油浸式電力變壓器的組成構造

時間：2023-09-01 09:09:43     來源：www.bdhuanzheng.com     作者：     瀏覽次數：118次

三相油浸式變壓器的核心部份是由閉合鐵芯和套在鐵芯柱上的繞組組成。此外，還有油箱、儲油柜、套管、呼吸器、防爆管、散熱器、分接開關、瓦斯繼電器、溫度計、凈油器等。

(1) 鐵芯

鐵芯是變壓器的磁路部分。為了減小鐵芯中的磁滯與渦流損耗，鐵芯由0.35mm～0.5mm厚的硅鋼片疊成，硅鋼片表面涂有絕緣漆或利用表面氧化膜使片間彼此絕緣。依照繞組在鐵芯中的布置方式，有鐵芯式和鐵殼式之分。三相變壓器的鐵芯中直立部分叫鐵芯柱，在柱上套著變壓器的低壓繞組和高壓繞組；水平部分叫鐵軛，用來構成閉合磁路。

在大容量的變壓器中，為使鐵芯損耗發出的熱量能夠被絕緣油在循環時充分帶走，以達到良好的冷卻效果，常在鐵芯中設有冷卻油道。

(2) 繞組

繞組又叫線圈，是變壓器的電路部分，分為原、副兩種繞組。其中與電源連接的繞組叫原繞組，與負載連接的繞組叫副繞組。原、副繞組都是用包有高強度絕緣物的銅線或鋁線繞成的。

三相變壓器的每一相原、副繞組都制成圓筒形套在同一鐵芯柱上，匝數少的低壓繞組套在里面靠近鐵芯，匝數多的高壓繞組套在低壓繞組的外面。這樣放置是因為低壓繞組對鐵芯絕緣比較容易。低壓繞組和鐵芯之間及高壓繞組和低壓繞組之間都用絕緣材料做成的套筒隔離，把它們可靠地絕緣起來。為了便于散熱，在高、低繞組之間留有一定的間隙作為油道，使變壓器油能夠流通。

變壓器繞組主要故障是匝間短路和對外殼短路。匝間短路主要是由于絕緣老化，或由于變壓器的過負荷以及穿越性短路時絕緣受到機械的損傷而產生的。變壓器內的油面下降，致使繞組露出油面時，也能發生匝間短路；另外有穿越短路時，由于過電流作用使繞組變形，使絕緣受到機械損傷，也會產生匝間短路。

匝間短路時，短路繞組內電流可能超過額定值，但整個繞組電流可能未超過額定值。在這種情況下，瓦斯保護動作，情況嚴重時，差動保護裝置也會動作。

對外殼短路的原因也是由于絕緣老化或油受潮、油面下降，或因雷電和操作過電壓而產生的。除此以外，在發生穿越短路時，因過電流而使繞組變形，也會產生對外殼短路的現象。對外殼短路時，一般都是瓦斯保護裝置動作和接地保護動作。

(3) 油箱

油箱是變壓器的外殼，鐵芯、繞組都裝在里面，并充滿變壓器油。對于容量比較大的變壓器，在油箱外面裝有散熱片或散熱管。漏油是油箱常見的問題。

變壓器油是一種絕緣性能良好的礦物油，它有兩個作用：

一是絕緣作用，變壓器油的絕緣性能比空氣好，繞組浸在油里可以提高各處絕緣性能，并且避免和空氣接觸，預防繞組受潮；

二是散熱作用，利用油的對流，把鐵芯和繞組產生的熱量通過箱壁和散熱管散發到外面。變壓器油以它的凝固點不同分為10號、25號、45號三種規格，它們的凝固點分別為－10℃、－25℃、－45℃，一般根據當地氣候條件予以選用。

