干式变压器设计

1、毕业论文（设计）10KV干式变压器设计学生姓名:指导教师:合作指导教师:专业名称:所在学院:电气自动化技术2013年5月摘要.I第1章概述.11.1 干式变压器的发展及前景.11.2 干式变压器的应用场合21.3 干式变压器的分类21.4 冷却方式及其标志31.5 温升限值及参考温度31.6 绝缘水平31.7 干式变压器的过载能力1.8 干式变压器的防护方式51.9 干式变压器的环保标准5第2章设计要点62.1 铁心相关计算62.1.1 铁心直径的选择62.1.2 铁心的空间填充系数72.1.3 铁心叠片系数72.1.4 铁腕截面和形状的选择82.1.5 其它82.2 高低压绕组匝数的计算82

2、.2.1 初算每匝电压82.2.2 低压绕组匝数的计算92.2.3 磁通密度和磁通的计算102.2.4 高压绕组匝数的计算102.2.5 电压比校核.112.3 绕组相关尺寸和铜重的计算.122.4 关于H级干式变压器的绝缘结构132.4.1 概述132.4.2 关于NOMEX纸的技术性能142.4.3 用NOMEX纸做原料的H级干式变压器152.5 温升计算162.5.1 开敞通风式干式变压器的温升计算原则172.5.2 有关参数的补充说明20第3章10KV干式变压器的设计计算213.1 技术参数213.2 铁心直径及绕组匝数213.3 绕组计算223.4 铁心柱心距及线圈的径向尺寸223.

3、5 阻抗计算243.6 铁心重量及损耗计算243.7 空载电流计算253.8 温升计算26第4章需要探讨的一些问题284.1 H级干变和环氧浇注干变的比较284.2 电流密度的选择294.3 关于温升314.4 关于容量324.5 关于联结法324.6 低温的使用环境234.7 噪声和发热问题的控制334.8 合理利用干式变压器的过载能力来节省投资33参考文献35结束语36变压器理论是电机学的分支，尽管变压器是一个静止的设备，在其匝链于一个铁心上的两个或几个绕组回路之间可以进行电磁能量的交换与传递，已广泛的应用于国民经济各部门，各领域。使用变压器，可使得发电机，传输电力的电网以及应用电力的用电

4、设备，都有可能选择最合适的工作电压，安全而经济的运行。变压器主要包括油箱，线圈，绝缘和结构件等，变压器的设计主要进行的是变压器的电磁计算和器身线圈，结构件的计算。变压器的设计顺序是根据计算单中的数据首先进行铁心的设计，然后是夹件和线圈的设计，最后是油箱的设计，设计过程中要保证装配尺寸的准确。此次设计的变压器的功能主要是用来稳定电压，另外本台产品为S11系列，损耗较小，符合节能降耗的原则。完成此总成的设计主要包括三方面的工作第一是方案的选择，第二是设计计算，第三是结构的设计。为保证所设计零部件的可靠性，还应进行一定的试验。关键词变压器；传输损耗；配电系统；节能降耗第1章概述1.1 干式变压器的发

5、展及前景自新中国成立以来，尤其是改革开放后，我国的电力工业取得了突飞猛进的发展。迄今，我国的总装机容量与年发点量都已越居世界前列，成了名副其实的“电力大国”。但是，由于我国人口众多，按人均的装机容量和年用电量方面，仍处于发展中国家的中等水平。今后，随着我国在新世纪中国民经济全面迈向小康水平，电力工业必将取得更快的发展。众所周知，变压器是电力系统中的一个极其重要的设备，无论是发电厂、变电所、输配电网络还是广大的用户以及国民经济的各个部门，都使用着各式各样的变压器。据统计，每增加1kw的发电装机容量，就需要配套6-8KVA的变压器，可见，随着国民经济的高速发展，对变压器的需求量还将不断增加。当今世

6、界范围内电力变压器以油浸式变压器（即绝缘介质使用矿物油）为主，尤其在电压等级超过66kV时，几乎全部采用这类产品。因为油浸式变压器具有散热好、成本低、容易制造、技术成熟等特点，最重要的一点是，用于高电压等级时油浸式变压器的绝缘性能是其他类型的变压器无法比拟的。但是在人们工作和生活的重要区域，如地铁、矿井、商业中心、机场、高层建筑、码头和电厂等地，采用油浸式变压器供电则非常不安全。因为油浸式变压器一旦出现内部故障，极易引燃变压器油，产生爆炸，导致变压器油外溢和飞溅，进而引发更大的事故。正因如此，具有防火、难燃等特点的干式变压器就成为城市供电的首选产品。干式变压器，在GB6450标准中定义为“铁心

