第一节
变压器的本体结构

一、铁芯

1.铁芯的结构

（1）三相三铁芯柱

它是将A、B、C三相的三个绕组，分别放在三个铁芯柱上，三个铁芯柱由上、下两个铁扼连接起来构成磁回路，绕组的布置方式也同单相一样，将低压绕组放在内侧，把高压绕组放在外侧。如图3-1所示。

（2）三相五铁芯柱

它与三相三铁芯柱相比较，在铁芯柱的左右两个尽头端，多了两个分支铁芯柱4（它称为旁扼），各电压级的绕组分别按相套在中间三个铁芯柱上，而旁扼是空的铁芯柱，没有绕组，这样就构成了三相五铁芯柱变压器。如图3-2所示。

随着电力变压器单台制造容量不断增大，其体积也相应增大。为了解决这一矛盾，方法之一就是采用五铁芯柱的铁芯。它是将变压器的上、下铁扼几乎各减去了一半，这样就整个变压器而言，降低了一个铁扼的高度，但是降低后铁扼中的磁密必须保持原来的数值，不能超过设计所能允许的数值。为此，把上、下铁扼中减去一半的铁磁物质，置于A、C两相芯柱的两旁（旁扼），就成了图3-2所示的外形了。旁扼仅起着磁路闭合作用，其功能与上、下铁扼相同，是没有绕组的。

2.铁芯的材料

变压器铁芯由硅钢片组成，为了降低铁芯中的发热损耗，铁芯由厚度为0.35～0.5 mm的硅钢片叠装而成。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片之间绝缘，绝缘漆的厚度仅几个微米。

作为电力变压器使用的硅钢片，有以下特性：

（1）高导磁率。因为在一定的磁场强度下，磁导率越高，要传递等量的磁通，所需要的硅钢片材料就越少，铁芯的体积越小，产品重量就轻。或者说因为体积减小了，可节约导线和降低导线电阻所引起的发热损耗。

（2）要求在一定的频率和磁感应强度下，具有低的铁损。单位重量的硅钢片，所引起的损耗（磁滞损耗和涡流损耗）要低，则可降低产品的总损耗，可提高产品的效率。

为了达到上述两个目的，其中第一个目的可采用单取向冷轧钢片；第二个目的则是在铁中加入少量的硅，从而成为硅钢片。硅的渗入，使钢片的性能起了根本性的变化。硅与铁形成合金，提高了电阻率，同时将有害的杂质分离出来。所以渗入了硅，反而能提高磁导率，降低铁损。

3.铁芯的截面

在大容量的变压器中，为了使铁芯中发出来的热量能被绝缘油在循环时充分地带走，从而达到良好的冷却效果，除了将铁芯柱的截面做成阶梯形外，还设有散热沟（油道），散热沟的方向与钢片的平面可以做成平行的，也可以做成垂直的。

4.铁芯的接地

由于铁芯匣电压很高，当铁芯发生两点以上接地时，接地电流较大，故障点能量级别较高，这将引起较为严重的后果。为了能在运行中对大容量变压器进行监视，观察其接地回路内是否有电流流过，把通常在变压器内部直接固定接地的方式，改变为在变压器外部接地的方式。

二、绕组

1.圆筒形绕组

它是一个圆筒形螺旋体，其线匣是用扁线彼此紧靠着绕成的。圆筒形绕组可以绕成单层，也可以绕成双层（图3-3）。通常总是尽量避免用单层圆筒，而是绕成双层圆筒状。因为绕成单层时，导线受到弹性变形的影响，线圈容易松开，使端部线匣彼此靠得不够紧，而绕成双层后，松开的倾向就小得多了。当电流较大时，也采用每一线匣由数根导线沿轴向并联起来绕成，但并联导线数通常不多于4～5根。

2.螺旋形绕组

容量稍大些的变压器的低压绕组匣数很少（20～30匣以下），但电流却很大，所以要求线匣的横截面很大，因此要用很多根导线（6根或更多）并联起来绕。圆筒形绕组不能用很多根导线并联起来绕，所以在并联导线的数目较多时，使用螺旋形绕组（图3-4）。圆筒形绕组实际上也是螺旋形的，螺旋形绕组每匣并联导线的数量较多，且是沿径向一根压着一根地叠起来绕。

3.连续式绕组

连续式绕组（图3-5）用扁线绕制，其中没有焊接头。导线的匣间排列，是经过特殊的绕制工艺绕成的，从一个线饼（也称线段）到另一个线饼，其接头是交替地在线圈的内侧和外侧，这是连续式绕组的主要优点。

4.纠结式绕组

纠结式绕组是用两根导线进行并绕，然后按次序将两个线饼串联起来，成为一个单回路线圈。纠结式绕组还有全纠结式和部分纠结式两类，全纠结是整个绕组从绕制开始，全部采用纠结式；部分纠结是采用纠结和连续相结合，通常在高压绕组的出线端和中性点（全绝缘结构）两处，将其中几个线饼绕成纠结式，而其他线饼则绕成连续式。

三、绝缘结构

变压器的绝缘分主绝缘和纵绝缘两大部分。主绝缘是指绕组对地之间、相间和同一相而不同电压等级的绕组之间的绝缘；纵向绝缘是指同一电压等级的一个绕组，其不同部位之间，例如层间、匣间、绕组对静电屏之间的绝缘。

