畢業(yè)設(shè)計（論文）樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計

1、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要摘要樹脂澆注干式變壓器是一種最為廣泛應(yīng)用的干式變壓器。其繞組表面由高質(zhì)量的防護材料組成，形成了覆蓋層。即使是在塵埃、潮濕等惡劣環(huán)境條件下，對澆注絕緣干式變壓器都不會產(chǎn)生影響；其采用的以環(huán)氧樹脂為基料的絕緣膠具有較強的難燃性，因而不會在發(fā)生火災(zāi)時助燃；澆注成型繞組的熱容量大，因而超銘牌額定值運行能力也強；同時它不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措施，簡便的維護使得它更受人們青睞?？梢灶A(yù)見，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們對樹脂澆注干式變壓器的需求量將迅猛增加，同時，對我國的變壓器研究事業(yè)將產(chǎn)生重要推動作用。本文在介紹了干式絕緣變壓器基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，

2、概述了樹脂澆注絕緣干式變壓器的技術(shù)規(guī)范及結(jié)構(gòu)特點，而且，對于生產(chǎn)實際中可能遇到的技術(shù)問題，也給出了一些意見及解決方案。在此基礎(chǔ)上介紹了其設(shè)計理論基礎(chǔ)及主要工藝流程，并且以scb10-1000/10為例，列出了樹脂澆注干式變壓器如何進行材料的選取以及設(shè)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(jīng)成為科學(xué)研究領(lǐng)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(yīng)用。最后簡要地介紹了一下auto cad（計算機輔助設(shè)計）繪圖系統(tǒng)軟件。關(guān)鍵字：樹脂澆注，繞組，干式變壓器，技術(shù)規(guī)范，scb10-1000/10abstractthe surfac

3、e of resin-pouring dry transformer is made of high quality material protection，forming covering layer.even if it is taken to some terrible environment such as dusty、wet environment , resin-pouring dry transformer still wont be subjected to persecution .it adopt epoxy resin as insulating compound .be

4、cause of the nonflame itself,it cant support combustion when the fire takes place. thus the use of the resin-pouring dry transformer has made a great significant development for our countrys power industry.this thesis firstly introduces the structure and characteristics of the resin-pouring dry tran

5、sformer, and some resolvents of the technique problem that might meet in actual production. on this basis, the thesis introduces the design theories foundation and main technological flow of the resin-pouring dry transformer.and takes the scb10-1000/10 as an example listed the calculating process in

6、 the process of design and also gives some good ideas on how to select stuff for the main parts of the transformer.in the end,because of the computer has become a indispensable device,i summed up the auto cad (cad-computer aided design)plot software.keywords: ,castresin，winding ，drytype transformer，

7、technical characteristic ，scb10-1000/10山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄目錄1緒論11.1干式變壓器發(fā)展概況11.2干式變壓器類型31.3干式變壓器結(jié)構(gòu)及優(yōu)點62樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的理論基礎(chǔ)82.1絕緣材料的選擇82.2鐵心的選擇92.3繞組的選擇102.4環(huán)氧樹脂澆注工藝特點113樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的計算153.1變壓器設(shè)計計算的任務(wù)153.2變壓器設(shè)計計算步驟163.3樹脂澆注干式變壓器設(shè)計的詳細計算174干式變壓器計算機輔助設(shè)計354.1計算機在干式電力變壓器設(shè)計中的應(yīng)用概況354.2變壓器設(shè)計cad軟件介紹365總結(jié)41參考文獻43致

8、謝45附錄一：英文參考資料46附錄二：英文參考資料中文翻譯58山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論1緒論1.1干式變壓器發(fā)展概況19世紀初英國法拉第確定了電磁感應(yīng)原理后，1885年，匈牙利拉提、德利、齊佩諾夫斯基三位工程師發(fā)明了變壓器及感應(yīng)電機，并研制出第一臺工業(yè)實用性變壓器距今已有一個多世紀了。當時和以后的一段時期內(nèi)，所生產(chǎn)的變壓器無例外的均為干式變壓器。最初制成的配電變壓器及其后的一段時間內(nèi)制造的變壓器，均是以空氣絕緣介質(zhì)的干式變壓器。為了滿足遠距離電力輸送的需求，就必須提高輸電電壓等級，這樣就勢必尋找提高電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)耐電強度的途徑，于是礦物質(zhì)油作為電力變壓器的絕緣介質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于電力變

