一、引言變壓器作為電力系統(tǒng)與電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)電能傳輸、電壓變換的核心設(shè)備，其性能與可靠性直接影響電能質(zhì)量與設(shè)備運(yùn)行安全。從大型電網(wǎng)的升壓/降壓傳輸，到電子設(shè)備的電源適配，變壓器通過電磁感應(yīng)原理，在理想狀態(tài)下保持功率基本不變，實(shí)現(xiàn)電壓、電流的靈活轉(zhuǎn)換。深入理解其結(jié)構(gòu)組成與分類方式，是工程設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及運(yùn)維管理的重要基礎(chǔ)。二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的核心功能由電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)圍繞“磁路”與“電路”兩大系統(tǒng)設(shè)計(jì)，典型結(jié)構(gòu)包含鐵芯、繞組、油箱（或外殼）、絕緣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及保護(hù)裝置等部分，各組件協(xié)同保障能量高效、安全傳輸。1.鐵芯結(jié)構(gòu)鐵芯是變壓器的磁路核心，用于集中磁通、降低磁阻，其性能直接影響變壓器的損耗與體積。（1）鐵芯材料主流材料為冷軋取向硅鋼片，利用其高磁導(dǎo)率、低磁滯損耗特性，降低鐵芯的鐵損（空載損耗）；部分節(jié)能型配電變壓器采用非晶合金鐵芯，鐵損可降至硅鋼片的1/3~1/5，但成本較高且機(jī)械強(qiáng)度較弱。（2）鐵芯結(jié)構(gòu)形式芯式鐵芯：繞組環(huán)繞鐵芯柱，結(jié)構(gòu)簡單、繞組布置方便，多用于電力變壓器（如油浸式電力變壓器）。殼式鐵芯：鐵芯包圍繞組，漏磁小、機(jī)械強(qiáng)度高，常用于小容量變壓器（如電子設(shè)備的電源變壓器）。2.繞組結(jié)構(gòu)繞組是變壓器的電路部分，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能傳遞，按電壓等級分為原邊繞組（一次繞組）與副邊繞組（二次繞組）。（1）繞組材料以銅導(dǎo)線（高導(dǎo)電率、低損耗）為主，部分小容量變壓器或經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品采用鋁導(dǎo)線（成本低，但損耗略高、機(jī)械強(qiáng)度弱）。（2）繞組形式層式繞組：導(dǎo)線逐層繞制，結(jié)構(gòu)緊湊，多用于低壓、小容量變壓器（如電子變壓器）。餅式繞組：導(dǎo)線繞成“餅狀”線餅，通過絕緣件堆疊，散熱性好，適用于高壓繞組（如電力變壓器的高壓側(cè)）。螺旋式繞組：導(dǎo)線多根并聯(lián)、螺旋狀繞制，載流能力強(qiáng)，多用于大容量變壓器的低壓繞組。3.油箱與外殼油箱（或外殼）是變壓器的“容器”，功能隨冷卻方式差異顯著：油浸式變壓器：油箱內(nèi)填充絕緣油（如25#、45#變壓器油），兼具絕緣與冷卻功能，油箱設(shè)計(jì)需考慮散熱（如波紋片、管式散熱器）、防爆（如壓力釋放閥）。干式變壓器：采用樹脂澆注或空氣絕緣，外殼多為金屬框架+防護(hù)面板，側(cè)重防潮、防塵，適用于戶內(nèi)（如高層建筑、地鐵）。4.絕緣系統(tǒng)絕緣是變壓器安全運(yùn)行的關(guān)鍵，需同時(shí)隔離“繞組-鐵芯”“繞組-繞組”“繞組-油箱”間的電位差：主絕緣：采用絕緣油、絕緣紙（如電纜紙）、絕緣紙板等，油浸式變壓器中油-紙復(fù)合絕緣占主導(dǎo)；干式變壓器依賴樹脂、空氣或固體絕緣材料（如Nomex紙）。縱絕緣：繞組內(nèi)部的絕緣，如層間絕緣（紙或薄膜）、餅間絕緣（墊塊），需耐受繞組內(nèi)部的電位梯度。5.冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)用于帶走變壓器運(yùn)行時(shí)的損耗熱量（銅損、鐵損），避免過熱：自然冷卻（ONAN）：油浸式變壓器依靠油的自然對流、散熱器的自然散熱，適用于小容量、輕載場景。強(qiáng)迫風(fēng)冷（ONAF）：在散熱器加裝風(fēng)扇，增強(qiáng)散熱能力，容量可提升30%~50%。水冷（OFWF）：通過冷卻水循環(huán)帶走熱量，多用于超大容量變壓器（如換流變壓器）。干式變壓器冷卻：多采用空氣自然冷卻（AN）或強(qiáng)迫風(fēng)冷（AF），通過風(fēng)機(jī)加速空氣流通。6.保護(hù)裝置為應(yīng)對故障與異常工況，變壓器需配置保護(hù)組件：氣體繼電器（瓦斯繼電器）：監(jiān)測油中氣體，判斷內(nèi)部故障（如匝間短路、鐵芯過熱）。壓力釋放閥：當(dāng)油箱內(nèi)壓力過高時(shí)（如短路故障），釋放壓力避免爆炸。溫度計(jì)：監(jiān)測油溫（或繞組溫度），超溫時(shí)觸發(fā)報(bào)警或跳閘。分接開關(guān)：調(diào)節(jié)繞組匝數(shù)比，實(shí)現(xiàn)電壓微調(diào)（如±5%調(diào)壓），分為無勵(lì)磁分接開關(guān)（停電時(shí)調(diào)壓）與有載分接開關(guān)（帶電時(shí)調(diào)壓）。