畢業(yè)設(shè)計10KV干式變壓器設(shè)計

1、目 錄摘 要 IAbstract II第1章 概 述 11.1 干式變壓器的發(fā)展及前景11.2 干式變壓器的應(yīng)用場合21.3 干式變壓器的分類21.4 冷卻方式及其標志31.5 溫升限值及參考溫度31.6 絕緣水平41.7 干式變壓器的過載能力41.8 干式變壓器的防護方式51.9 干式變壓器的環(huán)保標準5第2章 設(shè)計要點 62.1 鐵心相關(guān)計算62.1.1 鐵心直徑的選擇 62.1.2 鐵心的空間填充系數(shù)62.1.3 鐵心疊片系數(shù)72.1.4 鐵軛截面和形狀的選擇72.1.5 其它 82.2 高低壓繞組匝數(shù)的計算82.2.1 初算每匝電壓 8 2.2.2 低壓繞組匝數(shù)的計算 92.2.3 磁通

2、密度和磁通的計算 9 高壓繞組匝數(shù)的計算 102.2.5 電壓比校核 102.3 繞組相關(guān)尺寸和銅重的計算112.4 關(guān)于H級干式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu) 122.4.1 概述 122.4.2 關(guān)于NOMEX 紙的技術(shù)性能122.4.3 用NOMEX紙做原料的H 級干式變壓器 142.5 溫升計算142.5.1 開敞通風式干式變壓器的溫升計算原則152.5.2 有關(guān)參數(shù)的補充說明18第3章 10KV 干式變壓器的設(shè)計計算193.1 技術(shù)參數(shù)193.2 鐵心直徑及繞組匝數(shù)193.3 繞組計算20 3.4 鐵心柱心距及線圈的徑向尺寸203.5 阻抗計算213.6 鐵心重量及損耗計算213.7 空載電流計算

3、223.8 溫升計算22第4章 需要探討的一些問題 254.1 H 級干變和環(huán)氧澆注干變的比較254.2 電流密度的選擇264.3 關(guān)于溫升284.4 關(guān)于容量294.5 關(guān)于聯(lián)結(jié)法294.6 低溫的使用環(huán)境294.7 噪聲和發(fā)熱問題的控制304.8 合理利用干式變壓器的過載能力來節(jié)省投資30參考文獻 32結(jié)束語 33附錄A 低壓引線圖附錄B 高壓引線圖10KV干式變壓器的設(shè)計摘要：我國目前常用的干式配電變壓器主要是F 級絕緣的環(huán)氧樹脂澆注型或纏繞型的產(chǎn)品, 最近, 國內(nèi)推出一種采用NOMEX絕緣紙作絕緣的H 級絕緣干式變壓器。通過F1 級耐火能力、E2 級環(huán)境適應(yīng)能力和承受C2 級熱沖擊能力

4、試驗, 證明它具有良好的電氣性能、機械性能和較高的耐熱等級, 并且是一種安全性好的環(huán)保產(chǎn)品,能在多種惡劣的環(huán)境下運行, 值得推廣使用。還介紹了用NOMEX紙制造H級絕緣非包封繞組干式電力變壓器的技術(shù)性能特點、并就其制造成本與樹脂澆注干式變壓器進行了對比分析。關(guān)鍵詞： H 級干式變壓器； 特點； 分析；The design of 10kv class H dry-type transformerAbstract: The dry-type transformer most in use in China is class F insulated encapsulated-winding type

5、. Recently , the class H Nomex-paper-insulated dry-type transfor-mer appears on china market , whose outstanding elect romechanical performance , heat resistance , safety , environment protecting capability and compatibility are validatedthrough class F1 fire-resistant test , class E2 environment co

6、mpatibility test and class C2thermal impulse test . As a result, it is worth spreading. The technical characteristicsof the class no-encapsulated-winding dry-type power transformer with NOMEX paper are introduced. Its cost is compared with the cast-resin dry-type transformer.Key words: class H dry-t

7、ype transformer； features； analysis；第 1 章 概述1.1 干式變壓器的發(fā)展及前景自新中國成立以來，尤其是改革開放后，我國的電力工業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展。迄今，我國的總裝機容量與年發(fā)點量都已越居世界前列，成了名副其實的“電力大國”。但是，由于我國人口眾多，按人均的裝機容量和年用電量方面，仍處于發(fā)展中國家的中等水平。今后，隨著我國在新世紀中國民經(jīng)濟全面邁向小康水平，電力工業(yè)必將取得更快的發(fā)展。眾所周知，變壓器是電力系統(tǒng)中的一個極其重要的設(shè)備，無論是發(fā)電廠、變電所、輸配電網(wǎng)絡(luò)還是廣大的用戶以及國民經(jīng)濟的各個部門，都使用著各式各樣的變壓器。據(jù)統(tǒng)計，每增加1kw的發(fā)

