樹(shù)脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計(jì)的計(jì)算

1、3 樹(shù)脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計(jì)的計(jì)算本章以樹(shù)脂澆注干式變壓器 SCB10-1000/10 的設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)列出了樹(shù)脂澆 注干式變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程， 以及每一步計(jì)算所涉及到的公式和原理。 該變壓 器具有以上所述的樹(shù)脂澆注干變的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是樹(shù)脂澆注干變?cè)O(shè)計(jì)的典型實(shí)例。3.1 變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)是使產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 或者用戶在合同中提出 的標(biāo)準(zhǔn)和要求。在合同中通常包括以下一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：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

2、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(biāo)號(hào)。h. 負(fù)載損耗、空載損耗、空載電流百分值。i. 安裝地點(diǎn)海拔高度。此外，用戶可能還有一些特殊參數(shù)。 變壓器計(jì)算的任務(wù)，就是根據(jù)上述技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)技術(shù)?和其它專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定變壓器電磁負(fù)載，幾何尺寸、電、 熱、機(jī)械方面的性能數(shù)據(jù)，以滿足使用部門(mén)的要求。對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，在滿 足性能指標(biāo)前提下，具有良好的工藝性和先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。3.2 變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算步驟以下主要針對(duì)電力變壓器而言， 特種變壓器的計(jì)算根本與之相同， 只

3、需考慮 特殊要求和自身特點(diǎn)即可。1) 根據(jù)技術(shù)合同，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)載損耗、 空載損耗及空載電流等。2) 確定硅鋼片牌號(hào)及鐵心結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算鐵心柱直徑，計(jì)算心柱和鐵軛截 面。3) 根據(jù)硅鋼片牌號(hào)，初選鐵心柱中磁通密度，計(jì)算每匝電勢(shì)。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(shì)、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(jí)，計(jì)算或從設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jìn)行繞組段數(shù)、 層數(shù)、匝數(shù)的排

4、列， 計(jì)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(jì)算繞組的軸向高度及輻向尺寸。 計(jì)算繞組幾何高度、 電氣高度及窗高。8) 計(jì)算絕緣半徑，確定變壓器中心距 MQ高、低壓繞組平均匝長(zhǎng)L。9) 初算短路阻抗無(wú)功分量， 大型變壓器無(wú)功分量值應(yīng)與短路阻抗標(biāo)準(zhǔn)值接 近。10) 計(jì)算繞組負(fù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。11) 計(jì)算繞組對(duì)油溫升，不合格時(shí)，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(dāng)超過(guò)規(guī)定值過(guò)大時(shí)，那么需要調(diào)整變更鐵心柱直徑。12) 計(jì)算短路機(jī)械力及導(dǎo)線應(yīng)力，當(dāng)超過(guò)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)調(diào)整安匝分布或加大 導(dǎo)線截面。13) 計(jì)

5、算空載性能及變壓器總損耗，計(jì)算變壓器重量。3.3 樹(shù)脂澆注干式變壓器設(shè)計(jì)的詳細(xì)計(jì)算本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)為設(shè)計(jì) SCB10-1000/10B 變壓器。3.3.1 技術(shù)條件產(chǎn)品型號(hào)： SCB10-1000/10額定容量： 1000kVA電壓比： (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(fù)載損耗：8180W硅鋼片牌號(hào)：Q120-30執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T10228, GB6450鐵心計(jì)算鐵心直徑：Pt為三相變壓器每相容量，故 Pt=P/3=1000/3kVAK 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，

6、取K=57根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：D=KP =57物000/ 3 =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=245mmD2S =兀鐵心凈橫截面積：根據(jù)公式4 ， 計(jì)算可得：S=471.196cm2。繞組計(jì)算 初選磁密：B=1.50 T 初算匝電壓：f=50Hz鐵心凈橫截面積經(jīng)查表得出：A=436.306cm由公式 q =4.44fBA二型，計(jì)算可得 q=14.5435V45低壓匝數(shù)：因?yàn)榈蛪簜?cè)是丫接，故UUL 400= 231V ,計(jì)算可得W =15.883，由公式W=U 空 15.883,取整得 W=16 14.5434重算匝電壓：et =U 231 = 14.437