9、壓器中，從而產(chǎn)生了油浸式變壓器。半個多世紀以來，世界上許多城市都以極高的速度向現(xiàn)代化發(fā)展。隨著城市的發(fā)展，城市供電負荷逐年增長。為了確保安全，人們迫切需要一種既可深入負荷中心又無燃燒危險的變壓器，而油浸式變壓器在這方面卻有它不可避免的缺陷。干式變壓器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、防火、阻燃、防塵等特點，正好能夠滿足人們的迫切需要，因此，近年來在國內(nèi)得到迅猛發(fā)展（見圖1-1）。干式變壓器廣泛安裝使用在工業(yè)與民用高層建筑內(nèi)，以及礦山、井下、地鐵、船舶、機場及火車站等地。我國干式變壓器制造技術(shù)在自主開發(fā)基礎(chǔ)上，引進了德國、瑞士、意大利、葡萄牙等國多家公司的有關(guān)10kv、35kv干式變壓器系列的設(shè)計，制

10、造等多種技術(shù)，并已批量生產(chǎn)10kv、35kv干式變壓器，技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量與國外相當。隨著干式變壓器的推廣應(yīng)用，其生產(chǎn)制造技術(shù)也獲得長足發(fā)展，可以預(yù)測，未來的干式變壓器將在如下幾方面獲得進一步發(fā)(1)節(jié)能低噪：隨著新的低耗硅鋼片，卷繞鐵心結(jié)構(gòu)，箔式繞組結(jié)構(gòu)，環(huán)境保護要求，噪聲研究的深入，以及計算機優(yōu)化設(shè)計等新材料、新工藝、新技術(shù)的引入，將使未來的干式變壓器更加節(jié)能、更加寧靜。 圖1-1 干式變壓器 (2)高可靠性：提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，將是人們的不懈追求。在電磁場計算、波過程、澆注工藝、熱點溫升、局放機理、質(zhì)保體系及可靠性工程等方面進行大量的基礎(chǔ)研究，積極進行可靠性認證，進一步提高干式變壓器的

11、可靠性和使用壽命。(3)環(huán)保特性認證：以歐洲標準hd464為基礎(chǔ)，開展干式變壓器的耐氣候(c0、c1、c2)、耐環(huán)境(e0、e1、e2)及耐火(f0、f1、f2)特性的研究與認證。(4)大容量：從502500kva配電變壓器為主的干式變壓器，向1000020000kva/35kv電力變壓器拓展，隨著城市用電負荷不斷增加，城網(wǎng)區(qū)域變電所越來越深入城市中心區(qū)、居民小區(qū)、大型廠礦等負荷中心，35kv大容量的小區(qū)中心供電電力變壓器將獲廣泛應(yīng)用。(5)多功能組合：從單一變壓器向帶有風(fēng)冷、保護外殼、溫度計算機接口、零序互感器、功率計量、封閉母線及側(cè)出線等多功能組合式變壓器發(fā)展。 (6)多領(lǐng)域發(fā)展：從以配電

12、變壓器為主，向發(fā)電站廠用變壓器、勵磁變壓器、地鐵牽引整流變壓器、大電流電爐變壓器、核電站、船用及采油平臺用等特種變壓器及多用途領(lǐng)域發(fā)展。 其中，用于城市地鐵及軌道交通的干式牽引變壓器，電壓有10、20和35kv三個等級，容量有800、2500和3300kva，為減少諧波污染，從12脈波整流發(fā)展到24脈波整流。 可以預(yù)言，21世紀的配電變壓器將屬于性能優(yōu)越、低噪聲及節(jié)能的干式變壓器。1.2干式變壓器類型目前，我國生產(chǎn)的干式變壓器，按其制造工藝可分為四類：樹脂澆注式。浸漬（空氣）式。繞包絕緣式。復(fù)合式。1.2.1樹脂澆注絕緣干式電力變壓器樹脂澆注式的工藝特點就是必須依靠模具并采用專用澆注設(shè)備，在真

13、空狀態(tài)下使線圈澆注成型。它又分為有填料樹脂澆注和無填料樹脂澆注兩種類型。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(dǎo)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脂澆注兩種形式。變壓器高壓線圈導(dǎo)線全部被玻璃纖維增強的薄層樹脂包封，澆注原料為進口材料，不加任何填料，絕緣層厚度僅為1.52mm。因而大大加強了樹脂包封層的機械強度。同時，樹脂包封層即韌又薄，富有彈性，可隨線圈一起膨脹或收縮，不會發(fā)生開裂。另外，在線圈內(nèi)設(shè)置軸向氣道，可以增加線圈的散熱面，從而散熱能力好，產(chǎn)品過載能力強。低壓線圈采用銅箔

