工学毕业设计10kv干式变压器设计

1、摘 要IAbstractII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41.7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62.1.3铁心叠片系数72.1.4铁辄截面和形状的选择72.1.5 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92.2.4高压绕组匝数的计算102.2.5电压比

2、校核102.3绕组相关尺寸和铜重的计算112.4关于H级干式变压器的绝缘结构122.4.1 概述122.4.2关于NOMEX纸的技术性能122.4.3用NOMEX纸做原料的H级干式变压器142.5温升计算142.5.1开敞通风式干式变压器的温升计算原则152.5.2有关参数的补充说明18第3章10KV干式变压器的设计计算193技术参数193.2铁心直径及绕组匝数193.3绕组计算203.4铁心柱心距及线圈的径向尺寸203.5阻抗计算213.6铁心重量及损耗计算213.7空载电流计算223.8温升计算22第4章需要探讨的一些问题254.1H级干变和环氧浇注干变的比较254.2电流密度的选择264

3、.3关于温升284.4关于容量294.5关于联结法294.6低温的使用环境294.7噪声和发热问题的控制304.8合理利用干式变压器的过载能力来节省投资30参考文献32结束语33附录A低压引线图附录B高压引线图10KV干式变压器的设计摘 要：我国U前常用的干式配电变压器主要是F级绝缘的环氧树脂浇注型或缠绕 型的产品，最近，国内推出一种釆用NOMEX绝缘纸作绝缘的H级绝缘干式变压器。通 过F1级耐火能力、E2级环境适应能力和承受C2级热冲击能力试验，证明它具有良好 的电气性能、机械性能和较高的耐热等级，并且是一种安全性好的环保产品，能在多种恶 劣的环境下运行，值得推广使用。还介绍了用NOMEX纸

4、制造H级绝缘非包封绕组干式电 力变压器的技术性能特点、并就其制造成本与树脂浇注干式变压器进行了对比分析。关键词：H级干式变压器；特点；分析；The design of lOkv class H dry-type transformerAbstract: The dry-type transformer most in use in China is class F insulated enca psulated-winding type Recently , the class H Nomex-paper-insulated dry-type transformer appears on ch

5、ina market , whose outstanding elect romechanical performance , he at resistance , safety , environment protecting capability and compatibility are validated through class Fl fire-resistant test , class E2 environment compatibility test and class C2thermal impulse test As a result, it is worth sprea

6、ding The technical characteristic sof the class no-encapsulated-winding dry-type power transformer with NOMEX paper are introduced Its cost is compared with the cast-resin dry-type transformer.Key words: class H dry-type transformer； features； analysis；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

7、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lkw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。当今世界范圉内电力变压器以油浸式变压器（即绝缘介质使用矿

8、物油）为主，尤其在 电压等级超过66kV时，儿乎全部釆用这类产品。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圧器无法比拟的。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，釆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。干式变圧器，在GB6450标准中定义为“鉄心和线圈不浸在绝缘液体中的变压器”。山

9、 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圉内得到迅速发展，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 渍干式变圧器比较，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

10、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2 000MVA ,到1995年发 展到6 000 MVA , 2000年已达到17 000 MVA ,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 %o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

11、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

12、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。有一个或儿个绕组用固体绝缘包封起来的干式变圧器称为包封绕组的干式变圧器。 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换

13、。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。下表列出了各温度等级绝缘材料的最高允许温度：表11各温度等级绝缘材料的最高允许温度温度等级AEBFHC最高允许温度°C1051201301551802201.4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

14、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

15、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/ANo1.5温升限值及参考温度干式变圧器绕组的温升限值取决与绝缘的温度等级。负载损耗、阻抗电压、短路阻 抗的参考温度等于绕组的温升限值加上20°C。表1-2列出了在正常使用条件下运行的干 式变压器绕组绝缘的温度限值。从调研中得出，运行温度限值每超过额定值10°C,

