油浸变压器（新型高性能变压器）

简介

油浸式变压器，是以油作为变压器主要绝缘手段，并依靠油作冷却介质，如油浸自冷，油浸风冷，油浸水冷及强迫油循环等。变压器的主要部件有铁芯，绕组，油箱，油枕，呼吸器，防爆管（压力释放阀），散热器，绝缘套管，分接开关，气体继电器，温度计，净油器等。

油浸变压器硅钢片层间，由于长期浸入变压器，油能渗入其中，并且变压器油有弹性起缓冲作用，故油浸变压器噪声小。但其调压开关在油箱里边，调压时开关接触好不好在外边看不见，如接触不上等于该路断路，如接触不良，当负荷过大时容易烧毁开关。

运行温度

油浸变压器在规定的冷却条件下，可按铭牌规定运行，但顶层油温最高不得超过90℃，为防止变压器绝缘老化，顶层油温一般不宜经常超过85℃，报警定值整定在80℃。

过负荷

变压器可以在正常过负荷和事故过负荷情况下运行，应加装过负荷信号，无法加装过负荷信号者应有综测仪。

油浸变压器应的过负荷信号值应为1.1～1.2倍变压器额定电流。干式变压器的过负荷信号值应为1.2～1.3倍变压器额定电流（风机运行时按有风机的电流）。变压器过负荷信号动作后应注意其负荷及温度的变化，有条件时应及时巡视并检查过负荷的原因。过负荷较高（1.3倍以上额定电流）或温度超过上限应减负荷。

变压器加装综侧仪时，应每月下载数据并对负荷进行分析。对有过负荷趋势的变压器应缩短数据下载的周期，并在测算过负荷时间内实测变压器负荷及温度，有条件时还应及时巡视并检查过负荷的原因。发现变压器负荷超过较高（1.3倍以上额定电流）或温度超过上限应减负荷。

常用冷却方式

（1）油浸式变压器通常采用油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环三种冷却方式。

（2）油浸自冷式依靠油的自然对流带走热量。油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，另加风扇给油箱和油管吹风，以加强散热作用。强迫油循环是用油泵将变压器中的热油抽到变压器外冷却后再送入变压器。

结构及功能

在城市轨道交通供电系统的主变电所中，主变压器通常采用三相油浸式变压器，如图所示。油浸式变压器主要由铁芯、绕组、油箱、调压装置、散热器、油枕、气体继电器、绝缘套管、防爆管等部分组成。

三相油浸式变压器的外形示意图

铁芯是用导磁性能良好的硅钢片叠装组成的，它形成一个磁通闭合同路，变压器的一、二次绕组都绕在铁芯上。

变压器铁芯分为心式和壳式两种结构，目前广泛应用的变压器都是心式结构。心式铁芯南铁芯柱和铁轭组成。油浸式变胝器的铁芯内部有冷却铁芯的油道，便于变压器油循环，同时也加强了设备的散热效果。

2．绕组

绕组又称线圈，是变压器的导电回路，采用铜线或铝线绕制成多层圆筒形。一、二次绕组同心套在铁芯柱上，为了绝缘，一般低压绕组在里高压绕组在外。绝缘材料包在导线外边，保证导线之间及导线对地的绝缘。

3．油箱

油箱是油浸式变压器的外壳，其作用除装油外，还用来安装其他部件。

4．调压装置

调压装置是为保证变压器二次电压稳定而设置的。当电源电压变动时，利用调压装置调节变压器分接开关，保证二次侧输出电压稳定。调压装置分为有载调压装置和无载调压装置两种。

5．散热器

散热器装在油箱壁上，上下部通过管道与油箱相通，变压器上部油温与下部油温有温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器油温度的作用。为了提高冷却效果，可以采用自冷、强迫风冷和强迫水冷等措施。

