保变孙总电力变压器的结构与设计(讲义)

电力变压器的结构与设计（讲义）

1变压器的基本结构与分类 1.1变压器的基本结构

变压器是一种改变交流电源的电压、电流而不改变频率的（静止）电气设备。它在相同频率下，通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为至少另一个系统的交流电压和电流并借以传送电能。因此，变压器通常应具有至少两个匝数（即额定电压）不相同的绕组，并且分别连接到交流电压值不相同的至少两个系统上。

变压器是一种通过电磁感应而工作的交流电气设备，因此，它必须具有作为磁路的铁心；必须具有至少两个通常匝数（即额定电压）不相同的绕组；由于绕组之间及其对地存在电位差，因而它必须具有相应的绝缘系统等。这就是说，铁心、绕组、绝缘系统这三个基本部分，是任何变压器都不可缺少的组成部分。

此外，为了将作为电路的绕组出头引至外部，就需要相应绝缘等级的变压器套管；为了使变压器可以根据需要而改变绕组的匝数，就需要分接开关；为了监视变压器在运行中的温度以及根据温度适时变更变压器的冷却状态，需要有测量温度（甚至测量绕组温度）的测温元件，并且应用测量的温度来控制冷却系统的不同运行方式（如果有）或报警；为了变压器的安全运行，还需要其他一些必要的测量与保护器件等。

对于油浸式变压器而言，需要作为冷却介质的变压器油以及作为盛油容器的油箱，并在油箱上安装所需的附件及冷却系统。为了调节变压器油在运行中由于温度变化而引起的体积变化，就需要储油柜。一些有载调压变压器，还装设了在线的有载开关滤油装置；一些油浸式变压器，还装设了在线的灭火装置、油中气体分析装置、局部放电监测装置等。

在油浸式变压器中，变压器油除了作为冷却介质外，它也是一种良好的绝缘材料。 毫不夸张地说，交流电得到广泛应用得益于变压器。因此，变压器在现代人类社会中得到了广泛的应用。 1.2变压器的分类

变压器的分类有多种方法：按照用途不同可以分为电力用变压器、工业用变压器以及其他特种用途的变压器；按照变压器绕组与铁心的冷却介质不同可以分为油浸式变压器与干式变压器；按变压器铁心结构型式的不同可以分为心式变压器与壳式变压器；按照变压器调压方式的不同可以分为无励磁调压变压器与有载调压变压器；按照一台变压器中的绕

组相数不同可以分为三相变压器与单相变压器；按照变压器不同电压等级的绕组数量不同可以分为双绕组变压器与多绕组变压器；按照变压器不同电压等级的绕组之间是否具有公共部分，可以分为独立绕组变压器与自耦变压器等。 2电力用变压器的基本特点与基本结构

电力用变压器是指在电力系统中使用的各类变压器，它包括发电厂使用的、输电系统使用的、配电系统使用的各种类型的变压器。 2.1发电厂用变压器基本特点与基本结构

一般而言，发电厂使用的变压器有三种，即发电机变压器（电厂通常称为主变压器），发电厂自用电变压器（厂用电变压器）与发电厂自用电备用变压器（高压厂用变压器）。

发电机变压器通常为独立绕组的双绕组变压器，只是在少数电厂在采用两机一变的情况下才使用低压绕组双分裂的双绕组变压器（例如天生桥水电站等）。毫无例外的是：发电机变压器的高压侧电压为所连接系统的电压，低压侧电压为发电机的额定电压。

大多数发电机变压器的高压绕组采用无励磁调压方式，只有极少数发电机变压器采用有载调压方式，但也有少数发电机变压器不采用任何调压方式。本资料的第4.5节中还将简单涉及变压器具有调压装置的一些基本问题。

大型发电机变压器既有三相变压器，也有由单相变压器组成的三相变压器组。一般而言，300MW左右及以下的发电机均采用三相变压器；500MW及以上的发电机既有采用三相变压器的，也有采用三相变压器组的，但大多数用户选择由单相变压器组成三相变压器组的方式（见附录A）。在2.3节中，还将述及三相变压器与单相变压器的特点。