14、繞制，在層間用dmd預(yù)浸紙作為絕緣層，在箔繞機上繞好后再加熱固化成型，這種箔繞線圈可以降低變壓器輻向漏磁，從而使軸向機械力減小，相應(yīng)提高了抗短路強度，降低附加損耗。此外由于線圈是整體澆注，所以機械強度高抗電路能力強。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(zāi)時助燃。(2)防潮和耐塵。由于繞組表面噴了三防漆，形成了覆蓋層，因而在塵埃、潮濕等惡劣環(huán)境條件下，對澆注絕緣干式變壓器不會產(chǎn)生影響。3)結(jié)構(gòu)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，因而抗短路強度也相應(yīng)提高，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

15、型繞組的熱容量大，因而其超銘牌額定值運行能力也相應(yīng)提高。(5) 維護簡便。澆注絕緣干式變壓器無需像油浸式那樣，需要定期試驗及長期停運后通電干燥處理等維護。澆注絕緣干式變壓器是我國目前干變生產(chǎn)廠家最多，年生產(chǎn)量最大的產(chǎn)品，該技術(shù)產(chǎn)品引進的廠家也最多。1.2.2浸漬式干式電力變壓器該種變壓器生產(chǎn)歷史最長，制造工藝也比較簡單，但由于此種變壓器受外界環(huán)境影響比較大，體積也比較大，比不上樹脂，在國內(nèi)外產(chǎn)量趨于減少，年產(chǎn)僅數(shù)萬kva。但有的用戶仍然采用，主要是散熱條件好，最熱點溫度比平均溫升高出不多，溫度比較均勻，過負荷能力強，熱壽命長。1.2.3繞包絕緣干式電力變壓器 繞包絕緣干式變壓器又稱纏繞式樹脂全

16、包封干式變壓器。繞組采用浸有樹脂的長玻璃纖維絲用直繞和斜繞的方法把繞組包封起來，繞組在烘箱中邊旋轉(zhuǎn)邊加溫烘干。由于不需要模具，因此生產(chǎn)的靈活性較好。這種結(jié)構(gòu)的繞組防開裂、抗短路能力優(yōu)于澆注變壓器。但是，由于無模成型使繞組外觀比不上澆注式。而且繞包變壓器價格貴，所以在中等容量范圍內(nèi)，其競爭力要比樹脂型的低。但對10mva及以上較大容量變壓器，因絕緣更薄，故散熱好。1.2.4復(fù)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(jié)構(gòu)方式可減少澆注設(shè)備的投資，而且在長期不用后在投入運行時不需要進

17、行干燥處理。另外，還有一種混合式絕緣干式電力比亞其，其高壓繞組采用絕緣澆注的繞組，而低壓繞組采用銅箔繞制的箔式繞組，層式絕緣則采用環(huán)氧樹脂布，經(jīng)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(chǎn)的1600kva干式電力變壓器即采用此結(jié)構(gòu)。1.3干式變壓器結(jié)構(gòu)及優(yōu)點無論是哪種干式變壓器，其基本結(jié)構(gòu)包括是相同的，都包括：鐵心、高低壓線圈、鐵心夾件、支撐件、防護外殼、風(fēng)冷裝置和熱保護裝置等（見圖1-2）。圖1-2干式變壓器基本結(jié)構(gòu)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) 干式變壓器避免了由于運行中發(fā)生故障而導(dǎo)致變壓器油發(fā)生火災(zāi)或爆炸的危險。由于干式變壓器絕緣均為難

18、燃材料，即使運行中變壓器發(fā)生故障而引發(fā)火災(zāi)或有外來火源，也不會是火災(zāi)災(zāi)情擴大。2) 干式變壓器不會像油浸式變壓器那樣存在漏油問題，更無變壓器油老化等問題，干式變壓器的運行維護和檢修工作量大為減少，甚至可以免維修。3) 干式變壓器一般為戶內(nèi)式裝置，通?？梢院烷_關(guān)柜安裝于同一室內(nèi)，并和開關(guān)柜共用同一外殼，從而減少安裝面積。4) 干式變壓器由于無油，故其所屬附件也少，也無密封等問題?？傊c傳統(tǒng)的油浸式變壓器相比，干式變壓器體積小，重量輕，占地空間小，安裝費用低，防火消防措施簡單。因無火災(zāi)、爆炸之慮，可分散安裝在負荷中心，充分靠近用電點，從而降低線路造價和節(jié)省昂貴的低壓設(shè)施費用。冷卻方式一般采用空氣

19、自然冷卻(an)。對于任何防護等級的變壓器，都可配置風(fēng)冷系統(tǒng)(af)，以提高短時過載能力，確保安全運行。68山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的理論基礎(chǔ)2樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的理論基礎(chǔ)多年來，國內(nèi)外專家學(xué)者已經(jīng)在樹脂澆注干式變壓器的設(shè)計方面做了大量的研究，并積累了豐富的制造經(jīng)驗，該技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。隨著干式變壓器結(jié)構(gòu)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(shù)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鐵心、繞組、絕緣材料，還必須有可行的澆注工藝。這一章主要研究這些內(nèi)容。 圖2-1 樹脂絕緣干式