16、变压 器使用寿命降低一半，不论运行环境温度的变化如何，铭牌容量的1. 5倍为该台变压器 的应急容量极限绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变圧器不能正常工作 的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。冷却风 机的自动控制、超温报警、跳闸系统、温度显示系统，必须灵敬、准确、可靠动作，才 能对于式变压器的运行状态、故障状况作出正确的判断，以便及时处理。表12各类绕组绝缘温度限值绝缘的温度等级AEBFHC绕组温升限值（K）607580100125150性能参考温度（°C）8095100120145170干式变压器的正常使用条件主要是指：（1）海拔不超过10

17、00m；（2）最高气温不超过40°C,最高日平均气温不超过30°C,最高年平均气温不超过20°Co当冷却空气的温度某一项超过上列限值但不超过10K时，超过部分以5K为一级，绕 组温升限值每级降低5K。当海拔超过1000m时，超过部分以500m为一级，自冷干式变压 器绕组温升限值每级降低2.5%,风冷干式变压器绕组温升限值每级降低5%。1.6绝缘水平用于一般配电网络或工业系统的干式变压器，其绝缘水平应符合下表1-3的规定。表绝缘水平电压等级（KV）工频耐受电压（有效值）（KV）雷电冲击电压（峰值）（KV）III壬13一310204062040601028607515

18、3875952050951253570145170表中雷电冲击耐受电压有系列I和系列II二种。可按干式变压器遭受雷电过电压和操作过电压的程度，中性点接地方式和过电压保护装置的型式来选择，通常山用户来提 出。当干式变压器安装地点的海拔高度超过1000m,但不超过3000m时，超过1000m的 部分以每500m为一级，干式变压器工频耐受电压每级增加6.25%。1.7干式变压器的过载能力干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况、变圧器的绝缘散热情况 和发热时间常数等有关。因此，从运行经济安全可幕方面，可以从以下两点考虑。(1) 减少备用容量或台数：在某些场所，对变压器的备用系数要求较高，使得

19、工 程选配的变压器容量大、台数多。而利用干式变压器的过载能力，在考虑其备用容量和 备用台数时可以减少。变压器处于过载运行时，一定要注意:监测其运行温度：若温度超 过允许温升限值即应釆取减载措施，减去一些次要负荷，以确保对主要负荷的安全供电。(2) 可适当减小变压器容量：充分考虑某些设备短时冲击过负荷的可能性，尽量 利用干式变圧器的较强过载能力而减小变压器容量；对某些不均匀负荷的场所，可充分 利用其过载能力，适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。1.8干式变压器的防护方式根据使用环境特征及防护要求，千式变圧器可选择不同的外壳。通常选用IP20防 护外壳，可防止直径大于12mm的固

20、体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路 停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23 防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60。角以内的水滴入。但IP231- 壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。1.9干式变压器的环保标准国家环保局在广泛调研、论证、征求意见的基础上，于2004年1月19日发布并开始 实施干式变圧器的环保标准HBC212004环保标志产品认证技术要求干式电力变 压器。该标准就成为变压器行业的第一部环保法典，激励和约束变压器产品朝着“节 能、低噪、少维护、高可靠、易于回收处理”的方向发展。该标准提出三

21、方面基本要求：(1) 变压器品质方面：必须满足GB/T10228和GB6450变压器质量标准。(2) 变压器制造企业环保方面：企业污染物排放满足相应国家和地方法规标准。(3) 该标准对变压器产品本身的环境指标做出严格规定，进一步从变圧器损耗、噪音、局 部放电、废置产品回收特性等四个方面提出了具体的达到环保标志产品要求。针对环保标志产品回收特性的要求，标准规定：产品应易于拆解，产品中金属材料 与非金属材料应易于分离。申请者应证明这种分离设施H前是广泛存在的，同时必须为 废弃的产品建立回收系统或必须与目前设立的回收系统相结合。第2章设计要点2.1铁心相关计算铁心柱直径是变压器的最基本的参数，因为铁

22、心的大小一旦确定，也就决定了绕组 的内径以及原、副绕组的匝数，从而影响到整个变压器的尺寸和各主要性能参数。它的 正确选定还涉及到变圧器材料消耗的铜铁比，是影响优化设讣的重要因素。2.1.1铁心直径的选择选择铁心直径的方法是较多的，如按照容量、短路阻抗、损耗值等，这些在有关书 籍(如电机设计)中均有介绍，但这些公式使用起来都比较复杂。我国LI前在设计时， 一般均在综合考虑上述因素之后，釆用下面的半经验公式来讣算铁心直径，B|J：D = Kd 皈(2-1)式中 D 铁心直径，mm：Kd铁心直径经验系数，它的取值可参见表2-1；Sz 变压器的每柱容量，KVAo上式表明，对绝缘等级相同，结构相似的变压

