10KV干式变压器设计.doc

毕 业 设 计 论 文题 目 10KV干式变压器的设计 （院）系 电气与信息工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0101 学 号 0101120314 学生姓名 曹 洋 导师姓名 刘金泽 完成日期 2005年6月15日 湖南工程学院毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 10千伏干式变压器设计 姓名 曹 洋 系别 电气与信息工程系 专业 电气工程及其自动化 班级0101学号0314 指导老师 刘金泽 教研室主任 一、 基本任务及要求： 设计一台干式变压器。包括铁心方案设计和绕组方案设计以及电磁计算。根据损耗大小和国标选择铁心；由电压大小和工艺方法选择绕组方案；并进行电磁计算。还必须进行温升计算。对干式变压器和油浸式变压器进行比较，并分析干式变压器的各种绕组工艺。 二、 进度安排及完成时间： （1）第二周至第四周：查阅资料、撰写文献综述和开题报告； （2）第五周至第六周：毕业实习； （3）第七周至第八周：总体方案的确定； （4）第九周至十二周：电磁方案和温升计算； （5）第十三周：画变压器低压引线、高压引线图 ； （6）第十四周至第十五周：撰写设计说明书 ； （7）第十六周：毕业设计答辩 目 录摘要AbstractII第1章 概述- 1 -1.1 干式变压器的发展- 1 -1.2干式变压器的概述- 2 -1.3干式变压器的种类和特点- 3 -1.3.1 浸渍绝缘干式变压器- 3 -1.3.2 环氧树脂绝缘干式变压器- 3 -1.3.2.1树脂浇注- 3 -1.3.2.2绕包绝缘- 4 -1.4发展趋势- 4 -1.4.1 容量和电压- 4 -1.4.2 温控- 5 -1.4.3 调压装置- 5 -1.5 干式变压器的结构- 5 -1.5.1 浸渍式线圈- 5 -1.5.2 浇注式线圈- 6 -1.5.2.1 环氧树脂浇注式线圈- 6 -1.5.2.2 薄层树脂浇注式线圈- 6 -1.5.3 缠绕式树脂包封线圈- 6 -1.6 设计任务- 7 -1.7 绝缘水平- 7 -1.8 噪声水平问题- 8 -1.9 干式变压器的冷却方式和保护方式的选择- 9 -第2章 设计步骤及原理- 10 -2.1 铁心直径的选择- 10 -2.2 铁心磁通密度和电流密度的选择- 11 -2.3 线圈绕组匝数的计算- 11 -2.4 电压比的校核- 12 -2.5 线圈绕组的一些尺寸和重量的计算- 13 -2.6 H级干式变压器的绝缘结构- 13 -2.6.1 概述- 13 -2.6.2 SG型敞开式干式变压器在中国的发展- 14 -2.6.3 Nomex纸作为主要绝缘材料的特点- 16 -2.7 H级干式变压器的温升计算- 16 -2.7.1 铁心温升- 17 -2.7.2 绕组温升- 18 -第3章 10KV干式变压器的设计计算- 20 -3.1 技术参数- 20 -3.2 铁心直径及绕组匝数- 20 -3.3 绕组计算- 21 -3.4 铁心柱心距及线圈的径向尺寸 单位：m- 21 -3.5 阻抗计算- 22 -3.6 铁心重量及损耗计算- 22 -3.7 空载电流计算- 23 -3.8 温升计算- 23 -第4章 需要探讨的一些问题- 25 -4.1 干变取代油浸变压器- 25 -4.2 铜箔与铝箔比较- 25 -4.3 抗短路能力- 25 -4.4 过负载能力- 25 -4.5 绝缘水平- 26 -4.6 电磁设计中应注意的问题- 26 -4.7 温升- 27 -4.8 H级干式变压器主要部件的生产成本- 28 -第5章 小结与致谢- 30 -参考文献- 32 -附录A低压引线图附录B高压引线图 湖南工程学院毕业论文10kv干式变压器的设计摘 要：环氧树脂浇注干式变压器在设计制造、运行、最终处置三个环节的环保特性，论证了环氧树脂浇注干式变压器符合国家环保标志产品标HBC212004，进一步探讨了寿命终结后的干式变压器回收处理技术和方法。主要分析了有关干式变压器的一些技术问题及有关发展干式变压器的相关问题,如电流密度选择与绝缘耐热等级关系、绕组平均温升与绕组热点温升关系、自冷容量与风冷容量间关系、高压绕组联结法的选择,以及耐低温的问题。文中还介绍了拟采用的新的温升试验方法。