8、電裝機容量，就需要配套6-8KVA的變壓器，可見，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，對變壓器的需求量還將不斷增加。當今世界范圍內(nèi)電力變壓器以油浸式變壓器(即絕緣介質(zhì)使用礦物油)為主，尤其在電壓等級超過66kV時，幾乎全部采用這類產(chǎn)品。因為油浸式變壓器具有散熱好、成本低、容易制造、技術(shù)成熟等特點，最重要的一點是，用于高電壓等級時油浸式變壓器的絕緣性能是其他類型的變壓器無法比擬的。但是在人們工作和生活的重要區(qū)域，如地鐵、礦井、商業(yè)中心、機場、高層建筑、碼頭和電廠等地，采用油浸式變壓器供電則非常不安全。因為油浸式變壓器一旦出現(xiàn)內(nèi)部故障，極易引燃變壓器油，產(chǎn)生爆炸，導致變壓器油外溢和飛濺，進而引發(fā)更大的事故。正

9、因如此，具有防火、難燃等特點的干式變壓器就成為城市供電的首選產(chǎn)品。干式變壓器，在GB6450標準中定義為“鐵心和線圈不浸在絕緣液體中的變壓器”。由于不用液體來絕緣且采用阻燃材料，因而難燃；同時，因產(chǎn)品鐵心和線圈的外露，使維護和檢修變得更加方便。因此，許多國家明確規(guī)定在重要場所必須采用干式變壓器供電。干式變壓器在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展，是要追溯到20世紀中后期。1964年，第一臺環(huán)氧樹脂澆注的干式變壓器在德國誕生，這種干式變壓器易于批量生產(chǎn)，與早期的浸漬干式變壓器比較，優(yōu)點明顯，尤其是機械強度高，質(zhì)量穩(wěn)定性好，故很快推廣應(yīng)用開來。80年代末期，干式變壓器從外國進入中國，至今每年以超過20%的增長

10、率迅猛發(fā)展。隨著城市電網(wǎng)用電負荷的逐漸增加, 城網(wǎng)變電站深入城區(qū)和居民區(qū)越來越多, 干式變壓器便得到了廣泛的應(yīng)用, 在不斷的需求中, 干式變壓器本身也得到了巨大的發(fā)展。1989 年我國第二次城網(wǎng)改造會議時, 國內(nèi)干式變壓器年產(chǎn)量只有2 000MVA , 到1995 年發(fā)展到6 000 MVA , 2000 年已達到17 000 MVA , 占配電變壓器產(chǎn)量的19 %。從世界各國干式變壓器的發(fā)展狀況去看, 其產(chǎn)量及使用范圍逐漸擴大。在美國, 干式變壓器已成為變配電變壓器主體, 成套變電站中干式變壓器占80 %90 %。因為干式變壓器具有諸多的優(yōu)點, 越來越多地被應(yīng)用于高層建筑及商業(yè)中心、石油、化

11、工等對防火與安全有更高要求的部門。我們相信在中國加入WTO之后，隨著開放程度的進一步提高，干式變壓器領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更為廣闊的市場空間和未來。1.2 干式變壓器的應(yīng)用場合干式電力變壓器的選用，應(yīng)根據(jù)負荷狀況、工程特點、場所環(huán)境、發(fā)展規(guī)劃等因素，合理確定容量和臺數(shù)。(1)在防火要求較高的場所、人員密集的重要建筑物內(nèi)(如地鐵、高層建筑、劇院、商場、候機大樓等)和企業(yè)主體車間的無油化配電裝置中(如電廠、鋼廠、石化等)，應(yīng)選用干式電力變壓器。(2)當場地較小時，如果技術(shù)經(jīng)濟指標合理，應(yīng)選用干式電力變壓器。(3)初期投資和油浸電力變壓器附設(shè)的排油設(shè)施、防爆隔墻、廢油處理，以及運行維護和損耗等費用，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比

12、較合理時，宜選用干式電力變壓器。(4)與居民住宅連體的和無獨立變壓器室的配電站，宜選用干式電力變壓器。(5)難以解決油浸電力變壓器事故排油造成環(huán)境污染的場所，可選用干式電力變壓器。(6)在與重要建筑物防火間距不夠的戶外箱式變電站內(nèi)，可選用干式電力變壓器。1.3 干式變壓器的分類干式變壓器按繞組、外殼和絕緣材料的溫度等級進行分類。(1)按繞組分類：分為包封繞組的干式變壓器和非包封繞組的干式變壓器二類。有一個或幾個繞組用固體絕緣包封起來的干式變壓器稱為包封繞組的干式變壓器。任何繞組均沒有用固體絕緣包封起來的干式變壓器稱為非包封繞組的干式變壓器。(2)按外殼分類：分為密封型、全封閉型、封閉型和非封閉

13、型干式變壓器四類。密封型干式變壓器，帶有密封型保護外殼，殼內(nèi)充以空氣或某種氣體。其外殼的密封性能使殼內(nèi)外的氣體不發(fā)生交換。全封閉型干式變壓器，帶有全封閉型外殼，殼內(nèi)外的空氣能夠發(fā)生交換，但外界空氣不能以循環(huán)方式冷卻鐵心和繞組。封閉型干式變壓器，帶有封閉型外殼，外界空氣能夠以循環(huán)方式冷卻鐵心和繞組。非封閉型干式變壓器，不帶外殼，外界空氣能夠以循環(huán)方式冷卻鐵心和繞組。(3)按絕緣材料的溫度等級分類：分為A級、E級、B級、F級、H級、C級絕緣干式變壓器。目前，常見的是B級、F級、H級干式變壓器。下表列出了各溫度等級絕緣材料的最高允許溫度：表1-1 各溫度等級絕緣材料的最高允許溫度溫度等級AEBFHC

