变压器结构及工艺.pptx

变压器结构及工艺变压器结构及工艺授课：李文革授课：李文革电话：电话：[phone]绪论绪论1.引言引言 将将“结构结构”和和“工艺工艺”放在一起跟大放在一起跟大家介绍，主要是考虑到这两者之间有非常家介绍，主要是考虑到这两者之间有非常密切的关系，相互影响，很难单独地讲清密切的关系，相互影响，很难单独地讲清楚。无数事实证明，研究变压器某一产品楚。无数事实证明，研究变压器某一产品结构时，往往要涉及有关工艺问题；而在结构时，往往要涉及有关工艺问题；而在研究制造工艺时，也脱离不开既定的产品研究制造工艺时，也脱离不开既定的产品结构。结构。包括现在很多变压器生产厂家，在部门管理上都分设工包括现在很多变压器生产厂家，在部门管理上都分设工艺部门和设计部门各管一面，长期以来在人们的认识上形艺部门和设计部门各管一面，长期以来在人们的认识上形成一种概念，即设计部门负责产品结构设计；工艺部门是成一种概念，即设计部门负责产品结构设计；工艺部门是按既定的产品结构专搞制造方法的。无形中使按既定的产品结构专搞制造方法的。无形中使“结构结构”与与“工艺工艺”逐步脱节，违背了客观规律。设计人员往往只关逐步脱节，违背了客观规律。设计人员往往只关心变压器的电磁计算和有关理论问题（当然关心理论问题心变压器的电磁计算和有关理论问题（当然关心理论问题是完全必要的），而把结构问题放到次要地位；工艺人员是完全必要的），而把结构问题放到次要地位；工艺人员不必（也不要求）对结构负责，只需按图纸提出制造方法，不必（也不要求）对结构负责，只需按图纸提出制造方法，把产品或零部件做出来，就算尽职了。结果造成设计和工把产品或零部件做出来，就算尽职了。结果造成设计和工艺脱节，容易产生许多技术上的艺脱节，容易产生许多技术上的“扯皮扯皮”现象，设计结构现象，设计结构的工艺性不理想的根本原因就是设计和工艺分家造成的。的工艺性不理想的根本原因就是设计和工艺分家造成的。2.搞好产品结构设计的前提搞好产品结构设计的前提 设计人员在进行变压器设计时，首先要做电磁和绝缘方面的计算，按计算的结果初步确定产品及主要部件的结构，对一个新开发的产品来说，在初步确定的结构的具体化过程中，往往需要调整，反过来又影响产品性能参数，因此要再做必要的计算，这是“优化”设计的重要组成部分。产品结构由要求、方案，到形成生产图纸这产品结构由要求、方案，到形成生产图纸这个个“具体化具体化”的过程是个非常重要的阶段，一点的过程是个非常重要的阶段，一点也不比电磁计算次要，因性能参数和各项使用要也不比电磁计算次要，因性能参数和各项使用要求以及能否按预期指标制造出来，都要通过具体求以及能否按预期指标制造出来，都要通过具体结构体现出来。一般可用结构的结构体现出来。一般可用结构的“先进性先进性”、“适用性适用性”和和“工艺性工艺性”来衡量。来衡量。“先进性先进性”是指是指选用正确的结构和恰当的结构裕度，使产品既安选用正确的结构和恰当的结构裕度，使产品既安全可靠又经济合理；全可靠又经济合理；“适用性适用性”是指产品能够充是指产品能够充分满足使用运行的要求；分满足使用运行的要求；“工艺性工艺性”是指结构合是指结构合理，相对制造成本较低，易于保证制造质量，满理，相对制造成本较低，易于保证制造质量，满足足“先进性先进性”与与“适用性适用性”的要求。的要求。“三性三性”是是互相密切联系的。互相密切联系的。搞好一项产品结构设计，一般应具备以下条件：设计人员要懂得工艺，不但画出布置图而且知道将采用什么工艺方法制造出来，生产中的主要工艺流程，应掌握在制造过程中哪些环节是影响性能参数和产品质量的关键，需在结构上采取适当的措施。设计人员要掌握产品的使用要求和运行维护的要求，不仅考虑结构的工艺性和制造厂的生产成本，还要考虑运输、安装及维护、检修，应替用户着想，这样才不致在强调先进性和工艺性时忽略了适用性的要求。工艺专业人员应充分掌握设计意图，明确结构的物理意义，从而在确定工艺方法时保证设计要求；同时应与设计人员密切协作配合，为提高结构的工艺性创造条件。设计结构和工艺方法、工艺装备都应充分考虑标准化、系列化的要求。第一章第一章 变压器结构变压器结构 1.1.