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1、变压器设计中的几个问题第 1 页 共 22 页 变压器设计中的几个问题 1 变压器设计计算步骤 变压器设计中的几个问题第 2 页 共 22 页 2 变压器主绝缘结构的确定 变压器设计中的几个问题第 3 页 共 22 页 表 72 冲击试验电压（峰值） ，千伏 额定电压3 6 10 15 20 35 66 110 变压器设计中的几个问题第 4 页 共 22 页 最高工作电压3.6 7.2 12 17.5 24 40.5 72.5 110 全波试验电压40 60 75 105 125 200 325 480 截波试验电压45 65 85 115 140 220 360 530 变压器设计中的几个问
2、题第 5 页 共 22 页 变压器设计中的几个问题第 6 页 共 22 页 变压器设计中的几个问题第 7 页 共 22 页 变压器设计中的几个问题第 8 页 共 22 页 3 变压器主绝缘结构举例 1035kV 油浸变压器主绝缘（新S9系列） 主绝缘数据列于表1、表 2，数据的函义见图1。 表 1 低压绕组至铁心柱间的距离（mm ） 电压等级 (kV) 型式D 2 C 0.4 新螺旋式5 3 3 0.4 层式容量 400 D=4 容量 400 D=5 1 1 3-6 3 8 10 3 9 0.4 并式 3 9 36 3 9 变压器设计中的几个问题第 9 页 共 22 页 10 3 9 表 2
3、绕组间及绕组与铁轭间的主绝缘距离（mm ） 电压 等级 (kV) 绕组 型式A 1 A1 A2 B1 b1 3 B2 b2 E 4 3-10 10 3.5 0 6.5 74 10 0 58 10 9 0 3-10 层式 8.5 3 0 5.5 23 10 0 15 10 8 0 35 28. 5 7+3+7+1.5+7 +2.5+0.5 65 43 2 35 20 20 0 3-10 并式 16 3.5 6 6.5 35 0 35 15 17 2 35 27 4 14 9 65 2 55 25 27 3 注: A=27 中，不包括静电屏2.5 。 尺寸为高压端绝缘-4 。 低压绕组为新螺旋式，
4、高压为层式。 4 纸圈 +28(20 纸圈和 8 垫块 )+12(8垫块 2 纸圈 2 垫块 )+15 端圈 +15 端圈 。 4 纸圈 +28(20 纸圈和 8 垫块 )+12(8垫块 2 纸圈 2 垫块 )+7 端圈 +7 端圈。 中性点在外层。 漆包线时为 70 。 漆包线时为 48 。 7 瓦楞 +3 纸筒 +7 瓦楞 +纸板 +7 瓦楞 +1.5 屏+0.5 裕度 变压器设计中的几个问题第 10 页 共 22 页 图 1 5. 纵绝缘 5.1 层绝缘： 0.08 电缆纸张数 层间 最大 工作 电压 V 800 801 1200 1201 1500 1501 1800 1801 200
5、0 2001 2300 2301 2800 2801 3300 3301 3800 3801 4300 4301 4800 总张 数 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 分级 长 3 3 4 4 5 5 6 7 7 分级 短 2 3 3 4 4 5 6 6 7 层绝缘首层加2，次首和末加1。 5.2 油道宽度：按0BT.140.1200 表 2.4 半月形油道时计算导线长度和阻抗的等效宽度取0.807 ， 非 油道部分绝缘厚1mm 。 5.3 并式线圈纵绝缘： 按 0BT.140.1200 表 2.6 ，油道 4 改为 3。 4 降低变压器的材料消耗变压器常数 变压器设计中的几