关键词：干式变压器 环氧树脂浇注 干式变压器 绝缘耐热等级 温升The design of 10kv class H dry-type transformerAbstract：The environmental aspects in the three stages of designing and producing，running， disposal of the endlife of Resin Cast Drytype Transformers are analyzedConclude that this kind of transform er fulfill the standard of HBC2 1 The Certifiable Technical Requirement for Envkonmental Labeling Products Drytype Power Tran sform ers Far more discussion and illusafion on the recyclingan dhan dfingtechnologyofthe endlifetran sform ersaregiveninthis articleThis paper analyses some technical problems on dry - type transformer and the correlative problems on developing dry - type transformer , such as the relation between current dencity selection and insulation endurance class , the relation between average temperature rise and heat - spot temperature rise of winding , therelation of self - cooling capacity and forced - air cooling capacity , selection of HV winding connection and the problem of resistance to lower temperature. A new temperature rise test method which will adopted is introduced.Keyword：dry-type transformer epoxy resin casting Dry - type transformer Insulation endurance class Temperature riseI第1章 设计概述1.1 干式变压器的发展随着社会的发展，我们对更多购物区、地铁车站、工业综合性建筑、商业区和有大量人存在的高密度住宅区等基础设施的需求产生了更多的压力。这又需要采用更复杂的配电电网来改善生活和工作在这些区域中的人的安全性。这对于亚洲这个世界上人口密度最大的地方来说已变得尤为重要。 常规配电是通过油浸配电变压器提供的。100多年来，这些变压器一直是将浸有矿物油的基于纤维素的材料作为冷却介质。矿物油除了是一种卓越的冷却和绝缘介质外，还十分易燃，并且当遇到火焰时可能会燃烧。因此，当居民位于比较接近这级变压器的地方时就提出了更安全地配电的要求。 对为21世纪供能的供电设备的安全，高效和环境保护方面的这些日益增长的需求可以用过去四十年中已经验证的可靠技术来满足。H级干式变压器正越来越替代油浸式变压器而常用于分配电能。这类变压器能在严酷的环境和气候条件下工作，耐火，工作时无噪声，并可减少体积和降低重量以最大程度地减少使用空间，可以专供生产上使用。这种变压器最适用于亚洲地区。 今日对高能源的日益增加的需求对能在重负荷下工作的变压器施加了更高的压力，尤其是在高峰负荷时段和严酷的高温环境条件下。工作在F级或H级，甚至更高级热条件下的变压器，具有220 C级等级的芳族聚酰胺的绝缘系统，可使用户从固有超负荷能力中受益，而不必投入附加费用来增加使用寿命。 十年来发达国家中的技术和商业趋势已反映了这些因素。敞开式干式变压器采用已获得UL认证的绝缘系统，长久以来一直是北美市场上的优先选择方案。在欧洲，对采用这些非浇注式变压器的兴趣正与日俱增，这种变压器满足了在火灾，气候和环境等方面非常严格的新标准的要求。 