一、變壓器器身結(jié)構(gòu)

本文主要從鐵心、繞組、引線三個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?，又由磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔堋?nbsp;      

同時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)體成為一個機(jī)械上完整的結(jié)構(gòu)，而且在其上套有帶絕緣的線圈，支持著引線，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***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為套線圈的部分，稱為鐵心柱。Y為用以閉合磁路部分，稱為鐵軛。單相變壓器有兩個鐵心柱，三相變壓器有三個鐵心柱。

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。圖2a為單相變壓器的鐵芯，每層由4片沖片組成。表示三相變壓器的鐵芯，每層由6片組成，每兩層的沖片組合應(yīng)用了不同的排列方式使各層磁路的接縫處相互錯開，這種裝配方式稱為交疊裝配,這種裝配可以避免渦流在鋼片與鋼片之間流通。并且因為各層沖片交錯鑲嵌，在把鐵芯壓緊時，可以用較少的緊固件而使結(jié)構(gòu)簡單。裝配時，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，***后再把抽出的上鐵軛沖片鑲?cè)??！?/span>

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圈,芯式變壓器鐵芯中大部分在線圈之中,只有部分在線圈之外即鐵軛,用來構(gòu)成磁回路。

03.鐵芯的散熱

變壓器在正常運(yùn)行時，鐵芯由于存在鐵損會產(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。

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磁時，沿磁感線方向硅鋼片的尺寸增加；而在垂直于磁感線方向硅鋼片的尺寸減小，這種尺寸的變化稱為磁致伸縮。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對其噪聲水平有著一定程度的影響。

可以通過以下幾種技術(shù)措施來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，帶電的繞組及引線與油箱間構(gòu)成的電場為不均勻電場，鐵芯及其金屬部件都處于該電場中。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)兩點之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時，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。

   鐵芯必須一點接地。當(dāng)鐵芯或其他金屬構(gòu)件有兩點或兩點以上接地時，接地點間就會形成閉合回路，形成環(huán)流，該電流有時可以高達(dá)數(shù)十安，會引起局部過熱，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，而且必須一點接地。

二、變壓器繞組結(jié)構(gòu)

01.繞組的作用

繞組是變壓器***基本的組成部分，是建立磁場和傳輸電能的電路部分，一般用絕緣紙包裹的銅線或者鋁線繞成，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。

02.繞組的型式

變壓器繞組結(jié)構(gòu)一般可分為兩大類：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。

我國生產(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。絕緣距離的大小，決定于繞組的電壓等級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，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，整個變壓器的外形尺寸也同時減小了。

在電力系統(tǒng)中***常用的是三繞組變壓器。用一臺三繞組變壓器連接3種不同電壓的輸電系統(tǒng)比用兩臺普通變壓器經(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?！鹘臃ū旧硎且粋€閉合回路,許可通過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、副邊都提供一個中性點。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)以提高線路的功率因數(shù)。

三、變壓器引線結(jié)構(gòu)

01.引線的材料及分類

變壓器繞組外部連接繞組各引出端的導(dǎo)線稱為引線，通過引線將外部電源電能輸入變壓器，也通過引線傳輸進(jìn)來的電能從變壓器輸出到外部。
引線主要有以下幾類：

繞組線端與套管連接的引出線;（2）繞組端頭間的連接引線 ;（3）繞組分接與開關(guān)相連的分接引線       

引線的材料一般有：（1）裸銅棒,適用范圍：10kV級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；（4）銅絞線,適用范圍：各電壓等級特別是110kV及以上的引線；（5）銅管,適用范圍：220kV及以上變壓器引線。 

為了保證絕緣距離足夠，引線通過層壓木、紙板件絕緣，必須滿足電氣性能、機(jī)械強(qiáng)度、溫升這三個方面的要求。引線的選取也是根據(jù)電場強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，以及短路時溫升和長期負(fù)載時溫升這幾個方面來選取。

02.引線的連接

變壓器引線的連接形式有：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，用于繞組出線與引線以及引線之間的連接。氣焊用于銅排引線的焊接和穿纜式套管接頭的焊接。冷壓焊是將引線連接的兩個接線頭插入一個金屬管內(nèi)，再用模具對金屬管擠壓，將兩個接線頭緊壓在一起。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，引出線可以拆卸，能補(bǔ)償引線長度的偏差，通常采用可以自由伸縮的彎曲弧形引線結(jié)構(gòu)，也稱為軟連接。

03.引線的緊固
為確保引線的絕緣距離，并承受運(yùn)行、短路時電動力的振動和沖擊而不發(fā)生位移和變形，必須采用夾持件以緊固引線。
 引線夾持件應(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，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，必須用環(huán)氧螺栓，并有防松裝置。在夾緊引線處應(yīng)增墊絕緣紙板作為附加絕緣，以防止卡傷引線。

來源：匠心檢修

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