变压器基础知识介绍.ppt

1、110kV油浸电力变压器基础知识,石家庄供电公司科协制作,第一部分 变压器的 基本构成,一、变压器的基本构成,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。,变压器主要器件示意图,变压器主要器件示意图,变压器制造流程,一、变压器铁芯,变

2、压器铁芯介绍的主要内容是变压器铁芯的剪裁、叠积、固定和为降低空载损耗的最新叠铁技术,二、变压器铁心,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。,上夹件,下夹件,主 柱,上铁轭,下铁轭,拉 板,变压器铁心,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

3、。 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综合因素确定。旁轭可以减少漏磁通和激磁电流中的五次和七次谐波。,上铁轭,心柱,旁轭,下铁轭,变压器铁心,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

4、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 30 RGH 120,片厚0.3mm,单位损耗(P17/50)为1.2W/kg, 新开发的有采用激光照射、机械刻痕技术的硅钢片,变压器铁心,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

5、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。,变压器铁心,变压器铁心,变压器铁心,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。,变压器铁心,变压器铁心,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

6、所普遍采用的高导磁取向硅钢片的特性是完全适应的。尽量使磁路一致。 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）,在叠片式铁心中，硅钢片接缝是相互错开的，当某一片的磁通遇到接缝处的空气间隙时，由于空气间隙的磁阻是硅钢片的几千倍，此片的磁通大部分经相邻跨接此接缝的硅钢片通过，跨接接缝处叠片的原有磁通与跨接磁通迭加，该处的磁密将增加，接缝区叠片磁密可能达到饱和，以至于接缝区域内(即局部)空载损耗及空载电流急剧增加，使得整体的空载损耗增加。 步进搭接是今年来采用的一种新的叠铁技术，可以改

7、善硅钢片在接缝区的磁密, 从而有效的降低铁心部分的空载载损耗及噪声。,变压器铁心,变压器铁心,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个方面实现：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。,变压器铁心,在大容量变压器中，为了使铁芯中发出的热量能够被变压器油在循环中更多地带走，因此在铁心柱和为轭中设有散热油道，油道可由硅钢片冲压成波纹板或在硅钢片上焊接的钢条组成，对全斜接缝的变压器铁芯，为了降低损耗，采用非金属材料板条隔成油道。,变压器铁心,铁心的接地

8、： 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。,变压器铁心,铁心附件：,上夹件,下夹件,拉 板,吊 环,绑扎带,支 板,垫 脚,圆木棍,拉 带,二、变压器绕组,变压器绕组部分介绍的主要内容是变压器绕组的导线和绕制方式,变压器线圈,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

9、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,变压器线圈,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。,变压器线圈,线圈导线： 绕组线按导体材

10、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(0.2120Mpa)，半硬铜导线(120Mpa0.2210Mpa)。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0.060.02mm），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。,变压器线圈,线圈导线： 绕组线按导体材质不同可分为铜、铝两种，按导

11、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(0.2120Mpa)，半硬铜导线(120Mpa0.2210Mpa)。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0.060.02mm），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。,变压器线圈,绕组通常分为层式和饼式两种形式。 绕组的线匝沿着轴向依次排列连续绕制的，称为层式绕

12、组，每层如筒状，由两层组成的绕组称双层圆筒式绕组，由多层组成的称多层圆筒式绕组。 绕组的线匝沿着径向连续绕制成一饼（段）状，再由许多饼沿轴向排列组成的绕组称为饼式绕组。包括连续式、纠结式和插入电容式绕组。,变压器线圈,变压器线圈,圆筒式绕组是最简单型式，一般由一根或数根联绕制而成，绕时沿线模轴一匝紧靠一匝地绕制，类似一个圆形密绕的螺旋弹簧。特点是绕制简单，工艺好，层间油道散热好，但端部支撑面小，机械强度差。 圆筒式因单层机械强度差，一般绕成多层结构，由于相邻两层电位差较大，要设置层间绝缘。多层绕组在层间设置绝缘撑条构成垂直油道，以利散热。,常见绕组形式： 常见绕组有圆筒式、螺旋式、连续式和纠结