14、最高允許溫度 105120130155180220 1.4 冷卻方式及其標志干式變壓器的冷卻介質(zhì)為空氣或其他某種氣體（例如氮氣），冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式有自然循環(huán)和強迫循環(huán)二種。前者稱為自冷式，后者稱為風冷式。通常用二個字母表示冷卻方式。第一個字母表示冷卻介質(zhì)，第二個字母表示冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式。冷卻介質(zhì)為空氣時，用字母A表示；冷卻介質(zhì)為其他氣體時，用字母G表示。冷卻介質(zhì)自然循環(huán)時，用字母N表示；冷卻介質(zhì)強迫循環(huán)時，用字母F表示。（1）對于非封閉型和封閉型干式變壓器來說，外界空氣能夠以循環(huán)方式冷卻鐵心和繞組。繞組和鐵心的冷卻方式完全能夠反映這二種干式變壓器的冷卻方式，所以只用二個字母來表示冷卻方式。

15、自冷時用AN表示，風冷時用AF來表示。（2）對于全封閉型和密封型干式變壓器來說，外界空氣不能以循環(huán)方式冷卻鐵心和繞組。殼內(nèi)外的冷卻介質(zhì)及其循環(huán)方式可能相同，也可能不同，必須分別標志殼內(nèi)外的冷卻方式。通常用4個字母來標志這兩種干式變壓器的冷卻方式。前2個字母表示殼內(nèi)繞組和鐵心的冷卻方式，后2個字母標志外科的冷卻方式。當某一干式變壓器有二種冷卻方式時，可用這二個冷卻方式標志中間加斜線的方法來標志，例如：AF/AN。1.5 溫升限值及參考溫度干式變壓器繞組的溫升限值取決與絕緣的溫度等級。負載損耗、阻抗電壓、短路阻抗的參考溫度等于繞組的溫升限值加上20。表1-2列出了在正常使用條件下運行的干式變壓器繞

16、組絕緣的溫度限值。從調(diào)研中得出，運行溫度限值每超過額定值10，變壓器使用壽命降低一半，不論運行環(huán)境溫度的變化如何，銘牌容量的15倍為該臺變壓器的應(yīng)急容量極限 繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣破壞，是導致變壓器不能正常工作的主要原因之一，因此對變壓器的運行溫度的監(jiān)測及其報警控制是十分重要的。冷卻風機的自動控制、超溫報警、跳閘系統(tǒng)、溫度顯示系統(tǒng)，必須靈敏、準確、可靠動作，才能對于式變壓器的運行狀態(tài)、故障狀況作出正確的判斷，以便及時處理。表1-2 各類繞組絕緣溫度限值絕緣的溫度等級AEBFHC繞組溫升限值（K）607580100125150性能參考溫度（）8095100120145170干式變壓器的正

17、常使用條件主要是指：（1）海拔不超過1000m；（2）最高氣溫不超過40，最高日平均氣溫不超過30，最高年平均氣溫不超過20。當冷卻空氣的溫度某一項超過上列限值但不超過10K時，超過部分以5K為一級，繞組溫升限值每級降低5K。當海拔超過1000m時，超過部分以500m為一級，自冷干式變壓器繞組溫升限值每級降低2.5%，風冷干式變壓器繞組溫升限值每級降低5%。1.6 絕緣水平 用于一般配電網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)系統(tǒng)的干式變壓器，其絕緣水平應(yīng)符合下表 1-3 的規(guī)定。表1-3 絕緣水平電壓等級（KV）工頻耐受電壓（有效值）（KV）雷電沖擊電壓（峰值）（KV） 136101520353102028385070

18、2040607595145-40607595125170表中雷電沖擊耐受電壓有系列和系列二種?？砂锤墒阶儔浩髟馐芾纂娺^電壓和操作過電壓的程度，中性點接地方式和過電壓保護裝置的型式來選擇，通常由用戶來提出。當干式變壓器安裝地點的海拔高度超過1000m，但不超過3000m時，超過1000m的部分以每500m為一級，干式變壓器工頻耐受電壓每級增加6.25%。1.7 干式變壓器的過載能力 干式變壓器的過載能力與環(huán)境溫度、過載前的負載情況、變壓器的絕緣散熱情況和發(fā)熱時間常數(shù)等有關(guān)。 因此，從運行經(jīng)濟安全可靠方面，可以從以下兩點考慮。（1）減少備用容量或臺數(shù)：在某些場所，對變壓器的備用系數(shù)要求較高，使得工

19、程選配的變壓器容量大、臺數(shù)多。而利用干式變壓器的過載能力，在考慮其備用容量和備用臺數(shù)時可以減少。變壓器處于過載運行時，一定要注意監(jiān)測其運行溫度：若溫度超過允許溫升限值即應(yīng)采取減載措施，減去一些次要負荷，以確保對主要負荷的安全供電。（2）可適當減小變壓器容量：充分考慮某些設(shè)備短時沖擊過負荷的可能性，盡量利用干式變壓器的較強過載能力而減小變壓器容量；對某些不均勻負荷的場所，可充分利用其過載能力，適當減小變壓器容量，使其主運行時間處于滿載或短時過載。1.8 干式變壓器的防護方式根據(jù)使用環(huán)境特征及防護要求，千式變壓器可選擇不同的外殼。通常選用IP20防護外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物及鼠、蛇、

