干式变压器设计

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：电气自动化技术所在学院：职业技术学院2013年5月目录摘要………………………………………..……………………………………….…..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…………………………………………………………41.8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铁轭截面和形状的选择…………………………………………………82.1.5其它………………………………………………………………………82.2高低压绕组匝数的计算…………………………………………………………82.2.1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…………………………………………………223.5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……………………………………………………………284.1H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……………………………………………………………………………………36I摘要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,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：表1-1各温度等级绝缘材料的最高允许温度干式变压器按绕组、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温度等级AEBFHC最高允许温度℃105120130155180220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。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表示。(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