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电力变压器的结构

2017-2-13 13:25:51      点击:

  电力变压器用于将某一等级的交流电压、电流变换成同频率的另一等级的交流电压、电流,以满足不同负载的需要。电力变压器除了包括铁心、绕组及绝缘套管以外,还包括用以保证变压器安全而可靠地运行的油箱、冷却装置、保护装置等。其结构如图4-1所示。

一、铁心

  铁心是电力变压器更基本的组成部分,它的作用是构成磁路。为了减少铁心的磁滞和涡流损耗,铁心用厚度为O.3~0.5mm的硅钢片冲剪成几种不同尺寸,并在表面涂厚为0.01—0.13mm的绝缘漆,烘干后按一定规则叠装而成。铁心由心柱、铁轭和夹紧装置组成。绕组套装在铁心柱上。

二、绕组

  绕组也是电力变压器更基本的组成部分,它与铁心合称为电力变压器本体,是建立磁场和传输电能的电路部分。电力变压器绕组由高压绕组,低压绕组,对地绝缘层(主绝缘),高、低压绕组之问绝缘件,由燕尾垫块、撑条构成的油道,高压引线,低压引线等组成。不同容量、不同电压等级的电力变压器,绕组形式也不一样。一般电力变压器中常采用同心式和交叠式两种结构形式。

1.同心式绕组

  同心式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁心上,一般是将低压绕组放在里边,高压绕组套在外边,以便于绝缘处理。但大容量输出电流很大的电力变压器,其低压绕组引出线的工艺复杂,往往把低压绕组放在高压绕组的外面。同心式绕组结构简单、绕制方便,故被广泛采用。按照绕制方法的不同,同心式绕组又可分为层式、螺旋式、连续式、纠结式等几种。

 (1)层式绕组 主要有单层式、双层式、多层式、分段式四种结构形式。

  1)双层式绕组。用一根或数根并联的扁导线绕制而成,层间连线用过渡线。在层间沿圆周均匀地放置若干根撑条,构成垂直油道。这种绕组的制造工艺简单,但机械强度较差,适用于容量为10一630kV·A的三相电力变压器的绕组,电压低于500V。

  2)多层式绕组。用圆导线或扁导线绕制,同一层线匝的排列与双层式绕组相同。为了增加导线层的散热表面,用垂直油道将绕组分成两部分。用作高压绕组时由分接线引出,供调节电压比用。这种绕组适用于容量为10~630kV·A的三相电力变压器,电压可达35kV。

  3)分段式缔组。这种绕组不同于多层式的地方在于沿绕组高度分成若干个单独的线段,线段之间可用绝缘纸板圈和垫块构成水平油道,也可以用绝缘纸板圈或角环隔开。一般用于容量1000kV·A以下三相电力变压器中作高压绕组,电压可达35kV。

 (2)螺旋式绕组 它是按螺旋线绕制成匝间带油道的若干线匝,每匝并联的几种扁导线按轴向平放,而并联导线又按同心式布置,且需采取换位做法。由于匝间有轴向油道而形成了线饼,如一匝为一个线饼的称为单螺旋式绕组;一匝为两个线饼的称为双螺旋式绕组:一匝为四个线饼的称为四螺旋式绕组。螺旋式绕组一般用于容量800kV.A以上、电压35kV以下三相电力变压器的低压绕组。

 (3)连续式绕组 它是用单线或不超过四根并联扁导线连续绕成若干串联线饼。为使引出线在更外层,在绕制过程中绕组需要进行翻饼,单数线饼为″反饼″,偶数线饼为cc正饼″,线饼间也垫有绝缘垫块,形成油道。这种绕组绕制麻烦,但机械强度高、散热好、饼间无焊头,一般用于容量为63kV·A以上、电压为3~110kV i相电力变压器中的高压绕组:或用于容量为10000kV·A三相电力变压器中的中压绕组和低压绕组。

 (4)纠结式绕组 它的外形和连续式绕组相似,也是由扁导线绕成一个个线饼,每两个线饼为一组,然后再交叉串联成一路,这样一个线饼内的线匝是交替排列的,故焊点较多。但相邻两匝间电位差为连续式绕组的数倍,两线饼间的等效电容以及匝间电容都比连续式绕组大许多倍。过电压时,起始电压能比较均匀地分布在各线饼及线匝间,从而能显著地改善冲击电压的分布,提高变压器的防雷性能。可以说,该类绕组是较好的绕组结构形式,

  一般容量为500kV·A以上的三相电力变压器的高压绕组多采用这种形式。纠结式绕组中,全部用纠结线饼的,称为全纠结式绕组,一般用于容量为220kV.A及以上的三相电力变压器。一部分用纠结线饼,另一部分用连续线饼组成的绕组,称为纠结连续绕组,纠结连续绕组用于容量为60—220kV·A的三相电力变压器,它的外形与连续式绕组相似。

