毕业论文-干式变压器计算

1、哈尔滨理工大学学士学位论文PAGE 哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计 题 目： 干式变压器 院、 系：哈尔滨理工大学电气工程与自动化 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 2012年 6哈尔滨理工大学学士学位论文PAGE IV干式变压器计算摘要树脂浇注干式变压器是一种最为广泛应用的干式变压器。其绕组表面由高质量的防护材料组成，形成了覆盖层。对环境适应能力强且超铭牌额定值运行能力强，维护简便。本文在介绍了干式绝缘变压器知识的基础上，概述了树脂浇注绝缘干式变压器的技术规范及结构特点。并简单介绍了其设计理论及主要工艺流程，并且以SCB10-500/35为例，列出了树脂浇注干式变压器如何进行材料

2、的选取以及设计的详细计算过程，包括从变压器铁心、绕组、绝缘、损耗、短路阻抗到树脂等绝缘材料的重量等。由于电子计算机已经成为科学研究领域中一个不可缺少的工具，在变压器制造业也得到广泛应用。并简要地使用AutoCAD绘图软件，绘制干式变压器尺寸图。通过对比设计结果和技术参数要求，处理在设计过程中所产生的问题，最后得出一个较优的设计。关键词：干式变压器，树脂浇注，电磁计算，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 目录 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 绪论 PAGEREF _Toc327907268 h 1 HYPERLINK l _Toc327907269 1.1 干式电力变压器概况 PAGEREF _Toc327907269 h 1 HYPERLINK l _Toc327907270 1.2

8、干式变压器分类 PAGEREF _Toc327907270 h 2 HYPERLINK l _Toc327907271 1.2.1 浸渍空气绝缘 PAGEREF _Toc327907271 h 2 HYPERLINK l _Toc327907272 1.2.2 环氧树脂浇注绝缘干式电力变压器 PAGEREF _Toc327907272 h 3 HYPERLINK l _Toc327907273 1.2.3 绕包绝缘干式电力变压器 PAGEREF _Toc327907273 h 4 HYPERLINK l _Toc327907274 1.2.4 复合式绝缘干式电力变压器 PAGEREF _Toc

9、327907274 h 5 HYPERLINK l _Toc327907275 1.3 树脂浇注绝缘干式变压器 PAGEREF _Toc327907275 h 5 HYPERLINK l _Toc327907276 1.3.1 产品状况及其特点 PAGEREF _Toc327907276 h 5 HYPERLINK l _Toc327907277 1.3.2 技术水平及质量状况 PAGEREF _Toc327907277 h 6 HYPERLINK l _Toc327907278 1.4 本文研究的主要内容 PAGEREF _Toc327907278 h 7 HYPERLINK l _Toc3

10、27907279 第2章 树脂浇注绝缘干式变压器材料选择及其生产工艺 PAGEREF _Toc327907279 h 8 HYPERLINK l _Toc327907280 2.1 工艺流程概述 PAGEREF _Toc327907280 h 8 HYPERLINK l _Toc327907281 2.2 绝缘、铁心与绕组的选择 PAGEREF _Toc327907281 h 8 HYPERLINK l _Toc327907282 2.2.1 绝缘用材料的选择 PAGEREF _Toc327907282 h 8 HYPERLINK l _Toc327907283 2.2.2 铁心的选择 PAG

11、EREF _Toc327907283 h 9 HYPERLINK l _Toc327907284 2.2.3 绕组用材料的选择 PAGEREF _Toc327907284 h 10 HYPERLINK l _Toc327907285 2.2.4 绕组型式的选择 PAGEREF _Toc327907285 h 10 HYPERLINK l _Toc327907286 2.3 环氧树脂浇注工艺特点 PAGEREF _Toc327907286 h 10 HYPERLINK l _Toc327907287 2.3.1无填料树脂浇注 PAGEREF _Toc327907287 h 10 HYPERLIN

12、K l _Toc327907288 2.3.2 有填料树脂浇注 PAGEREF _Toc327907288 h 11 HYPERLINK l _Toc327907289 2.3.3 环氧树脂浇注工艺设备及特点 PAGEREF _Toc327907289 h 12 HYPERLINK l _Toc327907290 第3章 树脂浇注干式变压器的计算 PAGEREF _Toc327907290 h 14 HYPERLINK l _Toc327907291 3.1 干式变压器设计计算的任务 PAGEREF _Toc327907291 h 14 HYPERLINK l _Toc327907292 3.