6．油枕

油枕也称油柜。变压器油因温度变化会发生热胀冷缩现象，油面也将随温度的变化而上升或下降。油枕的作用是给油的热胀冷缩留有缓冲余地，保持油箱始终充满油；同时，由于有了油枕，减小了油与空气的接触面积，可减缓油的氧化。

7．气体继电器

气体继电器又称瓦斯继电器，是变压器内部故障的主保护装置，它装在油箱和油枕之间连接油管的中部。当变压器内部发生严重故障时，气体继电器接通断路器跳闸同路；当变压器内部发生不严重故障时，气体继电器接通故障信号回路。

8．绝缘套管

高、低绝缘套管位于变压器油箱顶盖上，油浸式变压器一般采用瓷质绝缘套管。绝缘套管的作用是使高、低压绕组引线与油箱保持良好的绝缘，并对引线予以固定。

9．防爆管

防爆管又称安全气道，安装在变压器的油箱上，其出口用玻璃防爆膜封住。当变压器内部发生严重故障且气体继电器失灵时，油箱内部的气体便冲破玻璃防爆膜从安全气道喷出，防止变压器爆炸。

绝缘结构

一、变压器绝缘作用

（1）使导电体与其他部分相互绝缘。

（2）能分隔不同的带电部分。

（3）经合理绝缘布置，可改善电场分布的均匀性。

（4）使电气器件获得一定的电容量。

（5）起到机械支撑，固定和导油循环散热作用等。

二、变压器的绝缘分类和要求

1．变压器的绝缘的划分

变压器的绝缘可分为内绝缘和外绝缘，内绝缘是指油箱内的各部分绝缘，外绝缘是指套管上部对地和彼此之间的绝缘。内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两部分。主绝缘是绕组与接地部分之间以及绕组之间的绝缘。在油浸式变压器中，主绝缘以油纸屏障绝缘结构最为常用。主绝缘义可分为分级绝缘和全绝缘。分级绝缘就是指变压器的绕组靠近中性点的主绝缘水平比绕组端部的绝缘水平低。相反，若变压器首端与尾端绝缘水平一样就称为全绝缘。纵绝缘是同一绕组各部分之间的绝缘，如不同线匝间、匝间和匝间的绝缘等。

2．变压器绝缘的要求

对变压器绝缘的要求是在运行年限内不因绝缘损害而影响变压器正常运行。其主要要求如下。

（1）能够承受运行中的过电压和正常工作电压。

（2）能够承受运行中的短路电流、过电流和正常工作电流。

（3）受潮、老化程度不影响变压器正常运行。

3．变压器绝缘材料

变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、电话纸、皱纹纸。

（1）变压器油。

（2）绝缘纸板。绝缘纸板主要用未经漂白的硫酸盐纤维压制而成，在纤维之间有大量孔隙，因而具有很强的透气性、吸油性、吸水性等。若用耐热性能较高的聚酸胺纤维纸等，其寿命大大提高。例如作为绝缘纸筒、撑条、垫块、隔板、角环等。

（3）电缆纸。作为绝缘纸的一种，由硫酸盐纸浆制成，在变压器中采用型号为DL2-08和DL2-12的电缆纸，其厚度为0.08mm和0.12mm。主要用作导线外表面包裹的绝缘和线圈层间绝缘，引线包扎绝缘等，它是油浸式变压器主要绝缘材料之一。

（4）电话纸。由硫酸盐纸浆制成。在变压器中采用型号为DH-50的电话纸。其厚度为（0.5±5%）mm，卷成宽度为（500±10）mm纸卷。主要用作线圈导线绝缘和线圈的端绝缘等。

（5）皱纹纸。它也是作为绝缘纸的一种，由硫酸盐纸浆制成的电缆纸再加工而成，在油中的电气性能很好，表现为平均击穿电压高，介质损失角的正切值很小。皱纹纸主要作为变压器出线等处包扎用。