7、5 VW 1645et 45 14.4375Bt1.49T重算磁密：A436.3O6高壓匝數(shù)：?jiǎn)J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U ：嚴(yán)Ul=ioooov高壓繞組為Ug 0.5%調(diào)壓，共3級(jí)那么 U :.：1二 u 門(mén) 15% =1O5OOVU ：2=U ：嚴(yán) Ul=ioooovU ：.：3=u ：1 一5% =95OOVwu 10500 = 727.27由公式et ,計(jì)算可得e14.4375U 10000= 692.64W3仝9500658.Oe14.4375et14.4375取整：W仁727W2=693W3=658D接Pn電流：a高壓側(cè)一辿，

8、PN =1OOOkVAUUL =1OOOOVJ計(jì)算可得I =1OOOOOO= 57.74 a1OOOO、3Pnb、低壓側(cè) 丫接 Nf=%3ul ,Pn OOOkVA,Ul =40VI JOOOOOOW43.38A計(jì)算可得4OO.3低壓繞組計(jì)算：從澆注干式變壓器的設(shè)計(jì)、工藝和生產(chǎn)現(xiàn)狀來(lái)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(zhǎng)度即為導(dǎo)線寬度 795mm同時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要，我們選低壓側(cè)端絕緣為1Omm空氣距離為45mm層間絕緣為O.18mm外表絕緣0.36mm前面已經(jīng)計(jì)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

9、為 8mm和10mm具體計(jì)算如下：、=2.0 A/mm2S=141138 =721.69mm2 d 2.0-1初選電流密度：-2算導(dǎo)線截面積：根據(jù)計(jì)算得出的導(dǎo)線截面積，查表找出最接近的導(dǎo)線規(guī)格。導(dǎo)線截面積 S =802.95 mm28-4重算電流密度：由公式:、=LS ，計(jì)算可得-3 選線規(guī)：1.01795/ 802.95 ,2I 1443.38S 一 802.95= 1.80A/mm-5低壓繞組軸向尺寸計(jì)算:795箔式導(dǎo)線高度，即軸向長(zhǎng)度，mm+10 X 2端絕緣高度,mm815繞組軸向總高度,mm+45X 2繞組到上下鐵軛距離，mm905鐵心窗高,mm-6低壓繞組輻向尺寸計(jì)算： 輻向有16

10、層，被兩個(gè)氣道隔開(kāi)，分為：5層、5層、6層1.011.01箔式導(dǎo)線厚度，mmX 5X 6總層數(shù)5.056.06+0.18 X4X 1.1+0.18 X 5X 1.1絕緣總厚度(:=(Nm-1 )X層絕緣緣),mm5.8427.05X( 1+2%X (1+2%輻向裕度取 2%5.958847.191+0.36+0.36X 2外表絕緣厚度，mm6.31884(6.31)7.911(7.91 )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(jì)算出高壓繞組的匝數(shù)為 727-693-658，計(jì)算時(shí)，用最大的匝數(shù)727來(lái)計(jì)算。

11、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(gè)氣道3+4+0=7。另外其余參考數(shù) 據(jù)如下：外表絕緣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(jì)算如下：-1 初選電流密度：、=2.0 A/mm2 I= 57.74 =33.3362 A -2 算導(dǎo)線截面積：s 二丄二 33.3362 = 16.6681mm2 ，d 2.0-3 選線規(guī)：3.00 X 6.30 / 0.16 ,導(dǎo)線截面積 S=1X 18.35=18.35 mm2-4 重算電流密度：=|,s = 33.3362 =1.82A/mm2，18.35-5高壓繞組軸向尺寸計(jì)算高壓線