变压器结构简述变压器结构简述变压器结构简述变压器结构简述 油浸变压器主要有四大部分：铁制的外壳，即油油浸变压器主要有四大部分：铁制的外壳，即油油浸变压器主要有四大部分：铁制的外壳，即油油浸变压器主要有四大部分：铁制的外壳，即油箱；内部立了三个铁柱、上下两个横的铁柱构成箱；内部立了三个铁柱、上下两个横的铁柱构成箱；内部立了三个铁柱、上下两个横的铁柱构成箱；内部立了三个铁柱、上下两个横的铁柱构成铁心；三个铁柱的每个铁柱外面上套一个铜线绕铁心；三个铁柱的每个铁柱外面上套一个铜线绕铁心；三个铁柱的每个铁柱外面上套一个铜线绕铁心；三个铁柱的每个铁柱外面上套一个铜线绕制成的铜套，这个铜套即线圈，套在铁心上称为制成的铜套，这个铜套即线圈，套在铁心上称为制成的铜套，这个铜套即线圈，套在铁心上称为制成的铜套，这个铜套即线圈，套在铁心上称为绕组；铁心和绕组构成及引线、绝缘构成器身，绕组；铁心和绕组构成及引线、绝缘构成器身，绕组；铁心和绕组构成及引线、绝缘构成器身，绕组；铁心和绕组构成及引线、绝缘构成器身，器身和油箱间充满变压器油。为了完成一些附加器身和油箱间充满变压器油。为了完成一些附加器身和油箱间充满变压器油。为了完成一些附加器身和油箱间充满变压器油。为了完成一些附加功能就要有套管、分接开关、温度计等附件。功能就要有套管、分接开关、温度计等附件。功能就要有套管、分接开关、温度计等附件。功能就要有套管、分接开关、温度计等附件。2铁心铁心2 21 1 铁心概述铁心概述铁心是变压器的磁路，也是变压器的重要组铁心是变压器的磁路，也是变压器的重要组成部分。铁心由硅钢片及夹紧装置等组成，成部分。铁心由硅钢片及夹紧装置等组成，夹紧装置使硅钢片彼此连接在一起，形成完夹紧装置使硅钢片彼此连接在一起，形成完整而牢固的铁心结构。整而牢固的铁心结构。1885年世界上第一台具有闭合磁路铁心的年世界上第一台具有闭合磁路铁心的单相变压器由匈牙利冈茨工厂制造出来，单相变压器由匈牙利冈茨工厂制造出来，1887年在单向交流输变电系统中得到正式年在单向交流输变电系统中得到正式采用。这种最初的单相变压器铁心是由铁丝采用。这种最初的单相变压器铁心是由铁丝绕成且是平放的，不久，变压器铁心改由普绕成且是平放的，不久，变压器铁心改由普通钢片制造。通钢片制造。当人们得知三相交流电优点很多使用方便时，出现了三相交流变压器，三相铁心也应运而生。开始的三相铁心是由三个单相铁心组合而成，他们互成120放置，形成辐射式铁心。但是，因任何瞬时的三相电流之和为零，所以在中心三根心柱中，任何瞬时的磁通之和也为零，因而三相辐射式铁心简化为三相棱形铁心（Y形）。随后，为了使结构切实可行，制造方便，三相铁心过渡到三相平面式铁心。三相平面式铁心的中柱磁通经两边柱闭合，此路较短，所需励磁电流比两个边柱略小一些，其不平衡度并不妨碍变压器的运行，而结构紧凑结实，对铁心装配十分方便，故至今仍被广泛使用。三相平面式铁心虽然在变压器发展的早期就已形三相平面式铁心虽然在变压器发展的早期就已形成了，但经过几十年的发展，具体结构发生了相成了，但经过几十年的发展，具体结构发生了相当大的变化。铁心材料的使用、铁心片的接合方当大的变化。铁心材料的使用、铁心片的接合方式、铁心接缝的形式以及夹紧方式等等都随着变式、铁心接缝的形式以及夹紧方式等等都随着变压器的发展不断的变化着。为适应冷轧硅钢片的压器的发展不断的变化着。为适应冷轧硅钢片的性能，减少损耗，铁心现多采用全斜无孔绑扎的性能，减少损耗，铁心现多采用全斜无孔绑扎的形式；随着变压器容量的增大，电压的增高，铁形式；随着变压器容量的增大，电压的增高，铁心结构上发展有单相四柱、单相五柱和三相五柱心结构上发展有单相四柱、单相五柱和三相五柱式铁心。随着卷料硅钢片的出现，产生了各式的式铁心。随着卷料硅钢片的出现，产生了各式的卷铁心结构，并已开发制造出专用的铁心卷制和卷铁心结构，并已开发制造出专用的铁心卷制和绕组绕制设备。目前，用一种新的导磁材料非晶绕组绕制设备。目前，用一种新的导磁材料非晶合金制造配电变压器，已受到越来越广泛的关注，合金制造配电变压器，已受到越来越广泛的关注，尽管它在使用中还有一些尚待解决的问题，但用尽管它在使用中还有一些尚待解决的问题，但用它取代硅钢片，对缓和当前的能源紧张来说具有它取代硅钢片，对缓和当前的能源紧张来说具有很大的经济意义。很大的经济意义。2.22.2铁心的作用铁心的作用铁心的作用铁心的作用由由由由于于于于变变变变压压压压器器器器的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理是是是是根根根根据据据据电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应原原原原理理理理来来来来的的的的，一一一一、二二二二绕绕绕绕组组组组间间间间并并并并没没没没有有有有电电电电的的的的直直直直接接接接联联联联系系系系，只只只只有有有有通通通通过过过过铁铁铁铁心心心心形形形形成成成成磁磁磁磁的的的的联联联联系系系系。