7、和线圈不浸在绝缘液体中的变压器”。由于不用液体来绝缘且采用阻燃材料，因而难燃；同时，因产品铁心和线圈的外露，使维护和检修变得更加方便。因此，许多国家明确规定在重要场所必须采用干式变压器供电。干式变压器在世界范围内得到迅速发展，是要追溯到20世纪中后期。1964年，第一台环氧树脂浇注的干式变压器在德国诞生，这种干式变压器易于批量生产，与早期的浸渍干式变压器比较，优点明显，尤其是机械强度高，质量稳定性好，故很快推广应用开来。80年代末期，干式变压器从外国进入中国，至今每年以超过20%的增长率迅猛发展。随着城市电网用电负荷的逐渐增加，城网变电站深入城区和居民区越来越多，干式变压器便得到了广泛的应用，

8、在不断的需求中，干式变压器本身也得到了巨大的发展。1989年我国第二次城网改造会议时，国内干式变压器年产量只有2000MVA,到1995年发展到6000MVA,2000年已达到17000MVA,占配电变压器产量的19%。从世界各国干式变压器的发展状况去看，其产量及使用范围逐渐扩大。在美国，干式变压器已成为变配电变压器主体，成套变电站中干式变压器占80%-90%。因为干式变压器具有诸多的优点，越来越多地被应用于高层建筑及商业中心、石油、化工等对防火与安全有更高要求的部门。我们相信在中国加入WTO之后，随着开放程度的进一步提高，干式变压器领域将出现更为广阔的市场空间和未来。1.2 干式变压器的应用

9、场合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

10、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。1.3 干式变压器的分类下表列出了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C105120130155180220表1-1各温度等级绝缘材料的最高允许温度变压绕组、外壳和绝缘材料的温度等级进行分类。(1)按绕组分类：分为包封绕组的干式变压器和非包封绕组的干式变压器二类。有一个或几个绕组用固体绝缘包封起来的干式变压器称为包封绕组的干式变压器。任何绕组均没有用固体绝缘包封起来的干式变压器称为非包封绕组的干式变压器。(2)按外壳分类：分为密封型、全封闭型、封闭型和非封闭型干式变压器四

11、类。密封型干式变压器，带有密封型保护外壳，壳内充以空气或某种气体。其外壳的密封性能使壳内外的气体不发生交换。全封闭型干式变压器，带有全封闭型外壳，壳内外的空气能够发生交换，但外界空气不能以循环方式冷却铁心和绕组。封闭型干式变压器，带有封闭型外壳，外界空气能够以循环方式冷却铁心和绕组。非封闭型干式变压器，不带外壳，外界空气能够以循环方式冷却铁心和绕组。(3)按绝缘材料的温度等级分类：分为A级、E级、B级、F级、H级、C级绝缘干式变压器。目前，常见的是B级、F级、H级干式变压器。1.4 冷却方式及其标志干式变压器的冷却介质为空气或其他某种气体(例如氮气)，冷却介质的循环方式有自然循环和强迫循环二种

12、。前者称为自冷式，后者称为风冷式。通常用二个字母表示冷却方式。第一个字母表示冷却介质，第二个字母表示冷却介质的循环方式。冷却介质为空气时，用字母A表示；冷却介质为其他气体时，用字母G表示。冷却介质自然循环时，用字母N表示；冷却介质强迫循环时，用字母F表不。(1)对于非封闭型和封闭型干式变压器来说，外界空气能够以循环方式冷却铁心和绕组。绕组和铁心的冷却方式完全能够反映这二种干式变压器的冷却方式，所以只用二个字母来表示冷却方式。自冷时用AN表示，风冷时用AF来表示。(2)对于全封闭型和密封型干式变压器来说，外界空气不能以循环方式冷却铁心和绕组。壳内外的冷却介质及其循环方式可能相同，也可能不同，必须

13、分别标志壳内外的冷却方式。通常用4个字母来标志这两种干式变压器的冷却方式。前2个字母表示壳内绕组和铁心的冷却方式，后2个字母标志外科的冷却方式。当某一干式变压器有二种冷却方式时，可用这二个冷却方式标志中间加斜线的方法来标志，例如：AF/AN。1.5 温升限值及参考温度干式变压器绕组的温升限值取决与绝缘的温度等级。负载损耗、阻抗电压、短路阻抗的参考温度等于绕组的温升限值加上20Co表1-2列出了在正常使用条件下运行的干式变压器绕组绝缘的温度限值。从调研中得出，运行温度限值每超过额定值10C,变压器使用寿命降低一半，不论运行环境温度的变化如何，铭牌容量的1.5倍为该台变压器的应急容量极限绕组温度超

14、过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。冷却风机的自动控制、超温报警、跳闸系统、温度显示系统，必须灵敏、准确、可靠动作，才能对于式变压器的运行状态、故障状况作出正确的判断，以便及时处理。干式变压器的正常使用条件主要是指：(1)海拔不超过1000m；(2)最高气温不超过40C,最高日平均气温不超过30C,最高年平均气温不超过20Co当冷却空气的温度某一项超过上列限值但不超过10K时，超过部分以5K为一级，绕组温升限值每级降低5K。当海拔超过1000m时，超过部分以500m为一级，自冷干式变压器绕组温升限值每级降低2.