20、變壓器生產(chǎn)工藝流程2.1絕緣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(yīng)力較大，容易產(chǎn)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(dǎo)線的粘著力很強，在合理的工藝條件下，不易產(chǎn)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：變形溫度/90100 線膨脹系數(shù)/k-16070導(dǎo)熱系數(shù)/ w/（mk）0.20.3抗彎強度/（nmm-2）130150抗張強度/（n

21、mm-2）8090壓縮強度/（nmm-2）130150介質(zhì)損失角正切tan（%）1介質(zhì)常數(shù)4 體積電阻率/（cm）10161017絕緣擊穿電壓/（kvmm-1）1822 表2-1用于干式變壓器的環(huán)氧樹脂的材料性能2.2鐵心的選擇干式變壓器的鐵心由磁導(dǎo)率很高的晶粒取向冷軋硅鋼片疊裝并經(jīng)夾緊裝置構(gòu)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(nèi)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(gòu)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。我國生產(chǎn)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(jié)構(gòu)型式。鐵心的質(zhì)量約占變壓器質(zhì)

22、量的55%，為框形閉合結(jié)構(gòu)。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(dǎo)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。2.3繞組的選擇2.3.1繞組用材料 干式變壓器繞組的導(dǎo)電材料主要是用銅線和鋁線。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(dǎo)線或箔導(dǎo)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(chǎn)生不同的收縮量，采用鋁電磁線也不絕對避免開裂；應(yīng)適當調(diào)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

23、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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線的截面積比銅的要大，導(dǎo)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(dǎo)線。對于樹脂絕緣干式變壓器，導(dǎo)線絕緣為相應(yīng)耐熱等級的絕緣漆和玻璃絲。2.3.2繞組型式對樹脂絕緣而言，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(dǎo)線尺寸和段間電位差而采用梯

24、形結(jié)構(gòu)。一般分段的段間高度可控制在1520 mm范圍內(nèi)。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。 2.4環(huán)氧樹脂澆注工藝特點2.4.1無填料樹脂澆注這種純樹脂澆注的干式變壓器內(nèi)外絕緣厚度一般為1.52mm，屬于薄絕緣。目前我國使用的產(chǎn)品以這種結(jié)構(gòu)最多，其結(jié)構(gòu)特點為：變壓器高、低壓繞組內(nèi)外層采用

25、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(dǎo)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(dǎo)是非常有益的。另外，薄絕緣結(jié)構(gòu)還可以在線圈內(nèi)設(shè)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(jié)構(gòu)產(chǎn)品與澆注圖見圖2.4.1。2.4.2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(dǎo)熱性能提高，從而可降低材料成本，且繞組外觀較好。有填

26、料樹脂澆注又分為厚層有填料樹脂澆注和薄層有填料樹脂澆注兩種形式。圖2.4.1 樹脂結(jié)構(gòu)產(chǎn)品與澆注 圖2.4.2 加填料結(jié)構(gòu)的樹脂a.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(jié)構(gòu)，在真空狀態(tài)下采用以石英粉為填料的環(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(shù)的進步，厚絕緣就逐步為薄絕緣所

27、代替。b.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(dǎo)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(nèi)層樹脂厚2.5mm，外層2.55mm。高壓繞組內(nèi)層樹脂厚2.5mm，外層3.55mm。絕緣等級為f級。加填料結(jié)構(gòu)的樹脂產(chǎn)品與澆注見圖2.4.2。2.4.3環(huán)氧樹脂澆注工藝設(shè)備及特點環(huán)氧樹脂澆注工藝屬于模注成型技術(shù)，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。澆注設(shè)備見圖2.4

28、.3。其主要特點是：1)繞組被固定在金屬模內(nèi)，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(dǎo)線、絕緣材料牢固地結(jié)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(nèi)的樹脂流入模腔內(nèi)，以補償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(nèi)應(yīng)力降到最低，避免繞組開裂。圖2.4.3 環(huán)氧樹脂澆注設(shè)備實圖樹脂澆注干式變壓器繞組澆注質(zhì)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

29、，國內(nèi)已在這方面作了大量研究工作，并積累了豐富的制造經(jīng)驗，該技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。隨著干式變壓器結(jié)構(gòu)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(shù)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(shè)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(lǐng)域的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(chǎn)品質(zhì)量。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的計算3樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的計算本章以樹脂澆注干式變壓器scb10-1000/10的設(shè)計為例，詳細列出了樹脂澆注干