20、貓、雀等小動物進入，造成短路停電等惡性故障，為帶電部分提供安全屏障。若須將變壓器安裝在戶外，則可選用IP23防護外殼，除上述IP20防護功能外，更可防止與垂直線成60°角以內(nèi)的水滴入。但IP231-殼會使變壓器冷卻能力下降，選用時要注意其運行容量的降低。1.9 干式變壓器的環(huán)保標準國家環(huán)保局在廣泛調(diào)研、論證、征求意見的基礎(chǔ)上，于2004年1月19日發(fā)布并開始實施干式變壓器的環(huán)保標準HBC212004環(huán)保標志產(chǎn)品認證技術(shù)要求干式電力變壓器。該標準就成為變壓器行業(yè)的第一部環(huán)保法典，激勵和約束變壓器產(chǎn)品朝著“節(jié)能、低噪、少維護、高可靠、易于回收處理”的方向發(fā)展。該標準提出三方面基本要求：(

21、1)變壓器品質(zhì)方面：必須滿足GBT10228和GB6450變壓器質(zhì)量標準。(2)變壓器制造企業(yè)環(huán)保方面：企業(yè)污染物排放滿足相應(yīng)國家和地方法規(guī)標準。(3)該標準對變壓器產(chǎn)品本身的環(huán)境指標做出嚴格規(guī)定，進一步從變壓器損耗、噪音、局部放電、廢置產(chǎn)品回收特性等四個方面提出了具體的達到環(huán)保標志產(chǎn)品要求。針對環(huán)保標志產(chǎn)品回收特性的要求，標準規(guī)定：產(chǎn)品應(yīng)易于拆解，產(chǎn)品中金屬材料與非金屬材料應(yīng)易于分離。申請者應(yīng)證明這種分離設(shè)施目前是廣泛存在的，同時必須為廢棄的產(chǎn)品建立回收系統(tǒng)或必須與目前設(shè)立的回收系統(tǒng)相結(jié)合。第2章 設(shè)計要點2.1 鐵心相關(guān)計算鐵心柱直徑是變壓器的最基本的參數(shù)，因為鐵心的大小一旦確定，也就決定

22、了繞組的內(nèi)徑以及原、副繞組的匝數(shù)，從而影響到整個變壓器的尺寸和各主要性能參數(shù)。它的正確選定還涉及到變壓器材料消耗的銅鐵比，是影響優(yōu)化設(shè)計的重要因素。2.1.1 鐵心直徑的選擇 選擇鐵心直徑的方法是較多的，如按照容量、短路阻抗、損耗值等，這些在有關(guān)書籍（如電機設(shè)計）中均有介紹，但這些公式使用起來都比較復雜。我國目前在設(shè)計時，一般均在綜合考慮上述因素之后，采用下面的半經(jīng)驗公式來計算鐵心直徑，即： （2-1）式中 鐵心直徑，mm；鐵心直徑經(jīng)驗系數(shù)，它的取值可參見表2-1； 變壓器的每柱容量，KVA。上式表明，對絕緣等級相同，結(jié)構(gòu)相似的變壓器，其鐵心直徑與每柱容量的1/4次方成比例。這種關(guān)系也與一般電

23、機設(shè)計的規(guī)律相同。表2-1 鐵心直徑的經(jīng)驗系數(shù)值變壓器類別三相雙繞組三相三繞組單相雙繞組單相三繞組自耦變壓器鋁繞組50-5448-5250-5448-5248-52銅繞組53-5751-5553-5751-5551-55從表中可知：值與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，在一般情況下，就值本身而言，具有銅線大于鋁線，雙繞組大于三繞組等特點。根據(jù)我國以往的中小型變壓器的統(tǒng)一設(shè)計，對雙繞組鋁線一般取=52；對雙繞組銅線取=55。但是隨著技術(shù)的進步，的取值也在不段變化。例如對銅線雙繞組的配電變壓器有的廠家建議平均可取=52.5，這樣可交好地節(jié)省硅鋼片。所以表2-1中所推薦的值也并非一成不變的，在設(shè)計時還應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的發(fā)展、

24、材料的價格以及各廠的具體條件來選擇最優(yōu)的值。2.1.2 鐵心的空間填充系數(shù) 由于一般變壓器的鐵心都是采用薄硅鋼片迭成的圓內(nèi)多級矩形截面。顯然，當多級矩形的級數(shù)愈多時，則它的截面愈接近圓面積。通常把多級矩形的幾何截面積與圓面積之比成為鐵心的空間填充系數(shù)，即： =（鐵心的實際幾何面積/鐵心外接圓面積）< 1 （2-2）當鐵心級數(shù)愈多時，則填充系數(shù)愈高，這就意味著空間利用效果較好，漏磁也較少。但是，隨著級數(shù)的增加，則鐵心的沖剪、疊片等的工時都大為增加。所以鐵心的級數(shù)要選擇恰當，總的原則是直徑愈大則級數(shù)愈多，一般為5-14級（1/4圓內(nèi)級數(shù)）。鐵心級數(shù)與填充系數(shù)的關(guān)系見表2-2，從此表看出，當級