铁铁铁铁心心心心是是是是能能能能量量量量转转转转换换换换的的的的媒媒媒媒介介介介，把把把把一一一一次次次次电电电电路路路路的的的的电电电电能能能能转转转转为为为为磁磁磁磁能能能能，又又又又由由由由此此此此磁磁磁磁能能能能转转转转变变变变为为为为二二二二次次次次电电电电路路路路的的的的电能。电能。电能。电能。在结构上，铁心的夹紧装置使磁导体成为一个机械在结构上，铁心的夹紧装置使磁导体成为一个机械在结构上，铁心的夹紧装置使磁导体成为一个机械在结构上，铁心的夹紧装置使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的绕组，上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的绕组，上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的绕组，上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的绕组，支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。支持着引线，并几乎安装了变压器内部的所有部件。变压器铁心是框式闭合结构。其中套绕组的部分称变压器铁心是框式闭合结构。其中套绕组的部分称变压器铁心是框式闭合结构。其中套绕组的部分称变压器铁心是框式闭合结构。其中套绕组的部分称为心柱，不套绕组的部分称为铁轭。为心柱，不套绕组的部分称为铁轭。为心柱，不套绕组的部分称为铁轭。为心柱，不套绕组的部分称为铁轭。23 铁心的分类铁心的分类变压器铁心的结构决定于它的容量大小、变压器铁心的结构决定于它的容量大小、型式、导磁材料的质量以及工艺制造水平。型式、导磁材料的质量以及工艺制造水平。铁心的分类没有统一的方法，任何分类方铁心的分类没有统一的方法，任何分类方法，均不能包括全部的结构形式。法，均不能包括全部的结构形式。（1）壳式和心式。）壳式和心式。铁心有两大基本结构形式，壳式和心式。铁心有两大基本结构形式，壳式和心式。它们的主要区别是磁路形式不同，即铁心它们的主要区别是磁路形式不同，即铁心与绕组相对位置不同。与绕组相对位置不同。典型的壳式铁心结构如图所示。壳式铁心通常是水平放置的，铁心截面为矩形，每柱有两旁轭，绕组被铁心包围着，因此称为“壳式。”这种铁心的心片规格少，铁心紧固方便，漏磁通有闭合回路，附加损耗小。但与其匹配的矩形绕组制造困难，绝缘结构比较复杂，短路时绕组易变形，且硅钢片用量多。心式铁心通常是垂直放置的，铁心截面多为分级圆柱形，绕组包围心柱，所以称为心式。心式铁心叠片规格较多，绑扎和夹紧要求较高。但与其匹配的圆形绕组制造方便，短路时的稳定性好，硅钢片用量也少。我国生产的变压器大都采用这种铁心结构。（2）单相和三相铁心单相铁心广泛应用的是单相两柱单框式。为降低上下轭高度，减少附加损耗，低压大电流和高压试验用的单相变压器也采用单相三柱二框式。特高压大容量变压器为了进一步降低铁心高度，还采用单相二柱三框式和单相三柱四框式，即单相四柱式和单相五柱式。三相铁心使用的较多，但形式比单相的少，一般常见的是三相三柱式和三相五柱式。（3 3）立体式和平面式）立体式和平面式按铁心心柱和铁轭的相互位置可分为立体式和平按铁心心柱和铁轭的相互位置可分为立体式和平面式铁心。立体式铁心的心柱和铁轭不在一个平面式铁心。立体式铁心的心柱和铁轭不在一个平面内，如辐射式铁心、棱形铁心、渐开线式铁心面内，如辐射式铁心、棱形铁心、渐开线式铁心等。立体式结构的铁心磁路对称，磁路长短一样，等。立体式结构的铁心磁路对称，磁路长短一样，磁通分布比较均匀，能降低变压器的空载损耗。磁通分布比较均匀，能降低变压器的空载损耗。但结构复杂，制造麻烦，浪费工时。但结构复杂，制造麻烦，浪费工时。平面式铁心的心柱和铁轭在同一平面内。平面式平面式铁心的心柱和铁轭在同一平面内。平面式铁心的机械强度高，工艺性好，应用广泛。铁心的机械强度高，工艺性好，应用广泛。（4）叠铁心和卷铁心叠铁心是由剪切成片的硅钢片叠装而成。随着成卷的冷轧取向硅钢片的出现，为了充分利用磁性的取向性能，产生了由硅钢带卷绕而成的卷铁心。卷铁心的形式较多，有平面式的也有立体式的。2 24 4 铁心材料铁心材料铁心材料铁心材料2.4.1 2.4.1 硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片属于铁磁材料。硅钢片属于铁磁材料。硅钢片属于铁磁材料。硅钢片属于铁磁材料。18891889年由海得菲尔德研究年由海得菲尔德研究年由海得菲尔德研究年由海得菲尔德研究出用于变压器铁心叠片材料的。