电气工程及其自动化毕业设计-SCB-100035干式变压器设计及优化(含外文翻译).doc

1、本科毕业论文（20 届）SCB-1000/35 干式变压器设计及优化所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文ISCB-1000/35 干式变压器设计及优化摘要随着国民经济的蓬勃发展，对防火型电气设备的需求大量增加。为了适应这一形势发展的需要，我国的变压器科研单位和生产厂家近年来大力开发干式电力变压器，促进了干式电力变压器的长足发展。在开发干式电力变压器的过程中，可通过合理的设计，使变压器的性能在符合国标规定的同时，又能实现生产的经济性。因此，本文以干式变压器的结构设计和优化为课题，进行深入的学习和探讨。本文首先介绍干式

2、变压器的发展概况及结构设计的基础知识，继而概述了树脂浇注绝缘干式变压器的技术规范及结构特点。对于生产实际中可能遇到的技术问题，通过查阅文献，参照国家标准，进而总结前人观点和获取解决方案。在此基础上，本文以 SCB-1000/35 干式变压器为例，介绍了树脂浇注干式变压器如何进行材料的选定，以及设计中的详细计算过程。文中包括对变压器铁心、绕组、绝缘、损耗和短路阻抗的计算和选取，以及对设计方案的温升和端部电场进行检验分析。最后，在设计的符合国标规定的方案中，选取最优方案，使设计的干式变压器具有经济性，设计结果得到优化。关键词：干式变压器；结构设计；优化；SCB-1000/35哈尔滨理工大学学士学位

3、论文IIDesign and Optimization of SCB-1000/35 Dry-type TransformerAbstractWith the development of national economy, the fire-resistant type electrical apparatus have a substantial increase in demand. In order to adapt to the needs of the development of the situation, our countrys power research institu

4、tes and manufacturers vigorously develop dry-type power transformer in recent years, and promote the development of dry-type power transformer rapidly. In the development of dry type power transformer in the process, through the reasonable design, the transformer performance not only be in line with

5、 national standard, but also can achieve production economy. Therefore, this paper for structure design and Optimization of dry type transformer will be the subject, and well focus on the in-depth study and discussion about dry-type transformers.This article first describes the development survey an

6、d the basics of structural design of dry-type transformers, then outlining the technical specifications of cast-resin insulated dry-type transformers and structural features. For technical problems that you may encounter in production, through literature review and according to national standard, ge

7、t summary of the predecessors views and solutions.On this basis, this article takes a case of SCB-1000/35 dry-type transformers, giving descriptions of cast-resin dry-type transformers about how to select materials, as well as the detailed calculation in the design process. This 哈尔滨理工大学学士学位论文IIIpape

8、r includes calculation and selection of the transformer cores, windings, insulation, wear and short circuit impedance, and analysis of temperature rise in transformer and test of electric field.At last, design in the program should comply with the requirements of national standard. We select the opt

9、imal plan. The design of dry-type transformer met the production economy is optimized.Key word: Dry-type transformer; Structure design; Optimization; SCB-1000/35哈尔滨理工大学学士学位论文IV目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .11.1 干式变压器发展概况 .11.2 干式变压器分类 .21.2.1 浸渍空气绝缘干式变压器 .21.2.2 环氧树脂浇注绝缘干式变压器 .31.2.3 绕 包绝缘干式电力变压器 .4

10、1.2.4 复合式绝缘干式电力变压器 .41.3 干式变压器结构 .51.3.1 干式变压器铁心 .51.3.2 干式变压器绕组 .61.4 本论文选题目的和意义 .8第 2 章 树脂浇注绝缘干式变压 器设计 .92.1 电力变压器 设计一般步骤 .92.2 设 计技术条件规定 .92.3 设计 基础 .102.3.1 铁心材料选择 .102.3.2 绕 组材料选择 .102.3.3 绝缘材料选 择 .112.4 具体结构设计 方法 .112.5 计算 过程 .202.5.1 方 案 1（详细计算） .212.5.2 方 案 2 .302.5.3 方案 3 .312.5.4 方案 4 .322