23、器，其铁心直径与每柱容量的1/4次方成比 例。这种关系也与一般电机设计的规律相同。表21铁心直径的经验系数K。值变压器类别三相双绕组三相三绕组单相双绕组单相三绕组自耦变压器铝绕组50-5448-5250-5448-5248-52铜绕组53-5751-5553-5751-5551-55从表中可知：Ko值与结构形式有关，在一般惜况下，就Ko值本身而言，具有铜线 大于铝线，双绕组大于三绕组等特点。根据我国以往的中小型变压器的统一设计，对双绕组铝线一般取Kd =52；对双绕组 铜线取Ko =55。但是随着技术的进步，心的取值也在不段变化。例如对铜线双绕组的 配电变压器有的厂家建议平均可取Ko =52.

24、5,这样可交好地节省硅钢片。所以表2-1中所 推荐的心值也并非一成不变的，在设计时还应根据产品的发展、材料的价格以及各厂 的具体条件来选择最优的心值。2.1.2铁心的空间填充系数山于一般变压器的铁心都是采用薄硅钢片迭成的圆内多级矩形截面。显然，当多 级矩形的级数愈多时，则它的截面愈接近圆面积。通常把多级矩形的儿何截面积与圆面 积之比成为铁心的空间填充系数，即：Ksf=（铁心的实际儿何面积/铁心外接圆面积）v 1（2-2）当铁心级数愈多时，则填充系数愈高，这就意味着空间利用效果较好，漏磁也较少。但 是，随着级数的增加，则铁心的冲剪、叠片等的工时都大为增加。所以铁心的级数要选 择恰当，总的原则是直

25、径愈大则级数愈多，一般为5-14级（1/4圆内级数）。铁心级数与 填充系数的关系见表2-2,从此表看出，当级数在9级以上时，填充系数增加不多。口前 釆用的铁心直径与级数范圉见表2-3。表22铁心级数与填充系数的关系级数13456789101112131415填充系数.637.787.851.866.908.923.934.942.948.953.955.958.961.967.969表23铁心级数与铁心直径的关系铁心直径D（mm）80-9095-120125-195200-225230-240245-265270-290400560580-680700-980980以上级数5678910111

26、2131415以上2.1.3铁心叠片系数111于硅钢片表面的平整度、绝缘涂层疗度等的影响，使得硅钢片实际通过磁力线的 净截面（有效截面）与其儿何截面（毛截面）并不相等，它们之间的关系，常引用叠片 系数陶的概念来表示，其定义为：K,=（通过磁力线的铁心净截耐铁心的儿何截面）v 1（2-3）在一般情况下，的值与硅钢片的平整度、绝缘层厚度以及铁心的绑扎程度、夹紧方 式等有关。以往采用热轧硅钢片时，卷的值很少有超过0.93的，在釆用冷轧硅钢片后, 它的值提高到0.93-0.95,目前由于硅钢片的质量不断提高，铁心加工、绑扎工艺的不断 改进，使得的值，已可取到0.96-0.975,棋至更高的值。2.1.

27、4铁觇截面和形状的选择铁辄的截面形状有外接圆多级矩形、矩形、正T形、正多级T形、倒T形、倒多级T 形以及多级椭圆形截面等，对于大、中容量以及大多数小容量变压器，为了使磁通分布 均匀以及化简工艺，铁轨和铁心一样，也都采用外接圆多级矩形，这时二者的截面积取 得一致。2.1.5其它铁心的绑扎，B级干式变压器通常用环氧玻璃粘带或者其它B级绑扎材料；H级干 式变压器通常用聚胺-酰亚胺玻璃纤维绑扎带或其它H级材料绑扎。铁辄的夹紧，通常是考夹件和用不导磁钢板制成的拉带通过螺栓来实现的。心柱绑扎结构的扎紧力一般不低于4.9-8.S N/c/n2。铁辘螺栓的夹紧力一般不低于 6.9-8.8 N/c/?r。为了铁