13、式四种。,变压器线圈,螺旋式绕组是由扁导线绕制，线匝间不是彼此紧靠着，而是用绝缘垫块隔开一定距离（油道）的绕组，像是一个被拉伸的螺旋弹簧。优点是绕制工艺简单，有散热油道，但匝数较多的绕组不适用。 螺旋式由多根导线并联绕在硬胎筒上，可以绕成单螺旋式，并联导线更多时可以绕成双螺旋或四螺旋式。多根导线并联，导线间必须换位，否则会因导线长度不等而出现环流。,变压器线圈,连续式绕组是由一根或多根扁导线经特殊工艺方法在绝缘筒或线模撑条上连续绕成多个饼状线段组成。优点是机械强度高，散热性能好。但绕制工艺比较复杂。 连续式线饼与线饼之间的连接是交替多在绕组内侧和外侧，因此，只要导线长度足够，就可以绕成一个连续

14、的无焊接头的绕组。,变压器线圈,纠结式绕组形式有插花纠结、双纠结等数种。普通纠结是用两根导线进行并绕，但它的线匝排列不似连续式的顺序排列，而是在电气上相邻的两个线匝中插入了另外一匝。好像很多匝纠集在一起，故称纠结式绕组。 常用的采用双纠结，即在两个线饼内完成一个纠结单元，若干个纠结单元组成一个绕组。优点是增大了绕组的纵向（轴向）电容，提高了抗冲击电压能力。缺点是绕制绕组费工费时，焊接头较多。因此有些110kV绕组，只在起始采用纠结式，其余采用连续式，称为纠结连续式。,变压器线圈,插入电容式绕组（屏蔽式绕组） 插入电容式绕组是在连续式绕组线饼外侧内部的匝间插入增加纵向电容的导线（屏蔽线）而成，插

15、入的线饼及插入的匝数可根据所需要电容大小而定，屏蔽线无工作电流通过，因此通常采用很薄的导线。 插入电容式绕组采用连续式绕制，与纠结式绕组相比可以减少大量的焊接点，且插入屏蔽线的匝数可以自由调节，从而可以按需要调节纵向电容。目前普遍应用于大型变压器的110kV及以上的变压器绕组。,跨四段内屏蔽式绕组示意图,变压器线圈,变压器线圈,导线换位 当变压器电流较大时，线圈的线匝是由多根并联导线组成。如不采取措施，距中心轴近的导线短，而距中心轴远的导线长，由于导线在磁场中的长度和位置不同，引起导线的电阻和感抗不平衡，而使导电间的电流分布不平衡。为了保证电流沿导线均匀分布和降低附加损耗，并联导线间必须对换位

16、置，简称“换位”。,变压器线圈,换位,冷却油道,导向隔板,垫 块,变压器线圈,卧式绕,立式绕,变压器线圈,三、变压器油箱,变压器油箱部分介绍的主要内容是变压器油箱的种类,变压器油箱,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,变压器油箱,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

17、油箱组成。其优、缺点则与桶式油箱相反。,变压器油箱,槽型油箱,变压器油箱,盘型油箱,变压器油箱,油箱的结构： 变压器油箱结构有两种基本型式：加强式油箱和波纹式油箱。 加强式油箱是油箱底板上附加加强铁，以增强油箱的强度，有扣槽式加强铁和板式加强铁。 波纹式油箱是将油箱板制成波纹状，增强油箱强度。 两种油箱使用时没有原则上的区别,变压器油箱,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,变压器运输,变 压 器 总 装,变压器器身,变压器器身部分介绍的主要内容是变压器铁心、绕组等的紧固技术,变压器器身,将铁心和各电压等级的线圈装配在一起，加上压紧装

18、置，焊上引线，构成一个整体，称为变压器的器身。所以变压器器身一般包括铁心夹件和线圈压紧。,接线片,压 板,线 圈,有载分接开关,铁 心,引 线,引 线,导线夹,托 板,变压器器身,变压器器身,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,变压器器身,变压器器身,新旧器紧固方式,变压器器身,变压器器身,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

19、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。,变压器器身,变压器器身,变压器器身,变压器器身,变压器器身固定,变压器器身,变压器器身,拉带式变压器器身：,变压器器身,老型号变压器器身：,变压器器身,老型号变压器器身：,变压器引线,变压器器身,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

20、,煤油气相干燥,变压器器身,变压器组件部分介绍的主要内容是变压器组件的功能,第二部分 变压器组件,1、变压器组件套管,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,变压器组件套管,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,O I P Oil Impregnated Paper 油浸纸式 需要 需要 需要 具有气密性 0.007 10 pC,R B P Resin Bonded Paper 树脂粘合纸式 不需要 不需要