11、.5.5 方案 5 .332.6 最佳方案选择 .34结 论 .38致 谢 .39参考文献 .40附录 A 外文 文献 .41附录 B 外文文献翻 译 .53哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 干式变压器发展概况干式变压器（Dry-type Transformer）在 GB6450 标准中 被定义为铁心和绕组不浸在绝缘液体中的变压器。一个多世纪前，第一台工业实用性干式变压器研制成功。变压器以英国科学家法拉第的电磁感应原理为基础，1885 年匈牙利拉提、德利、齐佩诺夫斯基三位工程师在此理论基础上发明了变压器。最初制成的配电变压器及其后的一段时间内制造的变压器，均是以空气为

12、绝缘介质的干式变压器。为了满足远距离电力输送的需求，就必须提高输电电压等级，这样就势必寻找提高电力变压器绝缘结构耐电强度的途径，于是矿物质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。当前较高电压等级的电力变压器仍以油浸式变压器（即采用变压器油作绝缘介质）为主，尤其是电压等级在 110kV 及以上时，几乎全部采用该类产品。油浸式变压器具有散热好、成本低、性能稳定、技术成熟等特点，更重要的是在高电压等级时，其绝缘性能是其他型式的变压器难以达到的。但在当今城市中的一些重要场所和工程区域，如地铁、机场、码头、商业中心、写字楼、奥运场馆、矿井、石油和天然气等领域，若采用

13、的油浸式变压器一旦发生故障，极易引起火灾，甚至产生爆炸，进而可能引发更大的事故，造成人身和财产损失。相对于油浸式变压器，干式变压器有自身不可替代的优点。由于不用液体来绝缘，且采用阻燃材料，同时，产品铁心和线圈的外露，使得维护和检修方便，故此，许多国家明确规定在重要场所，必须采用干式变压器供电。具有防火、环保、节能、抗冲击、体积小、易维护等特点的干式变压器正逐渐成为现代各工程建设领域的首选产品。相对于油式变压器,干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等涉及安全的问题，特别是新型干式变压器系列，损耗和噪声降到了新的水平，为变压器与低压开关置于同一配电室内创造了条件。根据多年生产和使用的情况，

14、研究人员总结得出干式变压器同油浸式变压器相比较具有以下四个优点：1.干式变压器一般为户内式装置，通常可以和开关柜安装于同一室内，并和开关柜共用同一外壳，从而减少安装面积。2.干式变压器由于无油，故其所属附件也少，无储油柜、安全气道和油门等部件，也无密封等问题。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -3.干式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或爆炸的危险。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，也不会使火灾灾情扩大。4.干式变压器不会像油浸式变压器那样存在漏油问题，更无变压器油老化等问题，干式变压器的运行维护和检修工作量大为减少，甚至可以免维

15、修 。1随着干式变压器的推广应用，其生产制造技术也获得发展。目前，我国干式变压器制造技术在自主开发基础上，引进了德国、瑞士、意大利、葡萄牙等国多家公司的有关 10kV、35kV 干式变压器系列的设计制造等多种技术，并已批量生产 10kV、35kV 干式变压器。可以预测，未来的干式变压器也将在节能低噪、高可靠性、高环保性、大容量、多领域多方面发展等几方面获得显著成绩。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。1.2.1 浸渍空气绝缘干式变压器浸渍空气绝缘或普

16、通干式电力变压器已有 40 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和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，根据需要选择不同耐热等级的绝缘材料制成 B 级、 F 级和 H 级绝缘干式电力变压器。导线在普通绕线机上绕制成绕组后，浸渍以相应耐热等级的浸渍漆，经烘焙后制成绕组。我国生产浸渍式干式变压器的技术已经成熟，许多生产干式变压器的厂家，大部分均能生产此种产品。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，而且需求量也相同。我国由于相当多变压器生产厂家引进树脂浇注技术，从而造成了目前国内市场干式变压器的单一性，但由于环保问题日

