1、感謝各位領導參加變壓器技術交流一、變壓器基礎知識二、變壓器結構三、電壓與頻率對產品的影響四、環境對產品的影響五、新技術應用一、 變壓器基礎知識1.1功能變壓器是一種改變交流電的電壓、電流而不改變頻率的（靜止）電氣設備。它在相同頻率下，通過電磁感應將一個系統的交流電壓和電流轉換為至少另一個系統的交流電壓和電流，并借以傳送電能。因此，變壓器至少應具有兩個通常匝數（或者標稱電壓）不同的繞組，并通過線路端子連接到至少兩個交流電壓值不同的系統上。 變壓器的作用是什么?超高壓變電所500kV / 220kV一次變電所220kV / 110kV二次變電所110kV / 35kV / 10kV配電變壓器10k

2、V / 400V重要的輸電設備升高或降低電壓家庭、學校發電廠高壓輸電線發電機(火力發電廠或水力發電站)升壓變壓器降壓變壓器配電變壓器用戶用戶用戶 變壓器的作用升壓遠距離傳輸通過變壓器可以提高輸送電壓、降低傳輸損耗、增大輸送距離。把水力或火力發電廠中發電機組所產生的交流電壓升高后向電力網輸出的電壓器。用于降低電壓的變壓器1.2 原理 變壓器的基本原理是電磁感應原理。以單相雙繞組變壓器為例來加以說明，如圖所示。它由兩個繞組和一個鐵心組成。當匝數為N1的一次繞組AX接到頻率為f、電壓為U1的交流電源上時，很小的勵磁電流I0就足以在鐵心上產生主磁通0（最大值為m),以及經鐵心外回路的磁通，在一、二次繞

3、組中分別感應出電勢E1、E2，二次繞組ax端就有電壓U2。當二次繞組接有負載時，二次繞組就流通電流I2，而一次電流就由空載時勵磁電流I0增至I1。在空載運行條件下，如果忽略勵磁磁勢、一次與二次繞組的電阻r1和r2以及漏磁通產生的電抗x1和x2，在這種情況下，由法拉第定律：U1=E1=4.44fN1mU2=E2=4.44fN2m兩式相除得電壓變換關系為：U1/U2=E1/E2=N1/N2一、二次繞組的電壓比U1/U2等于其匝數比N1/N2。N2不變，N1越大或N1不變，N2越小，則U2越小； N2不變，N1越小或N1不變，N2越大，則U2越大；只要改變兩個繞組中任一個的匝數，就可以達到改變電壓的

4、目的。通常就是在某一繞組上引出若干抽頭（分接頭），來改變匝比N1/N2，從而改變二次電壓值。這就是變壓器改變電壓的原理。1.3 變壓器分類 變壓器有多種分類方式：按鐵心形式分為：心式、殼式；按繞組耦合方式分為：普通的、自耦的；按相數分為：單相的、三相的；按冷卻方式分為：油浸自冷、干式空氣自冷、干式澆注絕緣、油浸風冷、油浸水冷；按循環方式分為：自然循環、強迫循環；按繞組材料分為：銅的、鋁的；按調壓方式分為：無勵磁調壓(在不勵磁條件下調壓的變壓器),有載調壓(在負載下調壓的變壓器。但當負載或線路發生短路故障時，則不能進行調壓，因為此時變壓器中流有短路電流) ；按用途分為：升壓、降壓、配電、聯絡和廠

5、用變壓器。 電力變壓器那種分類也包含不了變壓器的全部特征，在產品型號中往往要把所有的特征表達出來。變壓器型號含義如下： 電力變壓器 型號： 1 自耦 O 5 銅線 _ 2 單 相 D 鋁線 L 三相 S 6 無勵磁調壓 _ 3 油浸自冷 _ 有載調壓 Z 干式空氣自冷 G 干式澆注 C 舉例: 油浸風冷 F D F P 380MVA / 500kV 油浸水冷 S 強迫油循環風冷 FP 強迫油循環水冷 SP 4 雙繞組 _ 三繞組 S 單相額定容量額定電壓強油循環風冷 屬于變壓器范疇的還有互感器、調壓器、電抗器、移相變壓器、換流變壓器。ODFPS-334MVA/500kV變壓器官亭變電站現場75