21、不需要 非气密性，仅具有 油密性 0.015 250 pC,R I P Resin Impregnated Paper 树脂浸渍纸式 不需要 不需要 不需要 具有气密性 0.007 10 pC,油浸式套管,干式套管,变压器组件套管,油/油 - ORIP,油/空气 - PORIP,油/SF6 - GARIP,变压器组件套管,变压器组件套管,单体瓷套管,复合式套管,变压器组件分接开关,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

22、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（无载调压）；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,变压器组件有载分接开关,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,变压器组件有载分接开关,分接选择器,电动机构,ABB产UCG型有载开

23、关,传动系统,切换开关,变压器组件有载分接开关,变压器有载分接开关结构上分为二种：复合式和组合式有载分接开关。 复合式结构是把切换开关和分接选择器的功能复合在一起，组成选择开关，既承担分接头的选择又承担负载电流的切换，成整体插入式结构。,变压器组件有载分接开关,组合式结构是由两个单独部分构成：置放于油室之内的切换开关和分接选择器组合而成，分接选择器装设于切换开关油室下面。分接开关整体悬挂于变压器油箱盖上。,分接选择器与本体共油箱,切换开关油室独立,变压器组件有载分接开关,切换开关分两个类型：德国MR为代表的M型有载开关和ABB公司UC型有载开关，国内生产的有载开关基本上是以德国MR型的有载开关

24、。,变压器组件有载分接开关,自动电压调整器：与有载分接开关配合使用，可实现变压器自动调整电压，自动电压调整器还提供数字远传端口，实现远距离控制。,在线滤油装置：以减少为更换开关油而使变压器停电的次数。其滤芯为除杂、滤水功能合二为一的复合滤芯。,开关保护装置：分为压力继电器、油流继电器、压力释放阀等,电动机构： 控制功能就地/远方转换 上升/下降控制 手动操作 就地急停 远方升降控制 远方急停,变压器组件无励磁分接开关,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

25、三种。,鼓型开关,笼型开关,变压器组件无励磁分接开关,2、变压器组件储油柜,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。,变压器组件储油柜,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。 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

26、气管路、排污油管路、小管式油表等部件）、吸湿器及管路、放气塞、放油塞、油位计等部件组成。,变压器组件储油柜,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，它的内腔经过吸湿器管路与大气相通使得储油柜内的压力与大气相同。在三种密封式储油柜中，胶囊式储油柜应用最普遍，与隔膜式相比具有制造工艺性好、使用操作方便等优点，无论在国际还是在国内，由胶囊式储油柜代替隔膜式储油柜是一个大趋势。我公司运行的变压器储油柜全部分为胶囊式。,变压器组件储油柜,变压器组件储油柜,变压器组件储油柜,波纹管式储油柜：该种储油柜利用不锈钢薄板制成的金属波纹膨胀器作为密封件隔离变压器油和大气。金属波纹式储油

27、柜又可分为外油式和内油式两种。 外油式,变压器组件储油柜,内油式,变压器组件储油柜,胶囊式储油柜普遍采用国产的YZF-250型磁力式油位计，上、下极限位置吸合干簧触点发出油位报警信号。它的最大的特点是主动磁钢和被动磁钢由隔板完全隔离，依靠磁力传动力矩，这样可以防止储油柜内的变压器油渗漏到表盘。,变压器组件储油柜,管式油位计,变压器组件储油柜,隔膜式储油柜：主要由上节柜体、下节柜体、隔膜、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、放油塞、油位计等部件组成。该种储油柜利用上节柜体和下节柜体之间的隔膜作为密封件隔离变压器油和大气，与胶囊的作用和材质相同。这种储油柜的上节和下节柜体之间的密封面很大而且为矩形，不易制作且密封面的平面度也不易保证，容易造成渗漏油。储油柜注油时需打开上节柜体上的手孔，通过隔膜上的排气软管把变压器油中的气体排出，操作比较麻烦，而胶囊式储油柜只需拧开柜体上的放气塞排气即可。,3、变压器组件呼吸系统,变压器组件吸湿器,吸湿器是一个空气净化装置，在油系统敞开式变压器上，主要是防止水分浸入使变压器油受潮，储油柜使用胶囊以后，吸湿器的作用仍然是防止水分进入造成胶