25、數(shù)在9級以上時，填充系數(shù)增加不多。目前采用的鐵心直徑與級數(shù)范圍見表2-3。表2-2 鐵心級數(shù)與填充系數(shù)的關(guān)系級數(shù)123456789101112131415填充系數(shù).637.787.851.866.908.923.934.942.948.953.955.958.961.967.969 表2-3 鐵心級數(shù)與鐵心直徑的關(guān)系鐵心直徑D（mm）80-9095-120125-195200-225230-240245-265270-290400-560580-680700-980980以上級數(shù)56789101112131415以上2.1.3 鐵心疊片系數(shù)由于硅鋼片表面的平整度、絕緣涂層厚度等的影響，使得硅鋼

26、片實際通過磁力線的凈截面（有效截面）與其幾何截面（毛截面）并不相等，它們之間的關(guān)系，常引用疊片系數(shù)的概念來表示，其定義為：=（通過磁力線的鐵心凈截面鐵心的幾何截面）< 1 （2-3）在一般情況下，的值與硅鋼片的平整度、絕緣層厚度以及鐵心的綁扎程度、夾緊方式等有關(guān)。以往采用熱軋硅鋼片時，的值很少有超過0.93的，在采用冷軋硅鋼片后，它的值提高到0.93-0.95，目前由于硅鋼片的質(zhì)量不斷提高，鐵心加工、綁扎工藝的不斷改進，使得的值，已可取到0.96-0.975，甚至更高的值。2.1.4 鐵軛截面和形狀的選擇 鐵軛的截面形狀有外接圓多級矩形、矩形、正T形、正多級T形、倒T形、倒多級T形以及多

27、級橢圓形截面等，對于大、中容量以及大多數(shù)小容量變壓器，為了使磁通分布均勻以及化簡工藝，鐵軛和鐵心一樣，也都采用外接圓多級矩形，這時二者的截面積取得一致。2.1.5 其它鐵心的綁扎，B 級干式變壓器通常用環(huán)氧玻璃粘帶或者其它B級綁扎材料；H 級干式變壓器通常用聚胺-酰亞胺玻璃纖維綁扎帶或其它H級材料綁扎。鐵軛的夾緊，通常是考夾件和用不導磁鋼板制成的拉帶通過螺栓來實現(xiàn)的。心柱綁扎結(jié)構(gòu)的扎緊力一般不低于4.9-8.8 N/。鐵軛螺栓的夾緊力一般不低于6.9-8.8 N/。為了鐵心散熱通暢，鐵心外的絕緣筒或繞組內(nèi)徑至鐵心外接圓的距離通常不低于15mm。為了固定絕緣筒或內(nèi)部繞組，通常采用四個撐板，分別布

28、置在主級和小級疊片組的外側(cè)。 2.2 高低壓繞組匝數(shù)的計算2.2.1 初算每匝電壓 （2-4） 式中 初算的每匝電壓，V/匝； 初選的鐵心磁密，T； 鐵心的有效截面積，； 工頻 ，Hz。 從上式可以看出，當鐵心截面一旦確定后，每匝電勢的大小主要決定于所選擇的最大磁密。而在設(shè)計時的最大磁密值的選擇是一項比較復雜的問題，它涉及到鐵心材料的特性、材料的用量、運行損耗和發(fā)熱、電勢波形、噪聲以及正常和故障運行方式的要求等多方面的因素。下表2-4和2-5給出了干式變壓器磁通密度和電流密度的選擇。表2-4 干式變壓器磁通密度的選擇鐵心材料絕緣耐熱等級磁通密度（）T冷軋硅鋼片BH熱軋硅鋼片BH表2-5 干式變

29、壓器電流密度的選擇繞組材料絕緣耐熱等級電流密度（A/）內(nèi)繞組外繞組銅導線BH2-3鋁導線BH2.2.2 低壓繞組匝數(shù)的計算由于低壓繞組沒有分接，一般根據(jù)低壓側(cè)相電壓及初算的每匝電壓，可初算出低壓繞組匝數(shù)，即 ， 匝 （2-5）由上式計算出并取整后，即得低壓繞組匝數(shù)。 第二步，由于低壓繞組匝數(shù)是從湊成的，所以每匝電壓有了變化，應(yīng)再按下式重算一次，才能得出實際的每匝電壓，即 ，V/匝 （2-6）用上式重新計算值時，必須計算至小數(shù)點后三位有效數(shù)字。這主要為了使具有較精確的值，以便下一步計算出的高壓繞組匝數(shù)能符合電壓比較核時的要求。2.2.3 磁通密度和磁通的計算當正式的每匝電壓確定后，即可最終確定磁

