一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）

電力變壓器視界

2022年1月17日 14:18

變壓器器身結(jié)構(gòu)

本文主要從鐵心、繞組、引線(xiàn)三個(gè)方面介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)。

一

變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)

01 鐵芯的作用

變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的,磁路是電能轉(zhuǎn)換的媒介。鐵芯就是變壓器的主磁路,主要作用是導(dǎo)磁。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍埽钟纱拍苻D(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔堋?/span>

同時(shí)鐵芯又是變壓器的的機(jī)械骨架，鐵芯的夾緊裝置不僅使磁導(dǎo)體成為一個(gè)機(jī)械上完整的結(jié)構(gòu)，而且在其上套有帶絕緣的線(xiàn)圈，支持著引線(xiàn)，并幾乎安裝了變壓器內(nèi)部的所有部件。鐵芯的重量在變壓器各部件中重量最大，在干式變壓器中占總重量的60%左右，在油浸式變壓器中，占40%左右。

02 鐵芯的形式

鐵芯由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵芯柱上套繞組，鐵軛將鐵芯柱連接起來(lái)形成封閉磁路。

變壓器的鐵芯平面圖如圖1所示，圖1a為單相變壓器，圖1b為三相變壓器，鐵芯結(jié)構(gòu)可分為兩部分，C為套線(xiàn)圈的部分，稱(chēng)為鐵心柱。Y為用以閉合磁路部分，稱(chēng)為鐵軛。單相變壓器有兩個(gè)鐵心柱，三相變壓器有三個(gè)鐵心柱。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖1

由于變壓器鐵芯中的磁通為一交變磁通,為了減小渦流損耗,變壓器鐵芯一般都用電阻率較大的硅鋼片制成一定尺寸的鐵芯片,組成鐵芯的硅鋼片先裁成所需的形狀和尺寸即沖片，然后按交疊方式把沖片組合起來(lái)。圖2a為單相變壓器的鐵芯，每層由4片沖片組成。圖2b表示三相變壓器的鐵芯，每層由6片組成，每?jī)蓪拥臎_片組合應(yīng)用了不同的排列方式使各層磁路的接縫處相互錯(cuò)開(kāi)，這種裝配方式稱(chēng)為交疊裝配,這種裝配可以避免渦流在鋼片與鋼片之間流通。并且因?yàn)楦鲗記_片交錯(cuò)鑲嵌，在把鐵芯壓緊時(shí)，可以用較少的緊固件而使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。裝配時(shí)，首先將沖片交疊裝成整體鐵芯，然后將下鐵軛夾緊，抽去上鐵軛沖片使鐵芯柱露出，將預(yù)制好的繞組套在鐵芯柱上，最后再把抽出的上鐵軛沖片鑲?cè)搿?br style="outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖2

按照繞組在鐵芯中的布置方式,變壓器又分為芯式和殼式兩種.區(qū)別主要在磁路的分布上,殼式變壓器鐵芯的軛包圍住線(xiàn)圈,芯式變壓器鐵芯中大部分在線(xiàn)圈之中,只有部分在線(xiàn)圈之外即鐵軛,用來(lái)構(gòu)成磁回路。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖3

03 鐵芯的散熱

變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯由于存在鐵損會(huì)產(chǎn)生熱量，且鐵芯重量和體積越大產(chǎn)生的熱量越多。變壓器油溫在95度以上容易老化，所以鐵芯表面的溫度應(yīng)盡量控制在此溫度以下，這就需要鐵芯的散熱結(jié)構(gòu)將鐵芯的熱量能快速的散發(fā)出去。散熱結(jié)構(gòu)主要是為了增加鐵芯的散熱面。鐵芯的散熱主要包括鐵芯油道散熱，以及鐵芯的氣道散熱。

在容量較大油浸式變壓器中，在鐵芯的疊片之間常設(shè)置油槽，以增強(qiáng)散熱效果。油槽分為兩種，一種與硅鋼片平行，一種與鋼片垂直，如圖4所示，后一種布置方式散熱效果較好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖4