6、个问题第 11 页 共 22 页 1 铁心迭片系数与硅钢片绝缘膜厚度、平整度和毛刺有关。 2 铁心圆面积利用系数与迭片级数有关。 3 铁窗填充系数与绕组型式、绝缘结构有关。绕组型式有层式、 变压器设计中的几个问题第 12 页 共 22 页 饼式（连续式、螺旋式、双饼式）等。近年又有一种采用纵向 油（气）道的新螺旋式。绝缘结构受技术要求的制约，干式变 压器与油浸变压器也不同。 4 磁密受材料和技术要求的制约，单位铁损大的，空载损耗要 求或噪声要求低的磁密不能太高，单位铁损小的硅钢片价格高， 材料成本也可能高。 5 电密主要受负责损耗的制约，有时也受温升的制约， 5 铜铁价格比 合理的铁心直径铜铁
7、比；铜和主要绝缘材料价与铁价 比与材料成本的关系。从数学分析来说两者的价格相等，总材 料成本最低。因受各项技术要求的制约，不一定就是两者的价 格相等，而是两者的价格相近。要使设计的总材料成本最低， 必须有多个方案的对比选择，实现最低材料成本方案的设计最 好的办法是使用计算机进行优化设计。 6 计算机辅助设计 目前普遍使用Excel 电子表格进行辅助计算或设计，每个 单元格可以设定计算公式、引用有关函数。通过查询函数可在 数据表中取得线规、铁心单损等数据。通过IF 等选择语句可编 写一些计算程序。还可通过工具栏的控件工具箱或窗体设置一 变压器设计中的几个问题第 13 页 共 22 页 些常用控件
8、，使用很方便。 7 计算机优化设计 如果在 Excel 使用“宏”中的VBA语言，通过循环语句等 程序可实现优化设计。循环可选下列变量 1）铁芯直径 2）低压线圈匝数磁密 3）电抗高度 4）高低压间距 5）低压线圈层数 变压器设计中的几个问题第 14 页 共 22 页 6）低压线圈厚度 7）高压线圈层数 8）高压线圈厚度 也可以用VB语言进行优化设计。它的功能比在Excel 使用 “宏”中的 VBA语言强大得多。 它可以和数据库、 Excel 、 AutoCAD 等语言捆绑在一起使用，运行起来更方便。 变压器设计中的几个问题第 15 页 共 22 页 变压器设计中的几个问题第 16 页 共 2
9、2 页 变压器设计中的几个问题第 17 页 共 22 页 变压器设计中的几个问题第 18 页 共 22 页 附：干式变压器资料（网上资料） 国内干式电力变压器的主要类别 1非包封式绝缘带缠包铜线饶制的干式电力变压器。优点是散热 好，可修复，制造模具少和价格低；缺点实线圈密封性差。目前国内配 干式电力变压器已很少选用此结构，但传用小容量低压干式电力变压器 任广泛采用本结构。 2石英粉填料的环氧树脂浇注与线圈外壁的厚绝缘干式电力变 压器。绝缘厚度近 10mm，绝缘体膨胀系数接近铝。如用铜芯，由于导 体膨胀系数与绝缘体差别大，在负荷突变引起温度突变时，树脂外壳易 开裂，今年已很少采用。 3玻璃纤维填
10、料的环氧树脂浇注薄绝缘干式电力变压器。高压 饶组用铜线，低压绕组用铜箔，树脂参入线圈内部，浇注薄绝缘层的绝 缘系数接近于铜线，故温度突变不会出现绝缘体开裂。有阻燃性能，抗 短路能力远大于前二种变压器。严格执行制造工艺时局部放电测量值可 控制在 5PC以内。目前国内市场此类产品的供应量最大，质量也较稳定。 4薄绝缘铜绕组树脂浇注干式电力变压器。高、低压绕组均用 铜线，纯树脂玻璃纤维增强，真空浸渍式浇注，烘箱中固化成型。浇注 体热膨胀系数接近于铜，温度突变绝缘体不会开裂，散热优于厚绝缘， 严格执行制造工艺时局部放电量在5PC 以内。此类产品市场占有量大， 生产厂有山东金曼克电器集团股份有限公司等。
11、产品获得专利的有：采 用无碱无蜡玻璃丝带包电磁线、干式电力变压器闭锁式拉板紧固装置、 SC9 系列干式变压器的外观及阻燃环氧树脂干式电力变压器等专利。其 SC9 系列干式变压器的损耗与干式电力变压器技术参数和要求 GB/T10228-1977 相比，空载损耗下降 3.5%， 负载损耗下降 10%， 噪音小， 抗短路能力强，过负荷能力及阻燃能力强，质量稳定。 5薄绝缘树脂浇注干式电力变压器。高压线圈无氧铜线包玻璃纤 维毡饶制后树脂真空浇注，低压线圈铜箔饶制后树脂真空载体浇注。生 产厂有江苏华鹏变压器厂等。产品铁芯为多级步进式全斜阶梯式叠片， 其损耗较 97 年国家标准的要求低15%以上，噪音比国
