 20 23 油箱的种类 变压器油箱有两种基本型式 桶式油箱和钟罩式油箱 桶式油箱由箱盖和桶体两部分组成 其优点是外观简洁 吊器身时只需放很少的油 缺点是对于大容量变压器 现场检修时需要起重量足够大的吊车 钟罩式油箱由上节油箱和下节油箱组成 其优 缺点则与桶式油箱相反 第三章 变压器结构介绍第6节 变压器的油箱 2020 3 20 24 2020 3 20 25 第三章 变压器结构介绍第6节 变压器的油箱 油箱附件 储油柜 储油柜支架 千斤顶支架 吊环 冷却装置管接头 底架 加强铁 底板 升高座 2020 3 20 26 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 1 套管 变压器的套管是将变压器内部的高压 低压引线引到油箱外部的出线装置 不仅作为引线对地的绝缘 而且担负着固定引线的作用 中 低压套管 高压套管 高压中性点套管 2020 3 20 27 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 1 套管 套管的主绝缘系统 类型主绝缘绝缘油室油膨胀室油位指示器气密性IEC标准最大值 介损值局放量 OIPOilImpregnatedPaper油浸纸式需要需要需要具有气密性 0 007 10pC RBPResinBondedPaper树脂粘合纸式不需要不需要不需要非气密性 仅具有油密性 0 015 250pC RIPResinImpregnatedPaper树脂浸渍纸式不需要不需要不需要具有气密性 0 007 10pC 油浸式套管 干式套管 2020 3 20 28 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 1 套管 油质电容式套管由 1 电容芯子 是套管的主绝缘即导管与接地法兰间的绝缘 是用电缆纸和铝箔交错在导管上卷制而成的 铝箔是在电缆纸的层间每隔一定厚度放一层 这样形成多个与中心导管并列的同心圆柱电容体 利用电容分布原理调整电厂 屏蔽数越多 电位分布越均匀 但过多改善效果的性价比差 2 导管 一般是铜管 其既是电容芯子的骨架又是穿缆引线的通孔 电容芯子的最里层屏蔽层与铜管连接成带电端 最外层屏蔽层与安装法兰连接成地屏 它与安装法兰一起接地成零电位即我们常说的套管末屏 3 瓷套为外绝缘 在电容芯子和瓷套间注满油 在头部安装适应储油柜4 尾部有改善电场分布的均压球 一般套管储油柜油量25kg左右 2020 3 20 29 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 1 套管 油 油 ORIP 油 空气 PORIP 油 SF6 GARIP 2020 3 20 30 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 2 开关 有载分接开关 为了使电网供给稳定的电压 控制电力潮流或调节负载电流 均需要对变压器进行电压调整 目前 变压器调整电压的方法是在某一侧线圈上设置分接 以切除或增加一部分线匝 改变匝数 从而达到改变电压比的有级调整电压的方法 变换分接以进行调压所采用的组件称为分接开关 一般情况下是在高压线圈上抽出适当的分接 这是因为高压线圈一则常套在外面 引出分接方便 二则高压侧电流小 分接引线和分接开关的载流部分截面小 开关制造容易 变压器二次不带负载 一次也与电网断开 无电源调压 的调压 称为无励磁调压 带负载进行变换线圈分接的调压 称为有载调压 因此 变压器的分接开关分为二种 一是无励磁分接开关 二是有载分接开关 无励磁分接开关 2020 3 20 31 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 2 开关 切换开关 分接选择器 电动机构 垂直轴 有载开关储油柜 分接线 人孔 齿轮盒 2020 3 20 32 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 2 开关 调压线圈 6 4 7 5 分接选择器 切换开关 8 R R 分接选择器 电动机构 UCG型有载开关 2020 3 20 33 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 3 气体继电器 QJ3 80ATH气体继电器设计序号管路通经 标称值mm 带集气盒湿热带使用 2020 3 20 34 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 3 气体继电器 工作原理 国内气体继电器一般均是由开口杯及干簧节点构成的轻瓦和由挡板与干簧节点构成的重瓦组成 变压器运行十气流达到一定量值 一般为250 300ml 时气流推动开口杯动作 当动作到干簧节点附近时信号接通开始报警 而重瓦则是在较大油流冲击作用下动作而导致干簧节点接通 近而发出报警信号 一般流速整定在0 7 1 2m s 1 一般来说轻瓦动作代表变压器运行故障并非特别严重 故此此时发出的信号仅仅为报警信号 信号发出后变压器正常运行 但是重瓦则不然 其一旦发出信号变压器立刻调闸 近而起到保护变压器不进一步受损 2 国内气体继电器由于种种原因并非十分过关 干簧节点动作发皱 造成有时不发信号 其调整方法就是轻微调整干簧节点位置 2020 3 20 35 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 4 温度计 1 这里着重介绍油面温度计 因为绕组温度计的温度指示并非真实绕组温度体征 