15、5%,风冷干式变压器绕组温升限值每级降低5%。1.6 绝缘水平用于一般配电网络或工业系统的干式变压器，其绝缘水平应符合下表1-3的规定。表中雷电冲击耐受电压有系列I和系列n二种。可按干式变压器遭受雷电过电压和操作过电压的程度，中性点接地方式和过电压保护装置的型式来选择，通常由用户来提出。表1-2各类绕组绝缘温度限值绝缘的温度等级AEBFHC绕组温升限值(K)607580100125150性能参考温度(C)8095100120145170当干式变压器安装地点的海拔高度超过为一级，干式变压器工频耐受电压每级增加1.7 干式变压器的过载能力1000m,但不超过3000m时，超过1000m的部分以每5

16、00m6.25%。干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数等有关。因此，从运行经济安全可靠方面，可以从以下两点考虑。(1)减少备用容量或台数：在某些场所，对变压器的备用系数要求较高，使得工程选配的变压器容量大、台数多。而利用干式变压器的过载能力，在考虑其备用容量和备用台数时可以减少。变压器处于过载运行时，一定要注意监测其运行温度：若温度超过允许温升限值即应采取减载措施，减去一些次要负荷，以确保对主要负荷的安全供电。(2)可适当减小变压器容量：充分考虑某些设备短时冲击过负荷的可能性，尽量利用干式变压器的较强过载能力而减小变压器容量；对某些不均匀负荷的场

17、所，可充分利用其过载能力，适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。IP20防护外壳，可防1.8 干式变压器的防护方式根据使用环境特征及防护要求，千式变压器可选择不同的外壳。通常选用止直径大于12mm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，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60。角以内的水滴入。但IP23-1-壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。表1-3电压等级(KV)工频耐受电压(有效值)(KV)雷电冲击电压(峰值)(KV)In三136101520353

18、102028385070一2040607595145-40607595125170绝缘水平1.9干式变压器的环保标准国家环保局在广泛调研、论证、征求意见的基础上，于2004年1月19日发布并开始实施干式变压器的环保标准HBC212004环保标志产品认证技术要求干式电力变压器。该标准就成为变压器行业的第一部环保法典，激励和约束变压器产品朝着“节能、低噪、少维护、高可靠、易于回收处理”的方向发展。该标准提出三方面基本要求:(1)变压器品质方面：必须满足GB/T10228和GB6450变压器质量标准。(2)变压器制造企业环保方面：企业污染物排放满足相应国家和地方法规标准。(3)该标准对变压器产品本身

19、的环境指标做出严格规定，进一步从变压器损耗、噪音、局部放电、废置产品回收特性等四个方面提出了具体的达到环保标志产品要求。针对环保标志产品回收特性的要求，标准规定：产品应易于拆解，产品中金属材料与非金属材料应易于分离。第2章设计要点2.1 铁心相关计算铁心柱直径是变压器的最基本的参数，因为铁心的大小一旦确定，也就决定了绕组的内径以及原、副绕组的匝数，从而影响到整个变压器的尺寸和各主要性能参数。它的正确选定还涉及到变压器材料消耗的铜铁比，是影响优化设计的重要因素。2.1.1 铁心直径的选择选择铁心直径的方法是较多的，如按照容量、短路阻抗、损耗值等，这些在有关书籍（如电机设计）中均有介绍，但这些公式

20、使用起来都比较复杂。我国目前在设计时，一般均在综合考虑上述因素之后，采用下面的半经验公式来计算铁心直径，即：D=KdSz式中D铁心直径，mm；Kd铁心直径经验系数，它的取值可参见表2-1;SZ变压器的每柱容量，KVAo1/4次方成比例。这种关上式表明，对绝缘等级相同，结构相似的变压器，其铁心直径与每柱容量的系也与一般电机设计的规律相同。表2-1铁心直径的经验系数Kd值变压器类别三相双绕组三相三绕组单相双绕组单相三绕组自耦变压器铝绕组50-5448-5250-5448-5248-52铜绕组53-5751-5553-5751-5551-55从表中可知：Kd值与结构形式有关，在一般情况下，就Kd值本

