一文介绍变压器器身结构（铁心、绕组、引线篇）

变压器器身结构

本文主要从铁心、绕组、引线三个方面介绍变压器器身结构。

一

变 压器铁芯结构

                         
                       

01  铁芯的作用                        

                         

变压器是根据电磁感应原理制造的,磁路是电能转换的媒介。                           铁芯就是变压器的主磁路,主要作用是导磁。                           它把一次电路的电能转变为磁能，又由磁能转变为二次电路的电能。                          

                               

同时铁芯又是变压器的的机械骨架，铁芯的夹紧装置不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上套有带绝缘的线圈，支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。铁芯的重量在变压器各部件中重量最大，在干式变压器中占总重量的60%左右，在油浸式变压器中，占40%左右。                        

                         

02  铁芯的形式                          

                         

铁芯由铁心柱和铁轭两部分构成。铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯柱连接起来形成封闭磁路。                        

                               

变压器的铁芯平面图如图1所示，图1a为单相变压器，图1b为三相变压器，铁芯结构可分为两部分，C为套线圈的部分，称为铁心柱。Y为用以闭合磁路部分，称为铁轭。单相变压器有两个铁心柱，三相变压器有三个铁心柱。
                       

                       

                               

由于变压器铁芯中的磁通为一交变磁通,为了减小涡流损耗,变压器铁芯一般都用电阻率较大的硅钢片制成一定尺寸的铁芯片,组成铁芯的硅钢片先裁成所需的形状和尺寸即冲片，然后按交叠方式把冲片组合起来。图2a为单相变压器的铁芯，每层由4片冲片组成。图2b表示三相变压器的铁芯，每层由6片组成，每两层的冲片组合应用了不同的排列方式使各层磁路的接缝处相互错开，这种装配方式称为交叠装配,这种装配可以避免涡流在钢片与钢片之间流通。并且因为各层冲片交错镶嵌，在把铁芯压紧时，可以用较少的紧固件而使结构简单。装配时，首先将冲片交叠装成整体铁芯，然后将下铁轭夹紧，抽去上铁轭冲片使铁芯柱露出，将预制好的绕组套在铁芯柱上，最后再把抽出的上铁轭冲片镶入。
                       

                       

                               

按照绕组在铁芯中的布置方式,变压器又分为芯式和壳式两种.区别主要在磁路的分布上,壳式变压器铁芯的轭包围住线圈,芯式变压器铁芯中大部分在线圈之中,只有部分在线圈之外即铁轭,用来构成磁回路。                        

                       

                         

03  铁芯的散热                          

                         

变压器在正常运行时，铁芯由于存在铁损会产生热量，且铁芯重量和体积越大产生的热量越多。                           变压器油温在95度以上容易老化，所以铁芯表面的温度应尽量控制在此温度以下，这就需要铁芯的散热结构将铁芯的热量能快速的散发出去。                           散热结构主要是为了增加铁芯的散热面。                           铁芯的散热主要包括铁芯油道散热，以及铁芯的气道散热。                          
                         

                               

在容量较大油浸式变压器中，在铁芯的叠片之间常设置油槽，以增强散热效果。油槽分为两种，一种与硅钢片平行，一种与钢片垂直，如图4所示，后一种布置方式散热效果较好，但结构较复杂。
                       

                       

                       

在干式变压器的铁芯是空气冷却，为了保证铁芯温度不超过允许值，常在铁芯柱及铁轭中安装气道。                        

                       

04  铁芯的噪声                          

                         

变压器在运行中会产生噪声。                           变压器本体噪声的根源在于铁芯硅钢片的磁致伸缩，或者说变压器铁芯的噪声基本上是由磁致伸缩引起的。                           所谓磁致伸缩就是指铁芯励磁时，沿磁感线方向硅钢片的尺寸增加；                           而在垂直于磁感线方向硅钢片的尺寸减小，这种尺寸的变化称为磁致伸缩。                           另外，铁芯的结构和几何尺寸，铁芯加工制造的工艺等都会对其噪声水平有着一定程度的影响。                          
                         

                       

可以通过以下几种技术措施来降低铁芯的噪声水平:                        

(1)使用磁致伸缩率ε值小的优质硅钢片。                        

(2)降低铁芯的磁通密度。                        

(3)改进铁芯的结构。                        

(4)选择合理的铁芯尺寸。                        

(5)采用先进的加工工艺。                        

                         

05  铁芯的接地                          

                         

变压器在正常运行中，带电的绕组及引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁芯及其金属部件都处于该电场中。                           由于静电感应的电位各不相同，使铁芯及其金属部件具有的悬浮电位也不相同，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。                           这种放电能够使变压器的油分解，并损坏固体绝缘。                           为了避免这种情况，对铁芯及其金属部件都必须进行可靠的接地。                          
                         

                               

