畢業(yè)論文-干式變壓器計算

1、哈爾濱理工大學學士學位論文PAGE 哈 爾 濱 理 工 大 學畢 業(yè) 設 計 題 目： 干式變壓器 院、 系：哈爾濱理工大學電氣工程與自動化 姓 名： 指導教師： 系 主 任： 2012年 6哈爾濱理工大學學士學位論文PAGE IV干式變壓器計算摘要樹脂澆注干式變壓器是一種最為廣泛應用的干式變壓器。其繞組表面由高質量的防護材料組成，形成了覆蓋層。對環(huán)境適應能力強且超銘牌額定值運行能力強，維護簡便。本文在介紹了干式絕緣變壓器知識的基礎上，概述了樹脂澆注絕緣干式變壓器的技術規(guī)范及結構特點。并簡單介紹了其設計理論及主要工藝流程，并且以SCB10-500/35為例，列出了樹脂澆注干式變壓器如何進行材料

2、的選取以及設計的詳細計算過程，包括從變壓器鐵心、繞組、絕緣、損耗、短路阻抗到樹脂等絕緣材料的重量等。由于電子計算機已經成為科學研究領域中一個不可缺少的工具，在變壓器制造業(yè)也得到廣泛應用。并簡要地使用AutoCAD繪圖軟件，繪制干式變壓器尺寸圖。通過對比設計結果和技術參數(shù)要求，處理在設計過程中所產生的問題，最后得出一個較優(yōu)的設計。關鍵詞：干式變壓器，樹脂澆注，電磁計算，AutoCADDry-type transformer calculationAbstractThe cast resin dry-type transformer is one of the most widely used d

3、ry-type transformers. The winding surface of high-quality protective material, forming a cover layer. Environmental adaptation ability and super nameplate rating of ability to run, easy to maintain.After the introduction of dry insulation transformer of knowledge on the basis of an overview of the t

4、echnical specifications and structural characteristics of cast resin insulation dry-type transformer. And briefly describes the design theory and process to the SCB10-500/35 for example, listing the cast resin dry-type transformers material selection and design of the detailed calculation process, i

5、ncluding from the transformer core, the winding insulation the weight loss, short-circuit impedance to the resin insulating material.Electronic computer has become an indispensable tool in the area of scientific research in the transformer manufacturing industry has also been widely used. And a brie

6、f use of the AutoCAD software, drawing the dry-type transformer size chart.To deal with the problems arising in the design process by comparing the design results and technical parameters, in the end arrive at an optimal design.Key words：Dry - type transformer, Castresin, Electromagnetic calculation

7、,AutoCAD 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327907266 摘要 PAGEREF _Toc327907266 h I HYPERLINK l _Toc327907267 Abstract PAGEREF _Toc327907267 h II HYPERLINK l _Toc327907268 第1章 緒論 PAGEREF _Toc327907268 h 1 HYPERLINK l _Toc327907269 1.1 干式電力變壓器概況 PAGEREF _Toc327907269 h 1 HYPERLINK l _Toc327907270 1.2

8、干式變壓器分類 PAGEREF _Toc327907270 h 2 HYPERLINK l _Toc327907271 1.2.1 浸漬空氣絕緣 PAGEREF _Toc327907271 h 2 HYPERLINK l _Toc327907272 1.2.2 環(huán)氧樹脂澆注絕緣干式電力變壓器 PAGEREF _Toc327907272 h 3 HYPERLINK l _Toc327907273 1.2.3 繞包絕緣干式電力變壓器 PAGEREF _Toc327907273 h 4 HYPERLINK l _Toc327907274 1.2.4 復合式絕緣干式電力變壓器 PAGEREF _Toc

9、327907274 h 5 HYPERLINK l _Toc327907275 1.3 樹脂澆注絕緣干式變壓器 PAGEREF _Toc327907275 h 5 HYPERLINK l _Toc327907276 1.3.1 產品狀況及其特點 PAGEREF _Toc327907276 h 5 HYPERLINK l _Toc327907277 1.3.2 技術水平及質量狀況 PAGEREF _Toc327907277 h 6 HYPERLINK l _Toc327907278 1.4 本文研究的主要內容 PAGEREF _Toc327907278 h 7 HYPERLINK l _Toc3

10、27907279 第2章 樹脂澆注絕緣干式變壓器材料選擇及其生產工藝 PAGEREF _Toc327907279 h 8 HYPERLINK l _Toc327907280 2.1 工藝流程概述 PAGEREF _Toc327907280 h 8 HYPERLINK l _Toc327907281 2.2 絕緣、鐵心與繞組的選擇 PAGEREF _Toc327907281 h 8 HYPERLINK l _Toc327907282 2.2.1 絕緣用材料的選擇 PAGEREF _Toc327907282 h 8 HYPERLINK l _Toc327907283 2.2.2 鐵心的選擇 PAG

11、EREF _Toc327907283 h 9 HYPERLINK l _Toc327907284 2.2.3 繞組用材料的選擇 PAGEREF _Toc327907284 h 10 HYPERLINK l _Toc327907285 2.2.4 繞組型式的選擇 PAGEREF _Toc327907285 h 10 HYPERLINK l _Toc327907286 2.3 環(huán)氧樹脂澆注工藝特點 PAGEREF _Toc327907286 h 10 HYPERLINK l _Toc327907287 2.3.1無填料樹脂澆注 PAGEREF _Toc327907287 h 10 HYPERLIN

12、K l _Toc327907288 2.3.2 有填料樹脂澆注 PAGEREF _Toc327907288 h 11 HYPERLINK l _Toc327907289 2.3.3 環(huán)氧樹脂澆注工藝設備及特點 PAGEREF _Toc327907289 h 12 HYPERLINK l _Toc327907290 第3章 樹脂澆注干式變壓器的計算 PAGEREF _Toc327907290 h 14 HYPERLINK l _Toc327907291 3.1 干式變壓器設計計算的任務 PAGEREF _Toc327907291 h 14 HYPERLINK l _Toc327907292 3.