30、通和磁密。由下式可計算出磁密，即當工頻為50Hz時，有： ， T （2-7）再由 ， Wb （2-8）得 2.2.4 高壓繞組匝數(shù)的計算由于高壓繞組往往帶有±5%或更多的分接頭，所以要對各分接位置的匝數(shù)分別進行計算，其一般步驟為：（1）先計算出額定相電壓及各分接位置時的相電壓；（2）按下式求出高壓繞組最小分接位置時的匝數(shù)，即 湊成整數(shù)匝 （2-9）式中 高壓繞組最小分接位置時的相電壓， V； 按式（2-6）算出的每匝電壓。（3）計算求得5%分接間相電壓的差值；（4）按下式計算分接間匝數(shù)，即 湊成整數(shù)匝 （2-10）（5）計算高壓繞組各分接位置時的匝數(shù)。對于一般只帶±5%分接

31、頭的變壓器，可直接按下式進行計算：最小分接位置時的匝數(shù) 額定分接位置時的匝數(shù) （2-11）最大分接位置時的匝數(shù) 但是，應(yīng)當指出，上述高壓各分接位置時的匝數(shù)，需要在電壓比較核后才可能最后確定。2.2.5 電壓比較核眾所周知，根據(jù)變壓器并聯(lián)運行的要求，對并聯(lián)運行的變壓器之間的變比偏差要求是極嚴格的。為此，在設(shè)計時對計算出的高低壓繞組匝數(shù)必須進行較嚴格的電壓比較核。國家標準中所規(guī)定的電壓比的容許偏差如表2-6所示。但考慮到制造和試驗的偏差，因此在設(shè)計計算時的電壓比容許偏差應(yīng)比規(guī)定值小一半，以保留一定的裕度。表2-6 GB 1094.1 所規(guī)定的電壓比容許偏差電壓比的容許偏差適用范圍取下列二值中較小者

32、1）規(guī)定電壓比的±0.5%2）實際阻抗百分數(shù)的±1/10*主分接按協(xié)議，但不低于上述1）、2）中的較小者其他分接注 * 由于自耦變壓器及增壓變壓器的阻抗較小，因而會產(chǎn)生更小的偏差，故2）項不能適用 通常，電壓比較核可按下列程序進行； （1）額定分接時電壓比較核，即 （2-12）式中額定相電壓；計算的相電壓。而 （2-13）式中額定分接時的匝數(shù)。 （2）最大及最小分接下的電壓比較核：1）最大分接： （2-14）2）最小分接： （2-15）式中 ，規(guī)定的最大，最小分接下的電壓； ，計算的最大，最小分接下的電壓。當分接的數(shù)目較多時，每個分接下都需要進行校核。另外，在進行各分接下的

33、電壓比較核時，應(yīng)計算到小數(shù)點后的三位數(shù)字。2.3 繞組相關(guān)尺寸和銅重的計算（1） 輻向尺寸的計算 式中 沿輻向的導線并聯(lián)根數(shù)； 每段匝數(shù)； 制造裕度，取1.03-1.05； 帶絕緣導線厚度。（2） 軸向尺寸的計算 式中 帶絕緣導線寬度； 沿軸向?qū)w的總根數(shù)。 對于連續(xù)式（糾結(jié)式），n=總段數(shù)；對于單螺旋（一次標準換位、二次特殊換位），n=匝數(shù)+4；對于雙螺旋，n=2（匝數(shù)+1）；對于四螺旋，一側(cè)出線，n=4（匝數(shù)+1）；對于四螺旋，前后兩側(cè)出線，n=4（匝數(shù)+1/2）。 （3） 鐵心窗口高度計算 式中 軸向尺寸； 壓板至鐵軛間空隙。 （4） 繞組銅重的計算 ， 式中 繞組銅重； 繞組平均匝長；

34、 繞組平均直徑； 繞組導線截面； 繞組匝數(shù)。 考慮到引出線及導線絕緣的重量，一般按上述計算的結(jié)果還要增加5%-10%的重量。2.4 關(guān)于H級干式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)2.4.1 概述眾所周知，H級干式變壓器較之F級干式變壓器，平均溫升可以高出25%，所以設(shè)計時電流密度可以取得較高，從而可以相應(yīng)縮小變壓器的尺寸。此外，它還適用于溫升較高的場所，隨著NOMEX紙被應(yīng)用于H級干式變壓器以及絕緣工藝的進步，H級干式變壓器的技術(shù)經(jīng)濟性能得到了大大提升。下面首先就H級干式變壓器的分類情況介紹如下：（1）環(huán)氧澆注式（180絕緣系統(tǒng)）。（2）以NOMEX紙為原料的產(chǎn)品（220絕緣系統(tǒng)）。1）浸漬式。包括真空壓力浸漬

35、（VPI）開敞通風式（OVDT）；真空壓力浸漬包封式（VPE，又稱VDT）。2）非浸漬式。 （3）不用NOMEX紙的OVDT浸漬式H級干式變壓器（180絕緣系統(tǒng)）。2.4.2 關(guān)于NOMEX紙的技術(shù)性能NOMEX紙是美國杜邦公司的專利產(chǎn)品，它是一種芳香聚酰胺聚合物，發(fā)明于20世紀60年代。由于N0MEX紙具有優(yōu)越的化學、機械、電氣和物理性能，目前已被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備制造、宇航設(shè)備、勞動保護設(shè)備以及消防、環(huán)保等設(shè)備上。N0MEX的優(yōu)越性能主要表現(xiàn)在如下幾點。(1)電氣性能。N0MEX紙無論在工頻或沖擊下均具有較高的抗電強度，例如它的工頻擊穿場強為20-40kVmm，明顯高于環(huán)氧樹脂。從表3-1