12、家标准低18 分贝， 过负荷能力强，散热好，抗突发短路能力强，局部放电量可控制在5PC 以内，主要部件经特殊处理后，金属件能抗盐雾腐蚀，非金属件能抗霉 菌 ，整 机 通 过了 中 国 船 级 社 抗 湿 热 实验 要 求 。产 品 最 大 规 格 为 20000kVA/35kV 。 变压器设计中的几个问题第 19 页 共 22 页 6环氧树脂加压浇注玻璃纤维布增强绝缘干式电力变压器， 高压绕组用铜导线，低压绕组用铜箔或铜导线，全真空浸渍式浇注加压 固化，树脂可参入线圈的层间与匝间，绝缘性能可靠，浇注体热膨胀系 数与铜接近，温度突变时不会出现开裂，抗短路能力强，因采用加压固 化，局部放电量低于5
13、PC，此类产品市场占有量大、运行质量稳定，代 表性厂家为福州变压器厂。该厂进期开发的环保型低噪音干式电力变压 器，其噪音符合 GB3096中国城区环境噪音标准中的居民文教区噪声 标准。 7薄绝缘铜绕组树脂浇注干式电力变压器。高压铜线，低压铜箔 端包封。高压线圈采用玻璃纤维增强纯环氧树脂浇注薄绝缘结构。树脂 膨胀系数接近铜， 温度突变不会出现绝缘开裂。 局部放电量可控制在5PC 以内。低压线圈采用铜箔绕制，端部用树脂包封可增强抗潮能力，散热 好，抗突发短路能力强。生产厂为常州华迪特种变压器有限公司等。产 品质量稳定，没有发生过破坏性故障。损耗及噪音均低于国家标准，外 形美观。 8树脂浸渍长玻璃纤
14、维绝缘缠绕式干式电力变压器（雷神式）。 低压线圈用铜箔，高压线圈用H 级漆包铜线，上绕浸透树脂的长玻璃纤 维作为层间绝缘，再直接在低压线圈上绕制成高压线圈，在烘房中旋转 固化成型，绝缘体热膨胀系数接近铜，温度突变绝缘物不会开裂。一体 绕制的高压线圈结构很稳定，能耐受极强的短路电动力，线圈无需浇注 模具，可根据需要设置散热气道，使线圈散热良好。可生产大容量和较 大过负荷要求的产品。 严格控制生产环境条件和工艺要求，可使 10kV 产 品的局放值小于 5PC。采用优质的钢片和优化产品设计后，其负载损耗、 空载损耗和噪音均低于国家标准的要求. 9石英粉填料环氧树脂真空浇注正压加固薄绝缘干式电力变压
15、器。系引进德国先进技术，绕组层间有网状绝缘板，真空浇注后再维持 一段正压时间，可使注入树脂更紧密，局部放电值低于5PC。石英粉填 料环氧树脂导热系数好、机械强度高和热容量大，与铜导体的膨胀系数 匹配，浇注美观，不需要修饰漆，耐火性能好，符合德国N_WE0532 标 准，已在欧洲市场广泛采用。 10. 充石英粉环氧树脂浇注薄绝缘铝箔干式电力变压器。浇注 体膨胀系数与铝箔匹配，温度突变浇注体不会开裂。箔式绕组抗突发短 路能力强，浇注体耐火性好，散热好，外壳光洁美观，不修饰漆，体积 小，重量轻，噪音低。生产厂为上海富士电机变压器有限公司。产品原 材料由日本供应，产品大量返销日本，10kV 产品局部放
16、电值在5PC内， 产品达国际先进水平。 11. 高低压绕组均为箔绕（铜箔或铝箔） 的充石英粉环氧树脂浇 注的箔绝缘干式电力变压器。低压绕组为铝箔圆筒式结构，高压绕 变压器设计中的几个问题第 20 页 共 22 页 组为薄绕分段式结构，高低压绕组都使用真空树脂浇注工艺，在高真空 状态下浇注添加石英粉的环氧树脂，经固化形成密封整体。产品的绝缘 等级为 F 级，由于采用箔绕结构，抗雷电冲击能力强。产品的局部放电 量小于 5PC，产品阻燃、防潮、节能、低噪音、无污染，能深入负荷中 心使用。产品应用GE 公司的装有管理继电器的SR745 变压器，可变压 器作全方位的保护和检测，并具有RS232、RS485 和 RS422接口，能方 便地实现与计算机系统通讯. 12. 用美国杜邦公司NOMEX纸作主要绝缘材料的（H 级耐热 绝缘等级）“赛格迈” 包封型干式电力变压器，低压绕组采用箔式， 用上了胶的 NOMEX 纸作匝间、层间和端部绝缘，