6、0kV變電站 ODFPS-500000/750kV變壓器ODFPS-1000000/1000kV變壓器1000kV變電站 ODFPS-1000000/1000kV變壓器1000kV晉東南變電站現場三峽工程SSP-840000/550變壓器大唐寧德電廠SFP780000/500變壓器云南廣東高端穗東換流站800kV 250MVA換流變ZZDFPZ-278000/500貴州至廣東第二回直流輸電工程出口美國300MVA/220kV調相變壓器套管壓力釋放器油箱儲油柜冷卻器氣體繼電器 鐵心器身 線圈 絕緣系統溫度計鐵心、夾件接地系統開關二、 變壓器結構變壓器組成變壓器主要部件鐵心線圈油箱絕緣件油變壓器附

7、屬部件開關套管冷卻設備其它部件變壓器儲油柜氣體繼電器壓力釋放閥油溫度控制器線圈溫度控制器電阻溫度計套管型電流互感器球閥蝶閥控制箱端子箱千斤頂裝置引線 鐵心由鐵心疊片、絕緣件和鐵心結構件組成，形成一個封閉的路徑，是電磁感應磁的通路，又是套裝線圈的骨架，對于變壓器的電磁性能、機械強度和變壓器噪聲是極為重要的部件。鐵心疊片主要采用冷軋高導磁晶粒取向硅鋼片疊積或卷繞而成，鐵心在工作時會產生損耗，對于大鐵心直徑的產品，其單位面積熱負荷大，熱傳導路徑長，這樣鐵心內部傳導出的損耗可能會使鐵心過熱，需要設冷卻油道。鐵心及其金屬件由于所處的電場位置不同，產生的電位也不同，為了防止擊穿放電要接地；鐵心多點接地會形

8、成閉合的環路，這些環會產生電流而增加損耗導致局部過熱，要保證一點接地。2.1 鐵心三相五柱鐵心主要適用于大容量三相變壓器。三相五柱鐵心又分為兩種結構： a）鐵心旁柱和鐵軛截面積相等且為主柱截面積的一半 b）鐵心旁柱和鐵軛截面積不相等，分別為主柱截面積的43%和53%三相五柱鐵心增加了兩個邊框，使鐵心總高度降低，也就使整個變壓器的高度降低，從而降低變壓器的運輸高度；但是鐵心疊片的硅鋼片用量有所增加，增加變壓器的加工成本。為了將變壓器的空載損耗和噪聲，三相五柱鐵心疊片通常采用6搭接結構即步進搭接結構，但是工藝繁瑣、疊鐵工作量大。2.1.1 三相五柱鐵心 鐵心疊片主視圖旁柱綁帶鐵芯柱綁帶上部鐵軛下部

9、鐵軛拉板旁柱主柱隔磁槽 鐵心疊片剖面圖環氧樹脂綁帶油道拉板三相三柱鐵心廣泛適用于中小容量的變壓器，鐵心柱與鐵軛等截面，鐵心柱與鐵軛在同一垂直平面內以迭接方式連接，結構簡單，工藝設備少，但迭裝工作量大；又因鐵軛大，超大容量變壓器采用時漏磁通較大，而且變壓器高度也易超過運輸限制。2搭接的三相三柱鐵心即TS鐵心，6搭接的三相三柱鐵心即STS鐵心。目前油浸變壓器大部分采用STS鐵心。STS鐵心相對于TS鐵心，空載損耗和噪聲都比較小。2.1.2 三相三柱鐵心 鐵心疊片主視圖綁扎帶主柱拉板鐵軛拉板絕緣鐵心疊片剖面圖STS鐵心和TS鐵心的區別一般交叉疊法（TS鐵心）STEPLAP疊積法（STS鐵心）疊積方法

10、磁流示意圖實物照片鐵心主柱 鐵心側柱單相三柱鐵心的旁柱和鐵軛的截面積是主柱截面積的一半。單相大容量變壓器多采用這種鐵心。2.1.3 單相三柱鐵心即雙框鐵心2.線圈型式2.2 線圈 線圈是變壓器的核心部件，常被比做變壓器的“心臟”，是電磁感應中電的通路。繞制成線圈的材料要求是導電性能好（電阻率低），有一定的機械強度，有穩定的化學特性。銀、銅、鋁都可以使用。但綜合考慮我們現在的變壓器多使用銅材。繞組的絕緣分為導線匝絕緣、繞組各線餅間絕緣，導線匝絕緣指導線外部包覆的漆或絕緣紙，線餅間絕緣指的是油道絕緣。由于變壓器容量和電壓的不同，線圈所具有的結構特點亦各不相同，包括匝數、導線截面、并聯導線換位、繞向