大型发电机变压器的绕组多采用强迫油循环导向冷却方式，并采用低噪声风冷却器作为变压器的冷却元件。随着片式散热器与风机制造技术的进步，为了减少对冷却系统的维护工作量，也有少量大型发电机变压器采用片式散热器与风机作为冷却元件。只有一些大型水力发电厂，才采用水冷却器作为变压器的冷却元件。

发电机变压器不仅负荷率高，而且低压侧电流大。防止大电流引线可能引起附近结构件的局部过热，在大型发电机变压器设计中必须足够重视。此外，大型发电机变压器的高压侧出线多采用气体绝缘系统（GIS)与输电系统相连接；低压侧出线几乎无例外的采用离相式封闭母线与发电机相连接，这些因素也构成了发电机变压器的设计特点。

发电厂自用电变压器大多数用户采用低压绕组双分裂的双绕组变压器，它的高压侧为发电机的额定电压，低压侧的电压通常为6.3kV。一般，它的高压绕组具有无励磁调压分接开关（也有极少数采用有载分接开关），为了降低变压器低压侧的系统遮断容量等因数，低压绕组通常采用双分裂式结构并为电厂的电气设备提供了两路独立的电源。

双分裂的两个低压绕组在铁心柱上既可以采用轴向布置的所谓轴向分裂式结构，也可以采用幅向布置的幅向分裂式结构。根据我们的实践经验，低压绕组轴向布置的轴向双分裂式结构的分裂变压器要比幅向分裂式结构的制造成本低，但其承受短路的能力往往要比幅向分裂式结构更加难以保证（见2.4节）。因此，为了提高变压器的可靠性，我们工厂多年来一直采用幅向双分裂式结构来制造这种变压器。

发电厂还有一种变压器称为厂用电备用变压器，它是高压侧接入输电系统、低压绕组额定电压通常为6.3kV、低压绕组双分裂的双绕组变压器。由于它的高压绕组通常要求采用有载调压方式，如果采用心式结构来制作这种变压器，我们一般仍然采用轴向双分裂式结构。为了提高此类变压器承受短路的能力，我们也设计、制造过几台低压绕组幅向双分裂的有载调压心式变压器。但由于结构相当复杂，麻烦的制造工艺使其没有普遍推广。

此外，一些用户出于对心式结构轴向双分裂的厂用电备用变压器承受短路能力的担心，他们就采用两台有载调压双绕组变压器作为发电厂自用电备用变压器。

关于双分裂变压器的问题，还将在2.4接中进一步介绍。 2.2 电力系统用变压器的基本特点与基本结构

国家标准规定了我国交流电力系统的若干额定电压等级，例如110kV、220kV、500kV、1000kV。西北地区还有330kV、750kV等。在额定电压110kV及以下的电力系统中一般都采用独立绕组变压器，既有双绕组变压器，也有三绕组变压器；既有无励磁调压变压器，也有有载调压变压器。在额定电压330kV及以上电力系统中使用的变压器，几乎都是自耦变压器，绝大多数采用有载调压方式，仅少数采用无励磁调压方式。而在额定电压220kV的电力系统中，既有独立绕组变压器，也有自耦变压器，既有双绕组变压器，也有三绕组变压器；既有无励磁调压变压器，也有有载调压变压器。

所谓独立绕组变压器，是指绕组之间无公共部分的变压器；所谓自耦变压器则是至少有两个绕组具有公共部分的变压器。换句话说，独立绕组变压器的绕组之间无电的连接，

而自耦变压器则是至少有两个绕组之间有电的连接。

系统用变压器的高-低压侧引出线，几乎无例外的采用油-空气套管与输电系统连接。变压器内部的冷却介质（变压器油）大部分采用强迫油循环导向流动的冷却方式，容量较小的变压器采用油自然循环的冷却方式；变压器外部的冷却介质几乎无例外的为 …… 此处隐藏：15629字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……