变压器结构培训讲义(车间版)

1、第一部分 电力变压器基础知识一、电力系统常识 电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电能具有许多优点，它可以方便地转化为别种形式的能，例如,机械能、热能、光能、化学能等；它的输送和分配易于实现；它的应用规模也很灵活。因此，电能被其广泛地应用于工农业，交通运输业，商业贸易，通信以及人民的日常生活中。发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的别种能量。这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等则属于与电能生产相

2、关的动力部分。电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升、降压变压器和各种电压等级的输电线路。在交流电力系统中，发电机、变压器、输配电设备都是三相的，这些设备之间的连接状况，可以用电力系统接线图来表示。为简单起见，电力系统接线图一般都是画成单线的。1.高压输电原因1）线路能量损耗PN=UIP线损=I2R线路电压升高电流减小线路能量损耗P损耗减小2）线路材料损耗电压升高电流减小架空线等输电线路截面积减小表1.1 各级架空线路的输送能力额定电压（kV）输送功率（kW）输送距离（km）10 2002000 620 35 200010000 2550 60 350030000 30100 11

3、0 1000050000 30150 220 100000500000 200300 330360000 200250 500 900000 250800 750 2300000 5001200 ±500kV 3000000 1200 1000 5500000 10002000 例： 当采用110kV的电压时就可以将50000kW的功率输送到约150km的地方；而当采用500750kV的高压时，就可以将约20000kW的功率输送到约1000km的地方。 2.降压原因对于大型动力用户只需要3kV、6kV或10kV电压，而小型动力与照明用户只需要380V电压，这就必须用降压变压器把输电线

4、上的高电压降低到配电系统的电压，由配电变压器满足各用户用电的电压。变压器除了在电力系统中使用之外，还用于一些工业部门中。例如，在电炉、电焊设备、矿山设备、交通运输的电车等设备中，都要采用专门的变压器。此外，在实验设备、无线电装置、无线电设备、测量设备和控制设备（一般又叫控制变压器，容量都极小）中，也使用着各式各样的变压器。3.输电方式1）交流输电 目前交流输变电系统电压最高为1000kV如：晋东南南阳荆门项目 2）直流输电 目前直流输变电系统电压最高为±800kV 如：云南广东±800kV特高压直流输电工程 表1.2 3kV以上的额定电压为了适应电力系统运行调节的需要，通常

5、在变压器的高压绕组上设计制造有分接抽头。 下图所示为用线电压表示的220kV电压具有抽头（±2×2.5%）Un的变压器的抽头额定电压。 4. 相数及频率在交流电力系统中，发电机、变压器、输配电设备都是三相的。我国规定，电力系统的额定频率为50Hz，也就是工业用电的标准频率，简称工频。 二、变压器原理变压器是一种静止的电气设备。它是利用电磁感应原理，把一种电压交流电能频率不变地转变成一种电压交流电能。 变压器原理的重要公式：，式中 U1原绕组的感应电势有效值U2副绕组的感应电势有效值N1原绕组的匝数N2副绕组的匝数即 电压比等于匝数比，电流比等于匝数比的倒数。（对于三相变压器

6、来说，电压比一般是指线电压之比。）三、变压器分类1. 按用途分目前公司主要产品是电力变压器，另外还生产部分特殊变压器，例如牵引变压器、电炉变压器。2. 按容量分电力变压器按容量系列分，有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R8=1.33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

7、等级采用此系列，如：100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA。3、按相数分电力变压器按相数分，有单相和三相两大类。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。5、按绕组结构分： 电力变压器按绕组结构分，有自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器。6、按绕组绝缘及冷却方式分类： a）油浸式变压器。冷却方式一般为自然冷却、风冷却（在散热器上安装风扇），强迫风冷却（在前者基础上还装有潜油泵，以促进油循环）。此外，大型变压器还有采用强迫油循环风冷却

8、、强迫油循环水冷却等。 b）干式变压器。绕组置于气体中（空气或六氟化硫气体），或是浇注环氧树脂绝缘。它们大多在部分配电网内用作配电变压器。四、变压器的型号及各符号代表的意思序号分类涵义代表的字母序号分类涵义代表的字母1绕组耦合方式独立-8线圈导线材质铜-自耦O铜箔B2相数单相D铝L三相S铝箔LB3绕组外绝缘介质变压器油-9铁心材质电工钢片-空气（干式）G非晶合金H气体Q10特殊用途或特殊结构密封式M成型固体 浇注式C串联用C包绕式CR起动用Q难燃液体R防雷保护用B4冷却装置种类自然循环冷却装置-调容用T风冷却器F高阻抗K水冷却器S地面战牵引用QY5油循环方式自然循环-低噪声用Z强迫油循环P电缆

9、引出L6绕组数双绕组-隔离用G三绕组S电容补偿用RB双分裂绕组F油田动力照明用Y7调压方式无励磁调压-厂用变压器CY有载调压Z全绝缘J同步电机励磁用LC例如：OSFPSZ10-180000/220：自耦、三相、风冷、强迫油循环、三绕组、铜线、有载调压、10型、额定容量180000kVA、高压额定电压等级为220kV的电力变压器。五、变压器耐热等级绝缘材料按耐热等级分为： A：105、E：120、B：130、F：155、H：180、D: 绝缘系统温度为200、C：220。六、冷却方式7.1 对于干式变压器，冷却方式的标志按GB6450的规定。7.2 对于油浸式变压器，用四个字母顺序代号标志其冷却

