油浸式電力變壓器的組成構(gòu)造

時(shí)間：2023-09-01 09:09:43 來(lái)源：www.bdhuanzheng.com 作者：瀏覽次數(shù)：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(chǔ)油柜、套管、呼吸器、防爆管、散熱器、分接開(kāi)關(guān)、瓦斯繼電器、溫度計(jì)、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(lái)構(gòu)成閉合磁路。

在大容量的變壓器中，為使鐵芯損耗發(fā)出的熱量能夠被絕緣油在循環(huán)時(shí)充分帶走，以達(dá)到良好的冷卻效果，常在鐵芯中設(shè)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(fù)載連接的繞組叫副繞組。原、副繞組都是用包有高強(qiáng)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(shù)少的低壓繞組套在里面靠近鐵芯，匝數(shù)多的高壓繞組套在低壓繞組的外面。這樣放置是因?yàn)榈蛪豪@組對(duì)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(lái)。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(duì)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(guò)負(fù)荷以及穿越性短路時(shí)絕緣受到機(jī)械的損傷而產(chǎn)生的。變壓器內(nèi)的油面下降，致使繞組露出油面時(shí)，也能發(fā)生匝間短路；另外有穿越短路時(shí)，由于過(guò)電流作用使繞組變形，使絕緣受到機(jī)械損傷，也會(huì)產(chǎn)生匝間短路。

匝間短路時(shí)，短路繞組內(nèi)電流可能超過(guò)額定值，但整個(gè)繞組電流可能未超過(guò)額定值。在這種情況下，瓦斯保護(hù)動(dòng)作，情況嚴(yán)重時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置也會(huì)動(dòng)作。

對(duì)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(guò)電壓而產(chǎn)生的。除此以外，在發(fā)生穿越短路時(shí)，因過(guò)電流而使繞組變形，也會(huì)產(chǎn)生對(duì)外殼短路的現(xiàn)象。對(duì)外殼短路時(shí)，一般都是瓦斯保護(hù)裝置動(dòng)作和接地保護(hù)動(dòng)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(duì)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(jiàn)的問(wèn)題。

變壓器油是一種絕緣性能良好的礦物油，它有兩個(gè)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(yù)防繞組受潮；

二是散熱作用，利用油的對(duì)流，把鐵芯和繞組產(chǎn)生的熱量通過(guò)箱壁和散熱管散發(fā)到外面。變壓器油以它的凝固點(diǎn)不同分為10號(hào)、25號(hào)、45號(hào)三種規(guī)格，它們的凝固點(diǎn)分別為－10℃、－25℃、－45℃，一般根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件予以選用。

(4) 儲(chǔ)油柜（油枕）

儲(chǔ)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(chǔ)油柜的體積一般為油箱體積的10%左右。該儲(chǔ)油柜為膠囊式儲(chǔ)油柜，膠囊將儲(chǔ)油柜內(nèi)的油與外界空氣隔絕開(kāi)。當(dāng)變壓器油熱脹時(shí)，油由油箱流向儲(chǔ)油柜；當(dāng)變壓器油冷縮時(shí)，油由儲(chǔ)油柜流向油箱。儲(chǔ)油柜有兩個(gè)作用：一是當(dāng)變壓器油的體積隨著油溫的變化而膨脹或縮小時(shí)，儲(chǔ)油柜起儲(chǔ)油和補(bǔ)油的作用，保證油箱內(nèi)充滿油及鐵芯和繞組浸在油內(nèi)；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(zhì)。