13、1.1 表3-1中一些參數(shù)的介紹 PAGEREF _Toc327907292 h 15 HYPERLINK l _Toc327907293 3.1.2 電力干式變壓器執(zhí)行國標簡介 PAGEREF _Toc327907293 h 15 HYPERLINK l _Toc327907294 3.2 樹脂澆注干式變壓器的計算過程 PAGEREF _Toc327907294 h 16 HYPERLINK l _Toc327907295 3.2.1基本的計算過程 PAGEREF _Toc327907295 h 16 HYPERLINK l _Toc327907296 3.2.2鐵心計算 PAGEREF _

14、Toc327907296 h 17 HYPERLINK l _Toc327907297 3.2.3 繞組計算 PAGEREF _Toc327907297 h 17 HYPERLINK l _Toc327907298 3.2.4 繞組絕緣半徑及平均匝長的計算 PAGEREF _Toc327907298 h 22 HYPERLINK l _Toc327907299 3.2.5 參考溫度（120）下繞組每相電阻及導線重量的計算 PAGEREF _Toc327907299 h 23 HYPERLINK l _Toc327907300 3.2.6 負載損耗的計算 PAGEREF _Toc32790730

15、0 h 24 HYPERLINK l _Toc327907301 3.2.7 樹脂、玻璃纖維重量的計算 PAGEREF _Toc327907301 h 24 HYPERLINK l _Toc327907302 3.2.8 空載損耗 PAGEREF _Toc327907302 h 24 HYPERLINK l _Toc327907303 3.2.9 短路阻抗的計算 PAGEREF _Toc327907303 h 25 HYPERLINK l _Toc327907304 3.2.10 鐵心溫升的計算 PAGEREF _Toc327907304 h 27 HYPERLINK l _Toc327907

16、305 3.2.11 高壓繞組溫升的計算 PAGEREF _Toc327907305 h 28 HYPERLINK l _Toc327907306 3.2.12 低壓繞組溫升的計算 PAGEREF _Toc327907306 h 28 HYPERLINK l _Toc327907307 3.3 本章總結 PAGEREF _Toc327907307 h 30 HYPERLINK l _Toc327907308 第4章 干式電力變壓器計算機輔助設計制圖 PAGEREF _Toc327907308 h 31 HYPERLINK l _Toc327907309 4.1 計算機在干式電力變壓器輔助設計中

17、的概況 PAGEREF _Toc327907309 h 31 HYPERLINK l _Toc327907310 4.2 干式變壓器計算機輔助制圖軟件(AutoCAD)簡介 PAGEREF _Toc327907310 h 31 HYPERLINK l _Toc327907311 4.3 干式電力變壓器尺寸圖 PAGEREF _Toc327907311 h 32 HYPERLINK l _Toc327907312 結論 PAGEREF _Toc327907312 h 34 HYPERLINK l _Toc327907313 致謝 PAGEREF _Toc327907313 h 35 HYPERL

18、INK l _Toc327907314 參考文獻 PAGEREF _Toc327907314 h 36 HYPERLINK l _Toc327907315 附錄A 英文原文 PAGEREF _Toc327907315 h 37 HYPERLINK l _Toc327907316 附錄B 英文翻譯 PAGEREF _Toc327907316 h 49- PAGE 54 -第1章 緒論1.1 干式電力變壓器概況19世紀初英國法拉第(17911867)確定了電磁感應原理后，在19世紀中期，應用感應原理制成了世界上第一臺配電變壓器1。最初制成的配電變壓器以及其后的一段時間內制造的變壓器，均是以空氣為絕

19、緣介質的干式變壓器。為了滿足遠距離電力輸送的需要，就必須提高輸電電壓等級這樣勢必尋找提高電力變壓器絕緣結構耐電強度的途徑，于是礦物油作為電力變壓器的絕緣介質而被廣泛應用于電力變壓器中，從而產生了油浸式變壓器。無論是電力變壓器還是特種變壓器，油浸式變壓器幾乎成為傳統(tǒng)的、惟一的結構形式。隨著現(xiàn)代社會日新月異地快速發(fā)展，要求防火的場所大增加，如高層建筑、地鐵、火車站、機場、醫(yī)院、石油化工企業(yè)及礦井內部等場合日益增多，人們對變壓器的安全性能提出了越來越高的要求。由于礦物油易燃、易爆炸，因而油浸式變壓器不宜安裝于防火要求高的場所，而且在運行中變壓器的滲漏油也會污染環(huán)境。為了滿足防火要求，各國的變壓器制造

20、廠家都在尋求礦物油的代用品，而這些代用品不但有毒，而且還不能降解，如多氯聯(lián)苯(PCB)(我國已明令禁止使用)。而合成方法制成的變壓器油代用品，如硅油等也因價格較高，除在電機車變壓器和高層建筑物變壓器中少量應用外其它場合基本不用。近年來，干式電力變壓器應用范圍不斷擴大。一些發(fā)達國家，如歐美等國，戶內安裝的變壓器已明文規(guī)定不準采用油浸式變壓器，一律采用防火型變壓器。干式變壓器同油浸式變壓器相比較具有以下明顯優(yōu)點：1) 干式電力變壓器避免了由于運行中發(fā)生故障而導致變壓器油發(fā)生火災和爆炸的危險。由于干式變壓器絕緣均為難燃材料，即使運行中變壓器發(fā)生故障而引發(fā)火災或有外來火源，也不會使火災的災情擴大。2)

21、 干式電力變壓器不會像油浸式變壓器那樣存在滲漏油問題，更無變壓器油老化等問題，通常干式電力變壓器運行維護和檢修工作大為減少，甚至可以免維修。3) 干式電力變壓器一般為戶內式裝置，對特殊需要的場所亦可制成為戶外式。對戶內式而言，它可以和開關柜安裝于同一室內，并可以和開關柜共用一個外殼，從而可減少安裝面積。4) 干式電力變壓器由于無油,故其所屬附件也少,無儲油柜安全氣道和油門等部件,當然也無密封等問題。由于干式電力變壓器具有以上優(yōu)點，需求量迅猛增加。在美、日和德國等工業(yè)發(fā)達國家干式電力變壓器產已占配電變壓器產的20%以上,有的國家甚至占50%左右,而干變的成套變電站已占成套變電站的80%90%。我