28、心散热通畅，铁心外的绝缘筒或绕组内径至铁心外接圆的距离通常不低于 15mmo为了固定绝缘筒或内部绕组，通常釆用四个撑板，分别布置在主级和小级叠片 组的外侧。2.2高低压绕组匝数的计算2.2.1初算每匝电压-e, = 4MfB,nA-(2-4)式中J算的每匝电压，W匝；B.n 初选的铁心磁密，T；A：铁心的有效截面积，cm2 ；f工频，Hz。从上式可以看出，当铁心截面一旦确定后，每匝电势的大小主要决定于所选择的 最大磁密8”。而在设计时的最大磁密值3，”的选择是一项比较复朵的问题，它涉及到铁 心材料的特性、材料的用量、运行损耗和发热、电势波形、噪声以及正常和故障运行方 式的要求等多方面的因素。下

29、表2-4和2-5给出了干式变压器磁通密度和电流密度的选择。表24干式变压器磁通密度的选择铁心材料绝缘耐热等级磁通密度(3，”)T冷轧硅钢片B1.40-1.55H1.50-1.65热轧硅钢片B1.20-1.35H1.30-1.45表25干式变压器电流密度的选择绕组材料绝缘耐热等级电流密度（A/肿）内绕组外绕组铜导线B1.4-2.12-3H2.4-3.62.8-4.3铝导线B1.0-1.51.6-2H1.5-2.11.8-2.3222低压绕组匝数的计算山于低压绕组没有分接，一般根据低压侧相电压及初算的每匝电压，可初算出低压绕组匝数“2,即”2 =仝 ,匝（2-5）©由上式计算出并取整后，

30、即得低压绕组匝数昭。第二步，曲于低压绕组匝数是从W2凑成J%的，所以每匝电压©有了变化，应再按下式重算一次，才能得出实际的每匝电压弓，即(2-6)性匝用上式重新计算耳值时，必须计算至小数点后三位有效数字。这主要为了使耳具有较精 确的值，以便下一步计算出的高圧绕组匝数能符合电压比较核时的要求。2.2.3磁通密度和磁通的计算当正式的每匝电压确定后，即可最终确定磁通和磁密。山下式可计算出磁密，即当工频/为50Hz时，有:(2-7)再由厂久A： , Wb(2-8)加=45®2.2.4高压绕组匝数的计算山于高圧绕组往往带有±5%或更多的分接头，所以要对各分接位置的匝数分别进

31、行 计算，其一般步骤为：（1）先计算出额定相电圧及各分接位置时的相电压;（2）按下式求出高压绕组最小分接位置时的匝数叱即VV；=空I凑成整数匝肥（2-9）e.式中 U 高压绕组最小分接位置时的相电压，V；© 按式（2-6）算出的每匝电压。（3）计算求得5%分接间相电压的差值U,；（4）按下式计算分接间匝数即W； =S T凑成整数匝（2-10）7 e.（5）讣算高圧绕组各分接位置时的匝数。对于一般只带±5%分接头的变压器,可直接按下式进行计算:最小分接位置时的匝数巴(2-11)额定分接位置时的匝数最大分接位置时的匝数 但是，应当指岀，上述高压各分接位置时的匝数，需要在电压比较

32、核后才可能最后确定。2.2.5电压比较核众所周知，根据变压器并联运行的要求，对并联运行的变压器之间的变比偏差要求 是极严格的。为此，在设汁时对计算出的高低压绕组匝数必须进行较严格的电压比较核。 国家标准中所规定的电压比的容许偏差如表2-6所示。但考虑到制造和试验的偏差，因 此在设计计算时的电压比容许偏差应比规定值小一半，以保留一定的裕度。表26GB 1094.1所规定的电压比容许偏差电压比的容许偏差适用范围取下列二值中较小者1）规定电压比的±0.5%2）实际阻抗百分数的±1/10*主分接按协议，但不低于上述1）、2）中的较小者英他分接注*由于自耦变压器及増压变压器的阻抗较小