儲(chǔ)油柜的油位顯示采用連桿式鐵磁油位計(jì)，以觀測(cè)油面的高低，當(dāng)由于滲漏等原因造成油量不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)注油加以補(bǔ)充。油位計(jì)上刻有油溫在－30℃、＋20℃和＋40℃時(shí)的油面高度標(biāo)準(zhǔn)線，作為裝油的標(biāo)準(zhǔn)。油位標(biāo)上＋40℃表示安裝地點(diǎn)變壓器在環(huán)境最高溫度為＋40℃時(shí)滿載運(yùn)行中油位的最高限額線，油位不得超過(guò)此線；＋20℃表示年平均溫度為＋20℃時(shí)滿載運(yùn)行時(shí)的油位高度；－30℃表示環(huán)境為－30℃時(shí)空載變壓器的最低油位線，不得低于此線，若油位過(guò)低，應(yīng)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(shí)，油枕上部的空氣通過(guò)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(guò)導(dǎo)桿與外電路相連，套管是導(dǎo)桿與箱蓋之間的絕緣體，它起著絕緣和固定導(dǎo)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(nèi)穿出油箱引出時(shí)必須經(jīng)過(guò)絕緣套管，以使帶電的引線絕緣。絕緣套管主要由中心導(dǎo)電桿和磁套組成。導(dǎo)電桿在油箱內(nèi)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(jié)構(gòu)主要取決于電壓等級(jí)。電壓低的一般采用簡(jiǎn)單的實(shí)心磁套管。電壓較高時(shí)，為了加強(qiáng)絕緣能力，在瓷套和導(dǎo)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(jiǎn)稱為電容式套管。電容式套管除了在瓷套內(nèi)腔中充油外，在中心導(dǎo)電桿（空心銅管）與法蘭之間，還有電容式絕緣體包著導(dǎo)電桿，作為法蘭與導(dǎo)電桿之間的主絕緣。

變壓器套管漏油是最常見(jiàn)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(nèi)裝干燥劑（硅膠或活性氧化鋁）。當(dāng)油枕內(nèi)的空氣隨變壓器油的體積膨脹或縮小時(shí)，排出或吸入的空氣都經(jīng)過(guò)呼吸器，呼吸器內(nèi)的干燥劑吸收空氣中的水分，對(duì)空氣起過(guò)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(shí)是鈷藍(lán)色的，但是隨著硅膠吸收水分接近飽和時(shí)，粒狀硅膠將轉(zhuǎn)變成粉白色或紅色，據(jù)此可判斷硅膠是否已失效。受潮后的硅膠可通過(guò)加熱烘干而再生，當(dāng)硅膠顆粒的顏色變成鈷藍(lán)色時(shí)，再生工作就完成了。

(7) 壓力釋放裝置

壓力釋放裝置在保護(hù)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(nèi)部出現(xiàn)故障或短路，電弧放電就會(huì)在瞬間使油汽化，導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力極快升高。如果不能極快釋放該壓力，油箱就會(huì)破裂，將易燃油噴射到很大的區(qū)域內(nèi)，可能引起火災(zāi)，造成更大破壞，因此必須采取措施防止這種情況發(fā)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(dāng)變壓器內(nèi)部有故障時(shí)，油溫升高，油劇烈分解產(chǎn)生大量氣體，使油箱內(nèi)壓力劇增。當(dāng)油箱內(nèi)壓力升高至5×104Pa時(shí)，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(kāi)啟壓力誤差小、延遲時(shí)間短（僅2ms）、控制溫度高、能重復(fù)動(dòng)作使用等優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)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(dāng)油箱內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)壓力釋放器密封門（閥門）被頂開(kāi)，氣體排出，壓力減小后，密封門靠彈簧壓力又自行關(guān)閉。可在壓力釋放器投入前或檢修時(shí)將其拆下來(lái)測(cè)定和校正其動(dòng)作壓力。

壓力釋放器動(dòng)作壓力的調(diào)整，必須與氣體繼電器動(dòng)作流速的整定相協(xié)調(diào)。

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(dāng)變壓器上層油溫與下部油溫有溫差時(shí)，通過(guò)散熱器形成油的對(duì)流，經(jīng)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(fēng)冷、強(qiáng)迫油風(fēng)冷和強(qiáng)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(chǔ)油柜與變壓器油箱蓋的連接管之間，運(yùn)行中瓦斯繼電器充滿油，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障而產(chǎn)生氣泡時(shí)，它們會(huì)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(kāi)口杯失去浮力自身質(zhì)量加重，從而反向偏轉(zhuǎn)，使磁鐵靠近干簧管動(dòng)作。下接點(diǎn)擋板式原理相同。