22、國干式變壓器產量已占配電變壓器的10%以上。隨著城市電網(wǎng)智能化改造工程的加快，我國由于引進了國外的先進技術，不但干式電力變壓器生產能力有了較大增長, 而且干變的技術水平也有了大幅度提高。目前 ,國內外變壓器生產廠家主要根據(jù)絕緣材料的供應情況，多數(shù)生產廠家生產了絕緣材料耐熱等級為B、F級的干式變壓器，而國外有的廠家，如日本的日立公司已生產了耐熱等級為H級的澆注絕緣和繞包絕緣干式電力變壓器。國內也有廠家生產了H級絕緣干式電力變壓器。目前，國內生產的干式電力變壓器單臺最大容量為30000kVA/35，最高電壓等級為110kV，主要以3150kVA及以下，電壓等級多數(shù)為35/10kV為主。國產干式電力

23、變壓器己能滿足要求防火場合的需要，且部分產品已出口國外?？梢灶A見，隨著國民經濟的發(fā)展,要求防火的場合還將不斷增加，智能電網(wǎng)建設中的大量需求，因而干式電力變壓器還將有較大發(fā)展。1.2 干式變壓器分類我國生產的干式電力變壓器, 按其制造工藝可分為浸漬空氣絕緣或普通干式電力變壓器、澆注絕緣干式電力變壓器和繞包絕緣干式電力變壓器，后兩者均為樹脂絕緣干式電力變壓器2。1.2.1 浸漬空氣絕緣到目前為止，浸漬空氣絕緣或普通干式電力變壓器已有60余年生產實踐經驗。浸漬式干變的繞組型式與繞制工藝基本上與油浸式變壓器繞組相同，區(qū)別在于繞組的導線絕緣、絕緣結構材料、根據(jù)需要選用不同耐熱等級的絕緣材料制成B級、F級

24、和H級絕緣干式電力變壓器，如選用B級(耐熱等級為130)的QZ2/130聚脂漆包圓銅線、SBEB/130雙玻璃絲包銅扁線，SBEB/155雙玻璃絲包銅扁線，SBEQB/155雙玻璃絲包漆包扁銅線SBMB/155雙玻璃絲包薄膜包扁銅線等。H級的有QZY目前，我國生產此種變壓器的廠家除沈陽變壓器有限責任公司、沈陽第二變壓器廠外，還有不少變壓器廠家均可生產浸潰空氣絕緣干式電力變壓器。在全世界范圍內, 浸漬式干式電力變壓器同環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器一樣，是平行發(fā)展的,而且需求量也基本相同。 我國由于相當多的變壓器 生產廠家引進了樹脂澆注技術, 從而造成了目前國內市場干式變壓器的單一性, 但由于環(huán)保問題

25、日益受到重視, 浸漬式干式電力變壓器將有較大發(fā)展。目前國內外能與樹脂絕緣變壓器相抗衡的是新型的浸漬式干式變壓器。這種產品的特點如下：1) 絕緣耐熱等級高 ,據(jù)分析其在相同容量、相同損耗等技術參數(shù)的條件下，當由原B級絕緣提高到H級時，則產品技術經濟指標可以提高。2) 防潮問題可以得到較好解決。3) 真空浸漬工藝比澆注工藝簡單。4) 防火性能比澆注變壓器好。5) 在高溫中燃燒不產生大量煙霧，更適用于對環(huán)保和安全有特殊要求的場合。對于浸漬式干式電力變壓器而言，浸漬工藝有壓力浸漬(VPI)工藝及真空浸漬(VI)工藝。 采用壓力浸漬工藝的干式變壓器是以Nomex紙作為導線絕緣和以Nomex層壓紙板作為線

26、段間墊塊的。MORA干式變壓器可將可燃物含量降到很低，在800美國杜邦公司推出的Reliatran干式變壓器。其絕緣結構中采用了Nomex紙和紙板等絕緣材料，耐熱等級為H級，超銘牌額定值運行能力強、抗短路能力強，噪聲較低。1.2.2 環(huán)氧樹脂澆注絕緣干式電力變壓器環(huán)氧樹脂澆注絕緣干式變壓器是20世紀 60年代發(fā)展起來的新產品。 此種變壓器的電氣性能好，防潮、耐污、超銘牌額定值運行能力強。由于采用金屬模具澆注繞組，因此其表面光滑，制造誤差小。1964年德國 AEG公司研制了第一臺400kVA、20kV環(huán)氧樹脂澆注干式電力變壓器。1965年德國TU公司制造出第一代B級絕緣鋁箔繞組Geafol干式電

27、力變壓器, 到70年代末已發(fā)展成第三代鋁箔繞組干式電力變壓器。其高壓繞組為分段式鋁箔繞組，低壓繞組也采用鋁箔繞組。繞組在真空狀態(tài)下澆注后，加熱固化成型。1.2.3 繞包絕緣干式電力變壓器繞包絕緣干式電力變壓器也是樹脂絕緣的一種，與澆注絕緣干式電力變壓器的區(qū)別是繞組制造工藝方式不同。繞包絕緣干式電力變壓器是20世紀70年代末由原瑞典ASEA公司的Leeper廠(現(xiàn)合并于ABB公司)最先研制出F級絕緣繞包絕緣干式電力變壓器。其后日本的日立公司愛知電氣公司相繼研制出H級(MI樹脂等)產品。我國上海變壓器廠與ABB公司合資生產了F級繞包絕緣干式電力變壓器。哈爾濱電工學院(現(xiàn)哈爾濱理工大學電氣學院)也研