30、式變壓器的設(shè)計計算過程，以及每一步計算所涉及到的公式和原理。該變壓器具有以上所述的樹脂澆注干變的各項優(yōu)點，是樹脂澆注干變設(shè)計的典型實例。3.1變壓器設(shè)計計算的任務(wù)變壓器設(shè)計計算的任務(wù)是使產(chǎn)品設(shè)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(shù)規(guī)范：a.變壓器的型式： 相數(shù)、繞組數(shù)、冷卻方式、調(diào)壓方式、耦合方式。b.額定容量，各繞組的容量，不同冷卻方式下的容量。c.變壓器額定電壓、分接范圍。d.額定頻率。e.各繞組的首末端的絕緣水平。f.變壓器的阻抗電壓百分值。g.繞組結(jié)線方式及連接組標號。h.負載損耗、空載損耗、空載電流百分值。i.安裝地點海拔高度。此外，用戶可能還

31、有一些特殊參數(shù)。變壓器計算的任務(wù)，就是根據(jù)上述技術(shù)規(guī)范，按照國家標準，如電力變壓器、三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求、高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合及高電壓試驗技術(shù)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(jīng)濟指標。3.2變壓器設(shè)計計算步驟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，只需考慮特殊要求和自身特點即可。1) 根據(jù)技術(shù)合同，結(jié)合國家標準及有關(guān)技術(shù)標準，決定變壓器規(guī)格及相應(yīng)的性能參數(shù)，如額定容量、額定電壓、聯(lián)結(jié)組別、短路損耗、負載損耗、空載損耗及空載電流等。

32、2) 確定硅鋼片牌號及鐵心結(jié)構(gòu)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(shè)計手冊中選定變壓器主、從絕緣結(jié)構(gòu)。6) 根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)形式，確定導(dǎo)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

33、抗無功分量，大型變壓器無功分量值應(yīng)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) 計算繞組對油溫升，不合格時，可調(diào)整導(dǎo)線規(guī)格、或調(diào)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(diào)整變更鐵心柱直徑。12) 計算短路機械力及導(dǎo)線應(yīng)力，當超過規(guī)定值時，應(yīng)調(diào)整安匝分布或加大導(dǎo)線截面。13) 計算空載性能及變壓器總損耗，計算變壓器重量。3.3樹脂澆注干式變壓器設(shè)計的詳細計算本畢業(yè)設(shè)計主要任務(wù)為設(shè)計scb10-1000/10b變壓器。3.3.1技術(shù)條件產(chǎn)品型號：scb10-1000/10額定容量：1000kva電壓比

34、：(105%)/0.4kv頻率：50hz聯(lián)結(jié)方法：dyn11額定電壓電流：高壓側(cè) 1000v/57.74a 低壓側(cè) 400v/1443.38a短路阻抗：6空載損耗：2200w負載損耗：8180w硅鋼片牌號：q120-30執(zhí)行標準： gb/t10228，gb64503.3.2 鐵心計算鐵心直徑：pt為三相變壓器每相容量，故 pt=pn/3=1000/3kva k為經(jīng)驗系數(shù)， 取k=57根據(jù)經(jīng)驗公式： d=k=57=243.5mm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=245mm。鐵心凈橫截面積：根據(jù)公式 ， 計算可得： =471.196cm2。3.3.3繞組計算初選磁密：=1

35、.50 t初算匝電壓: f=50hz 鐵心凈橫截面積經(jīng)查表得出：at=436.306cm2由公式 , 計算可得 =14.5435v低壓匝數(shù)：因為低壓側(cè)是y接，故 , 計算可得 =15.883 ，由公式，取整得w=16 重算匝電壓：v重算磁密： 高壓匝數(shù)：高壓繞組一般均設(shè)有分接線匝，這樣就應(yīng)根據(jù)各分接的相電壓求出各分接匝數(shù) 高壓側(cè)d接 故=10000v 高壓繞組為調(diào)壓，共3級 則=10500v =10000v=9500v由公式 , 計算可得 取整：w1=727 w2=693 w3=658電流：a、高壓側(cè) d接 ， , 計算可得 b、低壓側(cè) y 接 = , , 計算可得 低壓繞組計算：從澆注干式變

36、壓器的設(shè)計、工藝和生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，低壓繞組一般采用箔式繞組結(jié)構(gòu)。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(dǎo)線寬度795mm。同時，根據(jù)實際需要，我們選低壓側(cè)端絕緣為10mm，空氣距離為45mm，層間絕緣為0.18mm表面絕緣0.36mm.前面已經(jīng)計算出總匝數(shù)為16，我們可以分為三層（5+5+6=16），相臨兩層之間加氣道，氣道厚度分別為8mm 和10mm。具體計算如下：-1初選電流密度：=2.0 a/mm2 -2 算導(dǎo)線截面積： ， 根據(jù)計算得出的導(dǎo)線截面積，查表找出最接近的導(dǎo)線規(guī)格。-3選線規(guī)：1.01795802.95 ,導(dǎo)線截面積 =802.95 mm2 -4重算電流密度：