(10) 測(cè)溫裝置

油面溫升是指變壓器在額定狀態(tài)下工作時(shí)，油箱中油面溫度允許超出周圍環(huán)境溫度的數(shù)值。

該主變本體油溫暫設(shè)定報(bào)警為80℃，跳閘為100℃。

(11) 中性點(diǎn)接地閘刀

我國(guó)110kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要采用中性點(diǎn)直接接地方式（包括中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式），即大接地電流系統(tǒng)。因?yàn)橄到y(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地短路電流很大。

變壓器停送電操作時(shí)，其中性點(diǎn)一定要接地。因?yàn)樵撟儔浩骼@組是半絕緣（又稱分級(jí)絕緣）的，即變壓器的繞組近中性點(diǎn)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(guò)電壓損壞變壓器絕緣變壓器停送電操作時(shí)，其中性點(diǎn)一定要接地。

(12) 分接開(kāi)關(guān)（又稱切換器）

儲(chǔ)油柜用于有載調(diào)壓變壓器時(shí)，在儲(chǔ)油柜的底裝一個(gè)無(wú)膠囊的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)油柜。

變壓器調(diào)壓方式分有載調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓兩種：

有載調(diào)壓是指變壓器在運(yùn)行中可以調(diào)節(jié)其分接頭位置，從而改變變壓器變比，以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的。

變壓器分接頭一般都從高壓側(cè)抽頭，其主要是考慮：

（1）變壓器高壓繞組一般在外側(cè)，抽頭引出連接方便；

（2）高壓側(cè)電流小些，引出線和分頭開(kāi)關(guān)的載流部分導(dǎo)體截面小些，接觸不良的影響好解決。

原理上，抽頭在哪一側(cè)都可以，要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，如500kV大型降壓變壓器抽頭是從220kV側(cè)抽出的，而500kV側(cè)是固定的。

當(dāng)電壓過(guò)低或過(guò)高，需要調(diào)節(jié)有載分接開(kāi)關(guān)幾個(gè)分接頭才能達(dá)到要求時(shí)，需要重點(diǎn)注意的情況：

應(yīng)一檔一檔地調(diào)節(jié)，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(xiàn)新的數(shù)字時(shí)，再按一下按鈕。依次重復(fù)上面的過(guò)程，一直達(dá)到最終目標(biāo)。當(dāng)電動(dòng)操作出現(xiàn)連動(dòng)（即操作一次，會(huì)出現(xiàn)調(diào)整一個(gè)以上分接頭，俗稱滑檔）現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在主變控制屏的檔位指示器上出現(xiàn)第二個(gè)分接頭位置后，立即按急停按鈕，并改為手動(dòng)操作。

(13) 凈油器（又稱溫差過(guò)濾器）

凈油器是一個(gè)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(cè)壁或強(qiáng)油冷卻器的下部。在變壓器運(yùn)行時(shí)，由于上、下油層之間的溫差，變壓器油從上向下經(jīng)過(guò)凈油器形成對(duì)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(zhì)清潔，延長(zhǎng)油的使用壽命。

■ 油浸式變壓器的油系統(tǒng)

油浸式變壓器有幾個(gè)互相隔離的獨(dú)立油系統(tǒng)。在油浸式變壓器運(yùn)行時(shí)，這些獨(dú)立油系統(tǒng)內(nèi)的油是互不相通的，油質(zhì)與運(yùn)行工況也不相同，要分別做油中含氣色譜分析以判斷有無(wú)潛在故障。

(1) 主體內(nèi)油系統(tǒng)