13、1.1 表3-1中一些参数的介绍 PAGEREF _Toc327907292 h 15 HYPERLINK l _Toc327907293 3.1.2 电力干式变压器执行国标简介 PAGEREF _Toc327907293 h 15 HYPERLINK l _Toc327907294 3.2 树脂浇注干式变压器的计算过程 PAGEREF _Toc327907294 h 16 HYPERLINK l _Toc327907295 3.2.1基本的计算过程 PAGEREF _Toc327907295 h 16 HYPERLINK l _Toc327907296 3.2.2铁心计算 PAGEREF _

14、Toc327907296 h 17 HYPERLINK l _Toc327907297 3.2.3 绕组计算 PAGEREF _Toc327907297 h 17 HYPERLINK l _Toc327907298 3.2.4 绕组绝缘半径及平均匝长的计算 PAGEREF _Toc327907298 h 22 HYPERLINK l _Toc327907299 3.2.5 参考温度（120）下绕组每相电阻及导线重量的计算 PAGEREF _Toc327907299 h 23 HYPERLINK l _Toc327907300 3.2.6 负载损耗的计算 PAGEREF _Toc32790730

15、0 h 24 HYPERLINK l _Toc327907301 3.2.7 树脂、玻璃纤维重量的计算 PAGEREF _Toc327907301 h 24 HYPERLINK l _Toc327907302 3.2.8 空载损耗 PAGEREF _Toc327907302 h 24 HYPERLINK l _Toc327907303 3.2.9 短路阻抗的计算 PAGEREF _Toc327907303 h 25 HYPERLINK l _Toc327907304 3.2.10 铁心温升的计算 PAGEREF _Toc327907304 h 27 HYPERLINK l _Toc327907

16、305 3.2.11 高压绕组温升的计算 PAGEREF _Toc327907305 h 28 HYPERLINK l _Toc327907306 3.2.12 低压绕组温升的计算 PAGEREF _Toc327907306 h 28 HYPERLINK l _Toc327907307 3.3 本章总结 PAGEREF _Toc327907307 h 30 HYPERLINK l _Toc327907308 第4章 干式电力变压器计算机辅助设计制图 PAGEREF _Toc327907308 h 31 HYPERLINK l _Toc327907309 4.1 计算机在干式电力变压器辅助设计中

17、的概况 PAGEREF _Toc327907309 h 31 HYPERLINK l _Toc327907310 4.2 干式变压器计算机辅助制图软件(AutoCAD)简介 PAGEREF _Toc327907310 h 31 HYPERLINK l _Toc327907311 4.3 干式电力变压器尺寸图 PAGEREF _Toc327907311 h 32 HYPERLINK l _Toc327907312 结论 PAGEREF _Toc327907312 h 34 HYPERLINK l _Toc327907313 致谢 PAGEREF _Toc327907313 h 35 HYPERL

18、INK l _Toc327907314 参考文献 PAGEREF _Toc327907314 h 36 HYPERLINK l _Toc327907315 附录A 英文原文 PAGEREF _Toc327907315 h 37 HYPERLINK l _Toc327907316 附录B 英文翻译 PAGEREF _Toc327907316 h 49- PAGE 54 -第1章 绪论1.1 干式电力变压器概况19世纪初英国法拉第(17911867)确定了电磁感应原理后，在19世纪中期，应用感应原理制成了世界上第一台配电变压器1。最初制成的配电变压器以及其后的一段时间内制造的变压器，均是以空气为绝

19、缘介质的干式变压器。为了满足远距离电力输送的需要，就必须提高输电电压等级这样势必寻找提高电力变压器绝缘结构耐电强度的途径，于是矿物油作为电力变压器的绝缘介质而被广泛应用于电力变压器中，从而产生了油浸式变压器。无论是电力变压器还是特种变压器，油浸式变压器几乎成为传统的、惟一的结构形式。随着现代社会日新月异地快速发展，要求防火的场所大增加，如高层建筑、地铁、火车站、机场、医院、石油化工企业及矿井内部等场合日益增多，人们对变压器的安全性能提出了越来越高的要求。由于矿物油易燃、易爆炸，因而油浸式变压器不宜安装于防火要求高的场所，而且在运行中变压器的渗漏油也会污染环境。为了满足防火要求，各国的变压器制造

20、厂家都在寻求矿物油的代用品，而这些代用品不但有毒，而且还不能降解，如多氯联苯(PCB)(我国已明令禁止使用)。而合成方法制成的变压器油代用品，如硅油等也因价格较高，除在电机车变压器和高层建筑物变压器中少量应用外其它场合基本不用。近年来，干式电力变压器应用范围不断扩大。一些发达国家，如欧美等国，户内安装的变压器已明文规定不准采用油浸式变压器，一律采用防火型变压器。干式变压器同油浸式变压器相比较具有以下明显优点：1) 干式电力变压器避免了由于运行中发生故障而导致变压器油发生火灾和爆炸的危险。由于干式变压器绝缘均为难燃材料，即使运行中变压器发生故障而引发火灾或有外来火源，也不会使火灾的灾情扩大。2)

21、 干式电力变压器不会像油浸式变压器那样存在渗漏油问题，更无变压器油老化等问题，通常干式电力变压器运行维护和检修工作大为减少，甚至可以免维修。3) 干式电力变压器一般为户内式装置，对特殊需要的场所亦可制成为户外式。对户内式而言，它可以和开关柜安装于同一室内，并可以和开关柜共用一个外壳，从而可减少安装面积。4) 干式电力变压器由于无油,故其所属附件也少,无储油柜安全气道和油门等部件,当然也无密封等问题。由于干式电力变压器具有以上优点，需求量迅猛增加。在美、日和德国等工业发达国家干式电力变压器产已占配电变压器产的20%以上,有的国家甚至占50%左右,而干变的成套变电站已占成套变电站的80%90%。我

