4.2 电力变压器的主要结构及铭牌
4.2.1 电力变压器的结构
输配电系统中使用的变压器称为电力变压器。电力变压器主要由铁芯、绕组、油箱（外壳）、变压器油、套管以及其他附件所构成，如图4-2所示。
图4-2 电力变压器外形
（1）变压器的铁芯 电力变压器的铁芯不仅构成变压器的磁路作导磁用，而且又作为变压器的机械骨架。铁芯由芯柱和铁轭两部分组成。芯柱用来套装绕组，而铁轭则连接芯柱形成闭合磁路。
按铁芯结构，变压器可分为芯式和壳式两类。芯式铁芯的芯柱被绕组所包围（如图4-3所示）；壳式铁芯包围着绕组顶面和底面以及侧面（如图4-4所示）。
图4-3 单相芯式变压器
图4-4 单相壳式变压器
芯式结构用铁量少，构造简单，绕组安装及绝缘容易，电力变压器多采用此种结构。壳式结构机械强度高，用铜（铝）量（即电磁线用量）少，散热容易，但制造复杂，用铁量（即硅钢片用量）大，常用于小型变压器和低压大电流变压器（如电焊机、电炉变压器）中。
为了减少铁芯中磁滞损耗和涡流损耗，提高变压器的效率，铁芯材料多采用高硅钢片，如0.35mm的D41～D44热轧硅钢片或D330冷轧硅钢片。为加强片间绝缘，避免片间短路，每张叠片两个面四个边都涂覆0.01mm左右厚的绝缘漆膜。
为减少叠片接缝间隙，即减少磁阻从而降低励磁电流，铁芯装配采用叠接形式，错开上下接缝，交错叠成。
此外，还出现了一种渐开线式铁芯结构。它是先将每张硅钢片卷成渐开线状，再叠成圆柱表芯柱。铁轭用长条卷料冷轧硅钢片卷成三角形，上、下轭与芯柱对接。这种结构具备使绕组内圆空间得到充分利用，轭部磁通减少，器身高度降低，结构紧凑，体小量轻，制造检修方便，效率高等优点。如一台容量为10000kV·A的渐开线铁芯变压器，要比目前大量生产的同容量冷轧硅钢片铝线变压器的总重量轻14.7％。
装配好的变压器，其铁芯还要可靠接地（在变压器结构上是首先接至油箱）。
（2）变压器的绕组 绕组是变压器的电路部分，由电磁线绕制而成。通常采用纸包扁线或圆线，近年来，变压器生产中铝线变压器所占比重愈来愈大。
变压器绕组结构有同芯式和交叠式两种，如图4-5所示。大多数电力变压器（1800kV·A以下）都采用同芯式绕组，即它的高低压绕组，套装在同一铁芯芯柱上，为便于绝缘，一般低压绕组放在里面（靠近芯柱），高压绕组套在它的外面（离开芯柱），如图4-5（a）所示。但对于容量较大而电流也很大的变压器，考虑到低压绕组引出线工艺上的困难，也有将低压绕组放在外面的。
图4-5 变压器绕组的结构形式
交叠式绕组的线圈做成饼式，高低压绕组彼此交叠放置，为便于绝缘，通常靠铁轭处即最上和最下的二组绕组都是低压绕组。交叠式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度高、引线方便，主要用于低压大电流的电焊变压器、电炉变压器和壳式变压器中，如大于400kV·A的电炉变压器绕组就是采用这样的布置方式。
同芯式绕组的结构简单，制造方便。按绕组的绕制方式的不同又分为圆筒式、螺旋式、分段式和连续式四种。不同的结构具有不同的电气、机械及热特性。
如图4-6所示为圆筒式绕组，其中图4-6（a）的线匝沿高度（轴向）绕制，如螺旋状。制造工艺简单，但机械强度和承受短路能力都较差，所以多用在电压低于500V，容量为10～750kV·A的变压器中。如图4-6（b）所示为多层圆筒绕组，可用在容量为10～560kV·A、电压为10kV以下的变压器中。
图4-6 变压器绕组
绕组引出的出头标志，规定采用表4-1所示的符号。
表4-1 绕组引出的出头标志
（3）油箱及变压器油 变压器油在变压器中不但起绝缘作用，而且还有散热、灭弧作用。变压器油按凝固点不同可分为10号油、25号油和45号油（代号分别为DB-10、DB-25、DB-45）等，10号油表示在零下10℃开始凝固，45号油表示在零下45℃开始凝固。各地常用25号油。新油呈淡黄色，投入运行后呈淡红色。这些油不能随便混合使用。变压器在运行中对绝缘油要求很高，每隔六个月要采样分析试验其酸价、闪光点、水分等是否符合标准（见表4-2）。变压器油绝缘耐压强度很高，但混入杂质后将迅速降低，因而必须保持纯净，并应尽量避免与外界空气、尤其是水汽或酸性气体接触。
表4-2 变压器油的试验项目和标准
油箱（外壳）是装变压器铁芯线圈和变压器油的。为了加强冷却效果，往往在其两侧或四周装设很多散热管，以加大散热面积。