2.交叠式绕组

  交叠式绕组是在同一铁心柱上,高压绕组、低压绕组交替排列,间隙较多、绝缘结构较复杂、包扎工作量较大。它的优点是力学性能较好、引出线的布置和焊接比较方便、漏电抗较小,一般用于电压为35kV及以下的电炉变压器中。

三、分接开关

  分接开关又称为调压开关,是调整电压比的装置,可分为无励磁分接开关和有载调压分 接开关两种。

  1.无励磁分接开关

  无励磁分接开关,也叫无载调压开关,其作用是在变压器的一次侧和二次侧均断开的情况下,用以变换一次或二次绕组的分接头,改变其有效匝数,进行分级调压。根据GB/T6451--1999《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》中的有关规定,无励磁调压变压器的调压范围:电压等级为6kV、10kV、35kV,额定容量为6300kV·A及以下;电压等级为63kV,额定容量为5000kV·A及以下的高压分接范围为4-5%。电压等级为35kV,额定容量为8000kV·A及以上;电压等级为63kV、110kV,额定容量为6300kV.A及以上;电压等级为220kV,额定容量为31500kV·A及以上的高压分接范围为4-2×2.5%。三绕组变压器,电压等级为110kV,额定容量为6300kV·A及以上;电压等级为220kV,额定容量为31500kV·A及以上的高压分接范围为4-2×2.5%。电压等级为110kV,额定容量为6300.31500kV·A的中压分接范围为4-2×2.5%;电压等级为110kV,额定容量为40000kV.A及以上的中压分接范围为±5%。无励磁分接开关动作位置准确,操作灵活方便,有良好的绝缘性能和稳定性,机械强度 高,寿命长。

  目前,电力变压器使用的无励磁分接开关有:三相中性点调压无励磁分接开关、三相中部调压无励磁分接开关、三相中部调压横条型无励磁分接开关、单相无励磁分接开关等。、

2.有载调压分接开关

  有载调压分接开关是在变压器带负载运行中用以变换一次或二次绕组的分接头,改变其有效匝数,进行分级调压。有载调压变压器的调压范围按GB/T 6451--1999中的有关规定,电压等级为6kV、10kV,额定容量为1600kV·A及以下的高压分接范围为±4×2.5%;电压等级为35kV,额定容量为2000kV·A及以上的高压分接范围为±3×2.5%;电压等级为63kV、110kV,额定容量为6300kV·A及以上的高压分接范围为±8×2.5%。三绕组变压器,电压等级为110kV,额定容量为6300kV·A及以上的高压分接范围为4-8×1.25%;电压等级1lOkV,额定容量为40000kV·A及以上的中压分接范围为4-5%;电压等级为220kV,额定容量为31500kV·A及以上的高压分接范围为±8×1.25%。

 

  为了实现带载切换,需要有过渡电路。构成过渡电路中的限流器,可采用电抗器或电阻器。由于电抗器有载分接开关体积大、耗用材料多,目前主要采用油浸的电阻型有载分接开关。

有载分接开关由三部分组成:

 (1)选择开关预先接通欲切换的分接处,不担负切换负载电流的任务。

 (2)接触器(切换开关) 专门担负瞬间切换负载电流的任务,要求具备快速机构。

 (3)限流器换流过程中起限制电流作用,不使相邻分接头短路。采用的电阻器或电抗器安放在切换开关里。

四、油箱和底座

  油箱和底座是油浸式电力变压器的支持部件,支持器身和所有附件。油箱里装有用于绝缘和冷却的变压器油。油箱是用钢板加工制成的容器,要求机械强度高、变形小、焊接处不渗漏。油浸式电力变压器油箱的结构与它的容量大小有关,分为平顶及拱顶两种。平顶油箱的箱盖是平的,多用于6300kV-A以下的变压器;拱顶油箱的箱沿设在下部,上节箱身做成钟罩形,多用于8000kV·A以上的变压器。箱身做成椭圆形,机械强度较高,所需油量也较小。

  油箱底部用槽钢等钢铁材料做成垫底,底座下面装滚轮,以便安装和短距离推运变压器用。大型油浸式电力变压器还可以采用可扭转90。的底座结构。

五、片式散热器

  油浸式电力变压器的冷却装置包括散热器和冷却器。不带强油循环的称为散热器;带强油循环的称为冷却器。

  1.片式散热器

  片式散热器是用板料厚度为1mm的波形冲片,靠上下集油盒或油管经焊接组成。焊接工艺要求高、机械强度较差,但节油、重量轻、节省制造板料。20kV·A以下的油浸式电力变压器,平顶油箱的散热面已足够;50~200kV·A的油浸式电力变压器可采用固定片式(PG型)散热器;200~6300kV·A油浸式电力变压器,可采用可拆片式(PC型)散热器,散热器通过法兰盘固定在油箱壁上。