28、究開發(fā)了繞包絕緣干式電力變壓器。并推出近十余廠家，但多數(shù)廠家還有待于形成規(guī)模生產。繞包絕緣干式電力變壓器，由于不需要復雜的真空設備和澆注模具，因而是干式電力變壓器生產工藝發(fā)展的重大進步。該產品是采用了耐熱性高、機械性能和電氣性能良好的絕緣材料和繞包絕緣技術相結合的新一代產品。繞包繞組是在特殊設計的繞包機上，繞包繞組導線、層間絕緣的。繞包工藝主要有：一是玻璃絲浸漬(實際是玻璃絲通過膠槽掛以絕緣膠)絕緣膠然后將繞組加熱并旋轉固化，其表面形成環(huán)氧樹脂增強玻璃絲層，即玻璃鋼層。二是預浸絕緣膠玻璃絲帶固化后，繞包繞組內外包封及層間絕緣，然后加熱固化，包封與層間絕緣與導線互相粘結，形成玻璃鋼層。第三種是在

29、繞組的內外包封及層間絕緣以玻璃絲帶等增強后，再整體浸漬環(huán)氧樹脂，后加熱固化形成玻璃鋼體。我國多采用第一種繞包絕緣型式。繞包絕緣是在長玻璃絲上掛絕緣膠，經繞制后繞組的機械強度可大幅度提高。繞制時將掛膠的長玻璃絲束繞于層間，絕緣膠帶人層間和匝間而充分浸透。當掛膠玻璃絲交叉繞入，固化后可以提高繞組的機械強度。由于玻璃絲抗拉強度可達1500N/mm2通常在80%玻璃絲束和20%的絕緣膠結合固化后其抗拉強度可達600700N/mm2,超過了銅導線(230N/mm2)的抗拉強度，這種機械強度達到的狀態(tài)，絕緣無龜裂問題。采用此種型式生產的繞包絕緣干式電力變壓器基本具有澆注絕緣干式電力變壓器特點。繞包絕緣干式

30、電力變壓器還具有以下特點：制造成本低,經濟性好；絕緣膠包封層堅韌且有一定彈性，無論在低溫下，或溫度突變時均不會產生開裂現(xiàn)象；經旋轉固化處理后，表面質稍差于澆注絕緣。但在工藝合理的條件下，在垂直面上輕易不沾積灰塵。經長期運行的變壓器，其絕緣性能和散熱性能不會下降。1.2.4 復合式絕緣干式電力變壓器混合式絕緣干式電力變壓器兼有澆注絕緣和浸漬絕緣干式電力變壓器的某些優(yōu)點。通常高壓繞組部分采用澆注絕緣，而低壓繞組部分采用浸漬絕緣。這種結構方式可減少澆注設備的投資，而且在長期不用后再投入運行時不需要進行干燥處理。另外，還有一種混合式絕緣干式電力變壓器，其高壓繞組采用絕緣澆注的繞組，而低壓繞組采用銅箔繞

31、制的箔式繞組，層間絕緣則采用環(huán)氧樹脂布，經加熱固化形成一整體，繞組有環(huán)氧樹脂端封，天津變壓器總廠，原福州變壓器廠生產的1600kVA干式電力變壓器即采用此種結構型式。除上述的各種絕緣型式的干式電力變壓器以外，氣體絕緣變壓器也是干式電力變壓器的一種類型，特別是SF6氣體絕緣干式電力變壓器，國外生產廠家較多；我國北京第二變壓器廠可批量生產，但考慮近期狀況，目前我國還難以具備大量生產SF6氣體絕緣干式電力變壓器的能力。1.3 樹脂澆注絕緣干式變壓器1.3.1 產品狀況及其特點自20 世紀80 年代以來，隨著城市基礎設施建設規(guī)模的擴大和高層建筑的不斷增多，對干式變壓器的需求越來越大。國內個別制造廠看到

32、了干式變壓器的前景，從國外引進了新型的環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器制造技術，取代了原有的浸漬式干式變壓器和環(huán)氧樹脂加石英粉的所謂厚絕緣干式變壓器，并且迅速地占領了市場3。90 年代初，許多制造廠都看到了環(huán)氧澆注干式變壓器的潛力及經濟效益，紛紛上馬引進開發(fā)生產環(huán)氧澆注干式變壓器。迄今為止，全國已有百余家制造廠生產此種產品，據(jù)不完全統(tǒng)計，產量已達7 000 8 000MVA。我國上海變壓器廠早在20世紀60年代就研制開發(fā)環(huán)氧樹脂澆注變壓器。北京變壓器廠引進日本富士電機公司技術生產了B絕緣鋁箔分段式繞組樹脂澆注干式電力變壓器。廣東順德特種變壓器廠、山東金曼克電氣集團股份有限公司引進了德國MAY&CHRIS

33、TE公司的樹脂澆注干式電力變壓器技術。金曼克電氣集團股份有限公司已經生產了110kV級澆注絕緣干式電力變壓器。經對引進的澆注絕緣干變技術消化吸收，此技術已逐步完善，從而使該技術產品在市場上占有較大份額。澆注絕緣干式電力變壓器通常采用的絕緣材料，有聚脂樹脂和環(huán)氧樹脂，這兩種樹脂的電氣性能、機械性能相差無幾，但在固化時兩者的體積收縮率卻相差較大，聚脂樹脂收縮后的殘余應力較大，容易產生開裂現(xiàn)象，因而澆注絕緣干式電力變壓器多采用環(huán)氧樹脂。另外，從降低局部放電的角度考慮，由于環(huán)氧樹脂對導線的粘著能力很強，在合理工藝條件下，不易產生空隙，從而可降低局部放電的可能性。樹脂絕緣干式變壓器按繞組包封絕緣厚度可分