（出用于变压器铁心叠片材料的。（出用于变压器铁心叠片材料的。（出用于变压器铁心叠片材料的。（18841884年年年年9 9月月月月1616日制造第一台变压器），海得菲尔德发现在钢片日制造第一台变压器），海得菲尔德发现在钢片日制造第一台变压器），海得菲尔德发现在钢片日制造第一台变压器），海得菲尔德发现在钢片中添加硅可降低涡流损耗和磁滞损耗。同时可把中添加硅可降低涡流损耗和磁滞损耗。同时可把中添加硅可降低涡流损耗和磁滞损耗。同时可把中添加硅可降低涡流损耗和磁滞损耗。同时可把硅钢片的磁性维持在合理限度内。硅钢片的磁性维持在合理限度内。硅钢片的磁性维持在合理限度内。硅钢片的磁性维持在合理限度内。热轧硅钢片在变压器中使用一直持续到五十年代。热轧硅钢片在变压器中使用一直持续到五十年代。热轧硅钢片在变压器中使用一直持续到五十年代。热轧硅钢片在变压器中使用一直持续到五十年代。19351935年高斯发明了冷轧硅钢片。五十年代得到迅年高斯发明了冷轧硅钢片。五十年代得到迅年高斯发明了冷轧硅钢片。五十年代得到迅年高斯发明了冷轧硅钢片。五十年代得到迅速普及。速普及。速普及。速普及。2.4.1.1 2.4.1.1 热轧硅钢片特点：热轧硅钢片特点：A A 磁场作用在轧制方向或任何其他方向时，热轧磁场作用在轧制方向或任何其他方向时，热轧硅钢片的磁性和硅钢片的磁性和损耗基本上是相同。损耗基本上是相同。50Hz50Hz，1T1T，0.35mm0.35mm厚硅钢厚硅钢片最低损耗可达到片最低损耗可达到0.9W/kg0.9W/kg，5VA/kg 5VA/kg。在。在1.9T1.9T时时饱和。所以励磁上限不能超过饱和。所以励磁上限不能超过1.5T1.5T。B B 热轧硅钢片的在机械力作用下，硅钢片的磁性热轧硅钢片的在机械力作用下，硅钢片的磁性是稳定的。是稳定的。2.3.1.2冷轧硅钢片特点：A 冷轧硅钢片的磁特性和损耗明显的取决于磁化方向。方向变化30可引起两倍以上的损耗，偏离60时励磁 容量可高于正常值50倍。50HZ，1T，0.35mm厚硅钢片最低损耗可达到0.3W/kg0.5W/kg，励磁容量是0.40.6VA/kg，在轧制方向磁密2.03T时饱和。B 冷轧硅钢片在机械力作用下，硅钢片的磁性是不稳定的，冲击、剪切、振动、冲孔或弯折产生的机械应力，会使硅钢片损耗增加5%-30%。空载电流的增长会超过这个5%-30%值。铁心采用斜接缝，减少冲孔数量，（工艺制造）降低空载损耗。目前，变压器铁心都采用是高导磁晶粒取向磁性钢片材料。2.4.1.3 2.4.1.3 取向硅钢片与不取向硅钢片的主要区别取向硅钢片与不取向硅钢片的主要区别原理：在铁磁材料内部存在着很多很小的强烈磁原理：在铁磁材料内部存在着很多很小的强烈磁化了的磁化区域，相当于一块块磁铁，称为磁畴。化了的磁化区域，相当于一块块磁铁，称为磁畴。磁化前，这些磁畴杂乱无章地排列，磁场相互抵磁化前，这些磁畴杂乱无章地排列，磁场相互抵消，对外不呈现磁性。但在外磁场作用下，这些消，对外不呈现磁性。但在外磁场作用下，这些磁畴沿磁场方向有规律排列，顺着外磁场方向排磁畴沿磁场方向有规律排列，顺着外磁场方向排列的增加，逆着外磁场方向的减少，从而形成一列的增加，逆着外磁场方向的减少，从而形成一个磁场叠加在外磁场上，所以磁导率增加。个磁场叠加在外磁场上，所以磁导率增加。取向硅钢片的易磁化轴与轧制方向一致，磁化特取向硅钢片的易磁化轴与轧制方向一致，磁化特性非常好。不取向硅钢片的易磁化轴与轧制方向性非常好。不取向硅钢片的易磁化轴与轧制方向不一致，磁化性能没有方向性。理想的取向硅钢不一致，磁化性能没有方向性。理想的取向硅钢片内每个晶粒的易磁化轴完全和与轧制方向平行，片内每个晶粒的易磁化轴完全和与轧制方向平行，但在实际中稍有偏斜，有一定角度，普通冷轧硅但在实际中稍有偏斜，有一定角度，普通冷轧硅钢片轧制方向与钢片轧制方向与100100易磁化轴方向偏差约为易磁化轴方向偏差约为77。高导磁硅钢片约为。高导磁硅钢片约为33。因此高导磁的硅钢片磁。因此高导磁的硅钢片磁导率要高，具有更好的导磁性能。导率要高，具有更好的导磁性能。取向硅钢片的表面有两层膜，底层是硅酸镁为主取向硅钢片的表面有两层膜，底层是硅酸镁为主的膜，在底层膜上有磷酸盐绝缘膜，这两层在高的膜，在底层膜上有磷酸盐绝缘膜，这两层在高温下烧结。冷却时因膨胀系数的差别，产生差值温下烧结。冷却时因膨胀系数的差别，产生差值对钢板施加张力，降低铁损和磁致伸缩。对钢板施加张力，降低铁损和磁致伸缩。由于与取向硅钢板固有的表面组织紧密结合，有由于与取向硅钢板固有的表面组织紧密结合，有极高的层间电阻。绝缘保护膜薄，叠片系数高。极高的层间电阻。