37、由公式 ： ， 計算可得 -5 低壓繞組軸向尺寸計算：795 箔式導(dǎo)線高度，即軸向長度，mm +102 端絕緣高度,mm815 繞組軸向總高度,mm+452 繞組到上下鐵軛距離,mm 905 鐵心窗高,mm-6 低壓繞組輻向尺寸計算：輻向有16層，被兩個氣道隔開，分為：5層、5層、6層1.01 1.01 箔式導(dǎo)線厚度，mm 5 6 總層數(shù)5.05 6.06+0.1841.1 +0.1851.1 絕緣總厚度（=(-1）層絕緣緣),mm5.842 7.05 （1+2%） （1+2%） 輻向裕度取2%5.95884 7.191+0.36 +0.362 表面絕緣厚度,mm 6.31884(6.31)

38、7.911（7.91） 低壓繞組輻向總厚度： 6.31+8+6.31+10+7.91=38.5 mm低壓繞組輻向總厚度=5層輻向厚度+氣道1厚度+5層輻向厚度+氣道2厚度+6層輻向厚度 單位 mm高壓繞組采用分段層式繞組，前面已經(jīng)計算出高壓繞組的匝數(shù)為727-693-658，計算時，用最大的匝數(shù)727來計算。高壓繞組可分為4段，每段182匝，分7層，每層26匝，中間夾一個氣道（3+4+0=7）。另外其余參考數(shù)據(jù)如下：表面絕緣3.00mm,段間距離20mm,端間距20mm,空氣距離45mm，氣道厚度為16mm。具體計算如下：-1初選電流密度：=2.0 a/mm2 i=-2 算導(dǎo)線截面積： ， -

39、3 選線規(guī)：3.006.300.16 ,導(dǎo)線截面積 =118.35=18.35 mm2 -4 重算電流密度： ， -5 高壓繞組軸向尺寸計算高壓線圈軸向電氣長度=帶絕緣高壓線圈導(dǎo)線寬度（每層匝數(shù)+起末寬度）軸向裕度段數(shù)+（段數(shù)-1）段間距 單位 mm高壓線圈軸向幾何長度=高壓線圈軸向電氣長度+2端絕緣高壓線圈窗高=高壓線圈軸向幾何長度+2空氣距離=高壓線圈軸向電氣長度+2端絕緣+2空氣距離 單位mm;6.30+ 0.166.46 帶絕緣導(dǎo)線寬度，mm (26+1) 每層匝數(shù)加上起末頭高度,mm174.42 1.02 軸向裕度，單根導(dǎo)線取2%177.91（178） 每段長度（取整數(shù)），mm 4

40、總共有4段712+203 3個段間距772（775） 軸向長度，mm +452 空氣距離,mm 865 + 202 端間距,mm 905 鐵心窗高，mm-6 高壓繞組輻向尺寸計算 輻向有7層，被一個氣道隔開，分為：3層、4層3.00 3.00 箔式導(dǎo)線厚度，mm 3 4 總層數(shù)9.00 12.00+0.5621.1 +0.5631.1 絕緣總厚度（=(-1）層絕緣緣),mm10.232 13.848 （1+2%） （1+2%） 輻向裕度取2%10.4366 14.125+0.5631.1+3.00 +0.5631.1+3.00 表面絕緣厚度,mm 15.28 18.97 高壓繞組輻向總厚度：

41、15.28+16+18.97=50.3 mm3.3.4繞組絕緣半徑及平均匝長的計算:前面已經(jīng)計算出，鐵心直徑d =245mm，則鐵心外接圓半徑r0=235/2=122.5 mm其余相關(guān)數(shù)據(jù)如下：低壓-鐵心：10mm 高壓-低壓：40mm 相間距離：41mm具體計算如下：1225 鐵心外接圓半徑r0,mm+ 10 低壓繞組至鐵心距c,mm1325 低壓繞組內(nèi)半徑r2,mm+ 385 低壓繞組輻向厚度b2,mm171 低壓繞組外半徑r3,mm+ 40 高低壓繞組間主絕緣距a12,mm（211-3-0.5）207.5 高壓繞組內(nèi)半徑r4,mm + 500 高壓繞組輻向尺寸b3,mm257.5（258