36、中幾種絕緣材料的相對介電常數(shù)值的比較來看，NOMEX紙的值較低，更接近于空氣。因而，當干式變壓器采用N0MEX紙作為絕緣介質(zhì)時，將使絕緣體與周圍空氣介質(zhì)間的電場分布更為均勻，從而可以緊縮其絕緣尺寸，也避免了電場的過分集中，并相應(yīng)使整個絕緣結(jié)構(gòu)體系更加合理，降低了局部放電量，提高了運行可靠性。此外，NOMEX紙的沿面放電起始電壓與局部放電起始電壓均較高，當用于干式變壓器時，可使繞組與鐵軛間的距離縮小，從而降低鐵心柱的高度并減小鐵心的質(zhì)量。表3-1 幾種絕緣材料的相對介電常數(shù)值絕緣材料空氣NOMEX紙變壓器油油浸紙版環(huán)氧樹脂玻璃纖維普通紙纖維聚脂類樹脂、漆聚脂薄膜硅油相對介電常數(shù)12.25-64.

37、53.12.7(2)耐熱性能。耐熱溫度高是NOMEX紙固有的特點，也是它最為突出的優(yōu)點之一。NOMEX紙屬于C級絕緣材料，在220的溫度下，可以保持長期穩(wěn)定運行，國際上公認它屬于220的絕緣系統(tǒng)。即使溫度達到250，N0MEX紙也不會熔融、流動和助燃，其電氣性能仍可達到額定值的95，甚至當溫度達到350時，NOMEX紙仍可短期運行。另外，NOMEX紙板還可承受較大的溫度梯度，過載能力較強，除了適合制造H級干式變壓器外，它還適用于制造散熱條件較差的SF6氣體絕緣變壓器以及對過載能力要求較高的電氣機車牽引變壓器等。NOMEX紙與其他干式變壓器絕緣材料的耐熱能力比較見表3-2。表3-2 幾種用于干式

38、變壓器的絕緣材料的耐熱溫度絕緣材料NOMEX紙環(huán)氧樹脂硅樹脂云母無機復合紙玻璃增強聚脂聚脂類樹脂耐熱溫度/220130-200180-220220-240130-200130-200105-155(3)機械性能。NOMEX紙具有很高的抗張強度與抗撕裂強度，以及很高的抗磨擦和抗割穿性能，所以它既可以防止制造過程中出現(xiàn)問題，又可以保證長期運行過程中具有足夠的機械強度。此外，NOMEX紙還具有很高的抗壓強度，在壓力作用下的變形小、撓性好，從而保證了在短路和其他機械應(yīng)力作用下，整個線圈結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和牢固。(4)防潮性能。NOMEX紙不吸水，具有很好的防潮性能，即使在相對濕度為95的狀態(tài)下，仍可保持90的

39、完全干燥時的介質(zhì)強度。因此，用NOMEX紙制造的干式變壓器在潮濕的環(huán)境中仍能安全地工作。(5)阻燃性能。NOMEX紙的限氧指數(shù)高，在220時，其限氧指數(shù)LOI>208，因此，其阻燃性能要優(yōu)越于環(huán)氧樹脂與PET薄膜。2.4.3 用NOMEX紙做原料的H級干式變壓器（1）真空壓力浸漬式 （VPI）VPI H級干式變壓器是在原有的浸漬式干式變壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于采用了全新的真空壓力浸漬工藝，大大增加了產(chǎn)品的防潮性能與耐電強度。這種變壓器一般做成開敞通風式(OVDT)結(jié)構(gòu)，通風散熱情況較好。由于采用C級(220X2絕緣系統(tǒng))的NOMEX紙來制造H級(180X2絕緣系統(tǒng))的干式變壓器，使得

40、這種變壓器具有約20的過載熱裕度，因而過載能力很強。再加上NOMEX紙在防火、防潮、環(huán)保、安全方面所具有的諸多優(yōu)點，大大提高了其技術(shù)性能。目前，OVDT式VPI H級干式變壓器在世界上已得到了廣泛應(yīng)用。OVDT式VPI H級干式變壓器有如下主要特點。1)高壓線圈可以是餅式、層式等多種結(jié)構(gòu)。2)線圈為開敞通風式，散熱情況良好，熱點溫升與平均溫升間的差值小，有助于長期過載能力的提高與耐受熱沖擊負荷。3)依靠良好的真空壓力浸漬工藝，可保證其優(yōu)質(zhì)的防潮性能以及較低的局放值。4)為降低突發(fā)短路時的沖擊短路電流，線圈參數(shù)可設(shè)計為低XR結(jié)構(gòu)。（2） 真空壓力浸漬包封式(VPE或VDT)為了提高VPI變壓器的

