电力变压器的结构及附件
电力变压器的结构及附件
一、变压器的外形结构
电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心和绕组是变压器的主要部件。
典型的油浸式变压器外形结构如图所示。
二、变压器的铁心
铁心构成变压器的磁路，又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套装绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。
1、铁心材料
为减少交变磁通在铁芯中引起的涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料（0.28～0.35mm相互绝缘的硅钢片）叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。
目前广泛采用导磁系数高的冷扎晶粒取代硅钢片。
2、铁心型式
变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。
壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图所示。
心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，如图所示。 壳式结构的机械强度较好，但制造复杂。心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易，电力变压器的铁心主要采用心式结构。
（3）铁心叠装
变压器的铁心一般是由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠法，使相邻层的接缝错开。
4、铁心截面
铁心柱的截面一般做成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件，如图所示。
大型三相电力变压器一般采用三相五柱式铁芯，结构如下图所示。
三相五芯柱式变压器
1-铁芯柱；2-上铁轭；
3-下铁轭；4-旁轭；
5-低压绕组；6-高压绕组
三相五芯柱式变压器的上下铁轭的截面和高度比普通三相三铁芯柱式小，从而降低了整个变压器的高度。
由于三相五柱式铁芯各相磁通可经旁轭闭合，故三相磁通可看作是彼此独立的，而不像普通三相三柱式变压器各磁通互相关联，因此当有不对称负载时，各相零序电流产生的零序磁通可经旁轭而闭合，故其零序励磁阻抗与对称运行时励磁阻抗（正序）相等。
三、变压器的绕组
绕组是变压器的电路部分，它由铜或 铝绝缘导线绕制而成。
一次绕组（原绕组）：输入电能
二次绕组（副绕组）：输出电能
同一相的一次绕组和二次绕组通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数。
按电压高低，可分为高压绕组和低压绕组。
按结构的不同，变压器的绕组可分为圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式、内屏蔽式等形式。
电力变压器的高低压绕组在铁芯柱上按同心圆筒的方式套装。
螺旋式绕组每匝并联导线数量较多，而且是沿径向一根压着一根地叠起来绕。并联的导线绕成一个螺旋，中间隔以沟道。
当螺旋式绕组并联导线更多（如12根）时，就把并联导线分成两组并排绕制，形成双螺旋式。
螺旋式绕组一般用于三相容量在800kVA以上、电压在35kV以下的大电流绕组。
连续式绕组由多个线饼沿轴向串联而成，绕制时,先是若干线匝沿径向串联绕成一个线饼，然后采用“翻绕法”，使绕制连续地过渡到下一个线饼。
由于采用特殊的绕制工艺，从一个线饼到另一个线饼，其接头交替地在绕组的内侧和外侧，但都用绕制绕组的导线自然连接，所以没有任何接头。
由于这一特点，连续式绕组具有很高的机械强度和可靠性。连续式绕组应用范围较广，它的机械强度高，散热条件好，一般用于三相容量为630 kVA以上、电压为3～110kV的绕组。
主变压器全部绕组采用半硬铜导线，高压绕组为连续式线圈，低压绕组为螺旋式线圈。
四、变压器的附件
除器身外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等附件。
1、油箱
油箱是油浸式变压器的外壳，是用钢板焊成的，器身就放置在油箱内。