(4) 儲油柜（油枕）

儲油柜俗稱油枕，為一圓筒行容器，橫放于油箱上方，用管道與變壓器的油箱連接，儲油柜的體積一般為油箱體積的10%左右。該儲油柜為膠囊式儲油柜，膠囊將儲油柜內的油與外界空氣隔絕開。當變壓器油熱脹時，油由油箱流向儲油柜；當變壓器油冷縮時，油由儲油柜流向油箱。儲油柜有兩個作用：一是當變壓器油的體積隨著油溫的變化而膨脹或縮小時，儲油柜起儲油和補油的作用，保證油箱內充滿油及鐵芯和繞組浸在油內；二是可以減小油面與空氣的接觸面積，防止變壓器油受潮和變質。

儲油柜的油位顯示采用連桿式鐵磁油位計，以觀測油面的高低，當由于滲漏等原因造成油量不足時，應及時注油加以補充。油位計上刻有油溫在－30℃、＋20℃和＋40℃時的油面高度標準線，作為裝油的標準。油位標上＋40℃表示安裝地點變壓器在環境最高溫度為＋40℃時滿載運行中油位的最高限額線，油位不得超過此線；＋20℃表示年平均溫度為＋20℃時滿載運行時的油位高度；－30℃表示環境為－30℃時空載變壓器的最低油位線，不得低于此線，若油位過低，應加油。油枕上裝有呼吸孔，使油枕上部空間和大氣相通。變壓器油熱脹冷縮時，油枕上部的空氣通過呼吸孔出入，油面可以上升或下降，防止油箱變形或損壞。

(5) 套管

變壓器繞組引出線通過導桿與外電路相連，套管是導桿與箱蓋之間的絕緣體，它起著絕緣和固定導桿的作用。套管有高壓套管和低壓套管兩種。

絕緣套管

變壓器繞組的引出線從箱內穿出油箱引出時必須經過絕緣套管，以使帶電的引線絕緣。絕緣套管主要由中心導電桿和磁套組成。導電桿在油箱內的一端與繞組連接，在外面的一端與外線路連接。它是變壓器易出故障的部件。

絕緣套管的結構主要取決于電壓等級。電壓低的一般采用簡單的實心磁套管。電壓較高時，為了加強絕緣能力，在瓷套和導電桿間留有一道充油層，這種套管稱為充油套管。電壓在110kV以上，采用電容式充電套管，簡稱為電容式套管。電容式套管除了在瓷套內腔中充油外，在中心導電桿（空心銅管）與法蘭之間，還有電容式絕緣體包著導電桿，作為法蘭與導電桿之間的主絕緣。

變壓器套管漏油是最常見的故障，套管漏油的原因是套管上部算盤珠狀橡膠密封圈和套管底部橡膠平墊老化引起。

(6) 呼吸器

呼吸器又稱吸濕器，通常由一根管道和玻璃容器組成，內裝干燥劑（硅膠或活性氧化鋁）。當油枕內的空氣隨變壓器油的體積膨脹或縮小時，排出或吸入的空氣都經過呼吸器，呼吸器內的干燥劑吸收空氣中的水分，對空氣起過濾作用，從而保持油的清潔。浸有氯化鈷的硅膠，其顆粒在干燥時是鈷藍色的，但是隨著硅膠吸收水分接近飽和時，粒狀硅膠將轉變成粉白色或紅色，據此可判斷硅膠是否已失效。受潮后的硅膠可通過加熱烘干而再生，當硅膠顆粒的顏色變成鈷藍色時，再生工作就完成了。

(7) 壓力釋放裝置

壓力釋放裝置在保護電力變壓器方面起著重要作用。充有變壓器油電力變壓器中，如果內部出現故障或短路，電弧放電就會在瞬間使油汽化，導致油箱內壓力極快升高。如果不能極快釋放該壓力，油箱就會破裂，將易燃油噴射到很大的區域內，可能引起火災，造成更大破壞，因此必須采取措施防止這種情況發生。壓力釋放裝置有防爆管和壓力釋放器兩種，防爆管用于小型變壓器，壓力釋放器用于大、中型變壓器。

