高压电气设备结构培训讲义讲解

高压电气设备结构概况

对于供电系统的降压变电站来说，高压一次有降压用的变压器、测量系统电压电流用的互感器、防过电压用的避雷器、开断系统电流的断路器（开关）等主

要设备，其它还有隔离开关、母线、绝缘子、绝缘支瓶等辅助设备。电气设备在

变电站中根据其作用不同，按设计要求其放置位置也不同，图2-1为变电站一角，

目前大多数变电站均采取此种布置方法。

下面结合实训基地的情况，介绍高压一次设备的结构。

第一节变压器

变压器借助电磁感应作用，把一种电压的交流电能转变为同频率的另一种或几种电压的交流电能。变压器按电压等级可分为：500kV、220kV、110kV、35kV、10kV

等，如图2-2、2-3、2-4所示。

图2-1 变电站电气设备布置图

图2-2 500kV

单相变压器

图2-3 220kV三相三绕组变压器图2-4 110kV三相三绕组变压器

变压器按相别可分为单相和三相，按绝缘介质可分为：充油、充SF 6、干式等

类型,目前常用的为充油变压器。

一、变压器基本结构

图2-6 110KV 变压器内部结构

图2-7 变压器外部构件名称

1～箱盖；2～箱壳；3～出线套管；4～散热器；5～热虹吸器；6～防爆管；7～油枕；8～箱盖吊攀；

9～油位计；10～呼吸器。

铁芯：构成磁通路

器身内部： 绕组：构成电通路

绝缘：相间、相地间、匝层间电的隔离

变压器油：绝缘、冷却

调压装置：输出电压的调整

变压器 保护装置：在异常情况下，使变压器免遭损坏或减轻损伤

油 箱：容纳器身和绝缘介质等

冷却装置：散热

出线套管：固定引线并使它们相互间及对地绝缘

引 线：与电网联系

电力变压器的基本结构及

主要部件作用如图2-6、2-7所

示。

1.铁芯

铁芯是变压器的磁路部分，

是电能转换的媒介，主要作用是

导磁，由磁导率很高的电工钢片

（硅钢片）制成。它把一次电路

的电能转变为磁能，又由自己的

磁能转变为二次电路的电能，如

图2-8所示。另外，铁芯是变压

器的内部骨架，铁芯的夹紧装置

不仅使磁导体成为一个机械上

完整的结构，而且在其上面套有

带绝缘的线圈，支持着引线，并

几乎安装了变压器内部的所有

部件。

1.1铁芯的绝缘

铁芯的绝缘有两种，即铁

芯片间绝缘和铁芯片与结构件

间的绝缘。铁芯片间的绝缘是把

芯柱和铁轭的截面分成许多细

条形的截面，使磁通垂直通过这

些小截面时，感应出的涡流很

小，产生的涡流损耗也很小。铁

芯片间短路以及铁芯片与其夹

紧结构件短路，将形成环流，是不允许的，因此铁芯片与所有夹

紧结构件之间必须绝缘。如果形成的短路环流回路是顺着磁通方向而不交链磁通，或者交链磁通很小，则影响不大。

1.2铁芯的接地

铁芯及其金属结构件在线圈的交变电场作用下，由于所处的位置不同，感应出的悬浮电位也不同，虽然它们之间的电位差不大，但也会通过很小的绝缘距离而产生悬浮放电。放电瞬间两点电位相同，即停止放电；再产生电位差，再放电，所以这种悬浮放电是断续的，放电的结果使变压器油分解，损坏并固体绝缘，所以铁芯及其金属结构件应接地，使它们同处于零电位，且必须一点接地。

如果铁芯有两点或两点以上接地，则铁芯中磁通变化时就会在接地回路中感应出环流。这些环流将引起空载损耗增大，铁芯温度升高。若两个接地点间包含的铁芯片越多，短接的回路越大，环流也越大。当环流足够大时，将烧毁接地片或铁芯产生故障。

2.绕组

绕组是变压器的电路部分，是由表面包有绝缘的铜（铝）导线绕制而成，并图2-9 变压器绕组外观

图2-8 变压器铁芯外观

套装在变压器的铁芯柱上，导线材料可分为铜导线和铝导线两种。由于我国生产和使用的绝大多数是芯式变压器，它的绕组都是采用同芯式结构，而这种圆柱形的绕组正适合同芯式变压器绕组的布置。变压器绕组应具有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力，如图2-9所示。

绕组的绝缘主要有绝缘纸、绝缘纸筒、端绝缘和压板、撑条、垫块、角环、静电屏等。

2.1绝缘纸：在油浸变压器中常用的绝缘纸是电缆纸，电缆纸在变压器运行中有足够的热稳定性，一般作为导线的匝绝缘、层绝缘或导线的覆盖绝缘。

2.2绝缘纸筒：为了提高抗短路能力，目前一般将低压绕组直接绕在6mm左右的绝缘厚纸筒上，它既是绕组的支撑骨架，又作为绕组主绝缘的一部分，因此必须有足够的机械强度和耐电强度。

2.3端绝缘和压板：端绝缘用来填平绕组的螺旋端面，提高绕组端部的机械稳定性，同时又是绕组端部主绝缘的一部分。端部绝缘件包括铁轭绝缘、铁轭垫块及纸板圈上粘有垫块的各种端部绝缘，用绝缘层压纸板加工制成。

绕组压板是承受绕组轴向力的主要部件，其机械强度的高低直接影响绕组的抗短路能力。一般中小型电力变压器和特种变压器多采用钢压板，而目前大中型变压器则多采用层压纸板和层压木板加工成压板，这种绝缘压板既有高的机械强度又有较高的电气强度。

2.4撑条和垫块：在圆筒式绕组中油道撑条和垫块既是层间绝缘，又是油冷却绕组的油道。

2.5角环：角环能延长高压与低压绕组的爬电途径，可防止绕组之间或线饼之间的爬电，同时也改善了绕组端部的电场分布。

2.6静电屏：静电屏的作用主要是改善绕组首端的电场分布，同时还能改善冲击电压作用下起始电压分布。

3.引线

引线的作用是将外部的电能输入变压器，又将传输的电能输出变压器。一般分为三种：绕组线端与套管连接的引出线、各相绕组之间的连接引线以及绕组分接头与分接开关相连的分接引线。引线的绝缘主要取决于绝缘材料的电气强度、电极形状、电场强度和绝缘组合方式。应该指出的是：引线绝缘不仅限于与引线有关的绝缘和距离，在实际测量中，还包括了变压器器身整体布置的各个部分的绝缘。主要有：

1)引线对地、引线之间、引线对绕组的绝缘；

2)套管下端对地和对绕组的绝缘；

3)分接开关对地和对绕组的绝缘；

4)绕组到箱体的绝缘。

4.变压器油

变压器油主要有三种作用：

4.1绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。

4.2散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。