在干式變壓器的鐵芯是空氣冷卻，為了保證鐵芯溫度不超過(guò)允許值，常在鐵芯柱及鐵軛中安裝氣道。

04 鐵芯的噪聲

變壓器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生噪聲。變壓器本體噪聲的根源在于鐵芯硅鋼片的磁致伸縮，或者說(shuō)變壓器鐵芯的噪聲基本上是由磁致伸縮引起的。所謂磁致伸縮就是指鐵芯勵(lì)磁時(shí)，沿磁感線(xiàn)方向硅鋼片的尺寸增加；而在垂直于磁感線(xiàn)方向硅鋼片的尺寸減小，這種尺寸的變化稱(chēng)為磁致伸縮。另外，鐵芯的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸，鐵芯加工制造的工藝等都會(huì)對(duì)其噪聲水平有著一定程度的影響。

可以通過(guò)以下幾種技術(shù)措施來(lái)降低鐵芯的噪聲水平:

(1)使用磁致伸縮率ε值小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。

(2)降低鐵芯的磁通密度。

(3)改進(jìn)鐵芯的結(jié)構(gòu)。

(4)選擇合理的鐵芯尺寸。

(5)采用先進(jìn)的加工工藝。

05 鐵芯的接地

變壓器在正常運(yùn)行中，帶電的繞組及引線(xiàn)與油箱間構(gòu)成的電場(chǎng)為不均勻電場(chǎng)，鐵芯及其金屬部件都處于該電場(chǎng)中。由于靜電感應(yīng)的電位各不相同，使鐵芯及其金屬部件具有的懸浮電位也不相同，當(dāng)兩點(diǎn)之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時(shí)，便產(chǎn)生火花放電。這種放電能夠使變壓器的油分解，并損壞固體絕緣。為了避免這種情況，對(duì)鐵芯及其金屬部件都必須進(jìn)行可靠的接地。

鐵芯必須一點(diǎn)接地。當(dāng)鐵芯或其他金屬構(gòu)件有兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地時(shí)，接地點(diǎn)間就會(huì)形成閉合回路，形成環(huán)流，該電流有時(shí)可以高達(dá)數(shù)十安，會(huì)引起局部過(guò)熱，導(dǎo)致油分解，還可能使接地片熔斷，燒壞鐵芯，這些都是不允許的。因此，鐵芯必須接地，而且必須一點(diǎn)接地。

二

變壓器繞組結(jié)構(gòu)

01繞組的作用

繞組是變壓器最基本的組成部分，是建立磁場(chǎng)和傳輸電能的電路部分，一般用絕緣紙包裹的銅線(xiàn)或者鋁線(xiàn)繞成，并套裝在變壓器的鐵芯柱上。變壓器的鐵芯應(yīng)具有足夠的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱能力。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖5

02 繞組的型式

變壓器繞組結(jié)構(gòu)一般可分為兩大類(lèi)：層式結(jié)構(gòu)和餅式結(jié)構(gòu)。層式結(jié)構(gòu)是指，繞組的線(xiàn)匝沿其軸向依次排列連續(xù)繞制而成，一般在S8及S9系列低損耗電力變壓器中采用；餅式結(jié)構(gòu)是指，繞組的線(xiàn)匝沿其輻向連續(xù)繞制而成一餅(段)，再由許多餅沿軸向排列組成，一般在110kV及以上高電壓大型、特大型變壓器中采用。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖6

我國(guó)生產(chǎn)的電力變壓器，基本上繞組都采用同心式結(jié)構(gòu)。所謂同心繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線(xiàn)套在鐵芯柱的外面。高、低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道(油道)，并用絕緣紙板筒隔開(kāi)。絕緣距離的大小，決定于繞組的電壓等級(jí)和散熱通道所需要的間隙。當(dāng)?shù)蛪豪@組放在里面靠近鐵芯柱時(shí)，它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個(gè)變壓器的外形尺寸也同時(shí)減小了。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖7