11、、線圈連接方式和型式等，線圈型式細分如圖所示：線圈分類圖 層式線圈通常用于適用于66kV、2000kVA及以下的小容量變壓器，我公司產品不采用層式線圈。 螺旋式線圈：由多根導線并聯疊繞而成，相鄰匝間用墊塊或絕緣紙圈隔開，每個線餅為一匝，由于具有良好的機械穩定性、良好的散熱能力和工藝性，而普遍應用于調壓線圈、大電流的低壓線圈或特殊結構的高壓線圈。 連續式線圈：由單根或多根導線并聯繞制而成，是典型的餅式線圈。每匝導線在幅向（徑向）上連續疊繞成一個線餅，多個正、反線餅沿軸向交疊組成一個連續式線圈。線圈的導線從一個線餅通過換位過渡到另一個線餅。 糾結式線圈：線匝不以自然數序排列，而是在相鄰數序線匝間插

12、入不相鄰數序的線匝。這樣原連續式線圈段間線匝須借助于糾結換位（糾位）進行交錯糾連，形成糾結線段。 糾結連續式線圈：為了改善線圈在沖擊電壓下端部線段的電位梯度分布，將線圈端部幾個線段采用糾結式，中間及末端的線段采用連續式繞制。 插入電容（內屏蔽）連續式線圈：在連續式線圈的進線端部分線段的匝間插入一獨立的屏蔽線匝，其端頭（亦稱為懸頭）包好絕緣斷開并懸空著。屏蔽線僅增加縱向電容，不流通工作電流，故屏蔽線的截面積可以小于工作線匝的截面積，盡量選用較薄的導線，只要與工作線寬度相同或相近即可（小于或等于工作線）。糾結式線圈具有良好的耐沖擊特性，但是糾結式線圈有以下缺點： 1）大容量變壓器導線并聯根數多時，

13、糾結繞制有困難；2）糾結式線圈的匝間電壓與糾結方式有關；3）線圈繞制比連續式復雜，焊頭多，必須保證焊接質量。插入電容式線圈的主要優點：1）可以根據插入線段中的屏蔽線匝數的多少調節縱向電容量，改善沖擊電壓分布；2）線圈本身沒有糾結的焊接頭，且為連續式繞制，工藝簡單。插入電容式線圈的缺點是屏蔽線匝占據一定的空間位置，使線圈幅向尺寸增大，且屏蔽線的端頭不易處理。插入電容式的線圈與糾結連續式線圈改善端部電位梯度分布的效果是相同的。目前較高電壓等級的線圈多采用插入電容連續式線圈。糾結式或糾結連續式線圈插入電容連續式線圈屏蔽連續式線圈雙層螺旋式線圈雙層螺旋式線圈內層雙層螺旋式線圈升層處屏蔽連續式 螺旋式：

14、鐵芯柱上部壓環絕緣紙筒高壓線圈低壓線圈下部壓環低壓線圈：雙層螺旋式高壓線圈： 跨段屏連續式發電廠用升壓變壓器線圈的絕緣排列圖2.3 線圈的絕緣排列圖單相250MVA/500kV自耦無載變壓器的線圈配置示意圖單相210MVA/500kV電廠用變壓器線圈的典型配置示意圖單相250MVA/500kV自耦有載變壓器線圈的典型配置示意圖 （線圈的絕緣排列）ANTI:穩定線圈TRY: 低壓線圈COM: 公共線圈SER: 串聯線圈ANTITRYCOMSER鐵 芯 主 柱OSFPS-180MVA/220kV （帶穩定線圈）OSFPSZ-180MVA/220kVTRY: 低壓線圈COM: 公共線圈TAP: 調壓

15、線圈SER: 串聯線圈TRYCOMTAPSER鐵 芯 主 柱 （線圈的絕緣排列）LV: 低壓線圈MV: 中壓線圈HV: 高壓線圈 LVMVHV鐵 芯 主 柱SFPS-180MVA/220kV （線圈的絕緣排列）SFPSZ-180MVA/220kV (正反調結構）SFPSZ-180MVA/220kV (粗細調結構）LVMVHVTI鐵 芯 主 柱TOLV: 低壓線圈MV: 中壓線圈HV: 高壓線圈TI: 粗調線圈TO: 細調線圈 LVMVHVTAP鐵 芯 主 柱LV: 低壓線圈MV: 中壓線圈HV: 高壓線圈TAP: 調壓線圈變壓器器身絕緣是主絕緣，是變壓器的重要組成部分，是線圈到接地部分鐵心和油