2.扁管散热器

  扁管散热器分为自冷式和风冷式两种,自冷式扁管散热器只在集油盒单面焊接扁管。风冷式扁管散热器有88管、100管、120管三种。扁管在集油盒两侧焊接。为了加强冷却,每只散热器下安装两台电风扇,不吹风时,散热能力为额定散热量的60%左右。

3.冷却器

  冷却器有强油风冷却器、新型大容量风冷却器、强油水冷却器等。

六、储油柜

  储油柜装在油箱的斜上方,由油管和油箱相通。当变压器油的体积随油温变化而膨胀或缩小时,储油柜起着储油和补油的作用,以保证油箱内充满油,储油柜还能减少油与空气的接触面,防止油被过速氧化和受潮。一般,储油柜的容积为变压器油箱的1/10,储油柜上装有油位计(油标管),用以观察油位的变化。储油柜下部设一集泥器,其作用是收集油中沉淀的机械杂质、油泥和水分。集泥器下部又设有排污阀门,运行中应定期排放集泥器收集的油泥和水分。

  目前我国生产的油浸式电力变压器的储油柜有三种基本形式:

 (1)不带防爆管和气体继电器的储油柜用于容量为630kV·A及以下变压器。

 (2)带有防爆管和气体继电器的储油柜用于容量为800~630kV·A的变压器。

 (3)隔膜式储油柜用于容量为8000kV·A及以上的变压器。

七、防爆管

  防爆管又名安全气道,装在油箱的上盖上,由一个喇叭形管子与大气相通,管口用薄膜玻璃板或酚醛纸封住。为防止正常情况下防爆管内油面升高使管内气压上升而造成防爆膜松动或破损及引起气体继电器动作,在防爆与储油柜之间连接一小管,如图4-2所示,以使两处压力相等。协爆管的作用是当变压器内部发生故障时,将油里分解出来的气体及时排出,以防止变压器内部压力骤然增高而起油箱爆炸或变形。容量为800kV·A以上的油浸式变压器均装有防爆管,且其保护膜的爆破压力应低于50662.5Pa。

八、净油器

  净油器又名热虹吸器,是用钢板焊成圆桶形的小油罐,罐内装有硅胶或活性氧化铝吸附剂。当油温变化而上下流动时。经过净油器吸取油中的水分、渣滓、酸、氧化物。3150kV·A及以上变压器均有这种净化装置。

小提示:净化器安装在变压器上部时净化效率高,装在下部时易于更换,安装位置视具体情况而定。

九、吸湿器

  吸湿器内装有吸附剂硅胶,储油柜内的绝缘油通过吸湿器与大气连通,内部吸附剂吸收空气中的水分和杂质,以保持绝缘油的良好性能。为了显示硅胶受潮情况,一般采用变色硅胶。变色硅胶的原理是利用二氯化钴(CoCl:)所含结晶水数量不同而有几种不同颜色。二氯化钴含有6个分子结晶水时,呈粉红色;含有2个分子结晶水时呈紫红色;不含结晶水时呈蓝色。变色硅胶的配制方法是把二氯化钴配成质量分数为5%的溶液,然后选用一定数量的硅胶在120。160。C烘箱干燥5~6h。冷却后放入配好质量分数为5%的二氯化钴溶液中,浸泡10—15min,待吸饱后二氯化钴呈粉红色,再经120~1600C烘干变成蓝色便可使用。安装在隔膜式储油柜上的吸湿器在罩内可不注油,以保证储油柜呼吸畅通。

十、气体继电器

  气体继电器是变压器的保护装置,装在油箱和储油柜的连接管上。容量在800kV·A及以上的油浸式电力变压器均装有气体继电器(根据使用部门与制造厂协商,800kV-A以下的变压器也可供气体继电器)。气体继电器的作用是当变压器内部发生故障(如绝缘介质击穿、匝间短路、铁心故障等)产生气体,或油箱漏油使油面降低时,给值班人员发出报警信号或切断电源以保护变压器,不使故障扩大。在检查故障情况时,还可通过气体继电器玻璃窗El观察分解出的气体颜色及数量;也可在气体继电器上部排气阀口取出气样进行分析,以判断变压器内部故障情况。

十一、温度计

  温度计是监视变压器运行温度的表计。一般都把测温点放在油的上层。常用的温度计有承银式、压力式、电阻式等。

十二、绝缘套管        

  绝缘套管是油浸式电力变压器箱外的主要绝缘装置,变压器绕组的引出线需要穿过绝缘套管,使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘,同时起固定引出线的作用。绝缘套管应具有足够的绝缘能力、机械强度和良好的热稳定性,体积小、重量轻、便于维护检修。