绝缘保护膜薄，叠片系数高。表面的绝缘层保护以便降低涡流损耗，表面的绝表面的绝缘层保护以便降低涡流损耗，表面的绝缘层和表面的不平度限制了铁心的叠片系数。缘层和表面的不平度限制了铁心的叠片系数。2.4.22.4.2非晶合金：非晶合金：非晶合金是最新问世的一种电工材料。它的研制非晶合金是最新问世的一种电工材料。它的研制完全不同于电工钢片。非晶合金最初有美国阿莱完全不同于电工钢片。非晶合金最初有美国阿莱德德 辛格尔金属玻璃制品有限公司研制，也称金属辛格尔金属玻璃制品有限公司研制，也称金属玻璃。早在玻璃。早在2020世纪世纪7070年代，它便作为汽车轮胎加年代，它便作为汽车轮胎加固钢的代用材料，直到固钢的代用材料，直到7070年代中期，人们才认识年代中期，人们才认识到非晶合金磁特性的重要。尽管现在非晶合金仍到非晶合金磁特性的重要。尽管现在非晶合金仍难于生产和加工，使它应用受到一定局限性，但难于生产和加工，使它应用受到一定局限性，但与最好的电工硅钢片相比，它有十分优越的铁损与最好的电工硅钢片相比，它有十分优越的铁损特性。特性。溶化的合金材料急剧冷却，还没有结晶时固化玻璃呈不规则原子排列，没有晶体结构。典型非晶合金具有非晶体原子结构。含有80%铁、20%硼和硅。非晶合金铁心特点：空载损耗低：涡流损耗所占比例非常小17%-18%，电阻率高，如60HZ、1.5T，0.44W/kg，相当于高导磁的1/3到1/4。非晶合金具有较低的饱和磁通密度非晶合金具有较低的饱和磁通密度 1.56T1.56T出现饱和。出现饱和。非晶合金励磁伏安值低，非晶合金励磁伏安值低，1.3T1.3T，0.25VA/kg0.25VA/kg，钢片是，钢片是0.69VA/kg0.69VA/kg。饱和饱和1.5T1.5T，1.3VA/kg1.3VA/kg，钢片是，钢片是0.94VA/kg0.94VA/kg。薄。薄0.03mm0.03mm。非晶合金由于高次谐波所引起的铁损值变化比高导磁要小非晶合金由于高次谐波所引起的铁损值变化比高导磁要小得多。得多。因为非晶合金薄因为非晶合金薄宽度：宽度：142mm142mm，170mm170mm，213mm213mm。厚度：厚度：0.03mm0.03mm是高导磁的是高导磁的1/101/10，叠片系数低，叠片系数低0.800.800.860.86。压力敏感性：张力、弯曲都严重影响非晶合金导压力敏感性：张力、弯曲都严重影响非晶合金导磁性能。应力作用，都会使单位损耗增加。磁性能。应力作用，都会使单位损耗增加。应力：退火改善性能，最佳退火温度应力：退火改善性能，最佳退火温度400400。最好。最好在在200A/m200A/m磁场强度下退火，对导磁性能改善最好。磁场强度下退火，对导磁性能改善最好。寿命寿命:化学性能稳定，耐腐蚀。化学性能稳定，耐腐蚀。温度特性：随温度变化导磁性能变化大，温度升温度特性：随温度变化导磁性能变化大，温度升高，磁导率下降。高，磁导率下降。磁致伸缩比高导磁硅钢片要大，噪声水平高。磁致伸缩比高导磁硅钢片要大，噪声水平高。25 铁心装配结构铁心装配结构铁心是由铁心本体、夹紧件、绝缘件和接地片等组成。铁心结构见下图。3 绕组绕组3.1绕组的作用绕组的作用为实现变压器能量转换，需要使电流通过的材料称为导体，而变压器的电路部分就是绕组，由电导率较高的铜导线或铝导线绕制而成。绕制应具有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力。通常将低压绕组放在内侧，即靠近铁心，而把高压绕组放在外侧。3.23.2绕组的分类绕组的分类绕组的分类绕组的分类绕组通常分为层式和饼式两种。绕组通常分为层式和饼式两种。绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制的，称为绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制的，称为层式绕组。一般层式绕组每层如筒状，所以由两层式绕组。一般层式绕组每层如筒状，所以由两层组成的绕组称双层圆筒式；由多层组成的称多层组成的绕组称双层圆筒式；由多层组成的称多层圆筒式。层圆筒式。绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼（段），绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼（段），再由许多饼沿轴向排列组成的绕组，称为层式绕再由许多饼沿轴向排列组成的绕组，称为层式绕组。它包括连续式、纠结式、内屏连续式等。组。它包括连续式、纠结式、内屏连续式等。