今天，随着我们刚刚开始跨入新世纪，在发展中地区如南美和亚洲对采用这种变压器已变得更为迫切，这些地区的用户正开始逐渐认识到作为他们的需求的最佳解决方案的这些趋势，尤其是在负荷增长较高的地区。为规定的基本负荷安装的变压器可能在短短的几年内就变得无法使用，因为用电负荷在以两位数字的年增长率递增，除非这些变压器的绝缘系统允许增加负荷且不会降低寿命。随着越来越多地采用较低温度方案，其能力的固有限制迫使用户寻找具有已获得认证的绝缘系统的更为可靠的解决方案。具有芳族聚酰胺绝缘系统的H级敞开式变压器是已获得验证的未来选择。 由于干式变压器比充矿物油的变压器具有优越的安全性和其他一些固有优点，因此正在世界各地越得越普遍地用于为购物中心、医院、生产厂家、实验室、船舶或其他人员或设备的高度安全要求是主要考虑因素的应用场合分配电能。 干式变压器的主要优点是其耐火性和能在不同的环境下工作。日益增长的需求已产生了用于设备的目标分类的新条例和标准，例如C57.15.56和欧洲的CENELEC标准HD-464。干式变压器需要具有低噪声水平，需要紧凑和具有较低的重量以最大程度地减少使用空间，可以专供生产活动用。许多国家的用户和规格制定者已改用敞开式干式变压器作为他们的要求的解决方案，在欧洲，一些制造商已提供了采用B级或F级绝缘系统的浇注树脂技术。包括中国和韩国在内的亚洲许多地区已采用了来自欧洲的这一技术。但是，这些变压器在使用十年以后，其固有限制正逐渐成为用户更关心的问题。日益增长的过负荷，对环境保护材料的要求和长期可靠性已成为这些较低温度解决方案的缺点。严格的要求能导致大块树脂的开裂并加速材料的老化，因而会在不到十年的时间内过早失效。随着国家对防火安全性、人类生活环境的要求、变压器寿命终结后废弃物的降解处理等环保要求的提高，以及国家发展所面临的电力能源的进一步紧张，H级干式变压器以其优良的性能将越来越受到变压器厂家和用户的青睐。安全可靠性更高、环保性能更为优越的H级干式变压器将是未来配电变压器的发展方向。因此这次的设计是非常有实际意义的。这次需要任务是设计SG敞开式10KV干式变压器H级绝缘的，主要包括设计的概述，电磁设计，冷却方式和温升计算等等几个部分，针对在设计过程中遇到的难点和要点提出问题。1.2干式变压器的概述 由于干式变压器具有结构简单、维护方便、防火、阻燃、防尘等特点，近10年来，在国内得到迅猛发展。我国干式变压器制造技术已经成熟，技术水平与产品质量与国外相当，已形成批量生产能力。随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步，干式变压器在我国的使用已经很普遍。在这短短的二、三十年中，干式变压器技术得到了迅速的发展，除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压器外最近出现了一些不用环氧树脂真空浇注或缠绕工艺的SG型敞开式干式变压器以及采用NOMEX（诺迈克）绝缘材料，非环氧树脂真空浇注或VPI真空、压力浸渍处理的SCR型包封式干式变压器。这些变压器的出现可以让供电用户有更多的选择。 所有敞开式干式电力变压器的产品型号都称SG型，它们有相似的电磁计算、线圈形式和外形结构，但在绝缘材料的选用、结构设计、制造工艺方面却有不同之处。 1.3干式变压器的种类和特点 干式变压器种类很多，主要有浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器两类。 1.3.1 浸渍绝缘干式变压器 这是干式变压器中应用最早的一种，绕组的结构与油浸式类似，早期就是用玻璃丝包线绕制成的绕组浸普通的绝缘漆。这类变压器绕组制造工装设备简单、成本低，但相对其它形式干式变压器，它承受短路能力较差。另外，绕组的防潮和防尘性能差，变压器停用再投入使用时，可能因为周围的环境因素产生吸潮甚至凝露，使其绝缘水平大大降低，使用前必须进行清理和干燥处理。 20世纪90年代末，国内出现了生产H级绝缘的敞开通风干式变压器(OVDT)，其低压一般为箔式绕组，高压为层式结构，绕组卷制后不用模子浇注，不用浇注设备，只用普通绕线机绕制即可。绕组采用真空压力浸漆，经过这样处理的绕组具有较强承受短路的能力和耐高温性能。该种变压器通风散热较好，有一定的过载裕度，过载能力强，再加上NOMEX纸在防火、防潮、环保安全方面所具有诸多优点，大大提高了它的技术性能。 