防爆管（又稱噴油管）

防爆管裝于變壓器的頂蓋上，喇叭形的管子與大氣連接，管口有薄膜封住。當變壓器內部有故障時，油溫升高，油劇烈分解產生大量氣體，使油箱內壓力劇增。當油箱內壓力升高至5×104Pa時，防爆管薄膜破碎，油及氣體由管口噴出，防止變壓器的油箱爆炸或變形。

壓力釋放器

壓力釋放器與防爆管相比，具有開啟壓力誤差小、延遲時間短（僅2ms）、控制溫度高、能重復動作使用等優點，故被廣泛應用于大、中型變壓器上。

壓力釋放器也稱減壓器，它裝在變壓器油箱頂蓋上，類似鍋爐的安全閥。當油箱內壓力超過規定值時壓力釋放器密封門（閥門）被頂開，氣體排出，壓力減小后，密封門靠彈簧壓力又自行關閉?？稍趬毫︶尫牌魍度肭盎驒z修時將其拆下來測定和校正其動作壓力。

壓力釋放器動作壓力的調整，必須與氣體繼電器動作流速的整定相協調。

壓力釋放器安裝在油箱蓋上部，一般還接有一段升高管使釋放器的高度等于油枕的高度，以消除正常情況下油壓靜壓差。

(8) 散熱器

散熱器形式有瓦楞性、扇形、圓形、排管等，散熱面積越大，散熱的效果就越好。當變壓器上層油溫與下部油溫有溫差時，通過散熱器形成油的對流，經散熱器冷卻后流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。為提高變壓器冷卻效果，可采用風冷、強迫油風冷和強迫油水冷等措施。散熱器的主要故障是漏油。

(9) 瓦斯氣體繼電器

利用法蘭將瓦斯繼電器安裝在儲油柜與變壓器油箱蓋的連接管之間，運行中瓦斯繼電器充滿油，當變壓器內部發生輕微故障而產生氣泡時，它們會首先聚集在瓦斯繼電器的上部空間，并迫使油面下降，使上開口杯失去浮力自身質量加重，從而反向偏轉，使磁鐵靠近干簧管動作。下接點擋板式原理相同。

(10) 測溫裝置

油面溫升是指變壓器在額定狀態下工作時，油箱中油面溫度允許超出周圍環境溫度的數值。

該主變本體油溫暫設定報警為80℃，跳閘為100℃。

(11) 中性點接地閘刀

我國110kV電力系統中性點接地方式主要采用中性點直接接地方式（包括中性點經小電阻接地方式），即大接地電流系統。因為系統在發生單相接地故障時，接地短路電流很大。

變壓器停送電操作時，其中性點一定要接地。因為該變壓器繞組是半絕緣（又稱分級絕緣）的，即變壓器的繞組近中性點部分的主絕緣，其絕緣水平比繞組端部的絕緣水平低。所以，為防止過電壓損壞變壓器絕緣變壓器停送電操作時，其中性點一定要接地。

(12) 分接開關（又稱切換器）

儲油柜用于有載調壓變壓器時，在儲油柜的底裝一個無膠囊的開關儲油柜。

變壓器調壓方式分有載調壓和無載調壓兩種：

有載調壓是指變壓器在運行中可以調節其分接頭位置，從而改變變壓器變比，以實現調壓目的。

變壓器分接頭一般都從高壓側抽頭，其主要是考慮：

（1）變壓器高壓繞組一般在外側，抽頭引出連接方便；

（2）高壓側電流小些，引出線和分頭開關的載流部分導體截面小些，接觸不良的影響好解決。

原理上，抽頭在哪一側都可以，要進行經濟技術比較，如500kV大型降壓變壓器抽頭是從220kV側抽出的，而500kV側是固定的。

當電壓過低或過高，需要調節有載分接開關幾個分接頭才能達到要求時，需要重點注意的情況：

應一檔一檔地調節，即每按一下N＋1或N－1按鈕，中間停頓1分鐘，待檔位指示器上出現新的數字時，再按一下按鈕。依次重復上面的過程，一直達到最終目標。當電動操作出現連動（即操作一次，會出現調整一個以上分接頭，俗稱滑檔）現象時，應在主變控制屏的檔位指示器上出現第二個分接頭位置后，立即按急停按鈕，并改為手動操作。