34、為厚層有填料絕緣(包封絕緣在 5mm及以上)結構和薄層有填料及薄層無填料絕緣結構繞組(包封絕緣厚度在2mm左右)結構。上海變壓器廠生產開發(fā)的和北京變壓器廠引進的澆注絕緣干式電力變壓器均屬于厚絕緣結構型式；廣東順德特種變壓器廠和山東金曼克電氣集團股份有限公司生產的干式電力變壓器屬于薄絕緣結構。樹脂澆注絕緣的特點:1) 阻燃。環(huán)氧樹脂為基料的絕緣膠，由于其自身的難燃性，因而不會在發(fā)生火災時助燃。2) 防潮和耐塵。由于繞組表面噴涂了三防漆，形成了覆蓋層，因而在塵埃、潮濕等惡劣環(huán)境條件下，對澆注絕緣干式電力變壓器不會產生影響。3) 結構堅固。繞組表面包封以絕緣膠的包封層，故繞組的機械強度提高，因而抗短

35、路強度也相應捉高，一般均能可靠地通過短路試驗。4) 超銘牌額定值運行能力強。澆注成型繞組的熱容大，因而其超銘牌額定值運行能力也相應提高。5) 維護簡便。澆注絕緣干式電力變壓器無需像油浸式變壓器那樣，需要定期試驗及長期停運后通電干燥處理等維護。澆注絕緣干式電力變壓器是我國目前干變生產廠家最多，年產最大的產品，該技術產品引進的廠家也多。1.3.2 技術水平及質量狀況目前，國內環(huán)氧澆注干式變壓器生產廠家，規(guī)模較大的，年生產容量在2000MVA以上，其次大致在5001000MVA之間；從電壓等級來看，這些廠家都能生產35kV 級干式變壓器。順德特變及山東金曼克集團已生產了多臺35kV級16000kVA

36、，并能保持連續(xù)運行的大型干式變壓器，在1997 年陸續(xù)投入天津、上海及北京等電網(wǎng)運行。最早的兩臺35kV 產品掛在天津市市內公用變電站，至今運行良好，其性能已達國際一流水平。國內產品的絕大部分指標已優(yōu)于ABB 公司，僅是局放量高于ABB 產品，但從其絕對值來看，已遠低于國標規(guī)定的標準值。表1-1給出了樹脂絕緣澆注環(huán)氧干式變壓器和其主要競爭產品繞包絕緣干式變壓器的技術特點比較。通過表1-1我們可以看出，環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器還存在一定的缺點，但就現(xiàn)今發(fā)展來看，由于真空技術和計算機輔助成型、設計技術的日漸成熟。環(huán)氧樹脂澆注絕緣干式變壓器的缺點已經被漸漸克服，其性能已經超過繞包絕緣干式變壓器。且由于

37、工藝的成熟，成本日漸降低。繞包絕緣干式變壓器的優(yōu)勢已經不盡明顯。表1-1 繞包絕緣與澆注絕緣干式電力變壓器的比較厚薄澆注絕緣繞包絕緣需真空混料、澆注。溫度、壓力、時間等影響因素多，工藝復雜無需澆注，工藝簡便澆注在真空罐內進行，控制較困難繞包在檢視狀態(tài)下進行所需設備多，體積龐大，占地面積較大設備簡單，占地少需模具，改變產品規(guī)格需增加澆注模具無需模具，增加產量只需添加設備由于熱膨脹系統(tǒng)原因，一般低壓采用鋁箔繞制，高壓采用銅線繞制。澆注干式變壓器繞組存在開裂可能性可制成全銅變壓器，繞包工藝絕無開裂可能性，低壓可箔繞、線繞1.4 本文研究的主要內容通過查閱大量的相關標準與文獻，了解干式變壓器的發(fā)展狀況

38、和分類。并在此基礎上自行設計一臺樹脂絕緣干式變壓器。進行電磁計算和優(yōu)化工作。再對設計結果和參數(shù)要求進行對比，依據(jù)國家標準來判斷設計的是否合理，并探討設計過程中所遇到的問題。利用設計結果，通過CAD制圖軟件，畫出所設計變壓器的尺寸圖。第2章 樹脂澆注絕緣干式變壓器材料選擇及其生產工藝2.1 工藝流程概述多年來，國內外專家學者已經在樹脂澆注干式變壓器的設計方面做了大量的研究，并積累了豐富的制造經驗，該技術已得到廣泛應用。隨著干式變壓器結構的改進和對性能要求的提高，對環(huán)氧樹脂及其輔料的技術指標要求也隨之提高，對澆注工藝也提出了更高要求。為了滿足干式變壓器的電氣和機械性能的要求，要進行合理地選擇干變的

39、鐵心、繞組、絕緣材料，還必須有可行的澆注工藝。圖2-1 樹脂絕緣干式變壓器生產工藝流程2.2 絕緣、鐵心與繞組的選擇2.2.1 絕緣用材料的選擇樹脂絕緣干式變壓器通常采用的絕緣材料，有聚脂樹脂和環(huán)氧樹脂，這兩種樹脂的電氣性能和機械性能相差無幾，但在固化時兩者的體積收縮率卻相差較大，聚脂樹脂收縮后的殘余應力較大，容易產生開裂現(xiàn)象，因而澆注絕緣干式變壓器廣泛地采用環(huán)氧樹脂。另外，從降低局部放電的角度考慮，由于環(huán)氧樹脂對導線的粘著力很強，在合理的工藝條件下，不易產生空隙，從而可降低局部放電的可能性。同時，它不僅是一種難燃、阻燃的材料，而且具有優(yōu)越的電氣性能。參見表2-1：表2-1 用于干式變壓器的環(huán)

40、氧樹脂的材料性能變形溫度,90100 線膨脹系數(shù),K-16070導熱系數(shù), W/(mk)0.20.3抗彎強度,Nmm-2130150抗張強度,Nmm-28090壓縮強度,Nmm-2130150介質損耗角正切tan,%1介質常數(shù)4 體積電阻率,cm10161017絕緣擊穿電壓,kVmm-11822 2.2.2 鐵心的選擇干式變壓器的鐵心由磁導率很高的晶粒取向冷軋硅鋼片疊裝并經夾緊裝置構成?，F(xiàn)代干式變壓器硅鋼片的厚度（0.27-0.35mm）很薄，因而其中渦流損耗很小。 作為變壓器的內部骨架，其夾緊是通過鐵心的夾緊裝置將硅鋼片成為機械機構上的整體，并在其上套有繞組，支持著引線，并安裝變壓器所有部件