21、身而言，具有铜线大于铝线,双绕组大于三绕组等特点。根据我国以往的中小型变压器的统一设计，对双绕组铝线一般取KD=52;对双绕组铜线取Kd=55。但是随着技术的进步，Kd的取值也在不段变化。例如对铜线双绕组的配电变压器有的厂家建议平均可取Kd=52.5,这样可交好地节省硅钢片。所以表2-1中所推荐的KD值也并非一成不变的，在设计时还应根据产品的发展、材料的价格以及各厂的具体条件来选择最优的Kd值。2.1.2 铁心的空间填充系数由于一般变压器的铁心都是采用薄硅钢片迭成的圆内多级矩形截面。显然，当多级矩形的级数愈多时，则它的截面愈接近圆面积。通常把多级矩形的几何截面积与圆面积之比成为铁心的空间填充系

22、数，即：Ksf=（铁心的实际几何面积/铁心外接圆面积）1（2-2）当铁心级数愈多时，则填充系数愈高，这就意味着空间利用效果较好，漏磁也较少。但是，随着级数的增加，则铁心的冲剪、叠片等的工时都大为增加。所以铁心的级数要选择恰当，总的原则是直径愈大则级数愈多，一般为5-14级（1/4圆内级数）。铁心级数与填充系数的关系见表2-2,从此表看出，当级数在9级以上时，填充系数增加不多。目前采用的铁心直径与级数范围见表2-3。表2-2铁心级数与填充系数的关系级数123456789101112131415填充系数.637.787.851.866.908.923.934.942.948.953.955.958

23、.961.967.969表2-3铁心级数与铁心直径的关系铁心直径D80-95-125-200-230-245-270-400-580-700-980以上(mm)90120195225240265290560680980级数56789101112131415以上2.1.3 铁心叠片系数由于硅钢片表面的平整度、绝缘涂层厚度等的影响，使得硅钢片实际通过磁力线的净截面（有效截面）与其几何截面（毛截面）并不相等，它们之间的关系，常引用叠片系数Kfd的概念来表示，其定义为：Kfd=（通过磁力线的铁心净截面/铁心的几何截面）<1（2-3）一般情况下，Kfd的值与硅钢片的平整度、绝缘层厚度以及铁心的绑扎

24、程度、夹紧方式等有关。以往采用热轧硅钢片时，Kfd的值很少有超过0.93的，在采用冷轧硅钢片后，它的值提高到0.93-0.95,目前由于硅钢片的质量不断提高，铁心加工、绑扎工艺的不断改进，使得Kfd的值，已可取到0.96-0.975,甚至更高的值。2.1.4 铁轲截面和形状的选择铁轲的截面形状有外接圆多级矩形、矩形、正T形、正多级T形、倒T形、倒多级T形以及多级椭圆形截面等，对于大、中容量以及大多数小容量变压器，为了使磁通分布均匀以及化简工艺，铁轲和铁心一样，也都采用外接圆多级矩形，这时二者的截面积取得一致。2.1.5 其它铁心的绑扎，B级干式变压器通常用环氧玻璃粘带或者其它B级绑扎材料；H级

25、干式变压器通常用聚胺-酰亚胺玻璃纤维绑扎带或其它H级材料绑扎。铁轲的夹紧，通常是考夹件和用不导磁钢板制成的拉带通过螺栓来实现的。心柱绑扎结构的扎紧力一般不低于4.9-8.8N/cm2。铁轲螺栓的夹紧2力一般不低于6.9-8.8N/cm。为了铁心散热通畅，铁心外的绝缘筒或绕组内径至铁心外接圆的距离通常不低于15mm。为了固定绝缘筒或内部绕组，通常采用四个撑板，分别布置在主级和小级叠片组的外侧。2.2 高低压绕组匝数的计算-'2.2.1初算每匝电压et''et=4.44fBmAz(2_4)'式中et初算的每匝电压，V/匝；'Bm初选的铁心磁密，T;2Az铁心

26、的有效截面积，cm;'工频,Hzo从上式可以看出，当铁心截面一旦确定后，每匝电势的大小主要决定于所选择的最大磁密Bm。而在设计时的最大磁密值Bm的选择是一项比较复杂的问题，它涉及到铁心材料的特性、材料的用量、运行损耗和发热、电势波形、噪声以及正常和故障运行方式的要求等多方面的因素。下表2-4和2-5给出了干式变压器磁通密度和电流密度的选择。表2-4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(Bm)t冷轧硅钢片B1.40-1.55H1.50-1.65热轧硅钢片BH1.20-1.351.30-1.45表2-5干式变压器电流密度的选择绕组材料绝缘耐热等级2电流密度（A/mm）2.2

27、.2低压绕组匝数的计算由于低压绕组没有分接，一般根据内绕组外绕组铜导线BH1.4-2.12.4-3.62-32.8-4.3铝导线BH1.0-1.51.5-2.11.6-2.11.8-2.3'侧相电压及初算的每匝电压，可初算出低压绕组匝数W2,即低压,U2NW2=-27Net,匝（2-5）由上式计算出W2并取整后，即得低压绕组匝数W2。第二步，由于低压绕组匝数是从W2凑成W2的，所以每匝电压6有了变化，应再按下式重算一次，才能得出实际的每匝电压6,即et-W2(2-6)用上式重新计算et值时，必须计算至小数点后三位有效数字。这主要为了使.具有较精确的值,以便下一步计算出的高压绕组匝数能符

