2024年10月变压器结构及各部分作用(变压器的基本结构及主要部件)

　　⑴变压器结构及各部分作用(变压器的基本结构及主要部件)

　　⑵本文主要介绍变压器结构及各部分功能(变压器的基本结构和主要部件)，下面一起看看变压器结构及各部分功能(变压器的基本结构和主要部件)相关资讯。

　　⑶变压器主要由铁芯、绕组、油箱、储油柜、绝缘套管、分接开关和气体继电器等组成。各部分的功能如下。

　　⑷铁芯是变压器的磁路部分；为了减少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.mm以下的优质硅钢片。目前工厂普遍采用高磁导率的冷轧晶粒代替硅钢片，以减小体积和重量，节省导线，减少导线电阻引起的发热损耗。

　　⑸铁芯包括两部分:铁芯柱和铁轭。铁芯柱上套有绕组，铁轭连接铁芯柱形成闭合磁路。根据绕组在铁芯中的排列，变压器分为铁芯式和铁壳式(或简称芯壳式)。

　　⑹单相双芯柱。这种变压器有两个铁芯柱，由上下磁轭连接，形成闭合磁路。两个铁芯柱上都套有高压绕组和低压绕组。通常低压绕组放在内侧，即靠近铁芯，高压绕组放在外侧，容易满足绝缘等级要求。

　　⑺铁芯三相变压器有三相三芯柱和三相五芯柱两种结构。三相五心柱(或三相五心柱)又叫三相三心柱侧轭式，是在三相三心柱(或三相三心柱)外侧加两个侧轭(铁芯无绕组)而成，但上下铁轭的截面和高度比普通三相三心柱小。从而降低了整个变压器的高度。

　　⑻三相三心柱，由三相的三个绕组分别放置在三个心柱上组成，三个心柱之间也由上下铁轭连接，形成闭合磁路。绕组的布置与单相变压器相同。相比三相铁芯，三相五芯柱在铁芯柱的左右两侧多了两个分支铁芯柱，成为旁路。每个电压等级的绕组按相分别套在中间的三个芯柱上，而边轭没有绕组，构成三相五芯柱式变压器。

　　⑼因为三相五柱铁芯每相的磁通都可以被侧轭闭合，所以三相磁路可以看作是相互独立的，不像常见的三相三柱变压器每相磁路是相互关联的。因此，当有不对称负荷时，各相零序电流产生的零序磁通可以被侧轭闭合，所以其零序励磁阻抗等于对称运行(正序)时的零序励磁阻抗。

　　⑽采用中小容量的三相三柱变压器。大容量三相变压器往往受运输高度限制，常采用三相五柱式变压器。

　　⑾铁壳单相变压器有一个中心芯柱和两个分支芯柱(也叫侧轭)，中心芯柱的宽度是两个分支芯柱的宽度之和。所有的绕组都放在中心芯柱上，两个分支芯柱像"贝壳"，所以叫壳变。有时也叫单相三柱变压器。

　　⑿铁壳式三相变压器，其铁芯可视为三个独立的单相。外壳变压器并排布置。

　　⒀铁心变压器结构简单，高压绕组与铁芯距离远，易于绝缘。壳式变压器结构坚固，制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱距离较近，绝缘处理困难。外壳结构便于加强对绕组的机械支撑，使其能承受较大的电磁力，特别适用于大电流的变压器。外壳结构也用于大容量电力变压器。

　　⒁在大容量变压器中，为了使铁芯损耗产生的热量在循环时被绝缘油充分带走，以达到良好的冷却效果，通常在铁芯中设置冷却油道。冷却油通道的方向可以平行于或垂直于硅钢片的平面。

　　⒂根据高压绕组和低压绕组在铁芯上的排列，变压器绕组有两种基本形式:同心式和重叠式。同心绕组、高压绕组、低压绕组都做成圆柱体，只是圆柱体的直径不同，然后同轴套在铁芯柱上。重叠绕组又称饼式绕组，有高压绕组和低压绕组，分为若干饼式，沿芯柱高度交错排列。重叠绕组主要用于壳式变压器。