铁芯必须一点接地。当铁芯或其他金属构件有两点或两点以上接地时，接地点间就会形成闭合回路，形成环流，该电流有时可以高达数十安，会引起局部过热，导致油分解，还可能使接地片熔断，烧坏铁芯，这些都是不允许的。因此，铁芯必须接地，而且必须一点接地。
                       

二

变压器绕组结构

                         

01 绕组的作用                          

                         

绕组是变压器最基本的组成部分，是建立磁场和传输电能的电路部分，一般用绝缘纸包裹的铜线或者铝线绕成，并套装在变压器的铁芯柱上。                           变压器的铁芯应具有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力。                          
                         

                         

                         

02  绕组的型式                          

                         

变压器绕组结构一般可分为两大类：                           层式结构和饼式结构。                           层式结构是指，绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制而成，一般在S8及S9系列低损耗电力变压器中采用；                           饼式结构是指，绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼(段)，再由许多饼沿轴向排列组成，一般在110kV及以上高电压大型、特大型变压器中采用。                          
                         

                         

                               

我国生产的电力变压器，基本上绕组都采用同心式结构。所谓同心绕组，就是在铁芯柱的任一横断面上，绕组都是以同一圆筒形线套在铁芯柱的外面。高、低压绕组之间，以及低压绕组与铁芯柱之间都必须留有一定的绝缘间隙和散热通道(油道)，并用绝缘纸板筒隔开。绝缘距离的大小，决定于绕组的电压等级和散热通道所需要的间隙。当低压绕组放在里面靠近铁芯柱时，它和铁芯柱之间所需的绝缘                           距离比较小，所以绕组的尺寸就可以减小，整个变压器的外形尺寸也同时减小了。                        

                       

                               

在电力系统中最常用的是三绕组变压器。用一台三绕组变压器连接3种不同电压的输电系统比用两台普通变压器经济、 占地少、维护管理也较方便。三相三绕组变压器通常采用Y-Y-△接法, 即原、副绕组均为Y接法,第三绕组接成△，如图XX所示。△接法本身是一个闭合回路,许可通过同相位的三次谐波电流,从而使Y接原、副绕组中不出现三次谐波电压。这样它可以为原、副边都提供一个中性点。在远距离输电系统中，第三绕组也可以接同步调相机以提高线路的功率因数。                        

                       

三

变压器引线结构

                         

01  引线的材料及分类                          

                         

变压器绕组外部连接绕组各引出端的导线称为引线，通过引线将外部电源电能输入变压器，也通过引线传输进来的电能从变压器输出到外部。                          

                         

                          引线主要有以下几类：                          

（1）绕组线端与套管连接的引出线;                        

（2）绕组端头间的连接引线 ;                        

（3）绕组分接与开关相连的分接引线                        

                               

引线的材料一般有：                        

（1）裸铜棒,适用范围：10kV级6300kVA及以下变压器；                        

（2）纸包圆铜棒,适用范围：10～35kV小容量变压器；                        

（3）裸铜排,适用范围：10kV及以下低压绕组引线；                        

（4）铜绞线,适用范围：各电压等级特别是110kV及以上的引线；                        

（5）铜管,适用范围：220kV及以上变压器引线。                         

                               

为了保证绝缘距离足够，引线通过层压木、纸板件绝缘，必须满足电气性能、机械强度、温升这三个方面的要求。引线的选取也是根据电场强度和机械强度，以及短路时温升和长期负载时温升这几个方面来选取。
                       

                         

02  引线的连接                          

                         

变压器引线的连接形式有： 铜焊、气焊、冷压焊和螺栓连接。
                         

铜焊的焊条应采用磷铜合金，用于绕组出线与引线以及引线之间的连接。                        

气焊用于铜排引线的焊接和穿缆式套管接头的焊接。                        

冷压焊是将引线连接的两个接线头插入一个金属管内，再用模具对金属管挤压，将两个接线头紧压在一起。冷压焊不需要加热，焊接比较安全，不存在虚焊、及烧伤引线及其他部位绝缘、挤压质量，抗拉强度好。因此冷压焊是目前大型变压器主要的引线连接方式。                        

                               

螺栓连接主要用于与导杆式套管连接的引出线，引出线可以拆卸，能补偿引线长度的偏差，通常采用可以自由伸缩的弯曲弧形引线结构，也称为软连接。
                       

                         

03  引线的紧固                          

                         

为确保引线的绝缘距离，并承受运行、短路时电动力的振动和冲击而不发生位移和变形，必须采用夹持件以紧固引线。                          
                         

                               

引线夹持件应具有足够的机械强度和电气强度，为此引线的夹持件结构一般采用木支架结构，夹持件与变压器器身金属件固定时，为提高机械强度可用金属螺栓，但在夹持件之间固定时，必须用环氧螺栓，并有防松装置。在夹紧引线处应增垫绝缘纸板作为附加绝缘，以防止卡伤引线。 

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