28、合电压比较核时的要求。2.2.3 磁通密度和磁通的计算当正式的每匝电压确定后,即可最终确定磁通和磁密。由下式可计算出磁密，即当工频f为50Hz时，有:Bmet104222Az(2-7)再由Wb(2-8)中m=45q2.2.4 高压绕组匝数的计算由于高压绕组往往带有土5%或更多的分接头，所以要对各分接位置的匝数分别进行计算，其一般步骤为：(1)先计算出额定相电压及各分接位置时的相电压;(2)按下式求出高压绕组最小分接位置时的匝数Wn,即,Wn=net凑成整数匝Wn(2-9)式中Un高压绕组最小分接位置时的相电压，V;et按式(2-6)算出的每匝电压。(3)计算求得5%分接间相电压的差值Uf；(4

29、)按下式计算分接间匝数Wf,即.UfWf二wet一凑成整数匝f(2-10)(5)计算高压绕组各分接位置时的匝数。对于一般只带土5%分接头的变压器，可直接按下式进行计算：最小分接位置时的匝数Wn额定分接位置时的匝数Wn=WnWf(2-11)最大分接位置时的匝数Wm=WnWf但是，应当指出，上述高压各分接位置时的匝数，需要在电压比较核后才可能最后确定。2.2.5 电压比较核表2-6GB1094.1所规定的电压比容许偏差电压比的容许偏差适用范围取下列二值中较小者1)规定电压比的±0.5%主分接2）实际阻抗百分数的土1/10*按协议，但不低于上述1）、2）中的较小者其他分接注*由于自耦变压器

30、及增压变压器的阻抗较小，因而会产生更小的偏差，故2）项不能适用通常，电压比较核可按下列程序进行;众所周知，根据变压器并联运行的要求，对并联运行的变压器之间的变比偏差要求是极严格的。为此，在设计时对计算出的高低压绕组匝数必须进行较严格的电压比较核。国家标准中所规定的电压比的容许偏差如表2-6所示。但考虑到制造和试验的偏差，因此在设计计算时的电压比容许偏差应比规定值小一半，以保留一定的裕度。（1）额定分接时电压比较核，即UnUn|uNi:二二0.25%(2-12)式中Un额定相电压;（un计算的相电压。Un=0Wn(2-13)式中Wn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

31、接:(2-14)2）最小分接:Un-Un<-0.25%Un(2-15)式中UmU*规定的最大，最小分接下的电压；,'Um,Un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。2,3绕组相关尺寸和铜重的计算（1）辐向尺寸的计算''B=an1n2（式中n1沿辐向的导线并联根数；（n2每段匝数；、'制造未&度，取1.03-1.05;a带绝缘导线厚度。（2）轴向尺寸的计算H=bn式中b带绝缘导线宽度；n沿轴向导体的总根数。对于连续式（纠结式），门=总段数；对于单螺旋

32、（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Hc=H2h式中H轴向尺寸；hi压板至铁轲间空隙。(4)绕组铜重的计算3Gcu=8.9LqW父10L=nd式中Gcu绕组铜重；L绕组平均匝长；d绕组平均直径；q绕组导线截面；W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。2.4关于物干式变压器的绝缘结构2.4.1 概述众所周知，H级干式变压器较之F级干式变压器，平士温升可以高出25%,所以设计时电流密度可以取得较

33、高，从而可以相应缩小变压器的尺寸。此外，它还适用于温升较高的场所，随着NOMEX纸被应用于H级干式变压器以及绝缘工艺的进步，H级干式变压器的技术经济性能得到了大大提升。下面首先就H级干式变压器的分类情况介绍如下：(1)环氧浇注式(180c绝缘系统)。(2)以NOMEX纸为原料的产品(220c绝缘系统)。1）浸渍式。包括真空压力浸渍（VPI）开敞通风式（OVDT）;真空压力浸渍包封式（VPE,又称VDT）。2）非浸渍式。（3）不用NOMEX纸的OVDT浸渍式H级干式变压器（180c绝缘系统）。2.4.2 关于NOMEX的技术性能NOMEX纸是美国杜邦公司的专利产品，它是一种芳香聚酰胺聚合物，发明