介于层式和饼式之间的绕组有箔式绕组和螺旋式介于层式和饼式之间的绕组有箔式绕组和螺旋式绕组。绕组。3.33.3绕组的绕向绕组的绕向绕组的绕向绕组的绕向绕组中电流所产生的磁场方向，以及当磁场变化绕组中电流所产生的磁场方向，以及当磁场变化时绕组中感应电势方向都与绕组的绕向有关。绕时绕组中感应电势方向都与绕组的绕向有关。绕组的绕向有左绕向和右绕向两种。组的绕向有左绕向和右绕向两种。若线匝从起头向绕组中部沿线匝方向是逆时针方若线匝从起头向绕组中部沿线匝方向是逆时针方向，称左绕向；若沿线匝方向是顺时针方向，称向，称左绕向；若沿线匝方向是顺时针方向，称右绕向。在绕向时，操作者面向绕线机，导线由右绕向。在绕向时，操作者面向绕线机，导线由操作者后面进入绕线机的情况下，那么起头在绕操作者后面进入绕线机的情况下，那么起头在绕线机左侧绕成的绕组称右绕向绕组，起头在绕线线机左侧绕成的绕组称右绕向绕组，起头在绕线机右侧绕成的绕组称左绕向绕组。简单地说，机右侧绕成的绕组称左绕向绕组。简单地说，“左起右绕向，右起左绕向左起右绕向，右起左绕向”。4 绝缘绝缘4.1绝缘的分类绝缘的分类 油浸变压器的绝缘为油纸漆组合绝缘，绝缘物大多是油和绝缘纸组成的绝缘。变压器绝缘分内绝缘和外绝缘。内绝缘是变压器油箱内的绝缘，包括绕组绝缘、引线绝缘、开关绝缘、套管内部绝缘。外绝缘变压器油箱外的绝缘，包括不同相的套管间及对地绝缘距离和套管外部瓷伞爬距。内绝缘又分主绝缘和纵绝缘。主绝缘通常指绕组之间，绕组对铁心、油箱等接地部分，引线对铁心、油箱以及开关对铁心、油箱的绝缘。纵绝缘指同一绕组匝间、层间、饼间以及同一绕组各引出线间的绝缘和开关各部件的绝缘。4.2常用绝缘材料常用绝缘材料绝缘油、绝缘纸和绝缘纸板、绝缘漆。电阻率很大，可达1091022cm,而流过的电流小到可以忽略不计的材料是绝缘材料。绝缘材料按耐热等级分为七级，即：Y(90)、A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)、C(180以上)。变压器中常用的绝缘材料：绝缘纸板和变压器油为A级；环氧玻璃布板为B级。绝缘材料在变压器中用以将导电部分彼此之间和导电部分对地（零电位）之间的绝缘隔离。用于各种支撑件时，还应具有良好的力学性能。另外，绝缘材料在不同的电工产品中还起着不同的作用，如散热冷却、固定、储能、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉以及保护导体等。5 油箱油箱5.1油箱的结构形式油箱的结构形式 一般按形状分两种：筒式油箱和钟罩式油箱。筒式油箱：一般用于电压35kV及以下、容量6300kVA及以下的变压器，箱沿设在油箱的顶部，箱盖与箱沿用螺栓相连，箱盖一般是平的。钟罩式油箱：这种油箱的箱沿设在下部，一般距钟罩式油箱：这种油箱的箱沿设在下部，一般距箱箱200400mm200400mm，上节油箱做成钟罩形，用螺栓将，上节油箱做成钟罩形，用螺栓将上、下节油箱连接在一起，多用于电压等级上、下节油箱连接在一起，多用于电压等级110kV110kV及以上、容量及以上、容量8000kVA8000kVA及以上变压器中。这及以上变压器中。这种结构形式的油箱给现场进行器身的检查维修带种结构形式的油箱给现场进行器身的检查维修带来了方便。在检修时只要将上节油箱吊开就可以来了方便。在检修时只要将上节油箱吊开就可以了，而目前最大容量的产品上节油箱重量也不超了，而目前最大容量的产品上节油箱重量也不超过过30t30t，远远低于器身的重量，这就大大降低了对，远远低于器身的重量，这就大大降低了对现场起重设备能力的要求。钟罩式油箱是我国大现场起重设备能力的要求。钟罩式油箱是我国大型电力变压器主要采用的结构形式。型电力变压器主要采用的结构形式。钟罩式油箱还可以分为拱顶式油箱、平顶式油箱和梯形顶式油箱三种。拱顶式油箱和平顶式油箱一般用于电压等级110kV以下产品，现在有平顶式油箱取代拱顶式油箱的趋势，对于梯形顶式油箱用于电压等级220kV以上产品。按冷却方式分：平壁油箱、波纹油箱、片式散热器油箱、冷却器式油箱。平壁油箱：当变压器容量较小时，其油箱壁直接平壁油箱：当变压器容量较小时，其油箱壁直接用钢板焊接而成，即可以满足散热的要求。用钢板焊接而成，即可以满足散热的要求。波纹油箱：用于中小型变压器，波纹油箱壁用薄波纹油箱：用于中小型变压器，波纹油箱壁用薄钢板压制而成，箱壁具有较高的机械强度和弹性钢板压制而成，箱壁具有较高的机械强度和弹性变形能力，因此，不必在箱盖上再安装储油柜，变形能力，因此，不必在箱盖上再安装储油柜，波纹壁即起到补偿因温度变化引起的变压器油体波纹壁即起到补偿因温度变化引起的变压器油体积的变化，同时，波纹壁增加了散热面积，起到积的变化，同时，波纹壁增加了散热面积，起到冷却的作用。