一、概述

1. 變壓器的定義及工作原理

變壓器是借助于電磁感應(yīng)原理，以相同的頻率，在兩個(gè)或更多的繞組之間，變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。

2. 變壓器用途及分類（如下圖）

（1）輸送距離：1km/kV

（2）變壓器總?cè)萘浚杭s為發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的8~10倍。

3. 基本技術(shù)參數(shù)

（1）型號(hào)：

（2）額定容量：三繞組容量分配比如：100/100/100或100/100/50；

（3）電壓組合：如：（110±8×1.25%）/（38.5±2×2.5%）/10kV

（4）連接組標(biāo)號(hào)：如：YN yn d11 D Z；

（5）額定頻率：如50或60Hz；

（6）空載電流：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許偏差：＋30%；

（7）空載損耗：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許偏差：＋15%；

（8）負(fù)載損耗：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許偏差：＋15%；但總損耗不得超過＋10%；

（9）短路阻抗：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許偏差：主分接：阻抗≥10%時(shí) ±7.5%；阻抗＜10%時(shí) ±10%；其他分接：阻抗≥10%時(shí) ±10%；阻抗＜10%時(shí) ±15%；

（10）絕緣水平：有全絕緣及分級(jí)絕緣之分；特別注意中性點(diǎn)絕緣水平；

（11）冷卻方式：ONAN；ONAF；OFAF；ODAF；OFWF；ODWF；

（12）套管電流互感器要求：

（13）套管要求：如：泄漏比距（如：3.0cm/kV等）、拉力、防污、排列方式等；

（14）開關(guān)要求：

（15）噪聲要求：如65dB（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量距離：ONAN為0.3m；ONAF或OFAF為2m）；

（16）局放要求：如500pC（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量電壓：1.5Um 5min；1.732Um ；5s 1.5Um 30min）；

（17）小車及軌距的要求：

（18）外形尺寸及運(yùn)輸尺寸；重量及運(yùn)輸重量的要求：

（19）其他要求。

二、鐵心設(shè)計(jì)及計(jì)算

1．鐵心的作用： 變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的，磁路是電能轉(zhuǎn)換的媒介，由于鐵心是采用導(dǎo)磁率較高的硅鋼片疊積而成，只要通入較小的勵(lì)磁電流，就能得到所需要的磁通。

2．鐵心的材料： 常用冷軋硅鋼片的牌號(hào)及疊片系數(shù)如下表。由于硅鋼片表面已有附著性較好的絕緣薄膜，故可不涂漆。疊片系數(shù)取決于絕緣膜厚度、波浪度、同板差及毛刺的大小。

3．鐵心截面形狀： 鐵心柱截面形狀為圓內(nèi)接階梯形，鐵心直徑φ70φ1600的級(jí)數(shù)為626級(jí)（1/4圓內(nèi)）。當(dāng)鐵心直徑為φ70φ395時(shí)，鐵軛截面形狀與鐵心柱截面形狀相同；當(dāng)鐵心直徑φ340φ1600時(shí)鐵軛截面形狀為D形。

4. 鐵心直徑： D0=KD Pzh0.25

式中：KD—直徑經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，冷軋硅鋼片，銅導(dǎo)線KD=52~57

Pzh—每柱容量（kVA）

5．磁通密度選擇原則：

鐵心磁密一般熱軋硅鋼片取1.41.47T；冷軋硅鋼片取1.61.75T

6. 空載損耗：

變壓器在空載時(shí)測得的損耗，空載損耗主要包含鐵心硅鋼片中磁滯損耗（與頻率成正比）和渦流損耗（與頻率平方成正比）等。

7. 空載電流：

變壓器在空載時(shí)測得的電流，空載電流中主要是勵(lì)磁電流無功分量（與頻率成正比）和空載損耗產(chǎn)生的有功分量。

8. 影響空載性能的因素

8.1 鐵心材質(zhì)：熱軋比冷軋硅鋼片空載損耗及電流大；硅鋼片每片厚度愈厚，空載損耗及電流也愈大，但太薄又會(huì)增加工藝附加系數(shù)；一般采用每片厚度為0.23、0.27、0.3mm；

8.2 鐵心磁密：鐵心磁密選過高，空載損耗及空載電流均會(huì)增加。

8.3 疊片形式：每疊片數(shù)多，空載損耗及空載電流均會(huì)增加，一般采用2片一疊。

8.4 接縫形式：有取向冷軋硅鋼片，一般采用全斜接縫，如采用半直半斜接縫時(shí)，每增加一個(gè)直接縫會(huì)使空載損耗增加3.5%左右；

8.5 毛刺大小：毛刺大，空載損耗及空載電流均會(huì)增加，一般≤0.03mm；

8.6 夾緊方式：采用穿心螺桿比用粘帶及綁扎帶綁扎，空載損耗及空載電流增加。

8.7 制造工藝：如剪切、搬運(yùn)、摔打均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從而使空載損耗及空載電流增加；