22、国干式变压器产量已占配电变压器的10%以上。随着城市电网智能化改造工程的加快，我国由于引进了国外的先进技术，不但干式电力变压器生产能力有了较大增长, 而且干变的技术水平也有了大幅度提高。目前 ,国内外变压器生产厂家主要根据绝缘材料的供应情况，多数生产厂家生产了绝缘材料耐热等级为B、F级的干式变压器，而国外有的厂家，如日本的日立公司已生产了耐热等级为H级的浇注绝缘和绕包绝缘干式电力变压器。国内也有厂家生产了H级绝缘干式电力变压器。目前，国内生产的干式电力变压器单台最大容量为30000kVA/35，最高电压等级为110kV，主要以3150kVA及以下，电压等级多数为35/10kV为主。国产干式电力

23、变压器己能满足要求防火场合的需要，且部分产品已出口国外。可以预见，随着国民经济的发展,要求防火的场合还将不断增加，智能电网建设中的大量需求，因而干式电力变压器还将有较大发展。1.2 干式变压器分类我国生产的干式电力变压器, 按其制造工艺可分为浸渍空气绝缘或普通干式电力变压器、浇注绝缘干式电力变压器和绕包绝缘干式电力变压器，后两者均为树脂绝缘干式电力变压器2。1.2.1 浸渍空气绝缘到目前为止，浸渍空气绝缘或普通干式电力变压器已有60余年生产实践经验。浸渍式干变的绕组型式与绕制工艺基本上与油浸式变压器绕组相同，区别在于绕组的导线绝缘、绝缘结构材料、根据需要选用不同耐热等级的绝缘材料制成B级、F级

24、和H级绝缘干式电力变压器，如选用B级(耐热等级为130)的QZ2/130聚脂漆包圆铜线、SBEB/130双玻璃丝包铜扁线，SBEB/155双玻璃丝包铜扁线，SBEQB/155双玻璃丝包漆包扁铜线SBMB/155双玻璃丝包薄膜包扁铜线等。H级的有QZY目前，我国生产此种变压器的厂家除沈阳变压器有限责任公司、沈阳第二变压器厂外，还有不少变压器厂家均可生产浸溃空气绝缘干式电力变压器。在全世界范围内, 浸渍式干式电力变压器同环氧树脂浇注干式变压器一样，是平行发展的,而且需求量也基本相同。 我国由于相当多的变压器 生产厂家引进了树脂浇注技术, 从而造成了目前国内市场干式变压器的单一性, 但由于环保问题

25、日益受到重视, 浸渍式干式电力变压器将有较大发展。目前国内外能与树脂绝缘变压器相抗衡的是新型的浸渍式干式变压器。这种产品的特点如下：1) 绝缘耐热等级高 ,据分析其在相同容量、相同损耗等技术参数的条件下，当由原B级绝缘提高到H级时，则产品技术经济指标可以提高。2) 防潮问题可以得到较好解决。3) 真空浸渍工艺比浇注工艺简单。4) 防火性能比浇注变压器好。5) 在高温中燃烧不产生大量烟雾，更适用于对环保和安全有特殊要求的场合。对于浸渍式干式电力变压器而言，浸渍工艺有压力浸渍(VPI)工艺及真空浸渍(VI)工艺。 采用压力浸渍工艺的干式变压器是以Nomex纸作为导线绝缘和以Nomex层压纸板作为线

26、段间垫块的。MORA干式变压器可将可燃物含量降到很低，在800美国杜邦公司推出的Reliatran干式变压器。其绝缘结构中采用了Nomex纸和纸板等绝缘材料，耐热等级为H级，超铭牌额定值运行能力强、抗短路能力强，噪声较低。1.2.2 环氧树脂浇注绝缘干式电力变压器环氧树脂浇注绝缘干式变压器是20世纪 60年代发展起来的新产品。 此种变压器的电气性能好，防潮、耐污、超铭牌额定值运行能力强。由于采用金属模具浇注绕组，因此其表面光滑，制造误差小。1964年德国 AEG公司研制了第一台400kVA、20kV环氧树脂浇注干式电力变压器。1965年德国TU公司制造出第一代B级绝缘铝箔绕组Geafol干式电

27、力变压器, 到70年代末已发展成第三代铝箔绕组干式电力变压器。其高压绕组为分段式铝箔绕组，低压绕组也采用铝箔绕组。绕组在真空状态下浇注后，加热固化成型。1.2.3 绕包绝缘干式电力变压器绕包绝缘干式电力变压器也是树脂绝缘的一种，与浇注绝缘干式电力变压器的区别是绕组制造工艺方式不同。绕包绝缘干式电力变压器是20世纪70年代末由原瑞典ASEA公司的Leeper厂(现合并于ABB公司)最先研制出F级绝缘绕包绝缘干式电力变压器。其后日本的日立公司爱知电气公司相继研制出H级(MI树脂等)产品。我国上海变压器厂与ABB公司合资生产了F级绕包绝缘干式电力变压器。哈尔滨电工学院(现哈尔滨理工大学电气学院)也研