10、方式。第一个字母表示与绕组接触的内部冷却介质：O 矿物油或燃点不大于300的合成绝缘液体；K 燃点大于300的绝缘液体；L 燃点不可测出的绝缘液体；第二个字母表示内部冷却介质的循环方式：N 流经冷却设备的绕组内部的油流是自然的热对流循环；F 冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环；D 冷却设备中的油流是强迫循环，（至少）在主要绕组内的油流是强迫导向循环。第三个字母表示外部冷却介质:A 空气；W 水；第四个字母表示外部冷却介质的循环方式：N 自然对流；F 强迫循环（风扇、泵等）。一台变压器规定有几种不同的冷却方式时，在说明书中和铭牌上，应给出不同冷却方式下的容量值（见GB10

11、94.1第7.1条m项），以便在某一冷却方式及所规定的容量下运行时，能保证温升不超过规定的限值。在最大冷却能力下的相应容量便是变压器的（或多绕组变压器中某一绕组的）额定容量。不同的冷却方式一般式按冷却能力增大的次序进行排列。例1：ONAN/ONAF变压器装有一组风扇，在大负载时，风扇可投入运行，在这两种冷却方式下，油流均按热对流方式循环。例2：ONAN/0FAF 变压器带有油泵和风扇的冷却设备。也规定了在自然冷却方式（例如，辅助电源出现故障的情况下），降低负载后的冷却能力。七、损耗水平代号八、变压器重要参数1.额定容量变压器某一个绕组的视在功率的指定值，常以kVA或MVA表示。10000kVA

12、 =10MVA视在功率 S=UI，单位（VA）伏安单相 三相 2.额定电压 绕组主分接施加的电压或空载时感应的电压。对于三相绕组，是指线路端子间的电压。单位一般用kV3.额定电流：由变压器额定容量（S）和额定电压（U）推导出的流经绕组线路端子的电流。1）线电压与相电压 对于星形/Y接法 ， 对于三角形/D接法， 例如：一般家用照明电，380V是线电压，220是相电压2）线电流与相电流 对于星形/Y接法 ， 对于三角形/D接法， （a）星形/Y接法（向量图） （b）三角形/D接法（向量图）（c）星形/Y接法（示意图） （d）三角形/D接法（示意图）4. 变比k和电压比K 变比k一个绕组的电压与另

13、一个绕组的电压之比（匝数比）。 电压比K线电压比。 5.绝缘水平绝缘水平是变压器能够承受住运行中各种过电压与长期最高工作电压作用的水平。包括耐受工频、感应、冲击全波、冲击截波、操作波电压和局部放电水平。SI 具有最高Um值的绕组线路端子上的操作冲击耐受电压。LI 每个绕组的线路端子和中性点端子上的雷电冲击耐受电压（全波）LIC 线段截波AC 每个绕组的线路端子和中性点端子上的短时感应耐受电压和外施耐受电压。长时AC（ACLD） 短时AC（ACSD）h.v. 高压；l.v. 低压；m.v. 中压；6.空载损耗和空载电流变压器一次绕组施加额定频率下的额定电压，其他绕组开路时，变压器吸取的功率定义为

14、空载损耗。 空载损耗主要是铁损。 变压器一个绕组施加额定频率下的额定电压，其他绕组开路时，流经该绕组线路端子的电流的有效值，定义为变压器的空载电流。通常以变压器额定容量下绕组额定电流的百分值表示。7.负载损耗和阻抗电压在变压器一对绕组中，一次绕组流经额定电流，二次绕组短路，其他绕组开路时，在额定频率及参考温度下，所汲取的功率是变压器的负载损耗。 变压器负载损耗主要是铜损。 在额定频率及参考温度下，在变压器一对绕组中，某一绕组端子之间的等效串联阻抗 是变压器的短路阻抗。确定此短路阻抗时，另一个绕组短路，其他绕组开路。通常把短路试验在原边电流为额定时的短路电压实际值Uk用原边额定电压的百分数表示，

15、常称为阻抗电压uk，即8.总损耗变压器空载损耗和负载损耗之和。9.零序阻抗在额定功率下，三相星形或曲折形联结绕组中，连接在一起的线路端子与中性点端子之间的以每相欧姆数表示的阻抗。10.变压器油温升绕组顶部油温度与外部冷却介质温度之差。11.变压器绕组温升绕组以电阻法确定的平均温度与外部冷却介质温度之差。绕组平均温度是通过绕组电阻确定的。三相变压器中，最好在中柱进行测量。 12.绕组联结组标号变压器的联结组标号相同是变压器可以并联的条件之一，因此，联结组标号是变压器的重要特性。绕组联结组单相变压器的联结组标号用表示；三相变压器或组成三相变压器组的单相变压器，相绕组可以连接成Y联结、D联结或Z联结

16、（曲折星形）。高压绕组用大写字母Y、D、Z表示，中压或低压绕组用y、d或z表示，中性点引出的Y联结或Z联结用YN（yn）或ZN(zn)表示。自耦联结的一对绕组，低压绕组用字母auto或a表示（如Ynauto或Yna或YNa0，ZNa11）。当有稳定绕组（不与外部负载相连的D联结绕组时），在负载绕组字母后用“+d”表示。绕组联结组标号绕组连接后，用一组字母和时钟序数指示高压、中压（对三绕组变压器）和低压绕组的联结方式，表示中压绕组、低压绕组相对高压绕组相位移关系。联结组标号是以绕组的中性点位于一点，不同电压侧相电压的相位移。用时钟分针表示高压相电压相量，位于时钟12处，用时钟时针表示低压相电压相