　　⒃铁心变压器一般采用同心绕组。通常低压绕组靠近铁芯安装，高压绕组套在外面。低压绕组与高压绕组之间、低压绕组与铁芯之间有一定的绝缘间隙和散热油道，由绝缘纸管隔开。

　　⒄根据绕组特性，同心绕组可分为圆柱形、螺旋形、连续形和扭曲形。

　　⒅圆柱形绕组是最简单的绕组。沿铁芯高度方向连续缠绕绝缘导线。缠绕第一层后，在上层之间垫上绝缘纸，再缠绕第二层。这种绕组一般用于小容量变压器的低压绕组。

　　⒆上面所说的圆柱形绕组实际上是螺旋形的，但这里所说的螺旋形绕组每匝有大量平行导线，由多根绝缘扁线沿径向平行排列(一根压在另一根上)，然后沿铁芯柱的轴向高度像线一样一匝接一匝地缠绕而成，一匝就像一个线圈。

　　⒇螺旋绕组当平行导线过多时，将平行导线分成两排，绕成双螺旋绕组。为了减少导线中的附加损耗，绕制螺旋绕组时，平行导线应换位。这种绕组一般是大电流绕组，三相容量kVA，电压kV以下。

　　⒈连续绕组由若干个扁线制成的线圈(也叫线圈饼)组成，相邻线圈之间的连接交替在绕组的内侧和外侧，均由绕组线自然连接，没有任何接头。这种绕组的应用范围很广，一般用于三相容量在kVA以上，电压在kV的绕组。

　　⒉绞合绕组的形状类似于连续绕组，但主要区别在于连续绕组的每个绕组每个线圈中的电相邻匝按顺序排列，而绕组中的另一匝插入缠绕绕组的电相邻匝之间，以便增加实际相邻匝之间的电势差。缠绕缠绕焊头多，缠绕费时。使用绞合绕组的目的是增加绕组的纵向电容，以便在过电压情况下，初始电压可以均匀地分布在各匝之间。kV以上的高压绕组一般采用绞线绕组。

　　⒊绕组是变压器运行时的主要发热部分。为了有效散热，除了绕组纵向内外侧的油道外，双层圆柱形绕组的内层和外层用绝缘支柱隔开，形成纵向油道。对于扁平绕组，如螺旋绕组、连续绕组和扭绞绕组，每两个扁平绕组之间也用绝缘条隔开，形成一个横向油道。纵向和横向油路相互连通。

　　⒋普通变压器绕组的结构类型

　　⒌根据每相绕组的数量，变压器分为两个绕组、三个绕组或更多。三绕组变压器具有同心布置在每个芯柱上的三个绕组，即高压绕组、中压绕组和低压绕组。升压变压器通常用于从低压绕组向高压和中压电网传输功率流。绕组布置成使得中压绕组靠近铁芯，高压绕组在最外层，低压绕组在中压绕组和高压绕组之间。降压变压器的结构是低压绕组靠近铁芯，中压绕组在低压绕组和高压绕组之间，高压绕组仍放在最外层，常用来将功率流从高压转移到中压和低压。

　　⒍MW机组由变压器启动。当高压和两级中压(.kV和kV)绕组均为Y形接法时，为了提供变压器的三次谐波电流通路，保证主磁通接近正弦波，改善电动势波形，变压器往往配有第四个δ接法绕组，成为四绕组变压器。

　　⒎(b)变压器绕组的结构类型

　　⒏在大容量机组(单机容量MW及以上)的厂用电系统中，当仅采用kV一次厂用高压时，出于安全考虑，主要厂用负荷需要由两条线路供电，设置两条母线，这往往采用式低压绕组变压器，简称式变压器。它有一个高压绕组和两个低压绕组，称为绕组。实际上，这种变压器是一种特殊结构的三绕组变压器。