28、究开发了绕包绝缘干式电力变压器。并推出近十余厂家，但多数厂家还有待于形成规模生产。绕包绝缘干式电力变压器，由于不需要复杂的真空设备和浇注模具，因而是干式电力变压器生产工艺发展的重大进步。该产品是采用了耐热性高、机械性能和电气性能良好的绝缘材料和绕包绝缘技术相结合的新一代产品。绕包绕组是在特殊设计的绕包机上，绕包绕组导线、层间绝缘的。绕包工艺主要有：一是玻璃丝浸渍(实际是玻璃丝通过胶槽挂以绝缘胶)绝缘胶然后将绕组加热并旋转固化，其表面形成环氧树脂增强玻璃丝层，即玻璃钢层。二是预浸绝缘胶玻璃丝带固化后，绕包绕组内外包封及层间绝缘，然后加热固化，包封与层间绝缘与导线互相粘结，形成玻璃钢层。第三种是在

29、绕组的内外包封及层间绝缘以玻璃丝带等增强后，再整体浸渍环氧树脂，后加热固化形成玻璃钢体。我国多采用第一种绕包绝缘型式。绕包绝缘是在长玻璃丝上挂绝缘胶，经绕制后绕组的机械强度可大幅度提高。绕制时将挂胶的长玻璃丝束绕于层间，绝缘胶带人层间和匝间而充分浸透。当挂胶玻璃丝交叉绕入，固化后可以提高绕组的机械强度。由于玻璃丝抗拉强度可达1500N/mm2通常在80%玻璃丝束和20%的绝缘胶结合固化后其抗拉强度可达600700N/mm2,超过了铜导线(230N/mm2)的抗拉强度，这种机械强度达到的状态，绝缘无龟裂问题。采用此种型式生产的绕包绝缘干式电力变压器基本具有浇注绝缘干式电力变压器特点。绕包绝缘干式

30、电力变压器还具有以下特点：制造成本低,经济性好；绝缘胶包封层坚韧且有一定弹性，无论在低温下，或温度突变时均不会产生开裂现象；经旋转固化处理后，表面质稍差于浇注绝缘。但在工艺合理的条件下，在垂直面上轻易不沾积灰尘。经长期运行的变压器，其绝缘性能和散热性能不会下降。1.2.4 复合式绝缘干式电力变压器混合式绝缘干式电力变压器兼有浇注绝缘和浸渍绝缘干式电力变压器的某些优点。通常高压绕组部分采用浇注绝缘，而低压绕组部分采用浸渍绝缘。这种结构方式可减少浇注设备的投资，而且在长期不用后再投入运行时不需要进行干燥处理。另外，还有一种混合式绝缘干式电力变压器，其高压绕组采用绝缘浇注的绕组，而低压绕组采用铜箔绕

31、制的箔式绕组，层间绝缘则采用环氧树脂布，经加热固化形成一整体，绕组有环氧树脂端封，天津变压器总厂，原福州变压器厂生产的1600kVA干式电力变压器即采用此种结构型式。除上述的各种绝缘型式的干式电力变压器以外，气体绝缘变压器也是干式电力变压器的一种类型，特别是SF6气体绝缘干式电力变压器，国外生产厂家较多；我国北京第二变压器厂可批量生产，但考虑近期状况，目前我国还难以具备大量生产SF6气体绝缘干式电力变压器的能力。1.3 树脂浇注绝缘干式变压器1.3.1 产品状况及其特点自20 世纪80 年代以来，随着城市基础设施建设规模的扩大和高层建筑的不断增多，对干式变压器的需求越来越大。国内个别制造厂看到

32、了干式变压器的前景，从国外引进了新型的环氧树脂浇注干式变压器制造技术，取代了原有的浸渍式干式变压器和环氧树脂加石英粉的所谓厚绝缘干式变压器，并且迅速地占领了市场3。90 年代初，许多制造厂都看到了环氧浇注干式变压器的潜力及经济效益，纷纷上马引进开发生产环氧浇注干式变压器。迄今为止，全国已有百余家制造厂生产此种产品，据不完全统计，产量已达7 000 8 000MVA。我国上海变压器厂早在20世纪60年代就研制开发环氧树脂浇注变压器。北京变压器厂引进日本富士电机公司技术生产了B绝缘铝箔分段式绕组树脂浇注干式电力变压器。广东顺德特种变压器厂、山东金曼克电气集团股份有限公司引进了德国MAY&CHRIS