42、） 高壓繞組外半徑r5,mm 2 516 高壓繞組外徑d,mm+ 41 相間距離（干變?nèi)?0左右）a，mm 557- 3.002 高壓線圈表面絕緣，mm551（550） 鐵心柱中心距離（為10或5的倍數(shù)）m0，mm鐵心柱中心距離=高壓繞組外徑+相間距離-2*高壓繞組表面絕緣;故：低壓線圈內(nèi)徑：265 外徑：342高壓線圈內(nèi)徑：415 外徑：516 中心距： 550 （單位mm）繞組平均匝長l的計算：高壓繞組;低壓繞組;平均匝長lm=(lm1+lm2)/2;=1462mm（取整）=953mm（取整）3.3.5參考溫度（120）下繞組每相電阻及導(dǎo)線重量的計算 高壓繞組電阻（120） ：；; 高壓繞

43、組銅導(dǎo)線重：所以 cu11=207 kg cu12=316 kg cu13=0高壓繞組導(dǎo)線重：cu1=207+316=523kg高壓繞組電阻損耗（120）:低壓繞組電阻（120） ： ； ; 低壓繞組導(dǎo)線重：cu2=91+99+132=322kg低壓繞組電阻損耗（120）: 導(dǎo)線總重：523+322=845kg3.3.6負載損耗的計算/ h0:窗高 / 低壓額定電流d=245mm / 鐵心直徑b0=d-5=245-5=240mm/ b0:最大片寬; 為省去查表麻煩,近似等; / sb:銅排截面積;高壓繞組電阻損耗（120）: 低壓繞組電阻損耗（120）: 雜散損耗、引線損耗及附加損耗分別如下：

44、低壓繞組為箔繞，所以連接及附加損耗百分比k psuppercent=0.006i2=8.66?？傌撦d損耗。3.3.7樹脂、玻璃纖維重的計算如果低壓為箔式：纖維重樹脂重3.3.8空載損耗/p0空載損耗；3.3.9短路阻抗計算 (箔繞需再0.95)3.3.10鐵心溫升的計算有計算可得：鐵心柱中心距=550mm, 低壓繞組的內(nèi)徑=265mm，電抗高度=795mm, 空載損耗=1662w,鐵心窗高=905mm。有查表可得：迭片系數(shù)=0.97，迭片總厚度b=238mm，最大迭片厚度=235mm，最小迭片厚度=60mm，凈橫截面積=436.306。散熱面積的計算 有效散熱系數(shù)為 =2.8總的散熱面積為鐵心

45、的單位熱負荷為 鐵心溫升為3.3.11高壓繞組溫升的計算有計算可得高壓繞組內(nèi)徑=415mm,高壓繞組外徑=516mm,高壓繞組軸向長度=775mm，軸向厚度為=15.28mm,=19.06mm,電抗高度=765mm ，高壓繞組的銅損由查表可得撐條根數(shù)=8，凈橫截面積=436.306，氣道寬度為=16mm, 高低壓繞組間的距離l=40mm散熱面積計算有效散熱系數(shù)總的散熱面積為高壓繞組的單位熱負荷為高壓繞組溫升k3.3.12底壓繞組溫升的計算有計算可得低壓繞組內(nèi)徑=265mm,低壓繞組外徑=342mm,低壓繞組軸向長度=795mm，軸向厚度為=6.34mm,=7.96mm,，電抗高度=795mm

46、，低壓繞組的銅損有查表可得撐條根數(shù)=8，凈橫截面積=436.306，氣道寬度為=8mm, =10mm, 高低壓繞組間的距離l=40mm散熱面積計算有效散熱系數(shù)為總的散熱面積為低壓繞組的單位熱負荷為低壓繞組溫升k以上為樹脂澆注干式變壓器scb10-1000/10的具體設(shè)計計算過程。由此過程可得變壓器的性能數(shù)據(jù)為：高壓銅耗：4512w 低壓銅耗：2859w引線、附加損耗：747w 空載損耗：1662w硅鋼片重：1808kg 樹脂重：83kg玻璃纖維重：90kg 高壓導(dǎo)線重：523kg低壓導(dǎo)線重：322kg 導(dǎo)線總重：845kg高壓線圈溫升:70.7k 低壓線圈溫升：87.8k以上數(shù)據(jù)滿足執(zhí)行標準

47、gb/t10228，gb6450，同時又考慮的經(jīng)濟性。由此所設(shè)計的變壓器電氣性能好，節(jié)省材料，能給企業(yè)帶來較高的收益，同時還滿足用戶的要求。該scb10-1000/10變壓器，鐵心采用30q120型號硅鋼片帶料卷制而成，高壓繞組采用了多根導(dǎo)線并繞的層式結(jié)構(gòu)，低壓繞組采用箔式結(jié)構(gòu)，是典型的三相樹脂澆注干式變壓器，具備了低損耗、低噪聲、安全可靠、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，適合于城市中心、居民小區(qū)、大型廠礦等負荷中心使用山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 干式變壓器計算機輔助設(shè)計4干式變壓器計算機輔助設(shè)計4.1計算機在干式電力變壓器設(shè)計中的應(yīng)用概況由于電子計算機具有運算速度快、計算精度高且具有一定智能等特點，而成為國民