17、量，时针指示的小时数就是绕组的联结组标号。例如： （a）YNd11 （b） YNd1 九、变压器铭牌变压器应设有铭牌，铭牌的材料应不受气候的影响，并应固定在明显可见位置。铭牌上所标志的项目应清晰且牢固。出厂前填写的项目内容，应是去不掉的刻印。下述项目应标注在铭牌上。9.1必须标志的项目（在任何情况下）a.变压器的种类（如：变压器、自耦变压器、增压变压器等）；b.本标准代号；c.制造厂名；d.出厂序号；e.制造年月；f.相数；g.额定容量（kVA或MVA。对于多绕组变压器，应给出每个绕组的额定容量，如果一个绕组的额定容量并不是其他绕组额定容量的总和时，则应给出负载组合）;h.额定频率（Hz）；i

18、.各绕组额定电压（V或kV）和分接范围；j.各绕组额定电流（A或kA）；k.联结组标号；l.以百分数表示的短路阻抗实测值（对于多绕组变压器，应给出不同的两绕组组合下的短路阻抗以及列出各自的参考容量）；m.冷却方式（若变压器有多种冷却方式时，各自的容量值可用额定容量的百分数表示。如：ONAN/ONAF 70/100%）;n.总重；o.绝缘油重；如果在设计中，已特别指明绕组有几种不同的联结，因而变压器有不止一组额定值时，则其补充的额定值应在铭牌上给出，或对每一组额定值分别用各自的铭牌单独给出。9.2 附加项目（在适用的情况下）a.对具有一个或多个绕组的变压器，绕组的设备最高电压Um不低于3.6kV

19、，绝缘水平（耐压）的简要标志，按GB1094.3第3章的规定。b.对有一个带分接绕组的变压器；分接范围不超过±5%的变压器，所有分接位置上的分接电压值（特别试用于配电变压器）。分接范围超过±5%的变压器，以表格列出所有分接位置上的分接电压、分接电流和分接容量。此外，还要给出主分接以及至少是极限分接上的短路阻抗值，最好用每个绕组的每相欧姆数表示。c.顶层油温升和绕组温升（若不是标准值时），对规定安装在高海拔地区的变压器，还应给出降低的温升值（与正常环境条件比），或给出高海拔地区条件下仍维持标准温升（降低负载后）时的负载值（具有正常冷却能力的变压器）。d.绝缘液体（如果不是矿物

20、油）。e.联结图（当联结组标号不能完全内部连接时），若连接可在变压器内部改变时，则应以单独的接线标志牌，或两块铭牌表示，并应明确变压器出厂时的联结状况。f.运输重量（对总重超过5t的变压器）。g.器身重（对总重超过5t的变压器），或上节油箱重（对于钟罩式变压器）。h.油箱及储油柜的真空耐受能力。第二部分 变压器结构第一章 变压器结构总述 电力变压器是根据电磁感应原理制造出来的电气设备，因此，电力变压器至少应能高效利用电磁感应的铁心和绕组。 电力变压器的主要部分是铁心、绕组、绝缘、外壳和必要的组件等。由于容量、电压的不同，电力变压器的铁心、绕组、绝缘、外壳和必要的组件的结构形式可以是不一样的。

21、铁心器身 绕组引线和绝缘油箱本体（箱盖、箱壁和箱底或上、下节变压器油箱油箱） 油箱附件（放油阀门）调压装置无励磁分接开关或有载分接开关保护装置储油柜、油位计、压力释放阀、吸湿器、油温元件、净油器、气体继电器等出线装置高、中、低压套管、电缆出线等从变压器的基本原理知，变压器主要是由铁心以及绕在铁心上的原、副绕组所组成。因此，绕组和铁心是变压器的最基本部件电磁部分。下面以绕组和铁心为重点来介绍。第二章 变压器铁心结构一.铁心的作用 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化为磁能，又由自己的磁能转化为二次电路的电能，是能量转化的媒介。在结构上：铁心的结构件不仅使磁导体成为一个机械

22、上完整的结构，而且在其上几乎安装了变压器内部的所有部件。相当于变压器的骨架。二.铁心的型式 壳式：铁心包围线圈的壳式铁心 心式：除壳式外，其余为心式铁心 心式铁心的优点： a.工艺性较好，线圈为圆形，易于绕制。 b.经济性好，充分利用空间，节省原材料。 c.机械强度好。 结论：大多数电力变压器公司均用心式铁心。个别特殊变压器用壳式铁心，例如电机车变压器。 心式铁心一般有：三相三柱、三相五柱、单相铁心 三.铁心的构成: 铁心是电力变压器的基本部件，由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件、铁心接地部分等组成。 铁心结构件又由夹件垫脚、上梁、拉板、侧梁、压钉等组成。结构件保证叠片的充分夹紧，形成完整而牢固的