33、TE公司的树脂浇注干式电力变压器技术。金曼克电气集团股份有限公司已经生产了110kV级浇注绝缘干式电力变压器。经对引进的浇注绝缘干变技术消化吸收，此技术已逐步完善，从而使该技术产品在市场上占有较大份额。浇注绝缘干式电力变压器通常采用的绝缘材料，有聚脂树脂和环氧树脂，这两种树脂的电气性能、机械性能相差无几，但在固化时两者的体积收缩率却相差较大，聚脂树脂收缩后的残余应力较大，容易产生开裂现象，因而浇注绝缘干式电力变压器多采用环氧树脂。另外，从降低局部放电的角度考虑，由于环氧树脂对导线的粘着能力很强，在合理工艺条件下，不易产生空隙，从而可降低局部放电的可能性。树脂绝缘干式变压器按绕组包封绝缘厚度可分

34、为厚层有填料绝缘(包封绝缘在 5mm及以上)结构和薄层有填料及薄层无填料绝缘结构绕组(包封绝缘厚度在2mm左右)结构。上海变压器厂生产开发的和北京变压器厂引进的浇注绝缘干式电力变压器均属于厚绝缘结构型式；广东顺德特种变压器厂和山东金曼克电气集团股份有限公司生产的干式电力变压器属于薄绝缘结构。树脂浇注绝缘的特点:1) 阻燃。环氧树脂为基料的绝缘胶，由于其自身的难燃性，因而不会在发生火灾时助燃。2) 防潮和耐尘。由于绕组表面喷涂了三防漆，形成了覆盖层，因而在尘埃、潮湿等恶劣环境条件下，对浇注绝缘干式电力变压器不会产生影响。3) 结构坚固。绕组表面包封以绝缘胶的包封层，故绕组的机械强度提高，因而抗短

35、路强度也相应捉高，一般均能可靠地通过短路试验。4) 超铭牌额定值运行能力强。浇注成型绕组的热容大，因而其超铭牌额定值运行能力也相应提高。5) 维护简便。浇注绝缘干式电力变压器无需像油浸式变压器那样，需要定期试验及长期停运后通电干燥处理等维护。浇注绝缘干式电力变压器是我国目前干变生产厂家最多，年产最大的产品，该技术产品引进的厂家也多。1.3.2 技术水平及质量状况目前，国内环氧浇注干式变压器生产厂家，规模较大的，年生产容量在2000MVA以上，其次大致在5001000MVA之间；从电压等级来看，这些厂家都能生产35kV 级干式变压器。顺德特变及山东金曼克集团已生产了多台35kV级16000kVA

36、，并能保持连续运行的大型干式变压器，在1997 年陆续投入天津、上海及北京等电网运行。最早的两台35kV 产品挂在天津市市内公用变电站，至今运行良好，其性能已达国际一流水平。国内产品的绝大部分指标已优于ABB 公司，仅是局放量高于ABB 产品，但从其绝对值来看，已远低于国标规定的标准值。表1-1给出了树脂绝缘浇注环氧干式变压器和其主要竞争产品绕包绝缘干式变压器的技术特点比较。通过表1-1我们可以看出，环氧树脂浇注干式变压器还存在一定的缺点，但就现今发展来看，由于真空技术和计算机辅助成型、设计技术的日渐成熟。环氧树脂浇注绝缘干式变压器的缺点已经被渐渐克服，其性能已经超过绕包绝缘干式变压器。且由于

37、工艺的成熟，成本日渐降低。绕包绝缘干式变压器的优势已经不尽明显。表1-1 绕包绝缘与浇注绝缘干式电力变压器的比较厚薄浇注绝缘绕包绝缘需真空混料、浇注。温度、压力、时间等影响因素多，工艺复杂无需浇注，工艺简便浇注在真空罐内进行，控制较困难绕包在检视状态下进行所需设备多，体积庞大，占地面积较大设备简单，占地少需模具，改变产品规格需增加浇注模具无需模具，增加产量只需添加设备由于热膨胀系统原因，一般低压采用铝箔绕制，高压采用铜线绕制。浇注干式变压器绕组存在开裂可能性可制成全铜变压器，绕包工艺绝无开裂可能性，低压可箔绕、线绕1.4 本文研究的主要内容通过查阅大量的相关标准与文献，了解干式变压器的发展状况

38、和分类。并在此基础上自行设计一台树脂绝缘干式变压器。进行电磁计算和优化工作。再对设计结果和参数要求进行对比，依据国家标准来判断设计的是否合理，并探讨设计过程中所遇到的问题。利用设计结果，通过CAD制图软件，画出所设计变压器的尺寸图。第2章 树脂浇注绝缘干式变压器材料选择及其生产工艺2.1 工艺流程概述多年来，国内外专家学者已经在树脂浇注干式变压器的设计方面做了大量的研究，并积累了丰富的制造经验，该技术已得到广泛应用。随着干式变压器结构的改进和对性能要求的提高，对环氧树脂及其辅料的技术指标要求也随之提高，对浇注工艺也提出了更高要求。为了满足干式变压器的电气和机械性能的要求，要进行合理地选择干变的