冷却的作用。片式散热器油箱：它是利用散热片来增加变压器的传热面积，有将散热片直接焊接在圆管上，再将圆管焊接在变压器箱壁上，保证散热片内部空腔的油与变压器内部的油相通。随着变压器容量的增大，这种结构已满足不了散热要求，而采用将多组散热器通过连接法兰连接到油箱的箱壁，这种油箱通过在片式散热器的底部或侧面安装吹风装置来提高散热效率。冷却器式油箱：对于巨型变压器油箱，片式散热器已满足不了散热要求，必须在油箱箱壁上安装高效风冷却器，同时借助于潜油泵来加速油的流动，带走变压器损耗所产生的热量。5.2 油箱的作用油箱的作用油箱是保护变压器器身的外壳和盛油的容器，是装配变压器外部结构的骨架，同时通过变压器油将器身损耗产生的热量以对流和辐射方式散至大气中，起到冷却作用。6 6 变压器保护装置变压器保护装置变压器保护装置变压器保护装置保护装置有储油柜、油位计、吸湿器、压力释放保护装置有储油柜、油位计、吸湿器、压力释放阀、净油器、测温装置、气体继电器等。阀、净油器、测温装置、气体继电器等。储油柜：是满足变压器油随温度引起体积的变化，储油柜：是满足变压器油随温度引起体积的变化，减少或防止水分和空气进入变压器，延缓变压器减少或防止水分和空气进入变压器，延缓变压器油和绝缘老化的保护装置。油和绝缘老化的保护装置。油位计：用以监视变压器油位变化的保护装置。油位计：用以监视变压器油位变化的保护装置。常安装在变压器的储油柜或变压器箱壁上。常安装在变压器的储油柜或变压器箱壁上。吸湿器：用以除去进入储油柜的潮气和粉尘的保吸湿器：用以除去进入储油柜的潮气和粉尘的保护装置。护装置。压力释放阀：是变压器的一种压力保护装置，当变压器内部存在严重故障时，油分解产生大量气体，变压器是密封容器，造成油箱内部压力急剧升高，会导致变压器油箱的破裂。压力释放阀及时打开，排出部分变压器油，降低油箱内部压力。待油箱内部压力降低后，压力释放阀将自动闭合，保持油箱的密封。净油器：是有充有吸收剂的容器，当变压器油流净油器：是有充有吸收剂的容器，当变压器油流经吸收剂时，油中所带的水分、游离酸和加速绝经吸收剂时，油中所带的水分、游离酸和加速绝缘老化的氧化物等皆被吸收，借此使变压器油得缘老化的氧化物等皆被吸收，借此使变压器油得到连续再生。到连续再生。测温装置：用以监视变压器油温和绕组温度的热测温装置：用以监视变压器油温和绕组温度的热保护装置。保护装置。气体继电器：当变压器内部有故障，而使油分接气体继电器：当变压器内部有故障，而使油分接产生气体或造成油流冲击时，继电器接点动作，产生气体或造成油流冲击时，继电器接点动作，给出信号或自动切除变压器。给出信号或自动切除变压器。7 7 套管及其他套管及其他套管及其他套管及其他变压器绝缘套管是将变压器内部的高低压绕组的变压器绝缘套管是将变压器内部的高低压绕组的出线头引到油箱外部，既起到引线对地绝缘的作出线头引到油箱外部，既起到引线对地绝缘的作用，也使引线与外电路起连接作用。用，也使引线与外电路起连接作用。开关是用来切换变压器的高压或低压绕组的分接开关是用来切换变压器的高压或低压绕组的分接头，以满足因网路电压变化需调整输出电压的要头，以满足因网路电压变化需调整输出电压的要求。求。变压器上还有取样活门、阀门、放气塞、套管互变压器上还有取样活门、阀门、放气塞、套管互感器、小车、运输冲撞仪等。感器、小车、运输冲撞仪等。1.变压器制造主要工艺流程变压器制造主要工艺流程1.1 铁心铁心 硅钢片 纵剪（切宽度）横剪（切长度、角度）冲孔或冲槽 压毛、涂漆（或不涂漆）叠片 铁心装配 绑扎铁心及烘干 铁心试验 器身装配。第二章第二章 变压器工艺及设备变压器工艺及设备铁心片纵剪：就是沿着硅钢片的轧制方向，把一定宽度的铁心片纵剪：就是沿着硅钢片的轧制方向，把一定宽度的材料裁剪成所需宽度的条料，这些条料可直接用于卷铁心材料裁剪成所需宽度的条料，这些条料可直接用于卷铁心的生产或再经横剪剪切成用于叠片式铁心的制造。由于晶的生产或再经横剪剪切成用于叠片式铁心的制造。由于晶粒取向硅钢片，特别是高性能的粒取向硅钢片，特别是高性能的Hi-BHi-B（高导磁）硅钢片，（高导磁）硅钢片，其性能较为敏感，因此为满足变压器铁心制造的需要，铁其性能较为敏感，因此为满足变压器铁心制造的需要，铁心片纵向剪切一般采用全自动滚刀式纵剪加工线，其中以心片纵向剪切一般采用全自动滚刀式纵剪加工线，其中以德国乔格公司生产的硅钢片纵剪线最具代表性，剪切后毛德国乔格公司生产的硅钢片纵剪线最具代表性，剪切后毛刺要求低于刺要求低于0.02mm0.02mm，随着变压器厂对硅钢片的加工质量，随着变压器厂对硅钢片的加工质量的不断提高，目前出现了激光切割纵剪线，可以实现无毛的不断提高，目前出现了激光切割纵剪线，可以实现无毛刺剪切，但目前应用相对较少。