1.3.2 环氧树脂绝缘干式变压器 环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料，它不仅是一种难燃、阻燃的材料，而且具有优越的电气性能，已逐渐为电工制造业所采用。 1.3.2.1树脂浇注 树脂浇注式的工艺特点就是必须依靠模具并采用专用浇注设备，在真空状态下使线圈浇注成型。它又分为有填料树脂浇注和无填料树脂浇注两种类型。有填料树脂浇注绕组，由于在树脂中加入石英粉作为填料，可使树脂机械强度增加，膨胀系数减小，导热性能提高，从而可降低材料成本，且绕组外观较好。有填料树脂浇注又分为厚层有填料树脂浇注和薄层有填料树脂浇注两种形式。 (1)厚层有填料树脂浇注。早期的环氧浇注式干式变压器，都是采用厚绝缘的浇注式线圈，其低压绕组为铝箔绕制的F级圆筒式绕组，绕组端部用树脂浇注。高压绕组采用分段圆筒式结构，在真空状态下采用以石英粉为填料的环氧树脂用模具进行浇注。绝缘耐热等级为B级，树脂层的厚度一般为68mm。当变压器运行后由于发热温度变化差别大极易导致环氧浇注层的开裂，并形成小的空气隙，以致引发局部放电，这将严重威胁变压器的运行可靠性，加之由于局部放电所引起的电腐蚀还将大大缩短变压器的使用寿命。随着技术的进步，厚绝缘就逐步为薄绝缘所代替。 (2)薄层有填料树脂浇注。这种变压器低压绕组采用铜线或铜箔绕制成圆筒式，高压绕组采用铜导线绕制成分段圆筒式。高低压绕组分别装入模具，在真空状态下采用以超细石英粉为填料的环氧树脂进行浇注，但是这必须在严格的工艺与先进的工装下进行，否则，如果搅拌不均匀或者在浇注过程中将发生石英粉沉积现象。薄绝缘结构还可以在线圈内设置轴向气道，这样就可以增加线圈的散热面，从而散热能力好，给制造大容量干式变压器提供了有利的条件。 1.3.2.2绕包绝缘 绕包绝缘干式变压器又称缠绕式树脂全包封干式变压器。绕组采用浸有树脂的长玻璃纤维丝用直绕和斜绕的方法把绕组包封起来，绕组在烘箱中边旋转边加温烘干。由于不需要模具，因此生产的灵活性较好。这种结构的绕组防开裂、抗短路能力优于浇注变压器。但是，由于无模成型使绕组外观比不上浇注式。 1.4发展趋势 干式变压器与油浸式变压器相比，绝缘运行条件有所改善，但油浸式变压器的显著性能和低成本是干式变压器难以取代的。在户外及防火要求一般的场所，今后较长一段时间内，将仍以油浸变压器为主。在新的世纪里，随着国家对防火安全性，变压器运行寿命终结后废弃物质的降解处理等环保要求的提高，以及未来国家具体的环保政策的走向等，使H级OVDT类干式变压器在我国的发展前景看好。干式变压器将发展成为配电变压器的主体，特别在组合(箱)式变电站中，以采用干式变压器为适宜，其发展趋势有以下几点：1.4.1 容量和电压国内已供应lO干伏2500kVA 的干式变压器，在重要供电场合可采用多台变压器并联运行相互备用，多数是用2000kVA 以下的配电变压器。容量大于10000kVA的干式变压器暂不会有所需要。我国高压配电线路电压仍以10kV 为主，今后发展可能会出现20kv 和35kV 的高压配电线路。国外已提供35kV的干式变压器，因此35kV变压器、将得到发展。1.4.2 温控干式变压器线圈的发热时问常数最小、升温快，又是变压器的重要部件，因此对它的温度监控是非常重要的。国内已生产了供干式变压器用的信号温度计，具有三相温度巡回显示、最大值显示、故障报警、启停风机、超温报警跳闸等功能，可以严密监控温升情况。1.4.3 调压装置干式变压器一般为无励磁调压但先进的用电设备对电压的稳定有较高的要求。因此干式变压器装备有载调压装置是必然趋势。我国已利用真空开关做有载调压开关，但价恪昂贵，构造复杂。最近上海已研制成功，且提供新型的干式变压器用有载分接开关，价格仅为真空式开关的一半，为干式变压器有载调压创造了有利条件。1.5 干式变压器的结构 干式变压器的铁心和线圈部不浸在任何绝缘液中。国内外干式变压器的铁心都是大同小畀与油浸变压器的差别不大。通常采用晶粒取向冷轧硅钢片。心柱用白干型绝缘粘带间隔绑扎。也有用粘结剂将铁心胶合成一体，以增加机械强度和降低噪声。铁心和夹件等金羁零部件都是暴露在空气中，所以要涂以硅树脂和防锈、防潮、耐热的漆。变压器运行中，铁心是产生振动和嗓声的根源。在线圈和底座等部件与铁心交接的部位，都需要设置弹性零件，形成缓冲的过渡结构，可以减小变压器的振动和嗓声。