　　⒐绕组变压器的结构特点是铁芯上绕组的排列应满足两个要求:①两个低压绕组之间应有较大的短路阻抗；②各绕组与高压绕组之间的短路阻抗应较小且相等。

　　⒑(c)自耦变压器绕组的结构类型

　　⒒一些大型发电厂和变电站经常采用自耦变压器连接两个电压差很小的高压系统。

　　⒓自耦变压器的工作原理与普通变压器不同。自耦变压器的两个绕组之间不仅有磁连接，而且有电路上的直接连接。高压绕组由一个普通绕组(低压绕组)和一个串联绕组组成。小组构成。自耦变压器传输的功率也是由两部分组成，一部分通过串联绕组由电路直接传输，另一部分通过普通绕组由电磁感应传输。

　　⒔为了消除三次谐波，降低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，除了普通绕组和串联绕组外，一般还增加一个三角形的第三绕组。第三绕组与普通绕组和串联绕组之间只有磁连接，电路中没有直接连接。

　　⒕自耦变压器的三次绕组通常采用低压——kV，既可用于消除三次谐波，也可用于向附近地区供电，或连接摄像机或补偿电容。

　　⒖油浸式变压器的本体(绕组和铁芯)安装在装有变压器油的油箱内，油箱用钢板焊接而成。中小型变压器油箱由箱壳和箱盖组成。变压器的本体放在箱壳内，打开箱盖即可吊出本体进行维修。大中型变压器，由于体型庞大笨重，不便于吊装，都做成可以吊装的箱壳结构。这种盒壳就是钟罩。要检修车身时，吊起打火机箱壳，也就是上油箱，车身完全暴露出来。

　　⒗大容量变压器的油箱是广泛封闭的，即主油箱与油箱顶部钢板之间或上油箱与下油箱之间，采用焊接，不使用垫片，防止密封不可靠。为了便于维修，在适当的位置打开人孔门或手动人孔门。

　　⒘储油柜又称储油柜，是一种油保护装置。它是由山形钢板制成的圆筒形容器，水平安装在变压器油箱盖上，通过弯管与油箱连接。储油柜的一端装有油位计(油尺管)，通过它可以监视油位的变化。储油柜的体积一般为变压器油箱中油体积的%%。

　　⒙当变压器油的体积随油温而膨胀或收缩时，储油柜起到储油和补油的作用，从而保证油箱充满油。同时，由于储油柜的安装，减少了变压器油与空气的接触面，降低了油的劣化速度。

　　⒚密封储油柜常用于大型变压器，有以下两种结构。

　　⒛隔膜储油柜使用薄膜(隔膜)将油与大气隔离。储油柜是一个卧式圆筒，在对开的法兰之间夹着一层薄膜，将储油柜的内部空间分为上下两部分，薄膜下面是变压器油，薄膜上面是空气。该膜由尼龙布包覆丁腈橡胶制成，具有极低的透气性、高的耐油性和低温适应性(℃)。在℃的油温下行驶万次后，薄膜的寿命仍然正常。储油柜s油箱能承受全真空，所以安装在储油柜后，仍能在真空状态油。膜的空气侧与呼吸器相连，与大气相通。

　　胶囊储油柜是在储油柜中油表面的上部空间使用合成橡胶制成的容器。橡胶容器中没有油，而储油柜中的剩余空间充满变压器油。橡胶容器的形状它可以通过其形状变化来适应油的热胀冷缩引起的油位变化。由于橡胶容器由耐油性和耐候性优异、机械强度高的丁腈橡胶制成，该装置在长期运行中具有足够的可靠性。在橡胶容器内，空气通过吸湿过滤呼吸器与外界空气相通，防止容器变质，橡胶容器内始终保持大气压力。此外，因为橡胶容器的底部被制成与当时的油量一致的水平，所以它的底部由油位计指示为油位。

　　呼吸器又称除湿器，通常由一根管子和一个玻璃容器组成，容器内装有干燥剂(硅胶或活性氧化铝)。当储油柜中的空气随变压器油的体积膨胀或收缩时，排出或吸入的空气经过呼吸器，呼吸器中的干燥剂吸收空气中的水分，过滤空气，从而保持油的清洁。浸过氯化钻石的硅胶颗粒干燥时呈蓝色，但当硅胶吸水接近饱和时，颗粒硅胶变成粉红色或红色，就可以判断硅胶是否失效。湿硅胶可以通过加热和干燥再生。当硅胶颗粒的颜色变为钴蓝色时，再生工作完成。