应该注意到，绝缘纸和纸板介电系数ε为4～5，比变压器油的介电系数ε=2.2高一倍以上。在电场作用下，复合绝缘中分担的场强与材料的介电系数成反比。

由此可见，油隙中的场强比纸板的场强大得多，于是油隙就成了油纸绝缘的薄弱环节。当它们之间的介电系数接近时，变压器的绝缘结构尺寸就可能缩小，因此低介电系数的新型纸板是目前研制开发的方向。

三、绝缘结构介绍

（一）主绝缘结构

三绕组变压器的绝缘结构

铁心包括芯柱与铁轭，它们在运行中是处于接地状态的，靠近芯柱的绕组与芯柱之间，为绕组对地的主绝缘，右图中15为绝缘纸筒，同着圆柱形的铁心。纸筒的外径与绕组的内径之间，用撑条垫开，如图中18所示，以形成一定厚度的油隙绝缘。电压较高时可以用纸筒撑条一纸筒撑条重复使用的方法来构成，如图中14、16所示。

在每相绕组的上、下两端，绕组与上部的钢压板、下部的铁轭之间，存在着绕组端部的主绝缘，称铁轭绝缘，如图中2、8所示。轶轭绝缘的结构如图所示，厚度可根据需要，电压较高时，可用纸圈一垫块一纸圈垫块交叉地放置数层。绕组和铁轭绝缘之间，还放置端圈，也起着端部绝缘作用。

绕组端部电场的分布是极不均匀的，为改善其分布，在110kV及以上的端部都放置静电屏。静电屏除能改善端部电场分布，使之均匀外，在冲击电压作用下，还能改善起始电压分布。另外，端部还放置一定数量的正、反角环，把油隙分成几段，也起着均匀电场分布的作用。

2．绕组与绕组之间

同一相中不同电压等级的绕组之间，或不同相的各电压绕组之间的主绝缘，已广泛采用纸筒油隙绝缘。在大容量超高压变压器中，多采用薄纸筒小油隙结构。

3．绕组与箱壳之间

最外层的绕组与油箱之间，构成绕组对箱壳的主绝缘，电压在110kV及以下时依靠绝缘油的厚度为主绝缘；电压在220kV及以上时，增加纸板围屏来加强对地之间的主绝缘。

4．引出线的绝缘

电压等级不同，绕组端头包裹皱纹纸的厚度也不同，电压等级越高，皱纹纸越厚。在绕组端头附近包以适当厚度的皱纹纸，离绕组稍远些，即用裸电缆线或金属硬母线，再焊接一段多层软铜皮线直接与瓷套管相连接。

5．分接开关的绝缘

分接开关的操动杆，也成为高、中压绕组对地之间的主绝缘，因为操动杆的一端连接着高、中压导电部分，但另一端则是安装在箱壳上，而箱壳是接地的。操动杆的材料大多数用酚醛绝缘纸管做成，也有用经过干燥处理的木料做成，表面涂以保护漆。分接开关安装在绝缘支架上，导电部分通过绝缘支架与地之间构成了主绝缘。主绝缘是南木材或酚醛纸板构成。

6．变压器的外部主绝缘

变压器的绝缘套管，是将变压器内部的高、低压引线引到油箱的外部，不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。因此，必须具有制造标准中规定的电气强度和足够的机械强度。

变压器瓷套管中的导体是载流元件之一，在变压器运行中长期通过负载电流，短路时通过短路电流，因此瓷套管必须具有良好的热稳定性。绝缘套管的主要结构取决于电压等级。

（二）纵向绝缘

纵向绝缘是指同一绕组的匝间、层间以及与静电屏之间的绝缘。在同一个线饼内，绕有数匝绕组，这时匝与匝之间需要有匝问绝缘。匝间绝缘是由包在导线上的电缆纸构成，电压等级越高，其匝间绝缘的厚度也越大。层间绝缘是指一个线饼与另一个相邻线饼之间的绝缘，也就是油道的宽度。