17、益受到重视，浸渍式干式变压器将有较大的发展。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。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。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -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 。1对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 层压纸板作为线段间垫块的。采用真空浸渍工艺的干式变压器，其导线采用玻璃丝布袋绝缘，线段间采

18、用瓷垫块，高压绕组为连续式，低压绕组采用线绕或箔绕导线直接绕于玻璃钢筒上，高低压绕组及绝缘筒在真空罐中进行常压下浸渍 H 绝缘漆，再加热烘干。1.2.2 环氧树脂浇注绝缘干式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。绕组在真空状态下浇注后，加热固化成型。浇注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

19、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。树脂绝缘干式变压器按绕组包封绝缘厚度可分为厚层有填料绝缘（包封绝缘在 5mm 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。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

20、高，因而抗短路强度也相应提高，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量大，因而其超铭牌额定值运行能力也相应提高。5.维护简便。浇注绝缘干式变压器无需像油浸式那样，需要定期试验及长期停运后通电干燥处理等维护 。1哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -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的不同。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

21、品。绕包绕组是在特殊设计的绕包机上，绕包绕组的导线、层间绝缘。绕包工艺主要有：1.玻璃丝浸渍绝缘胶，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。2.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，包封与层间绝缘和导线互相粘接，形成玻璃钢层。3.在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，最后加热固化形成玻璃钢体 。1绕包绝缘干式变压器与浇注绝缘干式变压器相比，具有以下特点：1.制造成本低，经济性好。2.绝缘胶包封层坚韧且具有一定弹性，在低温下或温度突变时均不会产生开裂现象。3.经旋转固化处理后，表面质量稍差于浇注绝缘。但在工艺

22、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 。11.2.4 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。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制的箔式绕组，层式绝缘则采用环氧树脂布，经加热固化形成整体，绕组有环氧树脂端封。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -1.3 干式变压器结构干式变压器其基本结构包括：铁心、高低压线圈、铁心夹件、支撑件、防护外壳、风冷装置和热保护装置等。1.3.1 干式

23、变压器铁心干式变压器的铁心是变压器的磁路和骨架。根据铁心和绕组的相对位置，铁心可分为内铁式与外铁式两种主要结构型式。在外铁式铁心结构中，绕组被铁心包围；而在内铁式铁心结构中铁心柱被绕组包围。外铁式铁心结构具有下列特点：1.每种容量的铁心叠片只有一种片宽，加工较方便。2.因铁心截面为长方形，故与之相配合的绕组截面也是长方形，同时线饼之间面积较大，可使饼间电容增大，对地电容与饼间电容之比小，故可改善绕组中的冲击电位分布。3.因绕组均由双饼组成，故绕组的分组较方便，同时，在调整短路阻抗，漏磁与短路机械力时可由不同分组得到所需值。4.外铁式电力变压器的引线都在上部，故出线方便。5.由三台单相铁心可组成

24、特殊三相变压器，这样可制成运输比较困难的发电厂或变电所使用的大容量变压器。6.因为外铁式铁心是水平旋转结构，故铁心需要 T 字梁支撑。7.当低压绕组流过大电流时，因绕组被铁心包围，故电流引起的附加损耗较小。8.线饼垂直放置，油流较通畅，故线饼的温升不高。内铁式铁心结构具有以下特点：1.铁心可先叠装成形，然后铁心柱套装在绕线机上绕成绕组。2.绕组为圆形，故绕制方便。内铁式铁心结构是我国变压器制造厂普遍采用的铁心结构型式。外铁式之所以不被广泛采用，主要由于以下原因：1.绕组需要用特殊绕线机绕成长方形，一般绕成单饼后再焊接。2.铁心要在绕组放正位置后，再将铁心叠片一片一片地在绕组内叠成。铁心基本结构型式为心式和壳式。心式铁心的铁心柱是垂直放置的，壳式铁心的铁心柱是水平放置的，无论心式还是壳式其三相磁路系统都是不对称的。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