16、箱的絕緣，是線圈到線圈的絕緣，既要考慮電氣絕緣強度，又要具有足夠的機械強度及抗短路能力。絕緣為油-隔板和紙筒-油隙的形式。器身絕緣件是由電工紙板制成的塊、筒、板組成，端部護端圈和角環，為了改善電場，鐵心、旁軛護屏蔽筒。主絕緣采用薄紙筒小油隙結構，它的基本特點是根據油體積減小時，油的耐壓強度增大。油隙尺寸越大，每毫米絕緣強度越低。油浸式變壓器在絕緣結構中不僅要注意材料本身的絕緣性能，還要注意沿零件表面的爬電問題；不但要注意電場強度的分布，也要注意保證油流通暢。2.4 器身絕緣（變壓器的絕緣系統）：線圈間主絕緣：對鐵軛絕緣：對油箱壁和旁柱絕緣：匝間和段間絕緣（縱絕緣）器身絕緣結構圖線圈端部尖角線圈

17、端部不加裝靜電環，線圈端部導線的尖角使電場在尖角處集中，易產生擊穿。2.4.1 靜電環作用線圈端部靜電環圓角加裝靜電環以后，加大了端部電極的半徑，能夠緩和端部電場集中的狀況。圖 均勻電場中變壓器油的擊穿場強與油體積的關系 (a)在工頻電壓下 （b）在沖擊電壓下2.4.2 角環作用在均勻電場和稍不均勻的電場中，變壓器油的耐電強度隨受電壓作用的油隙體積的減小而提高，即變壓器油具有“體積效應”，如上圖所示。在油-隔板絕緣結構中，很多試驗所積累的數據表明（右圖），油隙寬度(d)和擊穿電壓(Ub)之間的關系，從測得結果可以用下列經驗公式描述： Ub=Kd-n小油隙角環作用：將線圈端部到上鐵軛之間的油隙分

18、割為小油隙，以增加耐電強度。線圈端部電位分布示意圖 （夾件結構正面圖）上部夾件側梁定位銷軛鐵綁帶側梁鐵芯柱綁扎拉板側梁定位銷下部夾件（夾件結構平面圖）橫梁線圈托板軛鐵綁帶側梁（變壓器內部結構側面圖）側柱綁扎油道側梁定位銷線圈絕緣壓塊線圈托板軛鐵軛鐵綁帶側粱定位銷2.5 引線 引線是變壓器實現其自身聯結組的途徑，即將作為電路的線圈出頭與相應絕緣等級的變壓器套管和連接在一起。 引線要在最簡便地實現聯結組和連接開關的前提下保證引線有足夠電氣強度和機械強度且滿足引線對引線、引線對各個部件的絕緣距離。 超高壓引線（500kV-800kV)和特高壓引線（800kV以上）均需要成型的出線裝置，我公司一般采用

19、可卸式引線結構。引線500kV引線中性點引線支撐導線夾引線可卸式引線低壓引線三相發電機低壓側引線圖三相發電機高壓側引線圖可卸式引線剖面圖超高壓和特高壓引線出線裝置2.6 油箱 油箱是變壓器保護器身的外殼和盛油的容器，也是裝配變壓器外部結構件的骨架，同時通過變壓器油將器身損耗所產生的熱量以對流和輻射的方式散到大氣中。 油箱按結構又分鐘罩式油箱和桶式油箱，按箱沿連接方式又分為螺栓機械連接結構和箱沿焊死結構。 桶式油箱結構，箱沿位于油箱頂部，大容量變壓器一般采用桶式油箱，該結構能方便油箱屏蔽布置，很好的控制油箱中的漏磁分布。鐘罩式油箱結構，箱沿位于油箱下部，該結構方便器身下箱和引線配置以及變壓器的二

20、次裝配，對與現場組裝變壓器尤為方便。 油箱能夠耐受真空度13Pa和正壓98kPa的機械強度試驗。 油箱能夠滿足變壓器密封試驗時機械強度的要求。 油箱上設有溫度計座、接地板、吊攀等，油箱下部設置供千斤頂頂起變壓器的裝置和水平牽引裝置，真空注油的閥門以及裝有足夠大的事故放油閥。事故放油閥吊軸油箱接地板及連接片千斤頂支架真空注油閥門油箱屏蔽三、 電壓與頻率對產品的影響3.1 電壓對產品的影響 額定電壓是變壓器重要的電氣參數，額定電壓與設備最高電壓Um相對應，例如額定電壓275kV對應的設備最高電壓Um為300kV，額定電壓330kV對應的設備最高電壓Um為362kV。根據Um值的不同，變壓器在瞬變過