23、铁心结构。叠片与夹件、垫脚、上梁、侧梁、拉带和拉板之间均有绝缘件。 铁心叠片及夹件接地引出线通过油箱到外部可靠接地，铁心不允许多点接地。四.铁心叠片4.1 铁心材料1）硅钢片国产硅钢片牌号及叠片系数一般按下表选取： 牌号 叠片系数(fd) 30QG120 0.97 30QG110 0.97 27QG100 0.965 23QG90 0.955例30QG120，表示硅钢片厚度0.3mm，在频率50Hz下，磁通密度为1.7T时，每公斤的铁损保证值是1.2w。进口新日铁硅钢片牌号23ZDKH80 取向，激光照射 23ZDMH80 取向，机械压痕 23ZH90 取向，高导磁 23Z110 取向2）非晶

24、合金非晶合金的铁心损耗要比取向硅钢片小，磁导率也更高。使用非晶合金制造的变压器已经在电力网中运行有约20年的经验，此期间在世界范围内非晶合金在配电变压器中已广泛应用。非晶合金适合于制造空载损耗更低的变压器，其节能效果显著。但是由于其饱和磁通密度低、厚度薄、加工困难、材料价格较高，尽管在变压器制造中有很好的表现，目前在大容量变压器制造中仍未使用。4.2涡流的形成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。为了减少铁

25、心的磁滞和涡流损耗，铁心用厚度为0.230.3mm的硅钢片冲剪成几种不同尺寸，按一定规则叠装而成。目前公司使用的硅钢片一般为0.27mm、0.3mm。由于硅钢片比普通钢的电阻大，因此利用硅钢片制成的铁心可以进一步减小涡流损耗。4.3 铁心叠片大型油浸式电力变压器多为叠铁心，且为搭接形式，各接缝错开压住，这样做有两个好处：a.绝缘问题：避免了可能发生的片间短路问题b.易于夹紧：机械强度好4.3.1 接缝1）接缝数量一般有二级、三级、四级、五级、六级 ，目前公司常见的铁心接缝有三级、四级、六级接缝2）确定接缝数量的因素： a.损耗 b.噪音 c.空载电流 d.工艺性3）角度目前国内的制造厂均为45

26、°，因为冷轧电工钢片是取向的， 45 °斜接缝利用磁通沿轧制方向流通，磁阻小。4）接缝尺寸在铁心叠积中，接缝尺寸大小对变压器铁心的损耗也有一定的影响，磁畴细分硅钢片模型在不同接缝条件下的损耗，相对铁心接缝尺寸的试验结果如下图。4.3.2叠积图（以四级接缝为例）4.4 心柱及铁轭形状五.铁心结构件5.1 夹件 夹件用来夹紧铁轭，并通过拉螺杆将上夹件和下夹件连接起来，压紧绕组。夹件是使铁心成一个整体的重要结构件，必须有足够的强度和刚度，以保证变压器器身是一个整体，此外夹件在器身吊运时也承受很大的力。1)小容量变压器夹件一般是槽钢或方形钢管。 2)大容量心式变压器夹件 夹件做成板

27、式结构，夹件没有支板，基本是一块腹板，其上每相焊四处有加强铁的压钉座供压紧绕组用。5.2 铁心拉板大容量变压器的上夹件和下夹件通过铁心柱的拉板连接，拉板是一个承受机械符合的结构件，由于拉板位于绕组和铁心叠片之间，该处有较强的漏磁场，所以是一个在漏磁场中的结构件。故一般大型变压器拉板用不导磁钢板。由于拉板处于绕组漏磁场的幅向漏磁通通过的位置，幅向漏磁通在拉板中感应处涡流引起损耗，甚至可能发生局部过热。为降低拉板中的涡流损耗，拉板在纵向开槽，拉板以后通过分隔开的每一部分的幅向漏磁通减少了，其感应电动势减少了，而涡流回路长度几乎没有变化，因此涡流密度降低，损耗也降低，减少了发生局部过热的可能性。拉板

28、需要开设多少个槽孔，与变压器辐向漏磁、拉板材料等因素有关。在拉板开槽以后，漏磁通也可能在拉板下面一级的铁心叠片上引起过大的涡流损耗，及可能发生局部过热，为此通常在拉板下面的铁心片也开纵向槽孔，其形式同拉板的槽孔。5.3 铁心柱绑扎带大容量心式变压器铁心的铁心柱由绑扎带固定成接近圆形，对铁心柱施加压力，铁心柱绑扎可以使用钢带或环氧玻璃绑扎带，目前公司使用的是聚酯带和环氧玻璃粘带（又称无纬带）。5.4其他结构件如拉带（圆钢拉带、扁钢拉带、粘带拉带）、 垫脚、侧梁、上梁 六、铁心的绝缘1）铁心叠片的绝缘在每片铁心片中，因为通过磁通，也在每一片铁心中会感应出电动势，为避免放电，在大容量变压器的铁心叠片

29、中，每隔一定距离要放置绝缘，是铁心在厚度方向分为数个部分，彼此用绝缘纸板隔开。为避免有电位悬浮，每个部分用铜带再连接起来。2）铁心结构件对叠片的绝缘铁心结构件必须对铁心叠片绝缘，保持所有结构件处在地电位。在夹件内侧均设有夹件绝缘，小型变压器可以用绝缘纸板作为夹件绝缘，大型变压器夹件绝缘通常带有冷却油道，使铁轭表面也有冷却。铁心拉带、上梁、垫脚等结构件和铁心叠片均有绝缘，一般使用绝缘纸板制成。由于铁心拉板是和夹件连接在一起的，所以铁心拉板和铁心叠片之间也有绝缘。因为铁心的电位比较低，铁心绝缘的厚度主要由制造时所需的机械强度决定，油浸式变压器铁心结构的绝缘材料一般均使用绝缘纸板。七 铁心的冷却油道