41、。我國生產的干式變壓器中均采用心式鐵心，即繞組包圍了鐵心柱的結構型式。鐵心的質量約占變壓器質量的55%，為框形閉合結構。目前，我國在干式電力變壓器鐵心中基本上采用冷軋硅鋼片。硅鋼片在煉鋼過程中加入了3%-5%的硅，以便提高硅鋼片的導磁率和電阻率，減少硅鋼片中磁滯損耗和渦流損耗。不可以加過多，否則硅鋼片會變脆而使加工困難。表2-2 硅鋼片性能表牌號公稱厚度,mm理論密度,kg/dm3最大鐵損,W/kg最小磁感,T最小彎曲次數(shù)最小疊裝系數(shù),%30Z1400.307.651.401.78195.530Z140硅鋼片的性能如表2-2所示。2.2.3 繞組用材料的選擇干式變壓器繞組的導電材料主要是用銅線

42、和鋁線。銅的機械強度比鋁高，電阻系數(shù)比鋁小。對于樹脂絕緣干式變壓器而言，鋁導線或箔導線組的包封絕緣可以減小開裂的可能性。但由于包封絕緣尺寸和形狀不同產生不同的收縮量，采用鋁電磁線也不絕對避免開裂；應適當調整所加填料比，增填料，或加入增韌劑，可減小膨脹系數(shù)。由于鋁箔的線膨脹系數(shù)與樹脂加石英粉的線膨脹系數(shù)比較接近，所以一般樹脂加石英粉的澆注變壓器，其導線多用鋁箔。而銅箔與樹脂加玻璃纖維的線膨脹系數(shù)更接近，因此用這兩種導體材料問題均不大。但銅箔變壓器價格要比鋁箔的貴20%30%。在變壓器容量相同條件下，繞組為鋁導線的截面積比銅的要大，導線電流密度要小。在負載損耗和短路阻抗相同情況下，鋁線繞組變壓器的

43、鐵心直徑比銅的要小，鐵窗高度要高。這種情況下可考慮用銅導線。對于樹脂絕緣干式變壓器，導線絕緣為相應耐熱等級的絕緣漆和玻璃絲。2.2.4 繞組型式的選擇對樹脂絕緣而言，由于工藝上的原因，均無法采用餅式繞組。樹脂絕緣干式變壓器的高壓繞組多采用層式繞組或分段層式繞組，段間距離可根據(jù)導線尺寸和段間電位差而采用梯形結構。一般分段的段間高度可控制在1520 mm范圍內。一般分四段，分段數(shù)目過多也無必要。低壓繞組采用“類似螺旋式”即取消段間氣道的螺旋式繞組、箔式繞組。若采用箔式繞組，樹脂絕緣干式變壓器的繞組包封絕緣厚度可能受工藝因素的影響，出現(xiàn)包封絕緣層厚度不均勻的情況。因此決定包封絕緣厚度起作用的不是理論

44、計算的厚度，而是實際絕緣厚度，該厚度滿足機械強度和電氣強度要求。當采用薄絕緣條件下，包封厚度為2mm左右。2.3 環(huán)氧樹脂澆注工藝特點2.3.1無填料樹脂澆注這種純樹脂澆注的干式變壓器內外絕緣厚度一般為1.52mm，屬于薄絕緣。目前我國使用的產品以這種結構最多，其結構特點為：變壓器高、低壓繞組內外層采用玻璃纖維增強，在真空狀態(tài)下采用環(huán)氧樹脂用模具進行澆注，線圈導體外部形成富有彈性的既韌又薄的樹脂包封層，它可隨線圈一起膨脹和收縮，因而不再擔心會發(fā)生開裂。另外，由于包封絕緣層的厚度很薄，既達到了包封的效果，又減少了包封絕緣層的溫差，因而對改善澆注線圈的熱傳導是非常有益的。另外，薄絕緣結構還可以在線

45、圈內設置軸向氣道，這樣就可以增加線圈的散熱面，從而散熱能力好，給制造大容量干式變壓器提供了有利的條件。樹脂結構產品與澆注圖見圖2-1圖2-1 樹脂結構產品與澆注2.3.2 有填料樹脂澆注有填料樹脂澆注繞組，由于在樹脂中加入石英粉作為填料，可使樹脂機械強度增加，膨脹系數(shù)減小，導熱性能提高，從而可降低材料成本，且繞組外觀較好。有填料樹脂澆注又分為厚層有填料樹脂澆注和薄層有填料樹 圖2-2 加填料結構的樹脂脂澆注兩種形式。1) 厚層有填料樹脂澆注早期的環(huán)氧澆注式干變都是采用厚絕緣的澆注式線圈，其低壓繞組為鋁箔繞制的F級圓筒式繞組，繞組端部用樹脂澆注。高壓繞組采用分段圓筒式結構，在真空狀態(tài)下采用以石英

46、粉為填料的環(huán)氧樹脂用模具進行澆注。絕緣耐熱等級為B級，樹脂層的厚度一般為68mm。當變壓器運行后由于發(fā)熱極易致環(huán)氧澆注層的開裂，并形成小的空氣隙，以致引發(fā)局部放電，這將嚴重威脅變壓器的運行可靠性，加之由于局部放電所引起的電腐蝕還將大大縮短變壓器的使用壽命。隨著技術的進步，厚絕緣就逐步為薄絕緣所代替。2) 薄層有填料樹脂澆注這種變壓器低壓繞組采用銅線或銅箔繞制成圓筒式，高壓繞組采用銅導線繞制成分段圓筒式。高低壓繞組分別裝入模具，在真空狀態(tài)下采用以超細石英粉為填料的環(huán)氧樹脂進行澆注，但是這必須在嚴格的工藝與先進的工裝下進行，否則，就會出現(xiàn)攪拌不均勻或者在澆注過程中發(fā)生石英粉沉積現(xiàn)象。低壓繞組內層樹