34、于20世纪60年代。由于N0MEX纸具有优越的化学、机械、电气和物理性能，目前已被广泛应用于电气设备制造、宇航设备、劳动保护设备以及消防、环保等设备上。N0MEX的优越性能主要表现在如下几点。（1）电气性能。N0MEX纸无论在工频或冲击下均具有较高的抗电强度，例如它的工频击穿场强为20-40kV/mm,明显高于环氧树脂。从表3-1中几种绝缘材料的相对介电常数名值的比较来看，NOMEX纸的名值较低，更接近于空气。因而，当干式变压器采用N0MEX纸作为绝缘介质时，将使绝缘体与周围空气介质间的电场分布更为均匀，从而可以紧缩其绝缘尺寸，也避免了电场的过分集中，并相应使整个绝缘结构体系更加合理，降低了局

35、部放电量，提高了运行可靠性。此外，NOMEX纸的沿面放电起始电压与局部放电起始电压均较高，当用于干式变压器时，可使绕组与铁轲间的距离缩小，从而降低铁心柱的高度并减小铁心的质量。（2）耐热性能。耐热温度高是NOMEX纸固有的特点，也是它最为突出的优点之一。NOMEX纸属于C级绝缘材料，在220c的温度下，可以保持长期稳定运行，国际上公认它属于220c的绝缘系统。即使温度达到250C,N0MEX纸也不会熔融、流动和助燃，其电气性能仍可达到额定值的95%,甚至当温度达到350c时，NOMEX纸仍可短期运行。另外，NOMEX纸板还可承受较大的温度梯度，过载能力较强，除了适合制造H级干式变压器外，它还适

36、用于制造散热条件较差的SF6K体绝缘变压器以及对过载能力要求较高的电气机车牵引变压器等。NOMEX纸与其他干式变压器绝缘材料的耐热能力比较见表3-2。（3）防潮性能。NOMEX纸不吸水，具有很好的防潮性能，即使在相对湿度为95%的状态下，仍可保持90%的完全干燥时的介质强度。因此，用NOMEX纸制造的干式变压器在潮湿的环境中仍能安全地工作。表3-1几种绝缘材料的相对介电常数名值绝缘材料空气NOMEX纸变压器油油浸纸版环氧树脂玻璃纤维普通纸纤维聚脂类树脂、漆聚脂薄膜硅油相对介电常数Z11.5-2.52.23.8-4.43.2-4.65-64.53.1-3.23.12.7表3-2几种用于干式变压器

37、的绝缘材料的耐热温度绝缘材料NOMEX纸环氧树脂硅树脂云母无机复合纸玻璃增强聚脂聚脂类树脂耐热温度/C220130-200180-220220-240130-200130-200105-155（4）阻燃性能。NOMEX纸的限氧指数高，在220c时，其限氧指数LOI>20.8%,因此，其阻燃性能要优越于环氧树脂与PET薄膜。2.4.3用NOMEX做原料的H级干式变压器（1）真空压力浸渍式（VPI）VPIH级干式变压器是在原有的浸渍式干式变压器的基础上发展起来的，由于采用了全新的真空压力浸渍工艺，大大增加了产品的防潮性能与耐电弓II度。这种变压器一般做成开敞通风式（OVDT）结构，通风散热情

38、况较好。由于采用C级（220X2绝缘系统qNOMEX纸来制造H级（180X2绝缘系统）的干式变压器，使得这种变压器具有约20%的过载热裕度，因而过载能力很强。再加上NOMEX纸在防火、防潮、环保、安全方面所具有的诸多优点，大大提高了其技术性能。目前，OVDT式VPIH级干式变压器在世界上已得到了广泛应用。OVDT式VPIH级干式变压器有如下主要特点。1）高压线圈可以是饼式、层式等多种结构。2）线圈为开敞通风式，散热情况良好，热点温升与平均温升间的差值小，有助于长期过载能力的提高与耐受热冲击负荷。3）依靠良好的真空压力浸渍工艺，可保证其优质的防潮性能以及较低的局放值。4）为降低突发短路时的冲击短

39、路电流，线圈参数可设计为低X/R结构。（2）真空压力浸渍包封式（VPE或VDT）为了提高VPI变压器的环保与防潮性能，在真空压力浸渍后，再用涂有硅树脂漆（或聚脂漆）的NOMEX纸加以包封，就形成了VPEH级干式变压器。VPEH级干式变压器基本结构与VPIOVDT式基本相同，绝缘材料也都是220c的绝缘系统，不同的是前者防潮性能极好，且最高可容许到250c温度下运行。2.5温升计算无论是油浸式变压器还是干式变压器，它们在运行的过程中，由于有铁耗和铜耗的存在，这些损耗都将转化成热能而向外发散，从而引起变压器不段发热和温度升高。具体而言，铁耗和铜耗所产生的热量将首先使铁心和绕组的温度逐步升高。最初，