30、为防止铁心过热，大容量变压器需要设置散热油道，油道有纵向冷却油道和横向冷却油道两种，目前公司仅使用纵向冷却油道，公司油道形式有两种，一种是纸板条结构，一种是纽扣结构。油道材料需用绝缘材料制成，有一定的机械强度。当设有油道时，被油道分隔开的铁心叠片需要用连接铜片连接起来，保持没有电位悬浮。八 铁心的接地为避免结构件电位悬浮引起放电，铁心必须接地，所有带电部件与这些部件的绝缘均按对地绝缘设计制造。铁心接地方式：1）小型变压器在变压器油箱内通过结构件和油箱连接。2）大型变压器通常将铁心接地片通过套管从变压器油箱引出，在变压器油箱外部接地，这一结构是为了便于检查铁心的绝缘状态。将外部接地打开，就可以使

31、铁心不接地，可以对铁心进行绝缘检测。九.铁心性能参数变压器铁心的空载性能是变压器的主要性能指标之一。空载性能包括空载损耗、空载电流、二次侧无负荷一次侧接入电源时的励磁涌流和磁滞噪声。十 铁心的制造工艺对空载性能的影响铁心制造工艺直接影响铁心的空载性能。硅钢片的机械加工，如铁心片冲剪、毛刺、接缝大小、铁心片的夹紧和弯曲都影响空载损耗和空载电流。1） 硅钢片变形和机械应力可增大空载损耗。硅钢片变形区域的大小受剪切刀具锋利程度的影响。如果刀刃不锋利，受影响的区域可达58mm；如果刀刃锋利，可控制在0.1mm内。6.3.2 铁心片毛刺和绝缘损伤与空载性能铁心片毛刺会影响空载性能，毛刺大于0.03mm时

32、，会造成铁心片间搭接短路，使涡流损耗增大。毛刺大还可造成叠片系数降低，导致有效面积内铁心净截面积减小，磁通密度提高，损耗增加和噪声增加。毛刺还可破坏绝缘，形成片间的涡流，在短路点局部涡流损耗密度过大时，可能引起铁心局部过热。由毛刺引起铁心空载损耗增加的百分数见下表。硅钢片厚度/mm0.230.3毛刺高度/mm0.0280.0680.020.04铁心空载损耗增加（%）0.25.124.16.3.3 铁心接缝尺寸对空载损耗的影响在铁心叠积中，接缝尺寸对变压器铁心的损耗也有一定的影响，磁畴细分磁性钢片模型在不同接缝条件下的损耗，相对铁心接缝尺寸的试验结果见下图。第三章 变压器绕组结构绕组是变压器最基

33、本的组成部分，它与铁心合称电力变压器本体，是建立磁场和传输电能的电路部分。电力变压器绕组由高压绕组、低压绕组、对地绝缘层（主绝缘），高、低压绕组之间绝缘件及由燕尾垫块，撑条构成的油道、高压引线、低压引线等构成。一、导体变压器中使电流流过的材料称为导体。对导体要求是，导电性能要好，即导体的电阻率要小；有合适的机械强度；有较为稳定的化学特性，即周围介质对它的材质没有影响；工艺加工性能好。从这些性能的要求来看，银、铜、铝等材料都可以使用。这些材料中以银为最佳，但银的矿藏储量有限，价格昂贵，故难以采用。在电力变压器中，使用的是铜材。30年前因铜材紧缺，提出以铝代铜的方针，在变压器上大量采用铝导体。随着

34、时间的推移，铜材来源日益丰富，由于铝导体的连接工艺复杂，所以又逐渐被铜导体所取代，变压器制造厂现在已很少生产铝线变压器。二、绕组用导线在变压器上使用导线的截面积，一般有圆形和矩形（四个角带油一定数值半径的圆弧）。容量很小的变压器和部分特种变压器往往采用圆形导线。但容量大一些的电力变压器绕组一般均采用矩形导线（即扁导线）。导线的绝缘可以是漆或绝缘纸。下面分别叙述油浸式电力变压器绕组中常用的几种导线。1） 圆导线圆导线的绝缘层一般是漆，纸绝缘往往在较大容量较高电压的变压器绕组的圆导线上采用。2） 扁导线扁导线在绕组中用途很广泛，所有不同的绕组型式均可以用扁导线。扁导线的绝缘层可以是漆，也可以是绝缘

35、纸。根据绕组不同电压等级的要求，扁导线一般用绝缘纸包扎成不同厚度的匝绝缘层，其厚度常用的为0.45mm，0.95mm，1.35mm，1.95mm，2.45mm，2.95mm（两边绝缘厚度）。3） 组合导线当变压器的容量较大时，绕组中需要流过较大的电流，根据损耗控制和工艺制造的要求，设计上往往需要采用多根扁导线并联绕制的方法。4） 换位导线当变压器绕组流过的电流更大时，或者要求绕组的损耗更低时，组合导线的采用在绕组的结构和安排以及绕组绕制的工艺上均有很大的不可克服的困难。因此，要寻求一种导线的总截面大，而又要求导线本身在纵向、横向漏磁场中的涡流和导线间不平衡电流要小的绕组线。换位导线是能很好地满