在電力系統(tǒng)中最常用的是三繞組變壓器。用一臺(tái)三繞組變壓器連接3種不同電壓的輸電系統(tǒng)比用兩臺(tái)普通變壓器經(jīng)濟(jì)、占地少、維護(hù)管理也較方便。三相三繞組變壓器通常采用Y-Y-△接法, 即原、副繞組均為Y接法,第三繞組接成△，如圖XX所示。△接法本身是一個(gè)閉合回路,許可通過(guò)同相位的三次諧波電流,從而使Y接原、副繞組中不出現(xiàn)三次諧波電壓。這樣它可以為原、副邊都提供一個(gè)中性點(diǎn)。在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)中，第三繞組也可以接同步調(diào)相機(jī)以提高線(xiàn)路的功率因數(shù)。

一文介紹變壓器器身結(jié)構(gòu)（鐵心、繞組、引線(xiàn)篇）的圖8

三

變壓器引線(xiàn)結(jié)構(gòu)

01 引線(xiàn)的材料及分類(lèi)

變壓器繞組外部連接繞組各引出端的導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為引線(xiàn)，通過(guò)引線(xiàn)將外部電源電能輸入變壓器，也通過(guò)引線(xiàn)傳輸進(jìn)來(lái)的電能從變壓器輸出到外部。

引線(xiàn)主要有以下幾類(lèi)：

（1）繞組線(xiàn)端與套管連接的引出線(xiàn);

（2）繞組端頭間的連接引線(xiàn) ;

（3）繞組分接與開(kāi)關(guān)相連的分接引線(xiàn)

引線(xiàn)的材料一般有：

（1）裸銅棒,適用范圍：10kV級(jí)6300kVA及以下變壓器；

（2）紙包圓銅棒,適用范圍：10～35kV小容量變壓器；

（3）裸銅排,適用范圍：10kV及以下低壓繞組引線(xiàn)；

（4）銅絞線(xiàn),適用范圍：各電壓等級(jí)特別是110kV及以上的引線(xiàn)；

（5）銅管,適用范圍：220kV及以上變壓器引線(xiàn)。

為了保證絕緣距離足夠，引線(xiàn)通過(guò)層壓木、紙板件絕緣，必須滿(mǎn)足電氣性能、機(jī)械強(qiáng)度、溫升這三個(gè)方面的要求。引線(xiàn)的選取也是根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，以及短路時(shí)溫升和長(zhǎng)期負(fù)載時(shí)溫升這幾個(gè)方面來(lái)選取。

02 引線(xiàn)的連接

變壓器引線(xiàn)的連接形式有：銅焊、氣焊、冷壓焊和螺栓連接。

銅焊的焊條應(yīng)采用磷銅合金，用于繞組出線(xiàn)與引線(xiàn)以及引線(xiàn)之間的連接。

氣焊用于銅排引線(xiàn)的焊接和穿纜式套管接頭的焊接。

冷壓焊是將引線(xiàn)連接的兩個(gè)接線(xiàn)頭插入一個(gè)金屬管內(nèi)，再用模具對(duì)金屬管擠壓，將兩個(gè)接線(xiàn)頭緊壓在一起。冷壓焊不需要加熱，焊接比較安全，不存在虛焊、及燒傷引線(xiàn)及其他部位絕緣、擠壓質(zhì)量，抗拉強(qiáng)度好。因此冷壓焊是目前大型變壓器主要的引線(xiàn)連接方式。

螺栓連接主要用于與導(dǎo)桿式套管連接的引出線(xiàn)，引出線(xiàn)可以拆卸，能補(bǔ)償引線(xiàn)長(zhǎng)度的偏差，通常采用可以自由伸縮的彎曲弧形引線(xiàn)結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為軟連接。

03 引線(xiàn)的緊固

為確保引線(xiàn)的絕緣距離，并承受運(yùn)行、短路時(shí)電動(dòng)力的振動(dòng)和沖擊而不發(fā)生位移和變形，必須采用夾持件以緊固引線(xiàn)。

引線(xiàn)夾持件應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度，為此引線(xiàn)的夾持件結(jié)構(gòu)一般采用木支架結(jié)構(gòu)，夾持件與變壓器器身金屬件固定時(shí)，為提高機(jī)械強(qiáng)度可用金屬螺栓，但在夾持件之間固定時(shí)，必須用環(huán)氧螺栓，并有防松裝置。在夾緊引線(xiàn)處應(yīng)增墊絕緣紙板作為附加絕緣，以防止卡傷引線(xiàn)。