按变压器容量的大小，油箱结构有吊器身式和吊箱壳式两种。由于大容量变压器体积大重量大，一般都做成吊箱壳式，这种箱壳犹如一只钟罩，故又称钟罩式油箱。
主变压器油箱的结构型式一般为平顶式，启备变变压器油箱的结构型式为钟罩式，油箱的机械强度应承受住真空压力133Pa和正压98KPa的机械强度试验，油箱不得损伤和出现不允许的永久变形。
2、绝缘结构和绝缘套管
变压器的绝缘分主绝缘和纵向绝缘两部分。
主绝缘是指绕组对地之间、相间和同一相而不同电压等级的绕组之间的绝缘；纵向绝缘是指同一电压等级的一个绕组，其不同部位之间，例如层间、匝间、绕组对静电屏之间的绝缘。
主绝缘应承受工频试验电压和全波冲击试验电压的作用，因此，主绝缘结构应保证在相应电压级试验电压作用下，具有足够的绝缘强度并保持一定的裕度。
变压器的绝缘套管将变压器内部的高、低压引线引到油箱的外部，不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。
3、变压器冷却系统
油浸式电力变压器的冷却方式，按其容量的大小大致有油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却等方式。本厂主变采用的是强油导向风冷(ODAF)，启备变采用自然油循环风冷的冷却方式。
冷却器运行时需要达到以下标准：变压器投入或退出运行时，工作冷却器均可通过控制开关投入与停止；
当运行中的变压器顶层油温或变压器负荷达到规定值时，辅助冷却器应自动投入运行；
当切除故障冷却器时，备用冷却器应自动投入；
冷却器冷却系统按负荷情况自动或手动投入或切除相应数量得冷却器。
4、储油柜
储油柜又称油枕，或油膨胀器。主变压器一般采用油枕胶囊式储油柜，启备变采用金属波纹式储油柜。
储油柜是油浸式变压器油源补充、存储的容器。为了既保证柜体内的变压器油与空气隔绝缓慢老化变质，又能保证柜体内的压力与外界空气相通。
胶囊式储油柜在柜体内设置了一个尼龙橡胶膜做成的胶囊，它漂浮在柜体内的油面上，内腔的空气经过吸湿器与外界空气相通，随着柜体内油量的变化而膨胀或收缩。
5、油泵
油泵主要由转子、定子、心轴、壳体及接线盒等几部分组成。用于变压器冷却系统中强迫变压器油循环，主要给变压器冷却器输油。
油泵在运行中发现下列情况之一，应立即停机检查，排除故障后，才可以投入运行：
1）运行中发现声音异常或噪声过大；
2）电源电压与额定值的偏差超过±5％；
3）额定电流增大，温升过高；
4）电机绝缘电阻过低；
5）流量达不到额定值。
6、油位计
油位计用于油浸式电力变压器储油柜和有载分接开关储油柜油面的显示以及最低和最高极限油位的报警。
指针式油位计主要由指针和表盘构成的显示部分,磁铁（或凸轮）和开关构成的报警部分，换向及变速的齿轮组、摆杆和浮球构成的传动部分组成。允许工作温度为－30～＋95℃。
当变压器储油柜的油面升高或下降时，油位计的浮球或储油柜的隔膜随之上下浮动，使摆杆作上下摆动运动，从而带动传动部分转动，通过耦合磁钢使报警部分的磁钢（或凸轮）和显示部分的指针旋转，指针指到相应位置，当油位上升到最高油位或下降到最低油位时，磁铁吸合（或凸轮拨动）相应干簧接点开关（或微动开关）发出警报信号。
7、油流继电器
油流继电器是显示变压器强迫油循环冷却系统内油流量变化的装置，用来监视强迫油循环冷却系统的油泵运行情况，如油泵转向是否正确，阀门是否开启，管路是否有堵塞等情况，当油流量达到动作或减少到返回油流量时均能发出警报信号。
YJ型继电器的工作原理：
当变压器冷却系统的油泵启动后就有油流循环，油流量达到动作油流量以上时，冲动继电器的动板旋转到最终位置，通过磁钢的耦合作用带动指示部分同步转动，指针指到流动位置，微动开关常开接点闭合发出正常工作信号；
当油流量减少到返回油流量（或达不到动作油流量）时，动板借助复位涡卷弹簧的作用动板返回，使微动开关的常开接点打开，常闭接点闭合发出故障信号。
其结构如下图所示。
1-微动开关；2-凸轮；3-指针；4-表盘； 5-耦合磁钢；6-复位涡卷弹簧；7-调整盘；8-传动轴；9-动板
8、气体继电器
气体继电器是油浸式变压器及油浸式有载分接开关所用的一种保护装置。安装在变压器箱盖与储油柜的联管上，在变压器内部故障而使油分解产生气体或造成油流冲动时，使气体继电器的接点动作，以接通指定的控制回路，并及时发出信号或自动切除变压器。
气体继电器应每年进行一次外观检查及信号回路的可靠性和跳闸回路的可靠性检查；已运行的继电器应每两年开盖一次，进行内部结构和动作可靠性检查，每五年进行一次工频耐压试验。