8.8 清潔程度：保持鐵心清潔無灰塵、無異物，否則也會(huì)使空載損耗及空載電流增加。

三、繞組設(shè)計(jì)及計(jì)算

1. 導(dǎo)線材質(zhì)： 變壓器繞組的導(dǎo)線常采用電解銅或無氧銅桿（電阻率約低1%~1.5%）拉制的圓銅線及銅扁線制成縮醛漆包線、紙包線、組合導(dǎo)線及換位導(dǎo)線。也曾用過鋁導(dǎo)線，但由于鋁導(dǎo)線電阻率較高、機(jī)械強(qiáng)度較差、焊接較困難現(xiàn)已很少采用。

2. 繞組形式： 圓筒式（層式）：單層、雙層、多層圓筒式及分段圓筒式。常用于中小型的高壓或低壓繞組。

螺旋式：單、單半、雙、雙半、四、四半螺旋式；常用于中大型的低壓繞組。

連續(xù)式：常用于中大型的高壓及低壓繞組。

糾結(jié)式：常用于66kV及以上大型的高壓繞組。

內(nèi)屏式：常用于66kV及以上大型的高壓繞組。

3. 繞組排列： 雙繞組：高—低排列。三繞組：降壓變壓器為高—中—低；升壓變壓器為高—低—中排列。

4. 電壓比偏差：

額定電壓比是一個(gè)繞組的額定電壓與另一個(gè)具有較低或相等額定電壓繞組的額定電壓之比。

電壓比（變比或匝比）的偏差是產(chǎn)品的實(shí)測的空載電壓比與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓比之差，常以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓比的百分?jǐn)?shù)表示。國家標(biāo)準(zhǔn)GB1094.1規(guī)定的空載電壓比允許偏差，如表所示。為考慮制造和測量的偏差，在計(jì)算時(shí)，一般不應(yīng)超過下表中規(guī)定的允許偏差值的一半，即空載電壓比允許偏差的計(jì)算值，常取V%≤±0.25%

當(dāng)高壓繞組電壓較低，且容量較大的產(chǎn)品，電壓比（特別是分接電壓比）的允許偏差，如達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)要及時(shí)與用戶協(xié)商。

注：對(duì)某些自耦變壓器和增壓變壓器，因其阻抗很小，則應(yīng)有更大的偏差。高壓及中壓各分接位置的電壓比的計(jì)算偏差（V%），分別按下式計(jì)算：

式中：et—每匝電勢（V）；et=U2/W2

  W2—低壓繞組的每相匝數(shù)；

  U2—低壓繞組的相電壓（v）

  W—高壓或中壓繞組各分接位置的每相匝數(shù)；

  U—高壓或中壓繞組各分接位置的相電壓（v）。

5．電流密度選擇原則：

繞組導(dǎo)線的電流密度是根據(jù)負(fù)載損耗（Pk）；長期工作電流的溫升；突發(fā)短路的溫升；承受突發(fā)短路時(shí)的電動(dòng)力（機(jī)械力）；經(jīng)濟(jì)性等來選擇。銅導(dǎo)線電流密度一般選3.0A/mm2左右。

6．主縱絕緣選擇：主要考慮承受電壓：

長期工作電壓；感應(yīng)試驗(yàn)電壓；短時(shí)工頻耐受電壓；沖擊耐受電壓（全被、截波、操作波）等。

7．負(fù)載損耗

7.1 繞組導(dǎo)線的電阻損耗：I2R注意應(yīng)換算到參考溫度（一般為75C）。

7.2 繞組導(dǎo)線的渦流損耗：由于漏磁通穿過導(dǎo)線而產(chǎn)生渦流，造成渦流損耗，它與頻率及垂直于漏磁的導(dǎo)線厚度等的平方成正比，常以占電阻損耗的百分?jǐn)?shù)表示。注意：三繞組變壓器在計(jì)算外－內(nèi)（一般為高－低壓）繞組的負(fù)載損耗時(shí)，這時(shí)中間（一般為中壓）繞組，雖然沒有電流通過，但它處于漏磁場最大的位置，故需另加上中間（一般為中壓）繞組的3倍渦流損耗。

7.3繞組損耗的環(huán)流損耗：導(dǎo)線在漏磁場中所處的位置不一樣，或?qū)Ь€的長度不一樣，而又換位不完全，導(dǎo)線間產(chǎn)生環(huán)流，造成環(huán)流損耗，常以占電阻損耗的百分?jǐn)?shù)表示。

7.4引線的損耗：包含引線的電阻損耗及附加損耗（渦流損耗）。

7.5雜散的損耗：漏磁通穿過夾件、拉板、油箱等鋼鐵零件而產(chǎn)生渦流，從而造成雜散損耗。

8．繞組在電氣方面常發(fā)生的故障

8.1三相電阻不平衡：由于材質(zhì)、焊接、結(jié)構(gòu)（B相引線較短）會(huì)造成三相電阻不平衡，注意，引線配制和焊接質(zhì)量，使三相電阻不平衡率，一般不超過2%。