47、脂厚2.5mm，外層2.55mm。高壓繞組內層樹脂厚2.5mm，外層3.55mm。絕緣等級為F級。加填料結構的樹脂產品與澆注見圖2-2。2.3.3 環(huán)氧樹脂澆注工藝設備及特點環(huán)氧樹脂澆注工藝屬于模注成型技術，是干式變壓器中澆注繞組較為成熟的一種工藝。世界許多國家都已廣泛使用。其主要特點是：1) 繞組被固定在金屬模內，注入的環(huán)氧樹脂混合料滲透至繞組各層間，將其固化成型，使之與導線、絕緣材料牢固地結合成一體，固化成型后的繞組具有極高的機械強度。2) 由于繞組和樹脂混合料均在高真空狀態(tài)下脫氣，所以固化成型后，繞組的局部放電量很低。3) 在凝膠過程中，保持一定的壓力，使補償罐內的樹脂流入模腔內，以補償

48、因樹脂固化收縮引起的缺料，防止出現(xiàn)澆注缺陷。4) 在固化過程中，采用階梯固化工藝，使繞組的內應力降到最低，避免繞組開裂。樹脂澆注干式變壓器繞組澆注質量的提高，會使變壓器的局放水平和絕緣性能得到改善，延長變壓器的使用壽命。就環(huán)氧樹脂膠澆注工藝來講，國內已在這方面作了大量研究工作，并積累了豐富的制造經驗，該技術已得到廣泛應用。隨著干式變壓器結構的改進和對性能要求的提高，對環(huán)氧樹脂及其輔料的技術指標要求也隨之提高，對澆注工藝也提出了更高要求。為了滿足干式變壓器的電氣和機械性能的要求，除了合理設計環(huán)氧樹脂混合料的配方外，還必須有可行的澆注工藝及合理的工藝參數(shù)。這樣就能保證澆注品的優(yōu)良性能，而這一領域的

49、許多工作還有待于進一步的探索和研究，以不斷提高澆注工藝水平和產品質量。第3章 樹脂澆注干式變壓器的計算3.1 干式變壓器設計計算的任務干式變壓器設計計算的任務是使產品設計符合國家標準，或者用戶在合同中提出的標準和要求。在合同中通常包括以下一些技術規(guī)范：表3-1 變壓器技術條件表變壓器型式干式變壓器型號SCB10-500/35額定容量,kVA500相數(shù)3頻率,Hz50額定電壓,kV35/0.4分接范圍22.5%絕緣等級F連接組別Dyn11阻抗電壓,%6溫升限值,K100空載損耗,W1480負載損耗（75）,5180局部放電量,pC5冷卻方式AN/AF變壓器重量,kg2820變壓器外形尺寸,mm

50、長寬護等級IP20變壓器防護外殼尺寸,mm長寬高255017002500硅鋼片牌號30Z140執(zhí)行標準GB/T10228-2008，GB1094.11-20071) 變壓器的型式： 相數(shù)、繞組數(shù)、冷卻方式、調壓方式、耦合方式。2) 額定容量，各繞組的容量，不同冷卻方式下的容量。3) 變壓器額定電壓、分接范圍。4) 額定頻率。5) 各繞組的首末端的絕緣水平。6) 變壓器的阻抗電壓百分值。7) 繞組結線方式及連接組標號。8) 負載損耗、空載損耗、空載電流百分值。9) 安裝地點海拔高度。此外，用戶可能還有一些特殊參數(shù)。干式變壓器計算的任務，就是根據(jù)上述技術規(guī)范，按照國家標準

51、，如電力變壓器、干式變壓器的技術參數(shù)和要求、高壓輸變電設備的絕緣配合及高電壓試驗技術和其它專業(yè)標準，確定變壓器電磁負載，幾何尺寸、電、熱、機械方面的性能數(shù)據(jù)，以滿足使用部門的要求。對方案進行優(yōu)化計算，在滿足性能指標前提下，具有良好的工藝性和先進的經濟指標。本畢業(yè)設計主要任務為設計SCB10-500/35變壓器。其技術條件如上表3-1所示。3.1.1 表3-1中一些參數(shù)的介紹1) 局部放電量該參數(shù)為測量所得，所有的干式變壓器均應進行局部放電測量。測量應按GB 1094.3和GB/T 7354的規(guī)定進行。局部放電測量應在u3.6 kV的繞組上進行。2) 冷卻方式標注了干式變壓器冷卻方式，其中AN代

52、表空氣自然冷卻，AF為配置風冷系統(tǒng)。3) 防護等級標注了干式變壓器對安裝環(huán)境的防護程度為IP20。IP為INGRESS PROTECTION的英文縮寫。IP防護等級是由兩個數(shù)字所組成，第1個數(shù)字表示燈具離塵、防止外物侵入的等級，第2個數(shù)字表示燈具防濕氣、防水侵入的密閉程度，數(shù)字越大表示其防護等級越高。IP20是指：防止人的手指接觸到電器內部的零件，防止中等尺寸(直徑大于12mm)的外物侵入，對水或濕氣無特殊的防護。3.1.2 電力干式變壓器執(zhí)行國標簡介1) GB/T10228-2008標準規(guī)定了三相干式電力變壓器的性能參數(shù)、技術要求、測試項目及標志、包裝、運輸和貯存。標準適用于電壓等級為6 k

53、V、10 kV、20 kV及35 kV，額定頻率為50 Hz，額定容量為30 kVA20 000 kVA，繞組的絕緣耐熱等級為B級、F級和H級的戶內使用的無勵磁調壓或有載調壓三相干式電力變壓器。2) GB1094.11-2007 標準規(guī)定了三相干式電力變壓器的試驗規(guī)程，各項參數(shù)的允許值，運行條件使用條件等規(guī)定。適用于設備最高電壓為40.5 kV及以下，且至少有一個繞組是在高于1.1 kV時運行的干式電力變壓器(包括自耦變壓器)。本部分適用于各種結構、工藝的干式變壓器。3.2 樹脂澆注干式變壓器的計算過程3.2.1基本的計算過程以下主要針對電力變壓器而言，特種變壓器的計算基本與之相同，只需考慮特