39、铁心、绕组、绝缘材料，还必须有可行的浇注工艺。图2-1 树脂绝缘干式变压器生产工艺流程2.2 绝缘、铁心与绕组的选择2.2.1 绝缘用材料的选择树脂绝缘干式变压器通常采用的绝缘材料，有聚脂树脂和环氧树脂，这两种树脂的电气性能和机械性能相差无几，但在固化时两者的体积收缩率却相差较大，聚脂树脂收缩后的残余应力较大，容易产生开裂现象，因而浇注绝缘干式变压器广泛地采用环氧树脂。另外，从降低局部放电的角度考虑，由于环氧树脂对导线的粘着力很强，在合理的工艺条件下，不易产生空隙，从而可降低局部放电的可能性。同时，它不仅是一种难燃、阻燃的材料，而且具有优越的电气性能。参见表2-1：表2-1 用于干式变压器的环

40、氧树脂的材料性能变形温度,90100 线膨胀系数,K-16070导热系数, W/(mk)0.20.3抗弯强度,Nmm-2130150抗张强度,Nmm-28090压缩强度,Nmm-2130150介质损耗角正切tan,%1介质常数4 体积电阻率,cm10161017绝缘击穿电压,kVmm-11822 2.2.2 铁心的选择干式变压器的铁心由磁导率很高的晶粒取向冷轧硅钢片叠装并经夹紧装置构成。现代干式变压器硅钢片的厚度（0.27-0.35mm）很薄，因而其中涡流损耗很小。 作为变压器的内部骨架，其夹紧是通过铁心的夹紧装置将硅钢片成为机械机构上的整体，并在其上套有绕组，支持着引线，并安装变压器所有部件

41、。我国生产的干式变压器中均采用心式铁心，即绕组包围了铁心柱的结构型式。铁心的质量约占变压器质量的55%，为框形闭合结构。目前，我国在干式电力变压器铁心中基本上采用冷轧硅钢片。硅钢片在炼钢过程中加入了3%-5%的硅，以便提高硅钢片的导磁率和电阻率，减少硅钢片中磁滞损耗和涡流损耗。不可以加过多，否则硅钢片会变脆而使加工困难。表2-2 硅钢片性能表牌号公称厚度,mm理论密度,kg/dm3最大铁损,W/kg最小磁感,T最小弯曲次数最小叠装系数,%30Z1400.307.651.401.78195.530Z140硅钢片的性能如表2-2所示。2.2.3 绕组用材料的选择干式变压器绕组的导电材料主要是用铜线

42、和铝线。铜的机械强度比铝高，电阻系数比铝小。对于树脂绝缘干式变压器而言，铝导线或箔导线组的包封绝缘可以减小开裂的可能性。但由于包封绝缘尺寸和形状不同产生不同的收缩量，采用铝电磁线也不绝对避免开裂；应适当调整所加填料比，增填料，或加入增韧剂，可减小膨胀系数。由于铝箔的线膨胀系数与树脂加石英粉的线膨胀系数比较接近，所以一般树脂加石英粉的浇注变压器，其导线多用铝箔。而铜箔与树脂加玻璃纤维的线膨胀系数更接近，因此用这两种导体材料问题均不大。但铜箔变压器价格要比铝箔的贵20%30%。在变压器容量相同条件下，绕组为铝导线的截面积比铜的要大，导线电流密度要小。在负载损耗和短路阻抗相同情况下，铝线绕组变压器的

43、铁心直径比铜的要小，铁窗高度要高。这种情况下可考虑用铜导线。对于树脂绝缘干式变压器，导线绝缘为相应耐热等级的绝缘漆和玻璃丝。2.2.4 绕组型式的选择对树脂绝缘而言，由于工艺上的原因，均无法采用饼式绕组。树脂绝缘干式变压器的高压绕组多采用层式绕组或分段层式绕组，段间距离可根据导线尺寸和段间电位差而采用梯形结构。一般分段的段间高度可控制在1520 mm范围内。一般分四段，分段数目过多也无必要。低压绕组采用“类似螺旋式”即取消段间气道的螺旋式绕组、箔式绕组。若采用箔式绕组，树脂绝缘干式变压器的绕组包封绝缘厚度可能受工艺因素的影响，出现包封绝缘层厚度不均匀的情况。因此决定包封绝缘厚度起作用的不是理论

44、计算的厚度，而是实际绝缘厚度，该厚度满足机械强度和电气强度要求。当采用薄绝缘条件下，包封厚度为2mm左右。2.3 环氧树脂浇注工艺特点2.3.1无填料树脂浇注这种纯树脂浇注的干式变压器内外绝缘厚度一般为1.52mm，属于薄绝缘。目前我国使用的产品以这种结构最多，其结构特点为：变压器高、低压绕组内外层采用玻璃纤维增强，在真空状态下采用环氧树脂用模具进行浇注，线圈导体外部形成富有弹性的既韧又薄的树脂包封层，它可随线圈一起膨胀和收缩，因而不再担心会发生开裂。另外，由于包封绝缘层的厚度很薄，既达到了包封的效果，又减少了包封绝缘层的温差，因而对改善浇注线圈的热传导是非常有益的。另外，薄绝缘结构还可以在线

