油浸式变压器的结构设计旨在实现高效能量转换、绝缘保护、散热及长期稳定运行，其核心组成可分为主体结构和辅助系统两大部分。以下是对其关键结构的详细分析：
一、主体结构
1. 铁芯（磁路系统）
- 材料：由高导磁性、低损耗的硅钢片叠压而成，表面涂有绝缘层以减少涡流损耗。
- 结构形式：
- 心式铁芯：绕组包围铁芯柱（适用于高压大容量变压器）。
- 壳式铁芯：铁芯包围绕组（少用，多用于特殊场景）。
- 功能：构成闭合磁路，引导磁通，降低磁阻，提升能量传递效率。
2. 绕组（电路系统）
- 材料：铜或铝导线，外层包覆绝缘纸或薄膜。
- 结构类型：
- 同心式绕组：高压绕组与低压绕组同轴排列，低压在内、高压在外。
- 交叠式绕组：高压与低压绕组交替叠绕（少用）。
- 绝缘处理：层间、匝间采用绝缘纸或油道隔离，防止短路。
3. 油箱与绝缘油
- 油箱：密封钢制容器，内部充满绝缘油，提供机械支撑和防潮保护。
- 绝缘油循环路径：通过油泵或自然对流，油流经绕组和铁芯吸收热量，再流向散热装置冷却。
4. 绝缘材料
- 固体绝缘：绝缘纸板、层压木件、环氧树脂件等，用于固定绕组、隔离导电部件。
- 油-纸复合绝缘系统：油渗透到固体绝缘空隙中，增强整体介电强度。
二、辅助系统
1. 散热装置
- 散热片/管：焊接在油箱外壁，通过增大表面积加速散热。
- 冷却器：
- 自然冷却（ONAN）：依靠油的自然对流散热。
- 强迫油循环冷却（OFAF/ODAF）：通过油泵和风扇强制散热，适用于大容量变压器。
2. 保护装置
- 气体继电器（瓦斯继电器）：安装在油管中，检测内部故障产生的气体，触发报警或跳闸。
- 压力释放阀：当内部压力过高时自动开启泄压，防止油箱爆裂。
- 温度计与油位计：监测油温及油位，防止过热或油量不足。
3. 监测与诊断系统
- 油中溶解气体分析（DGA）：通过检测氢气、甲烷等气体浓度，预警局部放电或过热。
- 在线监测装置：实时监测油温、湿度、局部放电等参数。
4. 调压装置
- 分接开关：
- 无励磁分接开关（需停电调压）。
- 有载分接开关（OLTC）：可在负载下调整绕组匝数，调节输出电压。
5. 储油柜（膨胀器）
- 胶囊式或隔膜式储油柜：补偿油体积随温度的变化，隔绝空气和湿气，防止油氧化。
6. 套管
- 高压套管：将绕组引出线与外部电网连接，内部填充绝缘油或树脂，外部瓷质绝缘。
三、结构设计特点
- 绝缘与散热协同
- 油-纸绝缘系统与散热器结合，既保障高电压隔离，又实现高效热管理。
- 模块化与冗余设计
- 分接开关、冷却器等模块便于维护更换，多重保护装置（如瓦斯继电器+压力阀）提升安全性。
- 密封性要求
- 油箱焊接密封，储油柜隔绝氧气，防止油老化和绝缘受潮。
四、典型故障与结构关联
- 局部过热：散热器堵塞或油循环不畅导致绕组温升异常。
- 绝缘老化：油纸劣化或受潮引发击穿。
- 机械振动：铁芯松动或绕组固定不良导致噪音和损耗增加。
总结
油浸式变压器通过磁路（铁芯）+电路（绕组）+绝缘油+散热系统的精密配合，实现电能的高效转换与安全运行。其结构设计兼顾了电气性能、热力学稳定性和机械可靠性，辅助系统则进一步强化了状态监测与故障防护能力。定期维护（如油质检测、散热器清理）是保障其寿命的关键。