36、足上述要求的一种绕组线。换位导线在层式绕组、饼式绕组、螺旋式绕组和内屏蔽插入电容式绕组上均可应用。三.绕组的分类与结构变压器绕组结构一般可分为两大类：层式和饼式结构，其细分情况见下表绕组层式饼式圆筒式箔式连续式纠结式螺旋式交错式壳式变压器用单饼或双饼单层圆筒式双层圆筒式多层圆筒式分段圆筒式一般箔式分段箔式一般连续式半连续式内屏蔽连续式普通纠结式插花纠结式纠结连续式单螺旋式单半螺旋式双螺旋式双半螺旋式三螺旋式四螺旋式连续螺旋交替排列下面对各种形式的绕组的结构特点分别予以介绍。3.1 层式绕组3.1.1 圆筒式绕组圆筒式绕组结构的特点1）导线沿轴向一匝挨着一匝从一端绕至另一端。2）散热油道是垂直的

37、，其冷却效果要优于水平油道。3）层式绕组的层间电容远大于对地电容。（1）单层圆筒式绕组 顾名思义，这种圆筒式绕组只有一层，绕组的出线在上下端各有一个。这种单层圆筒式一般只在单独的调压绕组上使用。（2）双层圆筒式绕组容量在630kVA及以下变压器的0.4kV电压等级的低压绕组，一般采用双层圆筒式结构。（3）多层圆筒式绕组 多层圆筒式绕组一般用于630kVA及以下335kV电压等级的高压绕组。（4）分段多层圆筒式绕组 可以用于2000kVA及以下63kV电压等级的高压绕组。3.1.2.箔式绕组顾名思义，箔式绕组的绕组线不是前述的铜、铝扁导线或圆线，而是铜箔或铝箔。它在结构等方面有如下几个特点：1）

38、导体用铜箔用铝箔。2）一般箔式绕组适用于变压器的低压绕组，而高压绕组则用分段箔式，各个分段箔式可以进行串联连接成高压绕组。3）安匝分布很容易控制。4）箔式绕组和层式绕组一样，层间电容远大于对地电容，所以在冲击电压的作用下有良好的冲击分布。3.2 饼式绕组饼式绕组有几种不同的型式，但具有相同特点的线饼形式。它是把导线沿绕组的辐向排列成圆饼状，而后把各个圆饼状的线饼用不同的方式串联起来构成不同形式的绕组，各个线饼之间放置作为饼间绝缘和构成饼间冷却油道的绝缘件。饼式绕组在轴向上的压紧力的控制要比圆筒式绕组容易，在一般情况下，饼式绕组的轴向机械强度要比圆筒式绕组大。因此，饼式绕组在大、中型变压器中已经

39、被大量采用。常用的饼式绕组包括连续式绕组、螺旋式绕组、纠结式绕组和内屏蔽插入电容式绕组、壳式变压器的单饼式和双饼式绕组。还有几种不同型式组合起来的混合式绕组也可以包括在饼式绕组中。下面分别介绍各种类型的饼式绕组。3.2.1连续式绕组连续式绕组顾名思义是绕组在绕制时，导线不间断的由第一个饼式过渡到第二、第三以至最后一个饼。（a）单根导线连续式绕组 （b）两根并绕连续式绕组连续式绕组的这种绕制方法比较简单，便于操作。连续式绕组使用的电压范围较广（3110kV），容量可大可小（80010000kVA及以上），且高、中、低压绕组均可采用。但由于绕组的串联电容较小，在雷电冲击电压的作用下，沿绕组的电压分

40、布很差，线段间的梯度很大，故连续式绕组一般用于35kV及以下电压等级。但在某些特殊场合下，也可以在110kV电压中使用。连续式绕组的结构特点是: 连续式绕组均用纸包扁导线绕制，其匝绝缘视绕组的电压等级不同而采用不同的厚度，如35kV及以下电压等级用0.45mm，110kV则用1.35mm。绕组由若干个圆饼状的线饼构成，总线饼一般为偶数，但当中部出现时，则是4的倍数。目前有两类不同的连续式绕组（1）单、多根线饶连续式绕组 （2）半连续式绕组 连续式绕组线匝排列顺序和连续、半连续绕组剖面图如下图所示3.2.2螺旋式绕组 当绕组电压等级比较低而容量又很大时，这是绕组的匝数很少，但需要的截面积又非常大

41、 ，这种绕组只能做成螺旋式的。一般螺旋式绕组有如下几种结构：（1）单螺旋式绕组和单半螺旋式绕组 （2）双（四）螺旋式绕组和双（四）半螺旋式绕组（3）三螺旋式绕组（4）多列螺旋式绕组螺旋式绕组的结构特点如下：（1）螺旋式绕组中的每一匝，其形状很像圆饼状，因此，螺旋式绕组也归结在饼式绕组中。（2）必须根据并绕组数的不同，选择不同的方式对绕组中的导线进行换位，以使绕组中各个导线之间的循环电流降至最低。（3）组中各根导线处在一个电位上，而匝间的电位差也很小，从绝缘角度来讲，一般外包0.45mm绝缘，换位导线0.6mm绝缘。（4）线饼之间的油道仅作为散热的目的而设置，不考虑绝缘作用。（5）换位处油道垫块