45、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。树脂结构产品与浇注图见图2-1图2-1 树脂结构产品与浇注2.3.2 有填料树脂浇注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 图2-2 加填料结构的树脂脂浇注两种形式。1) 厚层有填料树脂浇注早期的环氧浇注式干变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

46、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极易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，就会出现搅拌不均匀或者在浇注过程中发生石英粉沉积现象。低压绕组内层树

47、脂厚2.5mm，外层2.55mm。高压绕组内层树脂厚2.5mm，外层3.55mm。绝缘等级为F级。加填料结构的树脂产品与浇注见图2-2。2.3.3 环氧树脂浇注工艺设备及特点环氧树脂浇注工艺属于模注成型技术，是干式变压器中浇注绕组较为成熟的一种工艺。世界许多国家都已广泛使用。其主要特点是：1) 绕组被固定在金属模内，注入的环氧树脂混合料渗透至绕组各层间，将其固化成型，使之与导线、绝缘材料牢固地结合成一体，固化成型后的绕组具有极高的机械强度。2) 由于绕组和树脂混合料均在高真空状态下脱气，所以固化成型后，绕组的局部放电量很低。3) 在凝胶过程中，保持一定的压力，使补偿罐内的树脂流入模腔内，以补偿

48、因树脂固化收缩引起的缺料，防止出现浇注缺陷。4) 在固化过程中，采用阶梯固化工艺，使绕组的内应力降到最低，避免绕组开裂。树脂浇注干式变压器绕组浇注质量的提高，会使变压器的局放水平和绝缘性能得到改善，延长变压器的使用寿命。就环氧树脂胶浇注工艺来讲，国内已在这方面作了大量研究工作，并积累了丰富的制造经验，该技术已得到广泛应用。随着干式变压器结构的改进和对性能要求的提高，对环氧树脂及其辅料的技术指标要求也随之提高，对浇注工艺也提出了更高要求。为了满足干式变压器的电气和机械性能的要求，除了合理设计环氧树脂混合料的配方外，还必须有可行的浇注工艺及合理的工艺参数。这样就能保证浇注品的优良性能，而这一领域的

49、许多工作还有待于进一步的探索和研究，以不断提高浇注工艺水平和产品质量。第3章 树脂浇注干式变压器的计算3.1 干式变压器设计计算的任务干式变压器设计计算的任务是使产品设计符合国家标准，或者用户在合同中提出的标准和要求。在合同中通常包括以下一些技术规范：表3-1 变压器技术条件表变压器型式干式变压器型号SCB10-500/35额定容量,kVA500相数3频率,Hz50额定电压,kV35/0.4分接范围22.5%绝缘等级F连接组别Dyn11阻抗电压,%6温升限值,K100空载损耗,W1480负载损耗（75）,5180局部放电量,pC5冷却方式AN/AF变压器重量,kg2820变压器外形尺寸,mm

50、长宽护等级IP20变压器防护外壳尺寸,mm长宽高255017002500硅钢片牌号30Z140执行标准GB/T10228-2008，GB1094.11-20071) 变压器的型式： 相数、绕组数、冷却方式、调压方式、耦合方式。2) 额定容量，各绕组的容量，不同冷却方式下的容量。3) 变压器额定电压、分接范围。4) 额定频率。5) 各绕组的首末端的绝缘水平。6) 变压器的阻抗电压百分值。7) 绕组结线方式及连接组标号。8) 负载损耗、空载损耗、空载电流百分值。9) 安装地点海拔高度。此外，用户可能还有一些特殊参数。干式变压器计算的任务，就是根据上述技术规范，按照国家标准

51、，如电力变压器、干式变压器的技术参数和要求、高压输变电设备的绝缘配合及高电压试验技术和其它专业标准，确定变压器电磁负载，几何尺寸、电、热、机械方面的性能数据，以满足使用部门的要求。对方案进行优化计算，在满足性能指标前提下，具有良好的工艺性和先进的经济指标。本毕业设计主要任务为设计SCB10-500/35变压器。其技术条件如上表3-1所示。3.1.1 表3-1中一些参数的介绍1) 局部放电量该参数为测量所得，所有的干式变压器均应进行局部放电测量。测量应按GB 1094.3和GB/T 7354的规定进行。局部放电测量应在u3.6 kV的绕组上进行。2) 冷却方式标注了干式变压器冷却方式，其中AN代

52、表空气自然冷却，AF为配置风冷系统。3) 防护等级标注了干式变压器对安装环境的防护程度为IP20。IP为INGRESS PROTECTION的英文缩写。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。IP20是指：防止人的手指接触到电器内部的零件，防止中等尺寸(直径大于12mm)的外物侵入，对水或湿气无特殊的防护。3.1.2 电力干式变压器执行国标简介1) GB/T10228-2008标准规定了三相干式电力变压器的性能参数、技术要求、测试项目及标志、包装、运输和贮存。标准适用于电压等级为6 k

