干貨講堂 | 一文介紹變壓器器身結構（鐵心、繞組、引線篇）

發布時間：2025-01-10 15:09:44人氣：

變壓器器身結構

本文主要從鐵心、繞組、引線三個方面介紹變壓器器身結構。

一、變壓器鐵芯結構

1、鐵芯的作用
變壓器是根據電磁感應原理制造的,磁路是電能轉換的媒介。鐵芯就是變壓器的主磁路,主要作用是導磁。它把一次電路的電能轉變為磁能，又由磁能轉變為二次電路的電能。

同時鐵芯又是變壓器的的機械骨架，鐵芯的夾緊裝置不僅使磁導體成為一個機械上完整的結構，而且在其上套有帶絕緣的線圈，支持著引線，并幾乎安裝了變壓器內部的所有部件。鐵芯的重量在變壓器各部件中重量最大，在干式變壓器中占總重量的60%左右，在油浸式變壓器中，占40%左右。

2、鐵芯的形式
鐵芯由鐵心柱和鐵軛兩部分構成。鐵芯柱上套繞組，鐵軛將鐵芯柱連接起來形成封閉磁路。

變壓器的鐵芯平面圖如圖1所示，圖1a為單相變壓器，圖1b為三相變壓器，鐵芯結構可分為兩部分，C為套線圈的部分，稱為鐵心柱。Y為用以閉合磁路部分，稱為鐵軛。單相變壓器有兩個鐵心柱，三相變壓器有三個鐵心柱。

由于變壓器鐵芯中的磁通為一交變磁通,為了減小渦流損耗,變壓器鐵芯一般都用電阻率較大的硅鋼片制成一定尺寸的鐵芯片,組成鐵芯的硅鋼片先裁成所需的形狀和尺寸即沖片，然后按交疊方式把沖片組合起來。圖2a為單相變壓器的鐵芯，每層由4片沖片組成。圖2b表示三相變壓器的鐵芯，每層由6片組成，每兩層的沖片組合應用了不同的排列方式使各層磁路的接縫處相互錯開，這種裝配方式稱為交疊裝配,這種裝配可以避免渦流在鋼片與鋼片之間流通。并且因為各層沖片交錯鑲嵌，在把鐵芯壓緊時，可以用較少的緊固件而使結構簡單。裝配時，首先將沖片交疊裝成整體鐵芯，然后將下鐵軛夾緊，抽去上鐵軛沖片使鐵芯柱露出，將預制好的繞組套在鐵芯柱上，最后再把抽出的上鐵軛沖片鑲入。

按照繞組在鐵芯中的布置方式,變壓器又分為芯式和殼式兩種.區別主要在磁路的分布上,殼式變壓器鐵芯的軛包圍住線圈,芯式變壓器鐵芯中大部分在線圈之中,只有部分在線圈之外即鐵軛,用來構成磁回路。

3、鐵芯的散熱

變壓器在正常運行時，鐵芯由于存在鐵損會產生熱量，且鐵芯重量和體積越大產生的熱量越多。變壓器油溫在95度以上容易老化，所以鐵芯表面的溫度應盡量控制在此溫度以下，這就需要鐵芯的散熱結構將鐵芯的熱量能快速的散發出去。散熱結構主要是為了增加鐵芯的散熱面。鐵芯的散熱主要包括鐵芯油道散熱，以及鐵芯的氣道散熱。

在容量較大油浸式變壓器中，在鐵芯的疊片之間常設置油槽，以增強散熱效果。油槽分為兩種，一種與硅鋼片平行，一種與鋼片垂直，如圖4所示，后一種布置方式散熱效果較好，但結構較復雜。

在干式變壓器的鐵芯是空氣冷卻，為了保證鐵芯溫度不超過允許值，常在鐵芯柱及鐵軛中安裝氣道。

4、鐵芯的噪聲

變壓器在運行中會產生噪聲。變壓器本體噪聲的根源在于鐵芯硅鋼片的磁致伸縮，或者說變壓器鐵芯的噪聲基本上是由磁致伸縮引起的。所謂磁致伸縮就是指鐵芯勵磁時，沿磁感線方向硅鋼片的尺寸增加；而在垂直于磁感線方向硅鋼片的尺寸減小，這種尺寸的變化稱為磁致伸縮。另外，鐵芯的結構和幾何尺寸，鐵芯加工制造的工藝等都會對其噪聲水平有著一定程度的影響。

可以通過以下幾種技術措施來降低鐵芯的噪聲水平:

(1)使用磁致伸縮率ε值小的優質硅鋼片。
(2)降低鐵芯的磁通密度。
(3)改進鐵芯的結構。
(4)選擇合理的鐵芯尺寸。
(5)采用先進的加工工藝。

5、鐵芯的接地

變壓器在正常運行中，帶電的繞組及引線與油箱間構成的電場為不均勻電場，鐵芯及其金屬部件都處于該電場中。由于靜電感應的電位各不相同，使鐵芯及其金屬部件具有的懸浮電位也不相同，當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產生火花放電。這種放電能夠使變壓器的油分解，并損壞固體絕緣。為了避免這種情況，對鐵芯及其金屬部件都必須進行可靠的接地。