40、温度上升很快，但随着铁心和绕组温度的俄高，它们对周围的冷却介质（如油或者空气）就有一定的温度差（又叫温差或温升），这时绕组及铁心就将一部分热量传到周围的介质中去，从而使周围的介质温度升高，此时，由于绕组及铁心有一部分热传给周围介质，故本身温度上升将逐渐缓慢。经过一段时间后，绕组及铁心温度最终达到稳定状态，而再不升高，这时绕组和铁心继续产生的热量将全部散到周围介质中去。这就叫做热平衡状态。上述过程是受“传热学”的规律所决定的。总的来说，干式变压器的温升计算其理论基础与处理方法与油浸式是基本相同的。只不过走味对流散热的介质不是油，而是空气。另外一个特点就是干式变压器没有油箱，并且由于干变的类型很多

41、，结构各异。所以干变的温升计算更为繁杂。许多计算方法是属于专利技术，不可能公开发表。因此，这里的计算方法只是一些通用的经验或者法则，也是属于一些基础性的介绍。2.5.1 开敞通风式干式变压器的温升计算原则2开敞通风式干变（OVDT）的结构和象一个没有油箱的油浸式变压器的器身。但冷却介质为空气，主要依靠辐射和对流来散热。其温升计算的原则为：（1）不考虑发热体之间的热交换时的温升计算铁心及内、外绕组的温升计算式。铁心以及内、外绕组三者都有损耗，因而可认为是三个独立的发热体，当不考虑它们之间的相互热交换时，起温升计算式为：-0=（0.340.36荷8(2-16)i=(0.340.36)q：82=(0

42、.340.36)q；8式中0,1,2铁心以及内、外绕组的温升，K;2q。，5,q2铁心以及内、外绕组的单位热负荷，W/m铁心以及内、外绕组的单位表面热负荷的计算。（当内、外绕组均为圆筒式绕组时）P0q。二"SiJk：0&2W/mq1=,2W/m2(2-17)P2q2二:S2-k：2S2W/m2式中P0,Pi,p2铁心及内、外绕组的损耗,W.Si,S2铁心及外绕组露在外面的散热面,铁心及内、外绕组被遮蔽的散热面,ks,ka,ks铁心及内、外绕组被遮散热面的散热系数。系数kce,k",koe的计算方法。k：0=0.560.25a01.6H0j0.25k-0.56k-2=

43、0.56ai1.6-hT%21.60.25(2-18)式中a0,a1,a2铁心及内、外绕组的平均气道宽，mm;Ho,H1H2铁心及内、外绕组气道高，mm。系数a0,a1,a2的计算方法。a.当两发热体间无绝缘筒时，取二者间隙的一半作为每个发热体的气道宽。b.当两发热体见有绝缘筒时，取发热体至绝缘筒间的间隙作为该发热体的气道宽。c.为确定铁心与内绕组的间隙，可按下式确定铁心的等效直径(2-19)d=12,Az式中Az铁心柱的有效截面，cm2。d.每个发热体的平均气道宽，应是该发热体所有气道宽的算术平均值。气道高H。，H1，H”计算方法。a.铁心气道高取铁心窗高与内绕组电抗高的算术平均值，mm。b

44、.内、外绕组的气道高一一分别取内、外绕组的电抗高度，mm。(2)考虑发热体之间的热交换的温升计算当铁心、内、外绕组这三个独立的发热体之间的温升不相等时，应采用下列方法计算其相互热交换关系，并最终确定其温升。(2-20)式中下标0、1、2分别表示铁心、内绕组、外绕组。根据上述温差值，求与之相应的热负荷。q0,=3.59AT01：q=3.59：七5(2-21)_125lq2=3.59。？2用于相互交换的热负荷（当内、外绕组均为圆筒式绕组时）匕0尸0.5组04S01（或S0）S2（或S21）(2-22)确定两发热体之间的温差。q2=0.5；：q2S21(或S1S2三S2式中S01铁心与内绕组气道内，

45、铁心等效直径的表面积,m2Si0铁心与内绕组内，内绕组的表面积,S21内、外绕组气道内，外绕组的表面积,7注：在计算时，可在S01与S10以及S21与S12之间，分别取一个温度较高的值进行计算。用于相互交换的温差。访=(0.340.36)Aq看.1q=(0.340.36)q"=(0.340.36)匕猾(2-23)铁心及内、外绕组的最终温升。叫=(0.340.36)归累(2-24)t=r+At2224_A_*A_1注：当力.0时，取+“。=，-“1。时，取-+&70''，72时，取-&11N,+%'.'无时，取+7/,-5工2.5.2有关

46、参数的补充说明最后，再说明一下当应用上述公式来进行温升计算时，铁心及内外绕组的几何散热面积的确定原则如下：铁心。S0包括上铁轲的上部水平表面面积，上下铁轲的侧面积和端面面积。二冬包括铁心气道的表面积以及铁心柱的外表面积。内外绕组（圆筒式绕组）S2外绕组外部的全部表面积。ZS2包括绕组垂直气道内的全部表面积，但要除掉被撑条，撑板等所覆盖的面积。第3章10KV干式变压器的设计计算3.1技术参数型号SG-1000/10额定容量1000KVA一次电压10±2.5%KV二次电压0.4KV联结组丫,yn0阻抗6%负载损耗(145C)11400W空载损耗1760W空载电流1.1%冷却力式AN外壳种