干式变压器的线圈结构分为三类：1.5.1 浸渍式线圈干式变压器中应用最早的是浸渍式线圈，线圈的结构形式和油浸式变压器相类似，耐热绝缘等级一般采用H级或F级，线圈浸渍处理后，表面还涂以耐潮的覆盖漆制造这类线圈的工装设备简单，成本较低，但是其绝缘性能比油浸线圈差，其最大弱点是防潮性能差，为了改善它的防潮性能，采用的新工艺是真空压力浸漆。首先在线圈缠绕中采用聚脂纤维纸作为匝绝缘和层绝缘，隔板，绝缘筒采用聚醋玻璃布板(筒)，把缠好的线圈放在真空容器内预热和真空干燥，在真空状态下把树脂漆送入容器，浸没线圈，使树脂渗透到线圈各部位及所有空隙，然后解除真空，再加压，树脂就进一步渗透到线圈内部，经过一段时间后，解除压力，放掉树脂，对线圈加热，使树脂固化。由此工艺加工的线圈，因被固化了的树脂充填包封，大大地改善了防潮性能。因为采用了较多的专门设备，成本也将提高。1.5.2 浇注式线圈环氧树脂浇注式线圈是6O年代中期开始采用的。把浇好的高低压线圈在真空状态下用模具以 氧树脂浇注，完成后具有耐潮、阻燃和自熄性能的包封层。由于具体工艺和采用的填充料不同，浇注式线圈还可舟为二种。1.5.2.1环氧树脂浇注式线圈 采用玻璃丝包铝扃线绕制线圈，绝缘薄膜作为层问绝缘，玻璃布板(条)作为绝缘端圈。包封线同是在真空状态下用模具进行环氧树脂浇注树脂层的厚度一般为615mm。在树脂中加入石英粉作为填充料，可使树脂增加机械强度，减小膨胀系数，提高导热性能，降低材料成本。采用铝导线是因为铝与环氧树脂的热膨nK采数比较相近。即使采用改进树脂的配方，改善了固化工艺以及在线圈与树脂层间垫以缓冲材料，而环氧树脂包封层的开裂问题，还是存在，还威胁着干式变压器使用寿命。1.5.2.2 薄层树脂浇注式线圈 为了解决树脂包封层的开裂问题，采用玻璃纤维加强薄层环氧树脂浇注线圈的干式变压器，它采用铜导线绕好的高、低压线圈分别装入模具，在真空状态下进行浇注，使线圈由玻璃纤维增强的薄层树脂包封，富有弹性的包封层，可随线圈一起黪胀和收缩，解决了开裂问题，包封层的厚度一般为l2mm，减少了包封层内的温差，改善了热传导的性能。采用铜导线加强了变压器的过载能力，在制造这种线圈中，对工艺有较严格的精度，对模具的设计和制造，有较高的难度，因造出来的线圈优点多，所以被广泛地采用。1.5.3 缠绕式树脂包封线圈 缠绕式树脂包封线圈是70年代中期开发的工艺，在专用的绕包机组上用经过环氧树脂处理的玻璃纤维纱作为层间、段问和匝间的绝缘材料，在绕制导线的同时，把玻璃纱以斜绕和直绕的方式，缠绕成绝缘良好的线圈，经过加热，使树脂固化从而形成一个封闭的固体绝缘线圈。这种线圈具有F级绝缘耐热等级。线圈的包封层具有机械强度高，耐潮性能强，以及耐裂，阻燃自熄等优良性能。这种方法是无模成型，不需用模具，因此在制造线圈中具有很大灵活性，设备简单，降低了制造成本。特别适用于小批量生产和特殊规恪的产品 成为有发展前途的一种方法。1.6 设计任务干式电力变压器的选用，应根据负荷状况、工程特点、场所环境、发展规划等因素，合理确定容量和台数。(1)在防火要求较高的场所、人员密集的重要建筑物内(如地铁、高层建筑、剧院、商场、候机大楼等)和企业主体车间的无油化配电装置中(如电厂、钢厂、石化等)，应选用干式电力变压器。(2)当场地较小时，如果技术经济指标合理，应选用干式电力变压器。(3)初期投资和油浸电力变压器附设的排油设施、防爆隔墙、废油处理，以及运行维护和损耗等费用，经技术经济比较合理时，宜选用干式电力变压器。(4)与居民住宅连体的和无独立变压器室的配电站，宜选用干式电力变压器。(5)难以解决油浸电力变压器事故排油造成环境污染的场所，可选用干式电力变压器。(6)在与重要建筑物防火间距不够的户外箱式变电站内，可选用干式电力变压器。干式变压器设计包括电磁设计和结构设计。电磁设计的任务在于确定干式变压器的电磁负荷和主要尺寸，计算性能数据以及重量、外形尺寸等。计算结果必须满足有关技术标准的规定和使用部门的要求。结构设计的任务是选定各种结构件的形式，核算各部分强度。同时应使整体结构及其零部件的制造符合节约原材料、加工方便以及便于安装、运输和维护修理等要求。本次设计任务主要是干式变压器的电磁计算和温升计算，并稍涉及与结构设计有关的问题。1.7 绝缘水平 在GB6450 86干式电力变压器标准中,规定了干式变压器绝缘水平。在标准制定中考虑到如下特点, 因而与油浸变压器有所不同, 在此仅归纳如下。 1. 干式变压器与油浸式电力变压器相比, 绝缘运行条件有所改善。油浸式电力变压器的使用场所较多, 城市农村均可, 常安装在户外运行。