鐵芯必須一點接地。當鐵芯或其他金屬構件有兩點或兩點以上接地時，接地點間就會形成閉合回路，形成環流，該電流有時可以高達數十安，會引起局部過熱，導致油分解，還可能使接地片熔斷，燒壞鐵芯，這些都是不允許的。因此，鐵芯必須接地，而且必須一點接地。

二、變壓器繞組結構

1、繞組的作用

繞組是變壓器最基本的組成部分，是建立磁場和傳輸電能的電路部分，一般用絕緣紙包裹的銅線或者鋁線繞成，并套裝在變壓器的鐵芯柱上。變壓器的鐵芯應具有足夠的絕緣強度、機械強度和耐熱能力。

2、繞組的型式

變壓器繞組結構一般可分為兩大類：層式結構和餅式結構。層式結構是指，繞組的線匝沿其軸向依次排列連續繞制而成，一般在S8及S9系列低損耗電力變壓器中采用；餅式結構是指，繞組的線匝沿其輻向連續繞制而成一餅(段)，再由許多餅沿軸向排列組成，一般在110kV及以上高電壓大型、特大型變壓器中采用。

我國生產的電力變壓器，基本上繞組都采用同心式結構。所謂同心繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線套在鐵芯柱的外面。高、低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道(油道)，并用絕緣紙板筒隔開。絕緣距離的大小，決定于繞組的電壓等級和散熱通道所需要的間隙。當低壓繞組放在里面靠近鐵芯柱時，它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個變壓器的外形尺寸也同時減小了。

在電力系統中最常用的是三繞組變壓器。用一臺三繞組變壓器連接3種不同電壓的輸電系統比用兩臺普通變壓器經濟、占地少、維護管理也較方便。三相三繞組變壓器通常采用Y-Y-△接法, 即原、副繞組均為Y接法,第三繞組接成△，如圖XX所示。△接法本身是一個閉合回路,許可通過同相位的三次諧波電流,從而使Y接原、副繞組中不出現三次諧波電壓。這樣它可以為原、副邊都提供一個中性點。在遠距離輸電系統中，第三繞組也可以接同步調相機以提高線路的功率因數。

三、變壓器引線結構

1、引線的材料及分類

變壓器繞組外部連接繞組各引出端的導線稱為引線，通過引線將外部電源電能輸入變壓器，也通過引線傳輸進來的電能從變壓器輸出到外部。

引線主要有以下幾類：

（1）繞組線端與套管連接的引出線;
（2）繞組端頭間的連接引線 ;
（3）繞組分接與開關相連的分接引線

引線的材料一般有：

（1）裸銅棒,適用范圍：10kV級6300kVA及以下變壓器；
（2）紙包圓銅棒,適用范圍：10～35kV小容量變壓器；
（3）裸銅排,適用范圍：10kV及以下低壓繞組引線；
（4）銅絞線,適用范圍：各電壓等級特別是110kV及以上的引線；
（5）銅管,適用范圍：220kV及以上變壓器引線。

為了保證絕緣距離足夠，引線通過層壓木、紙板件絕緣，必須滿足電氣性能、機械強度、溫升這三個方面的要求。引線的選取也是根據電場強度和機械強度，以及短路時溫升和長期負載時溫升這幾個方面來選取。

2、引線的連接

變壓器引線的連接形式有：銅焊、氣焊、冷壓焊和螺栓連接。
銅焊的焊條應采用磷銅合金，用于繞組出線與引線以及引線之間的連接。
氣焊用于銅排引線的焊接和穿纜式套管接頭的焊接。
冷壓焊是將引線連接的兩個接線頭插入一個金屬管內，再用模具對金屬管擠壓，將兩個接線頭緊壓在一起。冷壓焊不需要加熱，焊接比較安全，不存在虛焊、及燒傷引線及其他部位絕緣、擠壓質量，抗拉強度好。因此冷壓焊是目前大型變壓器主要的引線連接方式。

螺栓連接主要用于與導桿式套管連接的引出線，引出線可以拆卸，能補償引線長度的偏差，通常采用可以自由伸縮的彎曲弧形引線結構，也稱為軟連接。

3、引線的緊固

為確保引線的絕緣距離，并承受運行、短路時電動力的振動和沖擊而不發生位移和變形，必須采用夾持件以緊固引線。

引線夾持件應具有足夠的機械強度和電氣強度，為此引線的夾持件結構一般采用木支架結構，夾持件與變壓器器身金屬件固定時，為提高機械強度可用金屬螺栓，但在夾持件之間固定時，必須用環氧螺栓，并有防松裝置。在夾緊引線處應增墊絕緣紙板作為附加絕緣，以防止卡傷引線。

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