與繞組周圍的油相通的油系統(tǒng)都是主體內(nèi)系統(tǒng)，包括冷卻器或散熱器內(nèi)的油，儲(chǔ)油柜內(nèi)的油，35kV 及以下注油式套管內(nèi)油。

注油時(shí)必須將這個(gè)油系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的氣體放氣塞放出，一般而言，上述部件都應(yīng)有各自的放氣塞。主體內(nèi)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(qiáng)度。在真空注油時(shí)，如有些部件不能承受與主體油箱能承受的相同真空強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)用臨時(shí)閘隔離，如儲(chǔ)油柜與主油箱間的閘閥。冷卻器上潛油泵揚(yáng)程要夠，以免由于負(fù)壓而吸入空氣。這個(gè)油系統(tǒng)要有釋壓裝置的保護(hù)系統(tǒng)，以排除器身有故障時(shí)所產(chǎn)生的壓力。

(2) 有載分接開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)室內(nèi)的油

這部分油有本身的保護(hù)系統(tǒng)，即流動(dòng)繼電器、儲(chǔ)油柜、壓力釋放閥。這個(gè)開(kāi)關(guān)室內(nèi)的油起絕緣與熄滅電流作用。油會(huì)在切換開(kāi)關(guān)切斷負(fù)載電流時(shí)產(chǎn)生的油中去，這個(gè)油系統(tǒng)要良好的密封性能，即使在切換過(guò)程中產(chǎn)生電弧壓力也要保護(hù)密封性能。

有載分接開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)室內(nèi)的油雖與主體內(nèi)油隔離，但在真空注油時(shí)，為避免破壞切換開(kāi)關(guān)室的密封，應(yīng)與主體內(nèi)油同時(shí)真空注油，在真空注油時(shí)，使這兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的真空度，必要時(shí)也應(yīng)將這個(gè)系統(tǒng)的儲(chǔ)油柜在抽真空時(shí)隔離。為結(jié)構(gòu)上方便，主體的儲(chǔ)油與切換開(kāi)關(guān)室的儲(chǔ)油柜設(shè)計(jì)成一互相隔離的整體。

(3) 60kV及以上電壓等級(jí)的全密封

這個(gè)油系統(tǒng)內(nèi)的主要起絕緣作用，或增加油電容式套管內(nèi)絕緣紙的電氣強(qiáng)度。在主體內(nèi)注油時(shí)，應(yīng)將套管端部接線端子密封好，以免進(jìn)氣。

(4) 高壓出線箱內(nèi)油、或點(diǎn)氣出線箱內(nèi)油

三相 500kV 變壓器的高壓出線通過(guò)波紋絕緣隔離油系統(tǒng)。這個(gè)油系統(tǒng)主要起絕緣作用。

為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，這個(gè)油系統(tǒng)也可通過(guò)連管與主體內(nèi)油系統(tǒng)相聯(lián)或設(shè)計(jì)成單獨(dú)的油系統(tǒng)。

(5) 在對(duì)油浸式變壓器進(jìn)行各種絕緣試驗(yàn)

首先是放氣，通過(guò)放氣塞釋放可能存儲(chǔ)的氣體。可通過(guò)分析各個(gè)系統(tǒng)的油中含氣色譜分析可預(yù)判有無(wú)潛在故障。每一油系統(tǒng)都要滿足運(yùn)行的要求，如吸收油膨脹與收縮時(shí)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(tǒng)具有良好的密封性能，有載分接開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)室內(nèi)的油應(yīng)能單獨(dú)更換而不放出主體內(nèi)油，運(yùn)輸時(shí)主體內(nèi)油可放出而充干燥氮?dú)狻?/p>

■ 油浸式變壓器的故障分析

變壓器在運(yùn)行中常見(jiàn)的故障有繞組、套管和分接開(kāi)關(guān)及鐵芯、油箱及其它附件的故障等。

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