干式变压器的供电范围较小, 只安装在户内运行。 2. 干式变压器的进线常有电缆段, 架空线段也常有建筑物加以保护, 和油浸式电力变压器相比, 它遭受的雷电压幅值较低, 波头较缓, 雷击概率也较小。 3. 干式变压器常使用金属氧化物避雷器保护,不但限制大气过电压, 而且也限制了内部过电压。 4. 干式变器所在的电站容量小, 接线结构简单, 避雷器到变压器的距离近, 电气连接线短, 故可以选用较小的保护系数 。根据以上诸因素, 可以认为干式变压器的绝缘水平应该比油浸式电力变压器的绝缘水平低一些。GB6486 86 事实上绝缘水平和GB311 83 组规定数据相比, 约低15 %。这是由于干式变压器的进线条件、避雷器连线和保护水平都足以弥补其降低值。本次的设计任务是选取的H级的绝缘材料。下表列出了各温度等级绝缘材料的最高允许温度：各温度等级绝缘材料的最高允许温度温度等级AEBFHC最高允许温度 1051201301551802201.8 噪声水平问题建筑等地方由于环氧浇注干变的运行场所大都是在人口密集的市区中心、商业区或高层,故对噪声有较高的要求,因此,干变的噪声大小变得非常敏感。由于对噪声的认识不足,环氧浇注干变的前期产品噪声较大,目前各制造厂对降噪问题都非常重视,产品噪声已明显降低。从各厂的资料及已提供的产品看,10kV 级2 500kVA 及以下的环氧浇注干变,噪声水平都低于60dB , 有个别厂甚至1600kVA及以下的噪声都在50dB 左右,这说明各厂对产品已经不仅仅是依样画葫芦,而且有了改进。35kV 级16 000kVA环氧浇注干变的第二批产品,噪声水平也有所下降,降为6264dB ,远低于国标。而此次的设计要求是声压级46dB的。1.9 干式变压器的冷却方式和保护方式的选择变压器正常运行时需要合适的通风量来散热(一般变压器每lkW 损耗，需要4m min的通风量)，因此当干式变压器安装在地下室或其它通风散热较差的环境时应考虑其通风问题。干式变压器在正常运行时，其冷却方式可分为自然空气玲却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空玲时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50 ，适用于在散热差、温度高的环境下运行以及断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行等情况下运行；但由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷送行。干式变压器具体处于哪种玲却方式，应由运行人员根据运行实际情况来确定。另外，如果长时间使用风机也容易造成风机损坏，所以一般说来，干式变压器在经济运行时，应采用自然空气冷却方式；在短时过负荷运行时，才应采用强制空气冷却方式。根据本次任务的要求应选用AN自冷的方式。根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳，如IP20、IPg3等型号。如果干式变压器与其他变配电设备安装于同一室内，我们通常选用IPg0防护金属外壳，一方面可防止直径大于12ram 的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，另一方面也能为带电部分提供安全屏障，防止运行人员检查巡视设备时发生触电危险，但IPg0外壳会使变压器玲却能力下降使用时要注意其运行容量的降低，金属外壳下方一定要设置百叶通风孔。如果干式变压器单独装于环境较好的变压器室内，可不采用外壳。第2章 设计步骤及原理2.1 铁心直径的选择用简化经验公式来计算铁心直径：1 式中 铁心直径，mm；铁心直径经验系数，它的取值可参见表2-1； 变压器的每柱容量，KVA。三相双绕组变压器=/3；单相双绕组变压器=/2； 变压器额定容量，KVA。表2-1 经验系数铁心材料（适用于50HZ）铝绕组铜绕组冷扎硅钢片56-6060-69热扎硅钢片60-6669-78当求得铁心直径后，便可直接查出铁心的净面积S，铁心厚度T和宽度等尺寸。铁轭面积可按下列公式计算：=0.05S(单相壳式)， =S（单相芯式）当采用多级铁心柱截面时，铁轭截面为： =（1.05-1.1）S = /T (铁轭高)式中 铁轭截面 ; 铁轭高 选片系数，见表2-2铁心柱窗高为绕组高加二倍绕组端部到铁轭的距离，并要考虑到通风散热及引出线的方便。