刺剪切，但目前应用相对较少。横剪：就是根据铁心的叠片图和横剪套裁单（提高材料利用率），把一定宽度的硅钢片条料（或板料）按照硅钢片长度方向成某一角度（通常45或90）进行剪切，最终剪切成各种规格和尺寸的变压器铁心片，对于冷轧硅钢片其长度方向应该为硅钢片的轧制方向。其剪切，大体分为普通剪床剪切和全自动剪切线剪切（乔格线等）两种。铁心叠片：按照叠积图进行铁心的分级叠装，按组成每铁心叠片：按照叠积图进行铁心的分级叠装，按组成每叠片的硅钢片的张数分为一片、两片、三片一叠，每一叠叠片的硅钢片的张数分为一片、两片、三片一叠，每一叠片中片数越多，气隙的截面越大，在气隙附近引起的磁通片中片数越多，气隙的截面越大，在气隙附近引起的磁通畸变也越大，由于磁通的畸变引起的铁心损耗增加，片数畸变也越大，由于磁通的畸变引起的铁心损耗增加，片数越少生产效率越低；在铁心片接缝交点处局部铁损最大，越少生产效率越低；在铁心片接缝交点处局部铁损最大，越向周围扩大，铁损越小。最大处（越向周围扩大，铁损越小。最大处（3.6W/Kg3.6W/Kg）与最小处）与最小处（1.4W/kG.1.4W/kG.）相比，约）相比，约2.62.6倍。显然，铁损大的地方铁心倍。显然，铁损大的地方铁心温度高，铁损小的地方铁心温度低。为了减少接缝处铁损温度高，铁损小的地方铁心温度低。为了减少接缝处铁损过分集中而造成局部过热，目前国内外均已采用了步进式过分集中而造成局部过热，目前国内外均已采用了步进式接缝，即把各层之间叠片接缝向纵向或横向错开，避免铁接缝，即把各层之间叠片接缝向纵向或横向错开，避免铁心某一个剖面接缝集中，其步进数量一般采用心某一个剖面接缝集中，其步进数量一般采用3 3级、级、5 5级和级和6 6级等形式，级等形式，3 3级接缝在小型的配电变压器上应用较多，级接缝在小型的配电变压器上应用较多，5 5级和级和6 6级接缝主要用在步进搭接的大型变压器铁心上。级接缝主要用在步进搭接的大型变压器铁心上。1.2 绕组绕组绕线模、电磁线、绝缘件 绕线 测量电阻和匝数 绕组预整理 真空干燥 压装整理 浸漆（110kV及以上绕组不浸漆）干燥处理 器身装配。1.3 1.3 油箱油箱油箱油箱各种钢材下料各种钢材下料 加工或成形加工或成形 焊装焊装 试漏、机试漏、机械强度械强度 除锈、清理除锈、清理 喷漆喷漆 总装配。总装配。焊接方法有焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧自动焊接方法有焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧自动焊。焊。焊条电弧焊：是一种最常见的焊接方法，适用于焊条电弧焊：是一种最常见的焊接方法，适用于钢铁及大部分有色金属的焊接。设备简单，一台钢铁及大部分有色金属的焊接。设备简单，一台焊机就位后，焊工持焊条、面罩即可操作完成焊焊机就位后，焊工持焊条、面罩即可操作完成焊接过程。接过程。气体保护焊：是采用气体保护焊：是采用CO2CO2、ArAr等作为保护气体，等作为保护气体，焊接时保护气体通过焊枪的喷嘴喷射出来，在电焊接时保护气体通过焊枪的喷嘴喷射出来，在电弧的周围形成气体保护层，机械地将焊接电弧及弧的周围形成气体保护层，机械地将焊接电弧及熔池与空气隔离开来，从而避免了有害气体的浸熔池与空气隔离开来，从而避免了有害气体的浸入，保证焊接过程的稳定，以获得优质焊缝。入，保证焊接过程的稳定，以获得优质焊缝。埋弧焊：是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，埋弧焊：是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，埋弧焊的优点是生产效率高，焊缝质量好，劳动埋弧焊的优点是生产效率高，焊缝质量好，劳动条件好，适用于焊接中厚板直长焊缝的焊接。条件好，适用于焊接中厚板直长焊缝的焊接。1.4 器身装配器身装配绕组、铁心、绝缘件、引线 拆上铁轭 绕组准备 放下铁轭绝缘 心柱围纸板筒 套绕组 绕组上部绝缘及压板安装 插上铁轭 围屏装配 引线焊装 器身和油箱试装 真空干燥处理1.5总装配总装配经处理合格的器身和油箱，进行一次器身整理和装配 二次干燥处理 装附件和套管 真空注油 静放 试验 油压试漏 拆卸包装 出厂。2.变