42、需细致排布，以保证把螺旋绕组在轴向均匀压紧。螺旋式绕组换位1）一次 标准换位2）2-1-2换位3）4-2-4换位4）2-4-2换位3.2.3.纠结式绕组纠结式绕组是饼式绕组中的一种结构型式，和连续式绕组相比，最大的不同点是，纠结式绕组的匝间和饼间电容远比连续式绕组的大。因此，纠结式绕组在冲击电压作用下的电压分布比连续式绕组好得多，所以纠结式绕组可以再110kV及以上电压等级的变压器上使用。（1）双饼纠结式绕组绕组的并联根数越多，工艺上的难度越大，质量越不容易保证，所以并联根数为3以上的普通双饼纠结式很少。如果需要进一步改善绕组上的冲击电压分布，则还要设法改善纠结方式，以增加绕组的纵向电容。（2

43、）多饼纠结式绕组多饼纠结式是指大于两个线饼的，例如四个线饼作为一个单元的纠结方式。（a）偶数匝线饼导线连接方式（一） （b）偶数匝线饼导线连接方式（二）（c）奇数匝线饼导线连接方式3.2.4 插花纠结式绕组最基本的特点是并联导线的根数必须是等于或大于2，并联导线中的各根导线被另一序号并联导线中的各根导线间隔开。插花纠结式绕组和多根线的普通纠结式相比，它的匝间电容大许多，因此，具有更加优良的抗冲击性能，而匝间电压和普通双饼纠结式绕组没有区别。 在一般情况下，只采用两根导线并联的插花纠结式绕组，而很少采用三根及三根以上的导线并联的插花纠结式绕组，其原因是绕制工艺太复杂，绕组的质量难以保证。（4）内

44、屏蔽插入电容式绕组内屏蔽插入电容式绕组是一种适应范围较广的高压、超高压大容量变压器绕组结构，它比较容易地调整绕组的匝间电容的大小，使绕组在雷电冲击电压的作用下有很理想的电压分布。内屏蔽插入电容式结构的特点有：1）既可用扁铜层线，又可以用用组合导线、换位导线作为绕组线。因此，能满足大容量和超大容量变压器的使用要求。2）插入电容式绕组的屏蔽线一般用厚度较小而宽度和工作线相同的纸包扁铜线。正常情况下，不流过工作电流。屏蔽线和正常的工作线之间没有点的连接，但各个屏蔽线都有自己特定的点位。3）由于线饼中有不参加正常工作的屏蔽线，因此，铁窗的填充系数比纠结式绕组的小。4）屏蔽线匝可以使整数匝，也可以使分数

45、匝。5）线饼中的屏蔽线和工作线之间有一定的电位差（比导线的匝电压要大许多倍），而屏蔽线端头之间的电位差则更大（包括同一根屏蔽线两端头之间和相邻两个线饼不同的屏蔽端头之间）。所以屏蔽匝端头的绝缘包扎要特别注意。6）为保证屏蔽线和工作线之间的电容，在绕组的绕制中，屏蔽线和工作线之间绝对不允许放置垫条。7）两种不同的内屏蔽插入电容式绕组两段屏插入电容式绕组多段屏插入电容式绕组3.2.5混合式绕组在一个绕组上，如果存在着两种或两种以上的不同的绕制型式的线饼，则把这种绕组称为混合式绕组。1） 纠结连续式绕组纠结式线饼中的匝电压要远大于连续式线饼中的匝电压，因此，不同结构形式线饼中的导线匝绝缘应该有不同的

46、绝缘厚度。2） 内屏蔽插入电容连续式绕组内屏蔽插入电容连续式绕组是由若干个内屏蔽插入电容式线饼和若干个连续式线饼串联成的变压器绕组。这种结构形式在电压等级为110kV、220kV、500kV变压器绕组上使用，且不受变压器容量大小的限制，因此，应用范围很广。插入电容式可以采用两段屏、四段屏或者一起使用。 由于插入电容式线饼所具有的纵向电容量随屏蔽匝数的减少而减少，因此，插入电容式线饼很容易作成其纵向电容量按阶梯状下降的布置形式，而连续式线饼的纵向电容量可以作为阶梯状分布的最低一级，所以内屏蔽插入电容连续式绕组是一种具有比较理想的冲击电压分布的变压器绕组。 （3）其他多种结构混合式绕组如插花纠结式

47、线饼、普通纠结式线饼、插入电容式线饼和连续式线饼的串联成一个变压器绕组。这种型式绕制工艺很复杂。其主要目的是希望绕组在冲击电压的作用下，有非常理想的电压分布。四、绕组的排列变压器高低压绕组的排列方式，是由多种因素决定的。但就大多数变压器来讲，是把低压绕级布置在高压绕组的里边。这主要是从绝缘方面考虑的。理论上，不管高压绕组或低压绕组怎样布置，都能起变压作用。但因为变压器的铁芯是接地的，由于低压绕组靠近铁芯，从绝缘角度容易做到。如果将高压绕组靠近铁芯，则由于高压绕组电压很高，要达到绝缘要求，就需要很多多的绝缘材料和较大的绝缘距离。这样不但增大了绕组的体积，而且浪费了绝缘材料。 再者，由于变压器的电

48、压调节是靠改变高压绕组的抽头，即改变其匝数来实现的，因此把高压绕组安置在低压绕组的外边，引线也较容易。 1）同心式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁心上，一般是将低压绕组放在里边，高压绕组套在外边，以便绝缘处理。但大容量输出电流很大的电力变压器，低压绕组引出线的工艺复杂，往往把低压绕组放在高压绕组的外面。同心式绕组结构简单、绕制方便，故被广泛采用。 按照绕制方法的不同，同心式绕组又可分为圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等几种。2）交叠式绕组又叫交错式绕组，在同一铁心上，高压绕组、低压绕组交替排列、间隙聚焦国、绝缘较复杂、包扎工作量较大。它的优点是力学性能较好，引出线的布置和焊接比较方便、漏电