53、V、10 kV、20 kV及35 kV，额定频率为50 Hz，额定容量为30 kVA20 000 kVA，绕组的绝缘耐热等级为B级、F级和H级的户内使用的无励磁调压或有载调压三相干式电力变压器。2) GB1094.11-2007 标准规定了三相干式电力变压器的试验规程，各项参数的允许值，运行条件使用条件等规定。适用于设备最高电压为40.5 kV及以下，且至少有一个绕组是在高于1.1 kV时运行的干式电力变压器(包括自耦变压器)。本部分适用于各种结构、工艺的干式变压器。3.2 树脂浇注干式变压器的计算过程3.2.1基本的计算过程以下主要针对电力变压器而言，特种变压器的计算基本与之相同，只需考虑特

54、殊要求和自身特点即可4。1)根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格及相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路损耗、负载损耗、空载损耗及空载电流等。2)确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭截面。3)根据硅钢片牌号，初选铁心柱中磁通密度，计算每匝电势。4)初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重算铁心柱中的磁通密度及每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其他各分接的匝数。5)根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器主、从绝缘结构。6)根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组段数、层数、匝数的排列，计算出段数、层数、总匝数及每层的匝

55、数、每段匝数。7)计算绕组的轴向高度及辐向尺寸。计算绕组几何高度、电气高度及窗高。8)计算绝缘半径，确定变压器中心距M0，高、低压绕组平均匝长L。9)初算短路阻抗无功分量，大型变压器无功分量值应与短路阻抗标准值接近。10)计算绕组负载损耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型变压器），检查短路阻抗是否符合标准规定值。11)计算绕组温升，不合格时，可调整导线规格、或调整线段数及每段匝数的分配，当超过规定值过大时，则需要调整变更铁心柱直径。12)计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布或加大导线截面。13)计算空载性能及变压器总损耗，计算变压器重量。3.2.2铁心计算铁心选用30Z1

56、40硅钢片，全斜接缝，叠片系数k0=0.97，铁心型式：三相三柱式25。铁心直径：Pt为三相变压器每相容量，故Pt=Pn/3=500/3kVA，K为经验系数，取K=58根据经验公式：208.396mm (3-1)由于铁心直径的位数取0或者是5，所以变压器的铁心直径为：D=210铁心净横截面积：根据公式，计算可得：346.36cm3.2.3 绕组计算初选磁密：B=1.65T初算每匝电压：f=50Hz铁心净横截面积经查表得出：At=314.6cm由公式，计算可得et=11.52V计算低压绕组匝数：因为低压侧是y接，故231V，计算可得W(绕组匝数)=231/11.52=20.05取整得W=21重新

57、计算每匝电压：10.997V重新计算铁心磁密：=1.622T计算高压绕组匝数：高压绕组一般均设有分接线匝，这样就应根据各分接的相电压求出各分接匝数；因为高压侧是D接，故35kV。高压绕组为5级调压即为调压，共5级，则每级电压的计算如下：36750V；35875V； 35000V； 34125V；33250V。由公式，可得每级调压所对应的绕组匝数计算如下：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即高压绕组分接匝数及电压比校核如表2-2所示表3-2 高压绕组匝数及电压校核调压范围+22.5%+2.5%0%-2.5%-22.5%匝数33423262318331033024电压,V36751.97435872.21435003.45134123.69133254.928电压比校核+0.005%-0.001%+0.001%-0.003%+0.002%电流的计算：高压侧为D接，故：，PN=500kVA，35kV计算可得8.2A低压侧为y接，故：，PN=500kVA，UL=0.4kV计算可得721.7A低压绕组的计算：从浇注干式变压

59、器的设计、工艺和生产现状来看，低压绕组一般采用箔式绕组结构。箔式绕组，一层就是一匝，也就是只有一段，每段的长度即为导线宽度950mm。同时，根据实际需要，我们选低压侧端绝缘为20mm，空气距离为45mm，层间绝缘为表面绝缘0.36mm.前面已经计算出总匝数为20，我们可以分为三层（7+7+7=21），相临两层之间加气道，气道厚度均为8mm。具体计算如下：初选电流密度：2.3A/mm计算导线截面积：721.7/2.3=313.78mm2根据计算得出的导线截面积，查表找出最接近的导线规格。选线规：0.35950/332.5，导线截面积S=332.5mm重新计算电流密度：由公式，计算可得：721.7

60、/332.5=2.17A/mm2 (3-3)计算低压绕组轴向尺寸：950 箔式导线高度，即轴向长度，mm +202 端绝缘高度，mm990绕组轴向总高度,，mm +452绕组到上下铁轭距离，mm1080铁心窗高（Hw），mm计算低压绕组辐向尺寸：辐向有21层，被2个气道隔开，分为：7层、7层、7层0.35 箔式导线厚度，mm 7 总层数2.45 +0.186 绝缘总厚度(Nm-1)每层绝缘厚度，mm3.53 （1+3%）辐向裕度取3%3.6359 +0.36 表面绝缘厚度，mm3.9959 (4.00) 由于低压绕组辐向总厚度=6层辐向厚度+气道1厚度+6层辐向厚度+气道2厚度+7层辐向厚度