12、圈軸向電氣長(zhǎng)度=帶絕緣高壓線圈導(dǎo)線寬度X每層匝數(shù)+起末寬度X軸向裕度X段數(shù)+ 段數(shù)-1 X段間距單位mm高壓線圈軸向幾何長(zhǎng)度=高壓線圈軸向電氣長(zhǎng)度+2X端絕緣咼壓線圈窗咼=咼壓線圈軸向幾何長(zhǎng)度+2X空氣距離=咼壓線圈軸向電氣長(zhǎng)度+2 X端絕緣+2 X空氣距離6.30+ 0.166.46X (26+1)174.42X 1.02177.91 (178)X 4單位mm;帶絕緣導(dǎo)線寬度，mm每層匝數(shù)加上起末頭高度，mm軸向裕度，單根導(dǎo)線取2%每段長(zhǎng)度取整數(shù)，mm總共有4段+0.56 X 3X 1.1+3.00+0.56X 3X 1.1+3.00外表絕緣厚度,mm15.2818.97高壓繞組輻向總厚度：

13、 15.28+16+18.97=50.3 mm+20X 3772 (775)+45X 2865+ 20X 29053個(gè)段間距軸向長(zhǎng)度，mm空氣距離,mm端間距,mm鐵心窗高，mm輻向有7層，被一個(gè)氣道隔開(kāi)，分為3.003.00X 3X 49.0012.00+0.56 X2X 1.1+0.56X 3X 1.1緣緣),mm10.23213.848X( 1+2%X(1+2%10.436614.125-6高壓繞組輻向尺寸計(jì)算3層、4層-箔式導(dǎo)線厚度，mm-總層數(shù)絕緣總厚度(：=(Nm-1 ) X層絕輻向裕度取2%繞組絕緣半徑及平均匝長(zhǎng)的計(jì)算前面已經(jīng)計(jì)算出，鐵心直徑 D =245mm那么鐵心外接圓半徑F

14、0=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(jì)算如下：122. 5+ 10-鐵心外接圓半徑R),mm低壓繞組至鐵心距 C,mm132. 5低壓繞組內(nèi)半徑R,mm+38. 5低壓繞組輻向厚度 R,mm171低壓繞組外半徑R,mm+40咼低壓繞組間主絕緣距a12,mm(211-3-0.5 ) 207.5咼壓繞組內(nèi)半徑R,mm+ 50 . 0咼壓繞組輻向尺寸 B3,mm257.5 (258)咼壓繞組外半徑R,mmX 2516咼壓繞組外徑D,mm+ 41相間距離干變?nèi)?40左右A, mm 557-3.00 X 2咼壓線圈外表絕緣，mm

15、551 (550)鐵心柱中心距離為10或5的倍數(shù)M, mm鐵心柱中心距離二高壓繞組外徑+相間距離-2*高壓繞組外表絕緣故:外徑：342外徑：516單位mrh低壓線圈內(nèi)徑：265高壓線圈內(nèi)徑：415中心距：550繞組平均匝長(zhǎng)I的計(jì)算:高壓繞組Lm仁霊高壓繞組外徑高壓繞組內(nèi)徑/2 0.5 ;低壓繞組Lm2二囂牡低壓繞組外徑低壓繞組內(nèi)徑 /2 0.5 ;平均匝長(zhǎng) Lm=Lm1+Lm2/2; m(R4 Rs) 0.5m207.5 258 0.5 =1462.24mm=1462m(取整)Lm4(R2 R3) 0.5=恵叫132.5 171 0.5 = 953.56mm=953m(取整)Lm =(Lmi

16、Lm2)/2 =(1462 953)/2 =1207.5mm 參考溫度120 C 下繞組每相電阻及導(dǎo)線重量的計(jì)算R ,?SL 導(dǎo)線總長(zhǎng)度額定分接時(shí)，m:：120 C時(shí)電阻系數(shù)，銅導(dǎo)線時(shí)Q=0.02445,mrmm；高壓繞組電阻120C:L1=Lm1 NG =1462727 693 658 /3=1012m;2A =18.35mm1012R1 =0.024451.351 ;18.35高壓繞組銅導(dǎo)線重：J 1 丄(415 2 3.00 15.28) 3 = 4109mmCu11=3 8.9 103 4.109 18.9 10-6 =207kgL2 1=二 516-2 0.56-16 4 = 626