表2-2 选片系数的选取硅钢片类型选片系数无漆膜绝缘时有漆膜绝缘时0.35mm冷扎硅钢片0.94-0.950.93-0.940.35mm热扎硅钢片0.91-0.920.5mm硅钢片0.960.932.2 铁心磁通密度和电流密度的选择2 铁心磁通密度的选择见表2-3；电流密度的选择见2-4。表2-3 干式变压器磁通密度的选择铁心材料绝缘耐热等级磁通密度（T）冷扎硅钢片B1.40-1.55H1.50-1.65热扎硅钢片B1.20-1.35H1.30-1.45表2-4 干式变压器电流密度的选择绕组材料绝缘耐热等级电流密度（A/）内绕组外绕组铜导线B1.4-2.12-3H2.4-3.62.8-4.3铝导线B1.0-1.51.6-2.1H1.5-2.11.8-2.32.3 线圈绕组匝数的计算 ； =4.44式中 一次绕组或二次绕组的匝数； 一次侧或二次侧的空载额定相电压； 每匝电压（V/匝）； 电源频率（Hz）； 磁通密度（T），见表2-2； 心柱的净面积。 一般先求出低压绕组的匝数，再求高压绕组的匝数（为变比）。匝数全部取整。2.4 电压比的校核通常，电压比较核可按下列程序进行； （1）额定分接时电压比较核，即 式中额定相电压；计算的相电压。而 式中额定分接时的匝数。 （2）最大及最小分接下的电压比较核：1）最大分接： 2）最小分接： 式中 ，规定的最大，最小分接下的电压； ，计算的最大，最小分接下的电压。当分接的数目较多时，每个分接下都需要进行校核。另外，在进行各分接下的电压比较核时，应计算到小数点后的三位数字。2.5 线圈绕组的一些尺寸和重量的计算（1） 辐向尺寸的计算 式中 沿辐向的导线并联根数； 每段匝数； 制造裕度，取1.03-1.05； 带绝缘导线厚度。（2） 轴向尺寸的计算 式中 带绝缘导线宽度； 沿轴向导体的总根数。 对于连续式（纠结式），n=总段数；对于单螺旋（一次标准换位、二次特殊换位），n=匝数+4；对于双螺旋，n=2（匝数+1）；对于四螺旋，一侧出线，n=4（匝数+1）；对于四螺旋，前后两侧出线，n=4（匝数+1/2）。 （3） 铁心窗口高度计算 式中 轴向尺寸； 压板至铁轭间空隙。 （4） 绕组铜重的计算 ， 式中 绕组铜重； 绕组平均匝长； 绕组平均直径； 绕组导线截面； 绕组匝数。 考虑到引出线及导线绝缘的重量，一般按上述计算的结果还要增加5%-10%的重量。2.6 H级干式变压器的绝缘结构2.6.1概述 随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步，干式变压器在我国的使用已经很普遍。在这短短的二、三十年中，干式变压器技术得到了迅速的发展，除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压器外最近出现了一些不用环氧树脂真空浇注或缠绕工艺的SG型敞开式干式变压器以及采用NOMEX（诺迈克）绝缘材料，非环氧树脂真空浇注或VPI真空、压力浸渍处理的SCR型包封式干式变压器。这些变压器的出现可以让供电用户有更多的选择。 所有敞开式干式电力变压器的产品型号都称SG型，它们有相似的电磁计算、线圈形式和外形结构，但在绝缘材料的选用、结构设计、制造工艺方面却有不同之处。 2.6.2 SG型敞开式干式变压器在中国的发展4 1. 二十世纪六十年代以前的干式变压器主要是B级绝缘的敞 开式干式变压器，产品型号为SG型。当初还没有箔式线圈时，低压多数为多根并绕的层式或螺旋式线圈，高压为饼式线圈。导线为双玻璃丝包线或单玻璃丝包缩醛漆包线。其余绝缘材料多数为酚醛玻璃纤维类材料。其浸渍工艺为常温、常压下用B级绝缘浸渍漆分别对高、低压线圈浸渍并进行中温干燥（干燥温度不超过130）。此种干式变压器虽然比油浸式变压器在防燃性能上有了很大的进步，但它的防潮、防污秽性能令人担忧。目前已经不再生产。尽管如此，它成功的电、磁、热计算和结构设计却给以后发展起来的新的H级绝缘敞开式变压器奠定了很好的基础。 2. 美国的一些变压器厂（如位于佛吉尼亚州的FPT公司）研 制出一种采用美国杜邦公司的NOMEX芳香聚酰胺作主要绝缘的干式变压器。FPT公司的产品有两种型号：FB型为180（H级）的绝缘系统。FH型为220（C级）的绝缘系统，线圈温升分别为115K（我国为125K）和150K。它的低压线圈为箔式或多根并绕层式，匝绝缘和层间绝缘都采用NOMEX。