　　压力释放装置在保护电力变压器中起着重要的作用。如果装有变压器油的电力变压器出现故障或短路，油会在瞬间被电弧放电汽化，导致油箱内压力极高。如果压力可以如果不能迅速释放，油箱将会爆裂，可燃燃料将会大面积喷射，这可能会引起火灾并造成更大的损失。因此，必须采取措施防止这种情况发生。泄压装置有防爆管和泄压装置两种。小型变压器采用防爆管，大中型变压器采用泄压装置。

　　防爆管(也称喷油管)

　　防爆管安装在变压器的顶盖上。喇叭形管与储油柜或大气相连，管口用薄膜密封。当变压器内部出现故障时，油温升高，油剧烈分解产生大量气体，使油箱内压力急剧升高。当油箱内压力升至Pa时，防爆管的薄膜破裂，油气从喷嘴喷出，防止变压器油箱爆炸或变形。

　　与防爆管相比，压力释放器具有开启压力误差小、延时时间短(仅ms)、控温高、可重复操作等优点，因此在大中型变压器中得到广泛应用。

　　泄压器又称减压器，安装在变压器油箱顶盖上，类似于锅炉安全阀。当油箱内压力超过规定值时，压力释放器的密封门(阀)被推开，气体被排出。压力降低后，密封门在弹簧压力下自动关闭。它可以在泄压阀投入运行前或维修时拆除，以测量和校正其动作压力。

　　压力释放器工作压力的调整必须与气体继电器工作速度的设置相协调。如果压力释放器的工作压力过低，可能会使油箱内的压力释放过快，导致气体继电器拒动，扩大变压器的故障范围。它使用一个可调节的弹簧来按压阀瓣(阀瓣门)。当油箱内压力高于弹簧压力时，气门盖顶起，即排气门打开。在正常情况下，油箱内部压力施加在阀盘上的总推力是阀盘中密封圈(直径较小)总面积上的压力。一旦阀瓣落座(顶起)，作用在阀瓣上的总推力就是阀瓣外密封圈总拉拔面积上的压力，阀瓣的落座力更大。因此，一旦阀瓣就位，它可以在几毫秒内完全打开。

　　带有明亮数字和颜色的动作指示器安装在盖子上。当阀瓣开启时，动作指示器的上端被推出阀盖，并通过指示器套筒的圆环保持在开启位置，在远处仍然清晰可见，表明其已经动作。该指示器只能通过将它推到阀盘上手动复位。压力释放器动作后，其触点动作，可与气体继电器的跳闸触点并联作用于变压器跳闸，防止压力释放器释放压力后气体继电器拒动。但《电力变压器运行规程DL／T—》规定变压器的压力释放器触点应根据信号动作。这主要是因为变压器压力释放器能反映内部压力的突然变化；但由于该装置不同于压力继电器，在结构和可靠性上还存在一些问题，跳闸后也曾出现过误动作，所以应适用于信号的规定。

　　压力释放器安装在油箱盖的上部，一般与提升管连接，使释放器的高度与储油柜的高度相等，以消除正常情况下油压的静压差。

　　散热器(也称为冷却器和散热片)

　　散热器形式有波纹形、扇形、圆形、排管等。散热面积越大，散热效果越好。当变压器上层油温和下层油温存在温差时，通过散热器形成油对流，经散热器冷却后流回油箱，从而降低变压器温度。为了提高变压器的冷却效果，可以采用空气冷却、强制空气冷却和强油水冷却。

　　变压器绕组引线从箱内通过油箱引出时，必须穿过绝缘套臂，使带电引线绝缘。绝缘套管主要由中心导电棒和瓷套组成。油箱内导电杆的一端与绕组连接，另一端与外部电路连接。

　　绝缘套管的结构主要取决于电压等级。简单的实心瓷套管一般用于低压。当电压较高时，为了加强绝缘能力，在瓷套和导电杆之间留有充油层。这种套管臂叫充油套管，电压在kV以上。采用电容式充油套管，简称电容式套管。瓷套内腔除了充油外，中心导电杆(空心铜管)与法兰之间还有一个电容绝缘体，作为法兰与导电杆之间的主绝缘。