33、因而会产生更小的偏差，故2）项不能适用通常，电压比较核可按下列程序进行：（1）额定分接时电压比较核，即1匸1；注 < ±0.25%式中 %额定相电压；%计算的相电压。而u=erwN式中比、,额定分接时的匝数。（2）最大及最小分接下的电压比较核：u _u1）最大分接：上<±0.25%U 亠-U；2） 最小分接: J R < ±0.25%式中%, U枷规定的最大，最小分接下的电压；枷，U彻一计算的最大，最小分接下的电压。当分接的数目较多时，每个分接下都需要进行校核。另外, 比较核时，应计算到小数点后的三位数字。2.3绕组相关尺寸和铜重的计算(2-12

34、)(2-13)(2-14)(2-15)在进行各分接下的电压（1）辐向尺寸的计算 B =初宀5式中® 沿辐向的导线并联根数:«2每段匝数；J制造裕度，取1.03-1.05： “带绝缘导线厚度。（2）轴向尺寸的计算H = bn式中b带绝缘导线宽度；n沿轴向导体的总根数。对于连续式（纠结式），n二总段数；对于单螺旋（一次标准换位、二次特殊换位）, n二匝数+4：对于双螺旋，n=2 （匝数+1）；对于四螺旋，一侧出线，n=4 （匝数+1）；对 于四螺旋，前后两侧出线，n=4 （匝数+l/2）o（3）铁心窗口高度计算Hc=H+ 2瓜式中H轴向尺寸；hx压板至铁辄间空隙。（4）绕组铜重

35、的计算G“=8.9SyxlO= L"式中绕组铜重；L绕组平均匝长；d绕组平均直径；q绕组导线截面；W绕组匝数。考虑到引出线及导线绝缘的重量，一般按上述讣算的结果还要增加5%-10%的重量。2.4关于H级干式变压器的绝缘结构2.4.1概述众所周知，H级干式变压器较之F级干式变压器，平均温升可以高出25%,所以设计 时电流密度可以取得较高，从而可以相应缩小变压器的尺寸。此外，它还适用于温升较 高的场所，随着NOMEX纸被应用于H级干式变压器以及绝缘工艺的进步，H级干式变压 器的技术经济性能得到了大大提升。下面首先就H级干式变压器的分类情况介绍如下：（1）环氧浇注式（180°C绝

36、缘系统）。（2）以NOMEX纸为原料的产品（220°C绝缘系统）。1）浸渍式。包括真空压力浸渍（VPI）开敞通风式（OVDT）；真空压力浸渍包封 式（VPE,又称VDT） o2）非浸渍式。（3）不用NOMEX纸的OVDT浸渍式H级干式变压器（180°C绝缘系统）。2.4.2关于NOMEX纸的技术性能NOMEX纸是美国杜邦公司的专利产品，它是一种芳香聚酰胺聚合物，发明于20世 纪60年代。由于NOMEX纸具有优越的化学、机械、电气和物理性能，目前已被广泛应 用于电气设备制造、宁航设备、劳动保护设备以及消防、环保等设备上。NOMEX的优 越性能主要表现在如下儿点。(1) 电气性

37、能。NOMEX纸无论在工频或冲击下均具有较高的抗电强度，例如它的工 频击穿场强为20-40kV / mm,明显高于环氧树脂。从表3-1中儿种绝缘材料的相对介电 常数0值的比较来看，NOMEX纸的£值较低，更接近于空气。因而，当干式变压器釆 用NOMEX纸作为绝缘介质时，将使绝缘体与周围空气介质间的电场分布更为均匀，从 而可以紧缩其绝缘尺寸，也避免了电场的过分集中，并相应使整个绝缘结构体系更加合 理，降低了局部放电量，提高了运行可鼎性。此外，NOMEX纸的沿面放电起始电压与 局部放电起始电压均较高，当用于干式变压器时，可使绕组与铁辘间的距离缩小，从而 降低铁心柱的高度并减小铁心的质量。