48、經(jīng)濟、國防建設(shè)以及科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的工具。目前在變壓器制造業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。電子計算機在變壓器設(shè)計計算中的應(yīng)用始于20世紀50年代初期，由美國率先將電子計算機應(yīng)用于油浸式電力變壓器的電磁方案計算。到20世紀60年代，英國、前蘇聯(lián)、日本等國家，都在利用計算機進行變壓器優(yōu)化方案設(shè)計方面作了大量的研究工作。我國在20世紀中期開展了變壓器設(shè)計計算機輔助設(shè)計（cadcomputer aided design）的研究工作。目前，無論是在油浸式電力變壓器還是干式電力變壓器都在一定程度上采用了計算機輔助設(shè)計技術(shù)。干式變壓器的cad工作從其目的，可分為兩個方面，一方面利用計算機求得最佳的電磁設(shè)計方

49、案，另一方面為利用計算機進行變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。干式電力變壓器的計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是進行設(shè)計圖樣的繪制。目前利用計算機繪制干式電力變壓器的圖樣有兩種方式，一是交互式繪圖，即人機直接對話式繪圖，它是利用autocad繪圖系統(tǒng)軟件，按照一定的尺寸、比例繪制；另一種是參數(shù)化繪圖，即利用計算機高級語言（如visual c+6.0等）和autocad繪圖系統(tǒng)軟件結(jié)合在一起而編制的程序繪圖。為便于推廣計算機在產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，要求產(chǎn)品盡量標準化和規(guī)范化。另外，利用計算機的電磁性能計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計所得到的參數(shù)，可以同時計算出產(chǎn)品的制造工時，以供工時管理。根據(jù)電磁性能計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工時計算所確定的

50、原材料消耗、加工工時，以及預(yù)先存入計算機中的材料單價和每小時的加工費等參數(shù)再加上管理費用，就可以計算出產(chǎn)品的成本，供報價和管理用。電力變壓器設(shè)計計算的一般程序，如圖4.1所示：4.2變壓器設(shè)計cad軟件介紹4.2.1變壓器設(shè)計cad軟件簡介干式變壓器，由于結(jié)構(gòu)簡潔、規(guī)范等特點，便于系統(tǒng)的、自動化的計算機輔助設(shè)計cad的應(yīng)用。它對于提高設(shè)計部門的開發(fā)能力、提高設(shè)計質(zhì)量、降低制造成本等發(fā)揮著積極的作用。但是由于目前變壓器設(shè)計cad軟件尚處于起步階段，絕大部分企業(yè)應(yīng)用cad于變壓器設(shè)計過程，主要是用來繪制圖紙。結(jié)合我所實習(xí)的企業(yè)主要應(yīng)用的是開目cad，以下作簡單介紹。不合要求時另選導(dǎo)線還不合要求時不

51、合要求時記錄原始數(shù)據(jù)：產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)選定硅鋼片牌號及鐵心結(jié)構(gòu)形式；計算鐵心柱直徑，設(shè)計鐵心柱和鐵軛截面選擇鐵心柱磁通密度，計算每匝電勢先計算低壓繞組匝數(shù)，湊成整數(shù)；重算每匝電勢及磁通密度，再計算高壓繞組匝數(shù)。繞組及絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計；試計算短路阻抗，不合要求是調(diào)整繞組高度。估算繞組損耗，估算繞組溫升。計算空載性能計算短路電磁力及器身重量；計算鐵心和繞組的機械強度繪制變壓器總體平面布置圖；引線及分接開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計；確定尺寸及冷卻裝置計算變壓器重量繪制變壓器外形尺寸圖另選導(dǎo)線另選鐵心柱直徑圖 4-1變壓器程序設(shè)計框圖開目cad是由華中理工大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院開目軟件中心研制成功的一種具有獨立版權(quán)的新型宜人化cad系統(tǒng)。遵循畫法幾何的原則，提供多種工具，操作簡便快捷。4.2.2開目cad用戶界面開目win95的用戶界面如圖4-2-1，整個界面共分為三個區(qū)：菜單區(qū)、圖紙區(qū)、信息區(qū)。圖4-2-1 開目cad用戶界面選“文件”菜單中的“打開”選項是用來打開一原有文件，出現(xiàn)如圖4-2-2所示對話框，選擇打開的文件后，用鼠