通信电源系统引入高压进线时,电力变压器是必不可少的降压设备,降压等级一般为10/0.4kV。过去通信用电力变压器多为油浸式SL、S9系列,由于油浸式变压器需要附设油箱储存变压器油,以保证绕组绝缘和散热的需要,所以体积一般较大,稍显笨重。近年来出现了新型的干式变压器,由于采用自然风冷和高绝缘强度介质绝缘技术,从而取消了油箱,简化了变压器结构。SG系列干式变压器已在部分通信局(站)得到了推广应用。
(一)主要类型
电力变压器分类的方式很多:按功能分,可分为升压变压器和降压变压器两种,一般通信局(站)所用的是降压变压器,也叫配电变压器;按相数分,可分为单相和三相两大类,一般通信局(站)用的都是三相变压器;按调压方式分,可分为无载调压(无激磁调压)和有载调压两类,一般通信局(站)大多采用无载调压变压器;按绕组类型分,可分为双绕组、三绕组和自耦变压器3种,一般通信局(站)多用双绕组变压器;按绕组材质分,可分为铜绕组、铝绕组两大炎:,过去多为铝绕组变压器,但目前以S9系列为代表的低损耗铜绕组变压器应用越来越广泛;按绕组冷却方式分,可分为油浸式、干式和充气式3种。油浸式变压器又分油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和油强制循环冷却式四大类。由于变压器的寿命周期较长,目前一般通信局(站)配置的变压器仍多为油浸自冷式变压器。
(二)结构组成
1.油浸式电力变压器
油浸式电力变压器的结构如下:
(1)铁心
变压器铁心由多层涂有绝缘漆、导磁性能好、轻薄的冷轧硅钢片(一般厚度为0.35~0.5m)叠加而成,主要功能是导磁,和套在铁心上的绕组一起构成变压器的磁路部分。当有电流通过时,磁通的变化产生感应电动势。三相变压器的铁心一般做成三柱式,直立部分称为铁柱,铁柱上套高低压绕组,水平部分称为铁轭,用来构成闭合的磁路。
(2)绕组
变压器的绕组乂称为线圈,是用包有高强度绝缘物的铜线或铝线绕制的,有高压绕组和低压绕组之分。高压绕组匝数较多,导线较细;低压绕组匝数较少,导线较粗。通常把低压绕组套在里面,高压绕组套在外面,目的是使绕组与铁心绝缘。低压绕组与铁心之间以及高压绕组和铁心之间,都用由绝缘材料做成的套筒分开,它们之间要用绝缘纸板隔离开来,并留有油道,使变压器中的油能在两个绕组之间自由流通。
(3)油箱
油箱是用钢板做成的变压器的外壳,内部装铁心和绕组,并充满变压器油。20kV及以上的变压器在油箱外还装有散热片或散热管。变压器油是一种绝缘性能良好的矿物油,按其凝固点不同可分为10号、25号、45号3种规格,凝固点分别为-10℃、-25℃、-45℃,应根据变压器装设点的气候条件来选用。变压器油有两个作用:①绝缘,变压器油的绝缘能力比空气强,绕组浸在油里可以加强绝缘,并且避免与空气接触,防止绕组受潮;②散热,变压器运行时,变压器内部各处的温度不一样,利用油面在温度高时上升,温度低时下降的对流作用,把铁心和绕组产生的热量通过散热片或散热管散到外面去。
(4)油枕
变压器油箱的箱盖上装有油枕,油枕的体积一般为油箱体积的8%~10%,油箱与油枕之间有管子连通。油枕侧面装有油标,标有最高、最低位置。在油枕上还装有呼吸孔,使上部空间与大气相通。变压器油热胀冷缩时,油枕上部空气可通过呼吸孔出入。油枕有两个作用:①可以减小油面与空气的接触面积,防止变压器油受潮和变质;②当油箱中油面下降时,油枕中的油可以补充到油箱里,不至于使绕组露出油面。此外油枕还能调节因变压器油温度升高而引起的油面上升,即当温度升高油的体积膨胀时,油流入油枕;当温度降低油的体积缩小时,油流回油箱。
(5)套管
变压器套管有高、低压之分,套管中有导电杆,其下端用螺栓和绕组末端相连,上端用螺栓和绕组首端相连,并用螺栓连接外电路。套管的作用是使从绕组引出的连线和箱盖之间保持适当绝缘。
(6)电压分接开关
低压分接开关又叫无载调压开关,是调整变压器变压比的装置。电压分接开关的几个触头分别连接在高压线圈的几个触头上,当电压发生变化时,可通过改变电压分接开关位置的方式来改变高压线圈的匝数。由于高、低压电压的比值直接与绕组的匝数有关,这样就可使低压侧尽可能得到规定的电压。
注意:调整电压分接开关位置必须在变压器与电网断开、处于停用状态时进行。
2.干式电力变压器
干式电力变压器与油浸式电力变压器相比,其最大特点是没有油箱和油箱上繁杂的外部装置,不用冷却液,其铁心和绕组不浸在任何绝缘液中,直接敞开以空气为冷却介质。干式电力变压器简称干式变压器,主要由铁心、绕组、风冷系统、温控系统和保护外壳等构成。(www.xing528.com)
(1)绕组
干式变压器的绕组大部分采用层式结构,其导线上的绕包绝缘根据变压器产品的绝缘等级不同而分别采用普通电缆纸、玻璃纤维、绝缘漆等材料。环氧浇注/绕包干式变压器则在此基础上,以玻璃纤维带加固后,浇注/绕包环氧树脂,并固化成形。有的新型干式变压器采用的是箔式绕组,该种绕组由铜/铝箔与F级绝缘材料卷绕而成之后加热固化成形。箔式绕组具有机械性能高、匝间电容大、抗突发短路能力强、散热性能好等特点,在中小型变压器中应用广泛。
(2)铁心
干式变压器的铁心与油浸式变压器的铁心相同。
(3)金属防护外壳
干式变压器在使用时一般配有相应的保护外壳,可防止人和物的意外碰撞,给变压器提供了安全屏障。根据防护等级的要求不同,分为IP20和IP23外壳。IP23外壳由于防护等级要求高、密封性强,因而对变压器的散热有一定影响。
(4)温控系统
干式变压器的温控系统可以分别对三相绕组的温度进行监控,并具有开启风机、关闭风机、超温报警、过载跳闸等自动功能。
(5)风冷系统
当干式变压器的工作温度达到一定数值(该数值可由用户自行设定)时,风机在温控系统的控制下自动开启,对绕组等主要部件通风冷却,使变压器可在较高的温度环境下运行,并能承受一定的过负荷。
干式变压器的绝缘类型主要有空气绝缘、环氧树脂浇注绝缘及环氧树脂绕包绝缘。
(1)空气绝缘
与油浸式变压器相比,空气绝缘干式变压器绝缘性和散热性较差,其绝缘材料一般采用E级或B级绝缘。
(2)环氧树脂浇注绝缘
采用F级绝缘环氧树脂浇注绝缘,将高压绕组、低压绕组分别浇注成一个整体,具有机械性能高、电气性能好、散热性能好等特点。
(3)环氧树脂绕包绝缘
绕组用F级绝缘环氧树脂及玻璃纤维,对变压器绕组分别绕包后固化制成。
干式变压器的温升限值见表2-2。
表2-2 干式变压器的温升限值
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