38、表31几种绝缘材料的相对介电常数e值绝缘材料空气NOMEX纸变压器油油浸纸版环氧树脂玻璃纤维普通纸纤维聚脂类树脂、漆聚脂薄膜硅油相对介电常数£11.5-2.52.23.8443.2465-64.53.1-3.232.7(2) 耐热性能。耐热温度高是NOMEX纸固有的特点，也是它最为突出的优点之一。NOMEX纸属于C级绝缘材料，在220°C的温度下，可以保持长期稳定运行，国际上公认 它属于220°C的绝缘系统。即使温度达到250°C, NOMEX纸也不会熔融、流动和助燃， 其电气性能仍可达到额定值的95%,其至当温度达到350°C时，NOMEX纸

39、仍可短期运行。 另外，NOMEX纸板还可承受较大的温度梯度，过载能力较强，除了适合制造H级干式 变圧器外，它还适用于制造散热条件较差的SF6气体绝缘变压器以及对过载能力要求较 高的电气机车牵引变圧器等。NOMEX纸与其他干式变圧器绝缘材料的耐热能力比较见 表 3-2。表32几种用于干式变压器的绝缘材料的耐热温度绝缘材料NOMEX纸环氧树脂硅树脂云母无机复合纸玻璃增强聚脂聚脂类树脂耐热温度rc220130-200180-220220-240130-200130-200105-155(3) 机械性能。NOMEX纸具有很高的抗张强度与抗撕裂强度，以及很高的抗磨擦和 抗割穿性能，所以它既可以防止制造过

40、程中出现问题，乂可以保证长期运行过程中具有 足够的机械强度。此外，NOMEX纸还具有很高的抗压强度，在压力作用下的变形小、 挠性好，从而保证了在短路和其他机械应力作用下，整个线圈结构的稳定和牢固。（4）防潮性能。NOMEX纸不吸水，具有很好的防潮性能，即使在相对湿度为95%的 状态下，仍可保持90%的完全干燥时的介质强度。因此，用NOMEX纸制造的干式变压 器在潮湿的环境中仍能安全地工作。（5）阻燃性能。NOMEX纸的限氧指数高，在220°C时，其限氧指数LOI>20. 8%,因 此，其阻燃性能要优越于环氧树脂与PET薄膜。2.4.3用NOMEX纸做原料的H级干式变压器（1）真

41、空压力浸渍式（VPI）VPI H级干式变压器是在原有的浸渍式干式变压器的基础上发展起来的，山于采用 了全新的真空圧力浸渍工艺，大大增加了产品的防潮性能与耐电强度。这种变压器一般 做成开敞通风式（OVDT）结构，通风散热情况较好。山于釆用C级（220X2绝缘系统）的 NOMEX纸来制造H级（180X2绝缘系统）的干式变压器，使得这种变压器具有约20%的过 载热裕度，因而过载能力很强。再加上NOMEX纸在防火、防潮、环保、安全方面所具 有的诸多优点，大大提高了其技术性能。目前，OVDT式VPI H级干式变压器在世界上 已得到了广泛应用。OVDT式VPI H级干式变压器有如下主要特点。1）高压线圈可

42、以是饼式、层式等多种结构。2）线圈为开敞通风式，散热情况良好，热点温升与平均温升间的差值小，有助于长 期过载能力的提高与耐受热冲击负荷。3）依靠良好的真空压力浸渍工艺，可保证其优质的防潮性能以及较低的局放值。4）为降低突发短路时的冲击短路电流，线圈参数可设计为低X / R结构。（2）真空圧力浸渍包封式（VPE或VDT） 为了提高VPI变压器的环保与防潮性能，在真空压力浸渍后，再用涂有硅树脂漆（或聚脂 漆）的NOMEX纸加以包封，就形成了VPEH级干式变压器。VPEH级干式变压器基本结 构与VPI OVDT式基本相同，绝缘材料也都是220°C的绝缘系统，不同的是前者防潮性能 极好，且最

43、高可容许到250°C温度下运行。2.5温升计算无论是油浸式变压器还是干式变压器，它们在运行的过程中，山于有铁耗和铜耗的 存在，这些损耗都将转化成热能而向外发散，从而引起变压器不段发热和温度升高。具体而言，铁耗和铜耗所产生的热量将首先使铁心和绕组的温度逐步升高。最初， 温度上升很快，但随着铁心和绕组温度的饿高，它们对周围的冷却介质（如油或者空气）就有一定的温度差（乂叫温差或温升），这时绕组及铁心就将一部分热量传到周围的介 质中去，从而使周围的介质温度升高，此时，山于绕组及铁心有一部分热传给周围介质， 故本身温度上升将逐渐缓慢。经过一段时间后，绕组及铁心温度最终达到稳定状态，而 再不升高