17、5mmCu12=3 8.9 103 6.265 18.9 10-6 =316kg所以Cun=207 kgCu12=316 kg Cu13=0高壓繞組導(dǎo)線重：Cu1=207+316=523kg高壓繞組電阻損耗120CFCu1 =3 1.35 57.74/、32 =4512W低壓繞組電阻120C:L? = Lm2 Nd =0.954 16 = 15.264m ;2A = 802.95mmR2=0.0244515.264 =4.57 10 已；802.95L2 1 丄265 2 0.36 6.34 5 二 4271mmCu21=3 8.9 103 4.271 802.95 10-6=91kgL2 2

18、 1=二 265 2 6 8 65=4694mmCu22 =3 8.9 103 4.694 802.95 10-6 =99kgL2 3=二 342-2 0.18-10 6 =6248mmCu23=3 8.9 103 6.248 802.95 10-6=132kg低壓繞組導(dǎo)線重：Cu2=91+99+132=322kg低壓繞組電阻損耗120C:Pcu2=3 4.57 10，1443.38 =2859W導(dǎo)線總重：523+322=845kg336負(fù)載損耗的計(jì)算H =90亦口/ ho：窗高I2 “443.38A 低壓額定電流D=245mm /鐵心直徑B0=D-5=245-5=240mm B0:最大片寬；

19、為省去查表麻煩，近似等Sb=( 1443.38/1.8+0.5)/5+1=( 802/5+1)5=805mm2 ； Sb： 積；高壓繞組電阻損耗(120C):九=3 1.35 (57.74d4512W低壓繞組電阻損耗(120C) : Pcu2=3 4.57 10 1443.3=2859W雜散損耗、引線損耗及附加損耗分別如下：PzP =0.05 4512 2859i=368.55WKr18)9Py =Prr 73717371663.39W100 100 100 100KfPf-7131 3% =213.93W100低壓繞組為箔繞，所以連接及附加損耗百分比K PsupPercent=0.006 x

20、 12=8.66導(dǎo)線中附加的所有損耗 Rup =(Pcu1 Pcu2 Pz P, P-) KPsupPercent/100 -(4512 2859 368.55 663.39 213.93) 8.66/100 =747W總負(fù)載損耗 PFtotal=Pcu Rup 二 Ru1 Pcu2 Rup =4512 2859 747 = 8188W樹(shù)脂、玻璃纖維重的計(jì)算如果低壓為箔式:纖維重 FibreWeight=C5 0.173=523 0.173=90kg樹(shù)脂重 ResinWeight=Cg 0.16=523 0.16=83kg338空載損耗Pcm仁3 7.65 H0 S/10000.0=3 7.6

21、5 905 18.9/10000=39.25Pcm2=4 7.65 M0 S/10000.0=4 7.65 550 802.95/10000=1351;鐵心重二Pcm1+Pcm2+ 角重 +0.5= 39.25+1351+417+0.5 =1808kgP0二鐵心重量 單位損耗=1808 0.919=1662W P0空載損耗；短路阻抗計(jì)算Kex=l 2/6000.0 二 1443.38/ 6000.0 二 0.24:F= 775+795 / 240 38.6 50.3-0.36-3 /3 = 785 41.85 = 826.85 =40+ 10.78+14.56+0+5.94+5.94+7.17

22、/38 10 16 / 4 = 63mmex=4 1000 1207.5/(3 826.85 14.43752 100)kex= (4.83 106/5.17 107) 63+1443.38/6000=5.95Ver=8118/ 10 1000 =0.8118VUcc= ex2 er2=、5.952 0.811=6.01V=上下壓間漏磁寬高壓線厚低壓線厚氣道寬之和F二平均電抗高度漏磁總寬上下壓線圈輻向尺寸o4 x容量x平均匝長(zhǎng)匯也+低壓電流ex 0 _心柱數(shù)：F匝電勢(shì)26000Uk % = Jex %2+e2 (箔繞需再x 0.95)鐵心溫升的計(jì)算有計(jì)算可得：鐵心柱中心距 M=550mm,低壓