41、環(huán)保與防潮性能，在真空壓力浸漬后，再用涂有硅樹脂漆(或聚脂漆)的NOMEX紙加以包封，就形成了VPE H級干式變壓器。VPE H級干式變壓器基本結(jié)構(gòu)與VPI OVDT式基本相同，絕緣材料也都是220的絕緣系統(tǒng)，不同的是前者防潮性能極好，且最高可容許到250溫度下運行。2.5 溫升計算 無論是油浸式變壓器還是干式變壓器，它們在運行的過程中，由于有鐵耗和銅耗的存在，這些損耗都將轉(zhuǎn)化成熱能而向外發(fā)散，從而引起變壓器不段發(fā)熱和溫度升高。具體而言，鐵耗和銅耗所產(chǎn)生的熱量將首先使鐵心和繞組的溫度逐步升高。最初，溫度上升很快，但隨著鐵心和繞組溫度的餓高，它們對周圍的冷卻介質(zhì)（如油或者空氣）就有一定的溫度差（

42、又叫溫差或溫升），這時繞組及鐵心就將一部分熱量傳到周圍的介質(zhì)中去，從而使周圍的介質(zhì)溫度升高，此時，由于繞組及鐵心有一部分熱傳給周圍介質(zhì)，故本身溫度上升將逐漸緩慢。經(jīng)過一段時間后，繞組及鐵心溫度最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，而再不升高，這時繞組和鐵心繼續(xù)產(chǎn)生的熱量將全部散到周圍介質(zhì)中去。這就叫做熱平衡狀態(tài)。上述過程是受“傳熱學”的規(guī)律所決定的。總的來說，干式變壓器的溫升計算其理論基礎(chǔ)與處理方法與油浸式是基本相同的。只不過走味對流散熱的介質(zhì)不是油，而是空氣。另外一個特點就是干式變壓器沒有油箱，并且由于干變的類型很多，結(jié)構(gòu)各異。所以干變的溫升計算更為繁雜。許多計算方法是屬于專利技術(shù)，不可能公開發(fā)表。因此，這里的

43、計算方法只是一些通用的經(jīng)驗或者法則，也是屬于一些基礎(chǔ)性的介紹。2.5.1 開敞通風式干式變壓器的溫升計算原則 2開敞通風式干變（OVDT）的結(jié)構(gòu)和象一個沒有油箱的油浸式變壓器的器身。但冷卻介質(zhì)為空氣，主要依靠輻射和對流來散熱。其溫升計算的原則為：（1）不考慮發(fā)熱體之間的熱交換時的溫升計算 鐵心及內(nèi)、外繞組的溫升計算式。鐵心以及內(nèi)、外繞組三者都有損耗，因而可認為是三個獨立的發(fā)熱體，當不考慮它們之間的相互熱交換時，起溫升計算式為： （2-16） 式中 ，鐵心以及內(nèi)、外繞組的溫升，K； ，鐵心以及內(nèi)、外繞組的單位熱負荷， 鐵心以及內(nèi)、外繞組的單位表面熱負荷的計算。（當內(nèi)、外繞組均為圓筒式繞組時）。

44、， ， （2-17） ， 式中，鐵心及內(nèi)、外繞組的損耗，；，鐵心及外繞組露在外面的散熱面，；，鐵心及內(nèi)、外繞組被遮蔽的散熱面，；，鐵心及內(nèi)、外繞組被遮散熱面的散熱系數(shù)。系數(shù)，的計算方法。 （2-18）式中，鐵心及內(nèi)、外繞組的平均氣道寬，mm；，鐵心及內(nèi)、外繞組氣道高，mm。系數(shù)，的計算方法。a.當兩發(fā)熱體間無絕緣筒時，取二者間隙的一半作為每個發(fā)熱體的氣道寬。b.當兩發(fā)熱體見有絕緣筒時，取發(fā)熱體至絕緣筒間的間隙作為該發(fā)熱體的氣道寬。c.為確定鐵心與內(nèi)繞組的間隙，可按下式確定鐵心的等效直徑 （2-19）式中鐵心柱的有效截面，。d.每個發(fā)熱體的平均氣道寬，應(yīng)是該發(fā)熱體所有氣道寬的算術(shù)平均值。氣道高，

45、的計算方法。a.鐵心氣道高取鐵心窗高與內(nèi)繞組電抗高的算術(shù)平均值，mm。b.內(nèi)、外繞組的氣道高分別取內(nèi)、外繞組的電抗高度，mm。（2）考慮發(fā)熱體之間的熱交換的溫升計算 當鐵心、內(nèi)、外繞組這三個獨立的發(fā)熱體之間的溫升不相等時，應(yīng)采用下列方法計算其相互熱交換關(guān)系，并最終確定其溫升。確定兩發(fā)熱體之間的溫差。 （2-20）式中下標0、1、2分別表示鐵心、內(nèi)繞組、外繞組。根據(jù)上述溫差值，求與之相應(yīng)的熱負荷。 （2-21）用于相互交換的熱負荷（當內(nèi)、外繞組均為圓筒式繞組時）。 （2-22）式中 鐵心與內(nèi)繞組氣道內(nèi)，鐵心等效直徑的表面積，；鐵心與內(nèi)繞組內(nèi)，內(nèi)繞組的表面積，；內(nèi)、外繞組氣道內(nèi)，外繞組的表面積，。注：在計算時，可在與以及與之間，分別取一個溫度較高的值進行計算。用于相互交換的溫差。 （2-23）鐵心及內(nèi)、外繞組的最終溫升。 （2-24）注：當>時，取 +，- <時，取 -，+>時，取 -，+<時，取 +，-2.5.2