44、，这时绕组和铁心继续产生的热量将全部散到周RI介质中去。这就叫做热平衡 状态。上述过程是受“传热学”的规律所决定的。总的来说，干式变压器的温升讣算其理论基础与处理方法与油浸式是基本相同的。 只不过走味对流散热的介质不是油，而是空气。另外一个特点就是干式变压器没有油箱, 并且由于干变的类型很多，结构各异。所以干变的温升计算更为繁杂。许多计算方法是 属于专利技术，不可能公开发表。因此，这里的计算方法只是一些通用的经验或者法则, 也是属于一些基础性的介绍。2.5.1开敞通风式干式变压器的温升计算原则开敞通风式干变（OVDT）的结构和象一个没有油箱的油浸式变压器的器身。但冷 却介质为空气，主要依靠辐射

45、和对流来散热。其温升计算的原则为：（1）不考虑发热体之间的热交换时的温升计算 铁心及内、外绕组的温升计算式。铁心以及内、外绕组三者都有损耗，因而可认为是三个独立的发热体，当不考虑它 们之间的相互热交换时，起温升计算式为：(2-16)r()= (0.34 036府 升=(0.340.36)§匸 耳=（0.340.36府式中r0, 6，r,铁心以及内、外绕组的温升，K：S），如，彳2铁心以及内、外绕组的单位热负荷，W/m2 铁心以及内、外绕组的单位表面热负荷的讣算。（当内、外绕组均为圆筒式绕组W/m2(2-17)W/m2式中仇，片,P2铁心及内、外绕组的损耗，W：S, S2铁心及外绕组露

46、在外面的散热面，加2：工S。,工S|, S52铁心及内、外绕组被遮蔽的散热面，加2；%, J, ka2铁心及内、外绕组被遮散热面的散热系数。 系数忍°，%, ©2的计算方法。(2-18)ka2 =0.561.60.25式中5，5，a2铁心及内、外绕组的平均气道宽，mm：H。,比,H2铁心及内、外绕组气道高，mm ° 系数伽，a, ©的计算方法。a. 当两发热体间无绝缘筒时，取二者间隙的一半作为每个发热体的气道宽。b. 当两发热体见有绝缘筒时，取发热体至绝缘筒间的间隙作为该发热体的气道宽。c. 为确定铁心与内绕组的间隙，可按下式确定铁心的等效直径d = 1

47、2 康（2-19）式中4铁心柱的有效截面，c/zr oVd. 每个发热体的平均气道宽，应是该发热体所有气道宽的算术平均值。气道高H。,比,比的计算方法。a. 铁心气道高取铁心窗高与内绕组电抗高的算术平均值，mm。b. 内、外绕组的气道高分别取内、外绕组的电抗高度，mm。（2）考虑发热体之间的热交换的温升计算当铁心、内、外绕组这三个独立的发热体之间的温升不相等时，应采用下列方法计 算其相互热交换关系，并最终确定其温升。 确定两发热体之间的温差。汕=6_斤(2-20)可2=珀一®式中下标0、1、2分别表示铁心、内绕组、外绕组。 根据上述温差值，求与之相应的热负荷。(2-21)叽=3.59

48、碍也=3.59北乡佈_2= 3.594 叱?如=359M；亍 用于相互交换的热负荷(当内、外绕组均为圆筒式绕组时)如=0534-2 =°5阿-2S/或5；|)fsj(2-22)d =05也-1S；i(或弗)S? + 工 S?式中S"铁心与内绕组气道内，铁心等效直径的表面积,m2：S；。铁心与内绕组内，内绕组的表面积，宀耳内、外绕组气道内，外绕组的表面积，加2。注：在计算时，可在S“与S；。以及S；|与S；2之间，分别取一个温度较高的值进行计算。 用于相互交换的温差。 q=(0.340.36)M 巻从“ =(0.34 0.36)"啓匚2 = (0.34 0.36)&