23、繞組的內(nèi)徑 D2=265mm電抗高度Le2=795mm,空載損耗R=1662W鐵心窗高H0=905mm有查表可得：迭片系數(shù)k0=0.97 ,迭片總厚度b=238mm最大迭片厚度bmax=235mm最小迭片厚度 bmin =60mm 凈橫截面積 Ac =436.306 mm2。散熱面積的計(jì)算S =8 漢 M0 漢 b/匕漢10 +2 匯代漢 10, =8 汽 550 漢 238/0.97+2 漢 436.406漢 10，= 1.17m2 5=4 (bmax -bmin b k。)10=4 (235-60 238 0.97) 10 -0.162m2S3=4 (2 M0 bmin) (bmax-bm

24、in) 10=4 (2 550 60) (235 -60) 10“=0.812m254 =6 (H0-Le2) (b k0 bmax) 0.75 10=6 (905 -795) (238 0.97235) 0.75 10= 0.22m255 =6 (bbmax) Le2 0.75 10 =6 (238 0.97 235) 795 0.75 102-0.167ma0 =0.5 (D2 -11.6 . AC) =0.5 (265-11.6 ,436.306) = 11.35a = 0.5 a0 =0.5 11.35 = 5.67有效散熱系數(shù)為a1 =0.56 (2 a1.6/(H。Le2)0.25

25、 =0.56 (2 5.671.6/(905 795)0.25 =2.8總的散熱面積為S2 Ss S4 Ss a01 =1.17 0.162 0.812 0.22 0.167 2.8 = 2.8316m2鐵心的單位熱負(fù)荷為q0 二 R/S =1662/2.8316 =586.95W/m2鐵心溫升為t =0.36 q0.8 =0.36 586.9518 =59K高壓繞組溫升的計(jì)算有計(jì)算可得高壓繞組內(nèi)徑D4 =415mm高壓繞組外徑D5 =516mm高壓繞組軸向長(zhǎng) 度L =775mm軸向厚度為l1=15.28mm,l2=19.06mm電抗高度Lq=765mm,高壓繞組 的銅損FCu4512W由查表

26、可得撐條根數(shù)口=8，凈橫截面積Ac =436.306 mm2，氣道寬度為a =16mm,上下壓繞組間的距離L=40mm散熱面積計(jì)算%(D3 泊専-q 10) 10=775 (415 二-8 10) 10- = 0.948m2S1L1 (D3 2 IJm -rh 10) 10= 775 (4152 15.28)二 -8 10) 103= 1.02m2S3 =L1；(D5 _2：j2)二 1口；10)；10= 775 (516 2 18.97)沁眞一8 10) 106 =1.1 m2Sf4 =Li D5n10_6= 775 516 二 10-6= 1.26m2有效散熱系數(shù)冇=0.56 (0.5 L

27、 a)/ 2)16 / L1)020.56 (0.5 40 16)/2)16 /775)02 0.33762 =0.56 (a/L1)1.6)0.25 = 0.56 (16/775)1.6)0.25 = 0.119總的散熱面積為S =3 (ai1 Sn a12 (SI2 S13) S14)=3 (0.337 0.948 0.119(1.02 1.1) 1.26)-5.50m2高壓繞組的單位熱負(fù)荷為5 =FCu1/S =4512/5.50 =820.36W/m2高壓繞組溫升0 80 8t =0.33 5.=0.33 820.36,70.7 K 底壓繞組溫升的計(jì)算有計(jì)算可得低壓繞組內(nèi)徑D2 =26

28、5mm低壓繞組外徑D3 =342mm低壓繞組軸向長(zhǎng) 度l_2=795mm 軸向厚度為 h =l2=6.34mm,l3=7.96mm，電抗高度 Le2=795mm,低壓繞組的銅損氐2二2859W有查表可得撐條根數(shù)n2=8,凈橫截面積 代=436.306 mm2,氣道寬度為a1=8mm, $=10mm,上下壓繞組間的距離L=40mm散熱面積計(jì)算SL2 (D2 二-壓 10) 10 =795 (265 二-8 10) 10 = 0.598m2S22 二 L2 (D2 2 IJ： ：0.7-n2 10) 10-6= 795 (2652 6.31)二 0.7-8 10) 10“2=0.422mS23=L2 (D2 2 (h aj)n 0.7 n2 10) 10-6= 795 (265 2 (6.31 8)二 0.7-8 10) 10= 0.4