高压线圈为饼式，导线也用NOMEX纸包扎，线饼之间不用常规的撑条加垫块的结构，而采用梳状撑条，这样使得饼间的最高电压降低了一半，也大大提高了高压线圈的轴向抗短路能力，却增加了线圈的绕制难度和制造工时。高低压线圈进行套绕，增强了机械强度。也有采用NOMEX绝缘板作垫块加撑条结构的。高低压之间的绝缘筒用0.76mm厚的NOMEX纸板做成。它的浸渍工艺采用多次的VPI真空、压力浸渍，高温干燥（干燥温度达180-190）。在FPT公司，这种变压器最高电压制造到34.5kV，最大容量为10000kVA。这种技术在美国得到UL的认证 国内有变压器制造厂采用NOMEX绝缘材料和美国杜邦公司有关制造规范（HV-1或HV-2）以及Reliatran?雷力通TM变压器技术标准等要求制造的H级绝缘SG型干式变压器与美国FPT公司的FB型变压器有相似之处，只是国内产品线圈的VPI浸渍工艺不同于FPT公司，它不对整个变压器器身进行浸渍，而仅对线圈进行浸渍。整个器身浸渍的包封整体性好，可是不仅不美观，还要在处理前必须做完产品的相关检测。浸渍漆也容易被污秽，相对而言在中国后者比较合理。3. 在欧洲，干式变压器的发展比较多样化，除了环氧树脂真空 浇注和缠绕工艺外，其它还有类似于我国SCR型非浇注固体绝缘包封式变压器和SG型敞开式变压器的品种。在七十年代瑞典一家工厂用NOMEX绝缘材料开发出敞开式干式变压器。而后，另一家工厂用玻璃纤维及DMD来替代NOMEX绝缘材料，降低了材料成本。它的线圈结构与早期的B级绝缘产品相似，低压采用多根并绕或箔式，高压为饼式。匝绝缘用玻璃纤维，垫块用陶瓷。其它绝缘件采用改性二苯醚树脂玻璃布层压板（筒）或改性聚胺-酰亚胺层压玻璃布板（筒），还有DMD、SMC等。它的线圈处理工艺为VI真空浸渍，在浸渍过程中不加压力。它的技术关键不仅是浸渍漆（树脂）和浸渍工艺的合理选择，更重要的是陶瓷片的制作。普通陶瓷是一种脆性材料，不上釉的陶瓷容易受潮，且在其受力或受热不均匀时会开裂。因此，它必须有很高密度和硬度才行，目前还只能靠进口。4. 上述几种SG型敞开式干式变压器除电磁计算、线圈形式、外形结构有相似之处外，其它不同处归纳于表2-5。表2-5比 较 项 目B级绝缘的SG型玻璃纤维的SG型NOMEX的SG型绝缘等级BHH低压线圈匝绝缘玻璃纤维玻璃纤维NOMEX绝缘材料高压线圈匝绝缘玻璃纤维玻璃纤维NOMEX绝缘材料层间绝缘玻璃纤维玻璃纤或NOMEXNOMEX绝缘材料其他绝缘材料酚醛玻璃纤维类陶瓷、二苯醚NOMEX、二苯醚线圈绝缘工艺常温、常压浸渍真空浸渍真空、压力浸渍在我国市场情况已不生产正在发展正在迅速发展2.6.3 Nomex纸作为主要绝缘材料的特点H级配电变压器是以耐高温固体绝缘材料作为导线的匝绝缘或绝缘结构件材料。国内多数企业选用Nomex纸作为主要绝缘材料，它的特点如下： (1)介电常数为1.5-2.5。更接近空气的介电常数，可使作用在空气隙的场强较低；其他H级固体绝缘材料的介电常数都比Nomex纸的介电常数大。另外，Nomex纸的局部放电起始电压也较高。所以绝缘性能上Nomex纸是一种合适的绝缘材料。国内已有用Nomex纸制造成的35KV级敞开通风干式配电变压器，三相容量为2500kVA。雷电冲击水平已达170kV(峰值)。其他H级绝缘材料的干式配电变压器仅为l0kV级。Nomex纸实际可能耐温220，按H级设计时可有较高的超铭牌容量运行的能力而不牺牲预期寿命。 (2)Nomex纸具有很好的防潮性能，不吸水即使在95%相对湿度下，仍可保持完全干燥时90%的介电强度。另外，Nomex纸在220下的化学稳定性很好。 (3)阻燃性好，在220高温下限氧指数仍大于20.8。即使在特高温度燃烧，着火后能自熄而不助燃。 (4)当产品达预期运行寿命后，回收很方便，不存在任何影响环保的问题，因此环保性能好。 (5)很多企业研制成功的Nomex纸H级干式配电变压器都能通过符合国标要求的例行、型式与含突发短路试验在内的特殊试验。在技术性能上达到低损耗、低局放、低噪声与耐受短路机械力高的要求。在国内已有较长时间安全运行经验。设计的自由度较大，没有浇注模具的要求。对于非包封型敞开通风干式H级配电变压器只要增加真空压力浸渍设备即可。国内也有不用Nomex纸而用玻璃丝布作为H级固体绝缘材料的敞开通风H级干式配电变压器，工艺上采用真空浸渍设备，绕组中用陶瓷垫块，由于玻璃纤维的介电常数(约为5-6)比Nomex纸的介电常数高，陶瓷质介电常数也