49、抗较小，一般用于电压为35KV及以下的电炉变压器中。第四章 变压器绝缘结构一、油浸式变压器绝缘分类及结构形式 1.变压器中绝缘的分类 1.1内绝缘1）绕组绝缘主绝缘：同相各绕组之间、异相各绕组之间、绕组对油箱、绕组对铁心柱、铁轭、铁心旁柱纵绝缘：绕组线匝之间、绕组线饼之间、绕组层间2）引线绝缘主绝缘: 引线对地、引线对异相绕组纵绝缘：同一个绕组的不同引线之间3）开关绝缘 主绝缘：开关对地、开关上异相绕组引线触头之间纵绝缘：同相绕组引线各触头之间1.2 外绝缘套管对接地各部位、各套管之间2.变压器内部的典型绝缘结构（1）纯油油隙 低电压等级的引线之间，/D愈小，电场逾不均匀。（2）纯油间隙 低电

50、压等级汇流排之间、汇流排对油箱或其他结构件之间。（3）引线对油箱或其他结构件之间。（4）绕组匝间和饼间绝缘 饼间绝缘可以使油、纸或纸板，线匝有不同厚度的绝缘覆盖。（5）引线之间或小容量变压器的绕组匝间 视电压等级不同，导线外可以包缠不同厚度的绝缘层或覆盖其他绝缘材料。（6）固体绝缘 固定不同电位的接线柱或引线（引线外可有绝缘层）。（7）油隔板绝缘 绕组间的主绝缘结构（包括同相和异相绕组之间）。（8）油隔板绝缘 绕组对油箱，绕组对铁心柱，绕组端部对铁轭。二、主要绝缘材料2.1 液体绝缘材料1）变压器油变压器油是天然石油在炼油过程中的一个馏分经精制和添加适当的稳定剂调制而成的。它的主要成分的环烷烃

51、、烷烃、芳香烃。变压器油在变压器油箱中充满整个 空间，起绝缘和传导热量的双重作用。对于变压器油，应有化学特性、物理特性和电气特性的要求。化学特性：氧化稳定性、腐蚀性硫、含水量和酸值。物理特性：粘度、闪点、密度、界面张力。 变压器油的粘度越低，冷却效果就越好。油的密度不大于冰的密度，变压器油在20时的密度不大于895kg/m3.电气特性：击穿电压和介质损耗等。2）其他液体绝缘材料：油、油、复敏绝缘液体、聚氯联苯、硅油。2.2 气体绝缘材料1）空气-主要是外绝缘2）SF6气体-应用于断路器、组合电气、高压变压器和互感器等设备上。2.3 固体绝缘材料1）绝缘纸、绝缘纸板和纸制品2）木材和木制品（层压

52、木）3）胶纸板、胶布板、胶纸管、胶布管例如：酚醛纸板、酚醛补办、环氧布板、环氧玻璃布板、酚醛纸筒、环氧玻璃布筒4）纤维制品例如：直纹布带、斜纹布带、热缩涤纶带5）化学制品三、油、纸绝缘结构1. 覆盖：用纸等绝缘材料紧贴在电极表面的比较薄的覆盖层（0.55mm），引入覆盖并不会显著地改变油中的电场分布和电场强度。具有阻碍导电的或极性的杂质在电极表面形成小桥所引起的击穿因素的发展。因此，只在工频电压下起作用。2 .绝缘层用纸等绝缘材料紧贴电极比较厚的覆盖（可达几十毫米厚）。它使油纸间隙的电场分布有所改变，绝缘层也承受一定比例的电压，因此，它在工频和冲击电压下都有显著提高绝缘强度的作用。注意：如果在

53、均匀电场中，如油间隙中放入一定厚度的绝缘层，因电场强度与介电常数成反比，故油中的电场强度反而提高，因此，在这种场合下引入厚绝缘层，其效果将适得其反。3.绝缘隔板用纸板等绝缘材料（尺寸相当大），一般厚度为1.56mm，安置于两个电极之间的油间隙中，变压器两个绕组之间的纸筒、绕组外的围屏、绕组端部的角环等均属于这种结构。为了避免绕过隔板或沿隔板表面发生放电，则应把隔板的尺寸做得适当的大，最好是使隔板的形状和电极形状相适应。四、变压器内部的典型电场1.稍不均匀电场a）平板形均匀电场b）圆柱形稍不均匀电场C）同轴圆柱形稍不均匀电场d）相互垂直圆柱形稍不均匀电场2.极不均匀电场e）尖对尖极不均匀电场f）尖对板极不均匀电场五、变压器内部的典型绝缘结构1.纯油间隙 低电压等级的引线之间，/D越小，电场越不均匀。2.纯油间隙 低电压等级汇流排之间、汇流排对油箱或其他结构件之间。3.引线对油箱或其他结构件之间。4.绕组匝间和饼间绝缘 饼间绝缘可以是油、纸或纸板，线匝有不同厚度的绝缘覆盖。5.引线之间或小容量变压器的绕组匝间视电压等级不同，导线外可以包缠不同