三、變壓器的分類方式變壓器的分類維度多樣，不同分類對應(yīng)不同的應(yīng)用場景與技術(shù)特點(diǎn)，核心分類方式如下：1.按相數(shù)分類單相變壓器：磁路與電路均為單相，結(jié)構(gòu)簡單，多用于單相負(fù)荷（如居民配電、電子設(shè)備）或三相變壓器組（由三臺單相變壓器組成三相系統(tǒng)）。三相變壓器：鐵芯含三個(gè)鐵芯柱，繞組為三相，體積小、成本低，是電力系統(tǒng)的主流選擇（如變電站的主變）。2.按繞組數(shù)量分類雙繞組變壓器：含一次、二次兩個(gè)繞組，實(shí)現(xiàn)單一電壓變換（如10kV/0.4kV配電變壓器）。三繞組變壓器：含高、中、低三個(gè)繞組，可同時(shí)向兩種電壓等級供電（如220kV/110kV/10kV變電站主變），多用于電網(wǎng)樞紐。自耦變壓器：繞組間存在電氣連接（公共繞組），銅材/鐵芯用量少、損耗低，但短路電抗小、短路電流大，適用于高電壓、大容量傳輸（如500kV及以上電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變）。3.按冷卻方式分類油浸式變壓器：以絕緣油為冷卻介質(zhì)，又細(xì)分為：油浸自冷（ONAN）：無附加冷卻設(shè)備，依賴油自然對流。油浸風(fēng)冷（ONAF）：散熱器加裝風(fēng)扇，強(qiáng)化散熱。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷/水冷（OFAF/OFWF）：油泵強(qiáng)制油循環(huán)，配合風(fēng)冷/水冷，適用于超大容量。干式變壓器：以空氣為冷卻介質(zhì)，分為：樹脂澆注式（SCB型）：繞組用環(huán)氧樹脂澆注，防潮、阻燃（F級或H級絕緣），適用戶內(nèi)?？諝饨^緣式（SG型）：繞組裸露（或包絕緣層），靠空氣散熱，多用于低濕度、清潔環(huán)境。充氣式變壓器：以六氟化硫（SF?）為絕緣/冷卻介質(zhì)，體積小、絕緣性能強(qiáng)，多用于高電壓、緊湊型設(shè)備（如GIS中的變壓器）。4.按用途分類電力變壓器：用于電網(wǎng)的電壓變換，按容量/電壓等級分為升壓變壓器（電廠→電網(wǎng)）、降壓變壓器（電網(wǎng)→用戶）、聯(lián)絡(luò)變壓器（電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)）。配電變壓器：直接向用戶供電（如10kV/0.4kV），以油浸式、干式為主，注重經(jīng)濟(jì)性與可靠性。特種變壓器：滿足特殊工況需求，如：整流變壓器：為整流裝置供電，繞組多為多抽頭、多繞組，適應(yīng)直流輸出需求。電爐變壓器：為電弧爐、電阻爐供電，需耐受大電流、高諧波，短路阻抗高。電焊變壓器：輸出陡降特性，滿足電焊工藝（如BX系列）。儀用互感器：含電流互感器（CT）與電壓互感器（PT），用于電力測量、保護(hù)，需高精度與安全絕緣。5.按調(diào)壓方式分類無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器：調(diào)壓需停電，分接頭數(shù)量少（通常3~5檔），成本低，適用于電壓波動(dòng)小的場景。有載調(diào)壓變壓器：帶電調(diào)壓，分接頭數(shù)量多（17~25檔），可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓，多用于電網(wǎng)中樞或電壓波動(dòng)大的區(qū)域（如礦區(qū)、偏遠(yuǎn)電網(wǎng)）。6.按安裝位置分類戶內(nèi)變壓器：體積小、防護(hù)等級高（如IP20），適用于高層建筑、配電室，以干式或小型油浸式為主。戶外變壓器：耐受風(fēng)雨、污穢，油箱設(shè)計(jì)為波紋式或管式散熱器，以油浸式電力變壓器為主（如柱上變壓器）。四、應(yīng)用與選型建議變壓器的選型需結(jié)合場景需求、技術(shù)參數(shù)與經(jīng)濟(jì)性綜合判斷：1.場景匹配：戶內(nèi)、高防火要求（如商場、醫(yī)院）→干式變壓器（樹脂澆注式）。戶外、大容量傳輸→油浸式電力變壓器（ONAF/OFAF）。電子設(shè)備、小容量→單相殼式變壓器（如EI型、R型）。2.參數(shù)適配：電壓等級：匹配電網(wǎng)/設(shè)備的額定電壓（如10kV/0.4kV配電，220kV/110kV輸電）。容量選擇：需考慮負(fù)荷容量、同時(shí)率、未來擴(kuò)容（通常按實(shí)際負(fù)荷的1.2~1.5倍預(yù)留）。短路阻抗：大容量變壓器需高短路阻抗（限制短路電流），特種變壓器（如電爐變）短路阻抗更高。3.環(huán)境適應(yīng)：高濕度、多粉塵→加強(qiáng)絕緣（如Nomex紙干式變壓器）或油浸式（油絕緣性強(qiáng)）。高海拔（>1000m）→需降容（每升高1000m，容量降5%~10%）或定制高絕緣強(qiáng)度產(chǎn)品。五、結(jié)語變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分類方式