1.变压器内部的主要绝缘材料

变压器内部的主要绝缘材料为变压器油、绝缘纸板、电缆纸和皱纹纸等。

2.变压器主绝缘

变压器内部的主绝缘结构，主要为油-隔板绝缘结构，这种结构通常采用以下三种形式形成。

（1）加覆盖层。它是用电缆纸、漆布等在电极上加一薄层，厚度在1 mm以下。它的作用是阻止杂质形成小桥而将两极短接。加覆盖层后能使工频击穿电压显著提高，特别是在均匀电场中，可提高70%～100%，但对极不均匀的电场，提高较少。加覆盖层对冲击电压效果很小。

（2）包绝缘层。用电缆纸、皱纹纸、漆布等在电极上包一较厚的绝缘层，通常在几毫米至十几毫米。它不但起着覆盖作用，而且承受着一定比例的工作电压，结果可使油中的电场强度降低些，对冲击电压和工频电压都有显著的作用。特别是在极不均匀的电场中，在曲率半径较小的电极上，包绝缘层后，可以显著地提高油隙的击穿电压。因此，在变压器的引出线、绕组的首末端处线段上，都用这个方法来加强其绝缘。在均匀的电场中，效果会相反。因为电场强度按介电常数成反比分配，油的介电常数为2.2～2.4,纸板的介电常数为3.6,当包扎了一定厚度的绝缘层后，油中的电场强度反而比原来增高，因为油隙比原来减小了。

（3）隔板油隙。在油隙中放置比电极稍大些的固体绝缘材料称为隔板。它的作用是阻止杂质搭成“小桥”；另外，隔板在电场中积聚了自由电荷，形成附加电场，改变了原来的电场分布，使电场变得均匀些。这种方法对越不均匀的电场，效果越好。当隔板放置得合适，可使油隙的击穿电压提高到无隔板时的2～2.5倍。

总之，为了提高油隙的耐电击穿强度，减小绝缘结构的尺寸，应根据具体情况，采用合适的形式，以收到良好的效果。

3.纵向绝缘

纵向绝缘是指同一绕组的匣间、层间以及与静电屏之间的绝缘。在同一个线饼内，绕有数匣线圈，这时匣与匣之间需要有匣绝缘。对于不同形式的绕组，匣间电压数值也不相同。当绕组的形式为纠结式时，其匣电压比一般连续式绕组时高。不同形式的纠结绕组，其匣电压数值也不一样，所以匣电压的具体数值，要根据绕组的具体形式而定。匣间绝缘是由包在导线上的电缆纸构成，不同的电压等级，其匣间绝缘的厚度也不相同。

四、变压器附属设备

1.油箱

油浸式变压器均要有一个油箱，以便将组装好的铁芯和绕组装入其中，并且要将变压器绝缘和散热用的油装入，以保证变压器正常工作，变压器油箱的重要作用是很明显的。正常情况下变压器油箱要承受铁芯、绕组和变压器油的重量和对箱壁的压力，还要承受变压器安装时真空热油干燥时外部大气压力。

在非正常情况下（例如变压器故障），变压器油分解产生气体会对油箱产生很大压力，变压器油箱应在一定压力范围内不产生变形、破损等异常。现代化大型变压器强大的磁能，有时漏磁会使变压器油箱某些部位磁化，产生大量热能，所以现在对变压器油箱要求比较高，要用质量好的钢板焊接而成，能承受一定压力和某些部位必须具有防磁化性能。为了检修变压器的方便，可以把油箱做成钟罩式，在变压器检修时不用吊起沉重的铁芯和绕组，只要将油放掉，将钟罩油箱吊起就可以检修，现代大型变压器油箱均采用了钟罩式结构。

2.气封油枕

变压器在运行中，随着油温的变化，油的体积会膨胀和收缩，油面的空气与外界大气交换时容易受潮和氧化。为了使变压器油箱中的油随着油温变化任意膨胀和收缩，同时减少外界空气的接触面积，减小变压器受潮和氧化的概率，通常在变压器上部安装一个储油容器（俗称油枕），使其与变压器本体油箱连通，一般由变压器容量来决定油枕的大小。

随着变压器容量增大，油枕的重要性也越大，为了防止大型变压器由于油受潮和劣化造成故障，不断地采取了一些重要措施。例如，采用气封型油封油枕可以将变压器油与大气隔开，允许变压器主油箱的油随温度变化而自由膨胀和收缩，同时又不接触外面空气，也就避免了油接触大气中的水分、氧气、杂质等，减小了变压器箱内油受潮的机会，降低了油的劣化速度。

3.空气干燥器（呼吸器）

变压器随着负荷和气温变化，各变压器油温会不断变化，这样油枕内的油位随着整个变压器油的膨胀和收缩而发生变化，有时将油枕内空气向外排出，有时外界空气要被油枕吸入。为了使潮气不能进入油枕使油劣化，将油枕用一根管子从上部连通到一个内装硅胶的干燥器（俗称呼吸器，因为空气经过干燥器有进有出好像呼吸一样所以称为呼吸器，如图36所示），硅胶正常为蓝色颗粒，对空气中水分具有很强的吸附作用，吸潮饱和后会变为红色。

空气干燥器就是利用硅胶的吸湿性。将硅胶颗粒装在玻璃容器内，外面用金属容器保护，并留有适当窗口用以检查硅胶状况。