(13) 凈油器（又稱溫差過濾器）

凈油器是一個充滿吸附劑（硅膠或活性氧化鋁）的容器，它安裝在變壓器油箱的側壁或強油冷卻器的下部。在變壓器運行時，由于上、下油層之間的溫差，變壓器油從上向下經過凈油器形成對流。油與吸附劑接觸，其中的水分、酸和氧化物等被吸收，使油質清潔，延長油的使用壽命。

■ 油浸式變壓器的油系統

油浸式變壓器有幾個互相隔離的獨立油系統。在油浸式變壓器運行時，這些獨立油系統內的油是互不相通的，油質與運行工況也不相同，要分別做油中含氣色譜分析以判斷有無潛在故障。

(1) 主體內油系統

與繞組周圍的油相通的油系統都是主體內系統，包括冷卻器或散熱器內的油，儲油柜內的油，35kV 及以下注油式套管內油。

注油時必須將這個油系統內存儲的氣體放氣塞放出，一般而言，上述部件都應有各自的放氣塞。主體內油主要起絕緣與冷卻作用。油還可增加絕緣紙或絕緣紙板的電氣強度。在真空注油時，如有些部件不能承受與主體油箱能承受的相同真空強度時，應用臨時閘隔離，如儲油柜與主油箱間的閘閥。冷卻器上潛油泵揚程要夠，以免由于負壓而吸入空氣。這個油系統要有釋壓裝置的保護系統，以排除器身有故障時所產生的壓力。

(2) 有載分接開關切換開關室內的油

這部分油有本身的保護系統，即流動繼電器、儲油柜、壓力釋放閥。這個開關室內的油起絕緣與熄滅電流作用。油會在切換開關切斷負載電流時產生的油中去，這個油系統要良好的密封性能，即使在切換過程中產生電弧壓力也要保護密封性能。

有載分接開關切換開關室內的油雖與主體內油隔離，但在真空注油時，為避免破壞切換開關室的密封，應與主體內油同時真空注油，在真空注油時，使這兩個系統具有相同的真空度，必要時也應將這個系統的儲油柜在抽真空時隔離。為結構上方便，主體的儲油與切換開關室的儲油柜設計成一互相隔離的整體。

(3) 60kV及以上電壓等級的全密封

這個油系統內的主要起絕緣作用，或增加油電容式套管內絕緣紙的電氣強度。在主體內注油時，應將套管端部接線端子密封好，以免進氣。

(4) 高壓出線箱內油、或點氣出線箱內油

三相 500kV 變壓器的高壓出線通過波紋絕緣隔離油系統。這個油系統主要起絕緣作用。

為簡化結構，這個油系統也可通過連管與主體內油系統相聯或設計成單獨的油系統。

(5) 在對油浸式變壓器進行各種絕緣試驗

首先是放氣，通過放氣塞釋放可能存儲的氣體?？赏ㄟ^分析各個系統的油中含氣色譜分析可預判有無潛在故障。每一油系統都要滿足運行的要求，如吸收油膨脹與收縮時油體積的變化，放油用閥門、放氣塞、冷卻器與散熱器與主油箱的隔離閥等。每一油系統具有良好的密封性能，有載分接開關切換開關室內的油應能單獨更換而不放出主體內油，運輸時主體內油可放出而充干燥氮氣。

■ 油浸式變壓器的故障分析

變壓器在運行中常見的故障有繞組、套管和分接開關及鐵芯、油箱及其它附件的故障等。

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