21、電壓下的絕緣配合規則是不同的。下表節選了IEC60076-3：2013 中幾種Um值下的絕緣試驗電壓。設備繞組最高電壓Um kV雷電沖擊全波(LI)kV雷電沖擊截波(LIC) kV操作沖擊(SI) kV線端交流外施耐壓(AV)(LTAC) kV1235506054602301455506054602306507155402751706507155402757508256203252458509357003609501045750395105011558504603009501045750395105011558504603621050115585046011751290950510420117

22、51290950510130014301050570142515701175630550130014301050570142515701175630155017051300680167518451390- 根據上表，設備最高電壓Um為300kV和設備最高電壓Um為362kV的兩臺變壓器可以采用相同絕緣水平，也可以采用不同的絕緣水平。當采用相同絕緣水平時，變壓器可以采用相同的絕緣結構，僅是變壓器繞組的額定電流（相同容量）和匝數相應變化，對變壓器主材成本影響很小。 當采用不同絕緣水平時，變壓器需采用不同的絕緣結構，對變壓器主材具有一定影響，絕緣水平高的變壓器主材成本高。 額定電壓還影響著組件的選取

23、。開關、套管等帶電載流組件要按其對應的絕緣水平和通過電流進行選取。例如相同容量的變壓器，額定電壓275kV的變壓器電流大于額定電壓330kV的變壓器，而一般情況下，額定電壓275kV的變壓器絕緣水平低于額定電壓330kV的變壓器。額定電壓可能還會對有載開關的級電壓和級容量的選取有一定影響。 以上均是對獨立繞組變壓器而言，如果是自耦變壓器，除了上述影響，額定電壓還影響其效益系數。例如電壓比為330/110/35kV和275/132/35kV的兩臺變壓器除了絕緣水平的差異外，效益系數也不相同，對變壓器空載損耗，負載損耗以及主材成本都有著較大的影響。效益系數小的變壓器空載損耗和負載損耗較低，主材成本

24、也較低。 效益系數=(U1-U2)/U1 。3.2 頻率對產品的影響 額定頻率是變壓器設計非常重要的電氣參數，對變壓器性能有著重要影響。例如對變壓器的空載損耗，負載損耗，短路阻抗都有著顯著的影響。根據電磁感應定律：U=4.44fBSWU:相電壓 Vf:電源頻率 HzB:鐵心中磁感應強度（也稱磁密） TS:鐵心截面積 W:線圈匝數我們可以看出在電壓一定的前提下，電源頻率與鐵心中磁感應強度，鐵心截面積，線圈匝數成反比。下面已以一臺按50Hz設計的變壓器在60Hz下運行來說明50Hz變壓器和60Hz變壓器的區別：空載電流空載電流正比與變壓器的頻率和磁密的平方，即I0fB2。由于運行在60Hz下的變壓

25、器磁密B比運行在50Hz下的變壓器磁密小1.2倍。所以運行在60Hz下的空載電流比運行在50Hz下小。空載損耗空載損耗主要與變壓器鐵心結構，鐵心質量，運行磁密下的硅鋼片單位損耗相關。在變壓器結構確定的前提下，運行在60Hz下的變壓器磁密比運行在50Hz下的變壓器磁密小1.2倍。 變壓器的頻率同時影響硅鋼片的單位損耗，在相同磁密下，隨著運行頻率的增加單位損耗也增加，見下圖，50Hz和60Hz單位損耗曲線。 通過查找不同磁密和頻率下單位損耗曲線，發現磁密下降導致硅鋼片的單位損耗下降較頻率導致硅鋼片的單位損耗升高要快，變壓器硅鋼片的單位損耗在60Hz下約是在50Hz下的0.88倍。因此運行在60Hz下的變壓器空載損耗是運行在50Hz下的0.88倍。負載損耗負載損耗主要由導體電阻損耗、渦流損耗和結構件雜散損耗組成。電阻損耗和頻率無關。渦流損耗、結構件雜散損耗與頻率的平方成正比，運