47、类封闭式绝缘等级H导线材料电工铜3.2铁心直径及绕组匝数铁心直径：025025D=Kd(Sz)0.25=56M(1000/3)0.25=239.3mm取240mm(Kd=56)2采用Z11-0.35冷轧硅钢片，叠片系数0.95,铁心净面积400.2cm,三相角重148.5kg,撑条数8,最大片宽230,最小片宽65,叠厚231。铁心磁密先取1.58T,则初算每匝电压:'_'.一4一.一一一_4._et=4.44fBmAz10一=4.44501.58400.210一=14.037V低压匝数：400/,3=16.5et取16匝实际每匝电压：400/,3et=14.43416实际铁心

48、磁密：Bm=14.434104/(222400.2)=1.625卜表3-1列出了各分接下的电压、电流及匝数。表3-1各分接下的电压、电流及匝数分接高压电压（V）高压电流（A）高压匝数低压电压（V）低压电流（A低压匝数110500/606255.0420400/231144316210000/577457.740039500/548560.83803.3 绕组计算3.4 铁心柱心距及线圈的径向尺寸单位：m铁心半径D/20.12a0的平均尺寸0.1656装配间隙c0.005高压线圈内半径0.1735低压纸厚度0.0035高压线圈辐向尺寸0.026低压线圈内半径0.135高压线圈平均半径0.1865

49、低压线圈辐向尺寸0.0225高压线圈外直径0.399低压线圈平均半径0.014625相间距离0.017+0.004低压线圈外半径0.1575心柱间中心距0.40高低压线间距离0.016表3-2绕组计算数据绕组计算高压低压电压（V1050010000950060625774548540073T电流50.057.760.81443匝数42040038016撑条数及宽度8x108x10型式连续式双螺旋式线匝排列20x212x8导线规格2.0沌.52.5>9.03.5R1.23.68>11.72导线截面（mm）16.642x34.43x6电流密度（A/mm2）3.473.46辐向尺寸（mm

50、2622.5轴向尺寸（mm540540铁心窗高（mm540+2x35=6103.5 阻抗计算(1)辐向漏磁场对应的电抗电压:2_2_104二0.4二57.7400500.98953.88510一一uX1=4.113%5774192.43(2)径向漏磁场对应的电抗电压:2_一2._2_UX2=1.118%4二0.4二57.740011.6043530.1660.5425774120.645低压绕组为双螺旋，线圈两端相对于高压线圈个短缺一螺旋的安匝高度，形成另外两个漏磁场而产生相应的电抗电压。2_2._2_,一c4二0.4二5057.74001.60.4350.1651.92“二八uX2=210=

51、0.563%120.06455774(3)总电抗电压：uX=4.113%1.118%0.563%=5.794%(4)电阻电压:Ur114353100010=1.1435%(5)阻抗电压:uZ=%，uX+uR=5.91%ZX3.6 铁心重量及损耗计算铁心重量：GFe=37650400.21042.647650400.210"20.42(3-1)148.5=3090Kg载损耗:P0=1.130900.513=1744W负载损耗：（见表3-3）表3-3负载损耗的计算高压线圈低压线圈平均匝长/m1.7180.919每相总长/m493.516裸线重量/kg219.2178额定分接电阻/欧0.6

52、030.00082电阻损耗/W60235122线圈涡流损耗0.62%1.4%结构损耗/W132总负载损耗/W6023X1.0062+5122X1.014+132=113863.7 空载电流计算有功分量:*1744IOR3=0.001744100010无功分量:*1OX30902.75400.22.983100010=0.0108空载电流：*2*2|0=.loxIOR=1.09%3.8 温升计算(1)高压绕组温升绕组内部竖直散热表面的几何面积：SN=(2二175.8-810)19010=0.1896m2绕组外部竖直散热表面的几何面积：Su=2二201.5190100.2513m2绕组内部竖直散热表面的散热系数：N=0.56()0.25=0.383190绕组有效散热面积:SW=0.3830.18960.2513=0.3239m2绕组温升:W-0.30(134030.3239严=97K(2)低压绕组温升:绕组内部竖直散热表面的几何面积:Sn=(2二138-810)19010-6-0.1510m2绕组外部竖直散热表面的几何面积:Sj=2二162.519010-0.2054m2绕组内部竖直散热表面的散热系数:=n=0.56(竺-产5=0.383190绕组有效散热面积:2Sw=0.3830.15100.2