8.2匝間短路：由于導(dǎo)線的毛刺或換位不當(dāng)，而損傷匝絕緣，造成匝間短路。應(yīng)將墊塊去毛刺、加強(qiáng)制造工藝。

8.3感應(yīng)或沖擊擊穿：由于材質(zhì)、設(shè)計(jì)、工藝等原因，造成匝間、段間、層間擊穿。選擇合理的絕緣結(jié)構(gòu)（如高電壓的繞組采用分部電容補(bǔ)償?shù)龋＜訌?qiáng)制造工藝，注意清潔度。

8.4對(duì)地放電：由于材質(zhì)、設(shè)計(jì)、工藝等原因，造成高壓繞組間或?qū)Φ胤烹姟＿x擇合理的絕緣結(jié)構(gòu)（如采用薄紙筒小油隙及角環(huán)結(jié)構(gòu)），采用靜電板改善端部電場等。加強(qiáng)制造工藝，注意清潔度。

9．提高繞組機(jī)械強(qiáng)度的措施

9.1繞組導(dǎo)線：一般采用機(jī)械強(qiáng)度較好的半硬銅導(dǎo)線。換位導(dǎo)線宜用粘性換位導(dǎo)線（其抗彎強(qiáng)度為普通換位導(dǎo)線的3倍以上）。

9.2安匝平衡：高低壓繞組要盡量做到安匝平衡，對(duì)中大型變壓器不平衡安匝一般不超過5%。

9.3卷緊：注意計(jì)算及制造公差。

9.4壓緊：墊塊密化；繞組壓緊力一般為2.5MPa；最好采用恒壓或帶壓干燥和整體套裝。

9.5撐緊：低壓繞組內(nèi)部加副撐條，所有繞組均卷在硬紙筒上。

四、油箱設(shè)計(jì)

1．油箱的作用：作為油的容器和保護(hù)器身用。

2．油箱型式：桶式、鐘罩式（平頂、拱頂、梯形頂）。

3．油箱結(jié)構(gòu)

3.1油箱結(jié)構(gòu)尺寸（容量≤6300kVA）

3.2油箱強(qiáng)度：油箱要承受國標(biāo)GB6451-95規(guī)定的正壓及真空強(qiáng)度試驗(yàn)。考慮變壓器電氣絕緣要求，

當(dāng)電壓≥66kV油箱強(qiáng)度按全真空設(shè)計(jì)。

3.3油箱加強(qiáng)鐵：

3.4 油箱吊拌：油箱吊總重的吊拌有的在上節(jié)油箱上，有的在下節(jié)油箱上，布置要對(duì)稱，但還要考慮吊起時(shí)，不能碰套管及儲(chǔ)油柜。上油箱上還焊有吊上節(jié)油箱的吊拌，它兼翻轉(zhuǎn)上節(jié)油箱用。

3.5 油箱屏蔽：為了減少油箱的損耗和局部過熱，油箱上常放置用硅鋼片制成板式或卷式的磁屏蔽或用銅（鋁）板制成的電磁屏蔽。對(duì)于大電流引線附近或大電流套管升高座的鋼鐵件常用低導(dǎo)磁鋼板制成。

3.6 油箱整潔“油箱內(nèi)部要清潔、無焊渣、尖角、毛刺，因在這種低電位處會(huì)產(chǎn)生高電場強(qiáng)度，從而造成電暈和局部放電，甚至擊穿，油箱內(nèi)表面涂有耐變壓器油的漆，漆膜要牢固不得脫落。

3.7 油箱外觀：油箱外部要緊湊美觀，外表面涂有防潮、防銹、防腐、防紫外線的漆，漆膜要牢固。如濕熱帶地區(qū)、沿海地區(qū)、重污染地區(qū)及有特殊要求的地區(qū)，需涂三防漆（防潮、防霉、防鹽霧）。

4．防止?jié)B漏油的措施

4.1 密封材料：耐油丁腈橡膠1-J8，其壓縮量在25～30%時(shí)，密封性能最佳。

4.2 鋼性連接：箱沿密封處，采用鋼性連接，箱沿上焊有護(hù)框(大型用14×14方剛)，螺栓中心距約100mm。為防止箱沿變形而滲漏油，下箱沿厚度應(yīng)與上箱沿厚度基本一致。

4.3 密封面處理：油箱密封面要平整，最好無漆。

4.4 密封法蘭：所有法蘭，采用盲孔（半孔），以防內(nèi)漏。密封面需加工槽口。

4.5 T形拼焊：箱壁如要拼焊時(shí)，不能有十字交叉焊線，宜采用T行焊線。

4.6 焊線外露：油箱加強(qiáng)鐵等外部件不要覆蓋焊線，以免油箱試漏時(shí)，觀察不到。

4.7 承重處加強(qiáng)：油箱上的吊拌、千斤頂支架等承重件附近的箱壁、箱沿及密封面處需加強(qiáng)。