　　分接开关(也称为切换器)

　　分接开关是调节变压比的装置。通常，双绕组变压器的初级绕组和三绕组变压器的初级和次级绕组有、、或个位置。龙头的中间分为额定电压的位置。三个抽头的相邻抽头之间的电压差为%，多个抽头的相邻抽头之间的电压差为.%或.%。操作部分安装在变压器顶部，通过传动杆伸入变压器油箱内。根据系统运行的需要，根据指示标记选择分接头的位置。

　　变压器的调压装置可分为空载调压和有载调压。无载分接开关是在不通电的情况下切换的，其结构简单。有载分接开关在不停电的情况下切换。为了在开关切换时不造成两个抽头之间短路，必须连接一个过渡电路，通常用一个电阻或电抗桥接在开关的两个抽头之间作为过渡。因此，有载分接开关包括过渡电路。其结构复杂，但其分接开关可以带负荷切换，因此在电力系统中得到广泛应用。

　　气体继电器(也称为气体继电器)

　　气体继电器是变压器的主要保护设施，能反映变压器内部的各种故障和异常运行情况，如油位下降、绝缘击穿、受潮、铁芯和绕组发热或放电故障等。操作灵敏快捷，结构连接简单，维护维修方便。

　　气体继电器安装在变压器油箱和储油柜之间的连接管上。继电器上的箭头方向应指向储油柜，要求安装坡度为%.%，以保证变压器内部故障时产生的气体能顺利流向气体继电器。

　　根据保护对象，气体继电器可分为变压器本体保护和有载调压变压器开关箱保护两种。

　　目前，变压器保护常用QJ—挡板式气体继电器。当变压器内部出现轻微故障时，油分解产生的气体积聚在继电器的上部。当气体总量达到~cm时，继电器中的轻气体触点接通，发出报警信号。如果变压器内部故障严重，会有很强的油气流冲击继电器内部挡板闭合重瓦斯触点，接通开关跳闸回路，切断变压器电源。

　　QJ型挡板气体继电器常用于保护有载分接开关(附加油箱)。锁箱不与主油箱连接，内部装有有载调压开关。如果气体继电器有一对触点，它将直接作用于跳闸。如果有两对触点，一对轻气体和一对重气体分别用于报警和跳闸。

　　浮气继电器厂已经停产。

　　一些大型电厂的主变压器除了挡板式气体继电器外，还装有一种叫皮托管的气体继电器，其构造原理与普通气体继电器不同，可以防止地震引起的误动作。其特征在于重气的反应是基于皮托管的原理，即测量油流的动压和静压，将动压和静压引到一个膜片盒的两侧。当压差达到设定值时，膜盒变形，驱动微动开关，发出跳闸脉冲。所以对流量有反应，对振动没有反应。轻气部分的原理和结构与总气接力。同样的设备。

　　《电力变压器运行规程》dl/T—规定，安装在地震烈度七度以上地区的变压器应装设防震气体继电器。

　　油净化器(又称温差过滤器)

　　油净化器是装有吸附剂(硅胶或活性氧化铝)的容器，安装在变压器油箱侧壁或强油冷却器下部。变压器运行时，由于上下油层的温差，变压器油自上而下通过抽网器形成对流。当油与吸附剂接触时，其中的水、酸和氧化物被吸附，使油变得清洁，延长了油的使用寿命。使用硅胶时，其质量为变压器油质量的%；当使用活性氧化铝时，其质量为变压器油质量的.%。

　　变压器的内部绝缘分为主绝缘和纵向绝缘。主绝缘是指绕组之间对地的绝缘、相之间的绝缘以及同相但不同电压等级的绕组之间的绝缘。主绝缘主要采用油隔膜绝缘结构，通常由包覆、绝缘包层和隔膜油隙构成。纵向绝缘是指同一电压等级的绕组不同部分之间的绝缘，如层、匝、绕组和静电屏蔽。