49、quot;；兽(2-23)厂“ =(0.34 0.36)左： 铁心及内、外绕组的最终温升。r0 = r0±Ar0_1珀=6 ± Tj-o ± t_2(2-24)注：当升>5时，取+心,-Ar；_0r( < r(> 时，取-A r0_, +Ar；_0r,>r2 时，取-珀_2，+Ar2_)珀$时，取 + Ar,_2, -Ar22.5.2有关参数的补充说明最后，再说明一下当应用上述公式来进行温升计算时，铁心及内外绕组的儿何散热 面积的确定原则如下： 铁心。S。包括上铁辘的上部水平表面面积，上下铁辘的侧面积和端面面积。工S。包括铁心气道的表面积以

50、及铁心柱的外表面积。 内外绕组（圆筒式绕组）。S,外绕组外部的全部表面积。工S；, SS2包括绕组垂直气道内的全部表面积，但要除掉被撑条，撑板等所覆 盖的面积。第3章10KV干式变压器的设计计算3.1技术参数型号SG-1000/10额定容量1000KVA一次电压10±2.5%KV二次电圧0.4KV联结组Y, ynO阻抗6%负载损耗(145°C)11400W空载损耗1760W空载电流1.1%冷却方式AN外壳种类封闭式绝缘等级H导线材料电工铜3.2铁心直径及绕组匝数铁心直径：(心=56) 三相角重148.5D = Ky (Sz)°25 =56x(1000 /3)。25

51、 = 239.3nun 取 240mm 釆用Z11-0.35冷轧硅钢片，叠片系数0.95,铁心净面积400.2 cm2, kg,撑条数8,最大片宽230,最小片宽65,叠厚231。铁心磁密先取1.58T,则 初算每匝电压:j = 4.44/8% 10_ = 4.44 x 50x1.58 x 400 miO"4 =14.037 v低压匝数:400/ 屯= 16.5取16匝实际每匝电压：“曲 “4.434 V实际铁心磁密：Bm = 14.434 x 104 /(222 x 400.2) = 1.625 T下表3-1列出了各分接下的电压、电流及匝数。表31各分接下的电压、电流及匝数分接髙压

52、电压(V)高压电流(A)高压匝数低压电压(V)低压电流(A)低压匝数110500/606255.0420400/231144316210000/577457.740039500/548560.83803.3绕组计算绕组讣算数据见表3-2表32绕组计算数据绕组计算咼压低压电压(V)1050()1000095006O6T377T548540023?电流50.057.760.81443匝数42040038016撑条数及宽度8x108x10型式连续式双螺旋式线匝排列20x212x8导线规格238.52.5x9.03.5x11.23.6KX1L7导线截面(mm2 )16.642x34.43x6电流密度(

53、A/mm2 )3.473.46辐向尺寸(mm)2622.5轴向尺寸(mm)540540铁心窗高(mm)540+2x35=6103.4铁心柱心距及线圈的径向尺寸 单位：m铁心半径D/20.12兔的平均尺寸0.1656装配间隙C0.005高压线圈内半径0.1735低压纸厚度0.0035高压线圈辐向尺寸0.026低圧线圈内半径0.135高压线圈平均半径0.1865低压线圈辐向尺寸0.0225高压线圈外直径0.399低压线圈平均半径0.014625相间距离0.017+0.004低压线圈外半径0.1575心柱间中心距0.40高低压线间距离0.0163.5阻抗计算（1）辐向漏磁场对应的电抗电压：42 -

54、0.4 x 57.7 x 4002 x 50 x 0.989 x 53.885 x 1O"10”（“门uyx = 4.113%x,5774 x192.43（2）径向漏磁场对应的电抗电压：4托2 04龙x57.7x4002xll.62 x 0.4353 x 0.166 x 0.542,= 1.118%5774 x12x0.645低压绕组为双螺旋，线圈两端相对于高压线圈个短缺一螺旋的安匝高度，形成另外两个漏磁场而产生相应的电抗电圧。=2x4/r?04;rx50x577x4002xl62x0435x0165xl9212x0.0645 x5774xlO"2 =0.563%(3) 总电抗电压:it x = 4.113% + !. 118%