54、殊要求和自身特點即可4。1)根據(jù)技術合同，結合國家標準及有關技術標準，決定變壓器規(guī)格及相應的性能參數(shù)，如額定容量、額定電壓、聯(lián)結組別、短路損耗、負載損耗、空載損耗及空載電流等。2)確定硅鋼片牌號及鐵心結構形式，計算鐵心柱直徑，計算心柱和鐵軛截面。3)根據(jù)硅鋼片牌號，初選鐵心柱中磁通密度，計算每匝電勢。4)初選低壓匝數(shù)，湊成整匝數(shù)，根據(jù)此匝數(shù)再重算鐵心柱中的磁通密度及每匝電勢、再算出高壓繞組額定分接及其他各分接的匝數(shù)。5)根據(jù)變壓器額定容量及電壓等級，計算或從設計手冊中選定變壓器主、從絕緣結構。6)根據(jù)繞組結構形式，確定導線規(guī)格，進行繞組段數(shù)、層數(shù)、匝數(shù)的排列，計算出段數(shù)、層數(shù)、總匝數(shù)及每層的匝

55、數(shù)、每段匝數(shù)。7)計算繞組的軸向高度及輻向尺寸。計算繞組幾何高度、電氣高度及窗高。8)計算絕緣半徑，確定變壓器中心距M0，高、低壓繞組平均匝長L。9)初算短路阻抗無功分量，大型變壓器無功分量值應與短路阻抗標準值接近。10)計算繞組負載損耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型變壓器），檢查短路阻抗是否符合標準規(guī)定值。11)計算繞組溫升，不合格時，可調整導線規(guī)格、或調整線段數(shù)及每段匝數(shù)的分配，當超過規(guī)定值過大時，則需要調整變更鐵心柱直徑。12)計算短路機械力及導線應力，當超過規(guī)定值時，應調整安匝分布或加大導線截面。13)計算空載性能及變壓器總損耗，計算變壓器重量。3.2.2鐵心計算鐵心選用30Z1

56、40硅鋼片，全斜接縫，疊片系數(shù)k0=0.97，鐵心型式：三相三柱式25。鐵心直徑：Pt為三相變壓器每相容量，故Pt=Pn/3=500/3kVA，K為經驗系數(shù)，取K=58根據(jù)經驗公式：208.396mm (3-1)由于鐵心直徑的位數(shù)取0或者是5，所以變壓器的鐵心直徑為：D=210鐵心凈橫截面積：根據(jù)公式，計算可得：346.36cm3.2.3 繞組計算初選磁密：B=1.65T初算每匝電壓：f=50Hz鐵心凈橫截面積經查表得出：At=314.6cm由公式，計算可得et=11.52V計算低壓繞組匝數(shù)：因為低壓側是y接，故231V，計算可得W(繞組匝數(shù))=231/11.52=20.05取整得W=21重新

57、計算每匝電壓：10.997V重新計算鐵心磁密：=1.622T計算高壓繞組匝數(shù)：高壓繞組一般均設有分接線匝，這樣就應根據(jù)各分接的相電壓求出各分接匝數(shù)；因為高壓側是D接，故35kV。高壓繞組為5級調壓即為調壓，共5級，則每級電壓的計算如下：36750V；35875V； 35000V； 34125V；33250V。由公式，可得每級調壓所對應的繞組匝數(shù)計算如下：36750/10.997=3341.820；35875/10.997=3262.253；35000/10.997=3182.686；34125/10.997=3103.119；33250/10.997=3023.552；取整，得：W1=3342

58、；W2=3262；W3=3183；W4=3103；W5=3024即高壓繞組分接匝數(shù)及電壓比校核如表2-2所示表3-2 高壓繞組匝數(shù)及電壓校核調壓范圍+22.5%+2.5%0%-2.5%-22.5%匝數(shù)33423262318331033024電壓,V36751.97435872.21435003.45134123.69133254.928電壓比校核+0.005%-0.001%+0.001%-0.003%+0.002%電流的計算：高壓側為D接，故：，PN=500kVA，35kV計算可得8.2A低壓側為y接，故：，PN=500kVA，UL=0.4kV計算可得721.7A低壓繞組的計算：從澆注干式變壓

59、器的設計、工藝和生產現(xiàn)狀來看，低壓繞組一般采用箔式繞組結構。箔式繞組，一層就是一匝，也就是只有一段，每段的長度即為導線寬度950mm。同時，根據(jù)實際需要，我們選低壓側端絕緣為20mm，空氣距離為45mm，層間絕緣為表面絕緣0.36mm.前面已經計算出總匝數(shù)為20，我們可以分為三層（7+7+7=21），相臨兩層之間加氣道，氣道厚度均為8mm。具體計算如下：初選電流密度：2.3A/mm計算導線截面積：721.7/2.3=313.78mm2根據(jù)計算得出的導線截面積，查表找出最接近的導線規(guī)格。選線規(guī)：0.35950/332.5，導線截面積S=332.5mm重新計算電流密度：由公式，計算可得：721.7

60、/332.5=2.17A/mm2 (3-3)計算低壓繞組軸向尺寸：950 箔式導線高度，即軸向長度，mm +202 端絕緣高度，mm990繞組軸向總高度,，mm +452繞組到上下鐵軛距離，mm1080鐵心窗高（Hw），mm計算低壓繞組輻向尺寸：輻向有21層，被2個氣道隔開，分為：7層、7層、7層0.35 箔式導線厚度，mm 7 總層數(shù)2.45 +0.186 絕緣總厚度(Nm-1)每層絕緣厚度，mm3.53 （1+3%）輻向裕度取3%3.6359 +0.36 表面絕緣厚度，mm3.9959 (4.00) 由于低壓繞組輻向總厚度=6層輻向厚度+氣道1厚度+6層輻向厚度+氣道2厚度+7層輻向厚度