而是通过油顶层温度与电流互感器小信号叠加而成的模拟信号 2 绕组温度计的信号介绍 BWY 804AJ TH 湿热带防护J 机电一体化 输出 4 20 mAA 铂电阻开关数量线性刻度油面温度计变压器 2020 3 20 36 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 4 温度计 BWY 804AJ TH 油面温度计是采用复合温升的原理而设计的 适用于变压器及其它设备的温度检测和控制 该仪表具有良好的防护性能 能在户外条件下正常工作 仪表内装有四组可调控制开关 可分别用于变压器冷却系统控制及讯号报警 同时能输出与温度值对应的 4 20 mA电流信号和Pt100铂电阻值 供计算机系统和二次仪表使用 BWY 804AJ TH 油面温度计 主要由弹性元件 传感导管 感温部件 温度变送器 数字式温度显示仪组成 由弹性元件 传感导管和感温部件构成的密封系统内充满感温介质 当被测温度变化时 感温部件内的感温介质的体积随之变化 这个体积增量通过传感导管传递到仪表内弹性元件 使之产生一个相对应的位移 这个位移经机构放大后便可指示被测温度 并驱动微动开关 输出开 关控制信号以驱动冷却系统 达到控制变压器温升的目的 通过嵌装在一次仪表内的变送器 输出 4 20 mA标准信号 输入计算机系统和二次仪表 实现无人电站管理 2020 3 20 37 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 4 温度计 1 仪表在运行中必须垂直安放 2温包安装 使用前必须确认温度计座内注满了油且油面能够完全浸没PT100 3 温包与表头间的软管必须有相应的固定 间距在300mm为宜 弯曲半径不得小于R100mm 多余的软管应按大于直径 200mm盘成圆 固定在变压器本体上 毛细管内为惰性液体 4 调整温度表必须在专用设备特定温度下进行 5 切忌用手随意拨动表指针动作 6 表盘指针不动作且回零 毛细管内液体泄露 该故障为不可修复故障 7 数显显示异常 极性接反 变送器故障 2020 3 20 38 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 5 温度计 变压器绕组温度计的温包插在变压器油箱顶层的油孔内 当变压器负荷为零时 绕组温度计的读数为变压器油的温度 当变压器带上负荷后 通过变压器电流互感器取出的与负荷成正比的电流 经变流器调整后流经嵌装在波纹管内的电热元件 电热元件产生的热量 使弹性元件的位移量增大 因此在变压器带上负荷后 弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流二者所决定 变压器绕组温度计指示的温度是变压器顶层油温与线圈对油的温升之和 反映了被测变压器线圈的最热部位温度 选定档位需要的几个参数 变压器一次额定电流 CT变比 铜油温差2 计算公式 IP I CT变比 得出二次互感器额定电流 根据铜油温差查曲线得到IS最终根据下表选择档位 根据IS IP值决定3 6档 2020 3 20 39 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 6 压力释放器 YSF9 55 130DSKJTHB压力释放器设计序号开启压力 KPa 喷油口直径 mm 定向喷油双路电器信号带机械信号湿热带带闭锁装置 2020 3 20 40 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 6 压力释放器 变压器一旦发生故障油箱内部压力增加到一定值时 由于油的不可收缩性 压力传到压力释放阀的膜体上 而促使膜体动作 释放压力 从而达到保护油箱的目的压力释放器动作后必须人为手动复位 动作肯定要发信号 但是发信号不一定动作 压力释放器在正常工作时对变压器油是密封的 动作过程是与大气接触的 开启压力50 5kPa产品打压时要进行有效闭锁保护 以免压力释放器动作喷油 产品运输时压力释放器要进行有效闭锁 产品试验及运行时闭锁装置必须拆除 否则起不到应有作用 2020 3 20 41 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 7 无载开关 无励磁分接开关可以在变压器不施加电压的条件下 变换变压器的分接头 以改变变压器的电压比 无励磁分接开关按相数可分为单相和三相两类 按调压部位可分为中性点调压 中部调压和线端调压三种 2020 3 20 42 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 8 储油柜 储油柜是油浸式变压器和有载开关的油保护系统 环境温度的变化和变压器负载的变化会引起变压器油箱内变压器油温度的变化 同样 环境温度的变化和有载开关的切换也会引起有载开关油室内变压器油温度的变化 而变压器油温度的变化必然引起变压器油体积的变化 储油柜的作用就是调节变压器油箱和有载开关油室内变压器油体积的变化并防止潮气进入和空气对变压器油的氧化作用 储油柜可以分为敞开式和密封式两种 其中密封式又可分为胶囊式 隔膜式和金属波纹式 一般储油柜的油量为变压器总油量的10 2020 3 20 43 第三章 变压器结构介绍第7节 变压器的附件 8 储油柜 胶囊式储油柜 主要由柜体 胶囊 集气室 集气室上有主油箱管路 注放油管路 排气管路 排污油管路 小管式油表等部件 吸湿器管路 放气塞 放油塞 油位计等部件组成 该种储油柜用胶囊作密封件将变压器油与大气隔离 胶囊的外面是变压器油