（4）套管及变压器的其他附件 变压器外壳与铁芯是接地的。为了使带电的高、低压线圈能从中引出，常用套管绝缘并固定导线，采用的套管根据电压等级决定，配电变压器上都采用纯瓷套管；35kV及以上电压采用充油套管或电容套管以加强绝缘。高、低压侧的套管是不一样的，高压套管高而大，低压套管低而小，一般可由套管来区分变压器的高、低压侧。
变压器的附件还包括：
①油枕：形如水平旋转的圆筒，如图4-2所示。其作用是减小变压器油与空气接触面积。容积一般为总油量的10％～13％，其中保持有一半油、一半气，使油在受热膨胀时得以缓冲。侧面装有借以观察油面高度的玻璃油表。为了防止潮气进入油枕，并能定期采取油样以供试验，在油枕及油箱上分别装有呼吸器、干燥箱和放油阀门、加油阀门、塞头等。
②安全气道：又称防爆管。800kV·A以上变压器箱盖上设有Φ80mm圆筒管弯成的安全气道，气道另一端用玻璃密封做成防爆膜，一旦变压器内部线圈短路时，防爆膜首先破碎泄压以防油箱爆炸。
③气体继电器：又称煤气继电器或浮子继电器。800kV·A以上变压器在油箱盖和油枕连接管中，装有气体继电器。气体继电器有三种保护作用：当变压器内故障所产生的气体达到一定程度时，接通电路报警；当由于严重漏油而导致油面急剧下降时，迅速切断电路；当变压器内突然发生故障而导致油流向油枕冲击时，切断电路。
④分接开关：为调整二次电压，常在每相高压线圈末段的相应的位置上留有三个（有的是五个）抽头，并将这些抽头接到一个开关上，这个开关就称作分接开关。它的原理接线如图4-7所示。利用分接开关能调整的电压范围在额定电压的±5％以内。调节应在停电后才能进行，否则有发生人身安全和设备事故的可能。
图4-7 变压器分接开关
任何一台变压器都应装有分接开关，因为当外加电压超过变压器绕组额定电压的10％时，变压器磁通密度将大大增加，使铁芯饱和而发热，增加铁损，因而不能保证安全运行。所以变压器应根据电压系统的变化来调节分接头，以保证电压不致过高而烧坏用户的电机、电器，以及确保不会因电压过低而引起电动机过热或其他电器不能正常工作等情况。
⑤呼吸器。呼吸器的构造如图4-8所示。
图4-8 呼吸器的构造
1—连接管；2—螺钉；3—法兰盘；4—玻璃管；5—硅胶；6—螺杆；7—底座；8—底罩；9—变压器油
呼吸器的构造如图5-8所示，在呼吸器内装有变色硅胶，油枕内的绝缘油通过呼吸器与大气连通，内部干燥剂可以吸收空气中的水分和杂质，以保持变压器内绝缘油的良好绝缘性能。呼吸器内的硅胶在干燥情况下呈浅蓝色，当吸潮达到饱和状态时，渐渐变为淡红色，这时，应将硅胶取出在140℃高温下烘焙8h，即可以恢复原特性。
4.2.2 电力变压器的型号与铭牌
（1）电力变压器的型号 电力变压器的型号由两部分组成：拼音符号部分表示其类型和特点；数字部分斜线左方表示额定容量，单位为kV·A，斜线右方表示原边电压，单位kV。如SFPSL-31500/220，表示三相强迫油循环三线圈铝线31500kV·A、220kV电力变压器。又如SL-800/10（旧型号为SJL-800/10）表示三相油浸自冷式双线圈铝线800kV·A、10kV电力变压器。型号中所用拼音代表符号含义见表4-3。
表4-3 电力变压器型号中代表符号含义
注：为最终实现用铝线生产变压器，新标准中规定铝线变压器型号中不再标注“L”字样。但在由用铜线过渡到用铝线的过程中，事实上，生产厂在铭牌所示型号中仍沿用以“L”代表铝线，以示与铜线区别。
（2）电力变压器的铭牌 电力变压器的铭牌见表4-4。下面对铭牌所列各数据的意义作简单介绍。
表4-4 变压器的铭牌
①型号：
此变压器使用在户外，故附有防雷装置。
②额定容量：表示变压器可能传递的最大功率，用功率表示，单位为kV·A千伏安。
三相变压器额定容量=3×额定电压×额定电流
单相变压器额定容量=额定电压×额定电流
③额定电压：原绕组的额定电压是指加在原绕组上的正常工作电压值。它是根据变压器的绝缘强度和允许发热条件规定的。副绕组的额定电压是指变压器在空载时，原绕组加上额定电压后副绕组两端的电压值。
在三相变压器中，额定电压是指线电压。单位为V或kV。
④额定电流：变压器线圈允许长时间连续通过的工作电流，就是变压器的额定电流。单位为安培。在三相变压器中系指线电流。
⑤温升：温升指变压器在额定运行情况时允许超出周围环境温度的数值，它取决于变压器所用绝缘材料的等级。在变压器内部，线圈发热最厉害。由于这台变压器采用A级绝缘材料，故规定线圈的温升为65℃，箱盖下的油面温升为55℃。
⑥阻抗电压（或百分阻抗）。通常以％表示，它表示变压器内部阻抗压降占额定电压的百分数。