樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的計算

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(xì)列出了樹脂澆注干式變壓器的設(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。1.1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(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)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(biāo)號。h.負(fù)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(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)，以滿足使用部門的要求。對方案進(jìn)行優(yōu)化計算，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)。1.2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。根據(jù)技術(shù)合同，結(jié)合國家標(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、短路阻抗、負(fù)載損耗、空載損耗及空載電流等。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。根據(jù)硅鋼片牌號，初選鐵心柱中磁通密度，計算每匝電勢。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)。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)。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)。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。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。初算短路阻抗無功分量，大型變壓器無功分量值應(yīng)與短路阻抗標(biāo)準(zhǔn)值接近。計算繞組負(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。計算繞組溫升，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(dāng)超過規(guī)定值過大時，則需要調(diào)整變更鐵心柱直徑。計算短路機(jī)械力及導(dǎo)線應(yīng)力，當(dāng)超過規(guī)定值時，應(yīng)調(diào)整安匝分布或加大導(dǎo)線截面。計算空載性能及變壓器總損耗，計算變壓器重量。1.3樹脂澆注干式變壓器設(shè)計的詳細(xì)計算1.3.1技術(shù)條件產(chǎn)品型號：SCB10-1000/10額定容量：1000kVA電壓比：(10±5%)/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/1441.38A短路阻抗：6％空載損耗：2200W負(fù)載損耗：8180W硅鋼片牌號：Q120-30執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T10228，GB64501.3鐵心直徑：Pt為三相變壓器每相容量，故Pt=Pn/3=1000/3kVAK為經(jīng)驗系數(shù)，取K=57根據(jù)經(jīng)驗公式：D=K=57=241.5mm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。1.3eq\o\ac(○,1)初選磁密：=1.50Teq\o\ac(○,2)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=14.5435Veq\o\ac(○,3)低壓匝數(shù)：因為低壓側(cè)是Y接，故,計算可得=15.883，eq\o\ac(○,9)-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——總共有4段712+20×3——3個段間距772（775）——軸向長度，mm+45×2——空氣距離,mm865+20×2——端間距,mm905——鐵心窗高，mmeq\o\ac(○,9)-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1.001.00——箔式導(dǎo)線厚度，mm×3×4——總層數(shù)9.0012.00+0.56×2×1.1+0.56×3×1.1——絕緣總厚度（=(-1）×層絕緣緣),mm10.23211.848×（1+2%）×（1+2%）——輻向裕度取2%10.436614.125+0.56×3×1.1+1.00+0.56×3×1.1+1.00——表面絕緣厚度,mm18.97高壓繞組輻向總厚度：15.28+16+18.97=50.3mm1.3前面已經(jīng)計算出，鐵心直徑D=245mm，則鐵心外接圓半徑R0=245/2=122.5mm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：122．5——鐵心外接圓半徑R0,mm+10——低壓繞組至鐵心距C,mm132．5——低壓繞組內(nèi)半徑R2,mm+38．5——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+50．0——高壓繞組輻向尺寸B3,mm257.5（258）——高壓繞組外半徑R5,mm×2516——高壓繞組外徑D,mm+41——相間距離（干變?nèi)?0左右）A，mm557-1.00×2——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）1.3.5——高壓繞組電阻（120℃）：；;高壓繞組銅導(dǎo)線重：所以Cu11=207kgCu12=316kgCu13=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=845kg1.3 //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：低壓繞組為箔繞，所以連接及附加損耗百分比KPsupPercent=0.006×I2=8.66。總負(fù)載損耗。1.3如果低壓為箔式： 纖維重 樹脂重1.3 // P0 空載損耗1.3(箔繞需再×(箔繞需再×0.95)1.3由計算可得：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。由查表可得：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 鐵心的單位熱負(fù)荷為鐵心溫升為1.3由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(fù)荷為高壓繞組溫升K1.3.由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，低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=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(fù)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：2