变压器设计步骤.docx
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变压器设计步骤
变压器设计中的几个问题
1变压器设计计算步骤
2变压器主绝缘结构的确定
表7—2冲击试验电压（峰值），千伏
额定电压
3
6
10
15
20
35
66
110
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
3变压器主绝缘结构举例
10～35kV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
δ2
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
3—6
3
9
10
3
9
表2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
δ1
A1
A2
B1
b1
δ3
B2
b2
E
δ4
3-10
③
10
3.5
0
6.5
74④
10
0
58⑤
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+0.5⑨
65⑦
43⑧
2
35
20
20⑥
0
3-10
并式
16
3.5
6
6.5
35
②
0
35
15
17
2
35
27
4
14
9
65
②
2
55
25
27
3
注:
①A=27中，不包括静电屏2.5。
②尺寸为高压端绝缘-4。
③低压绕组为新螺旋式，高压为层式。
④4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。
⑤4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。
⑥中性点在外层。
⑦漆包线时为70。
⑧漆包线时为48。
⑨7瓦楞+3纸筒+7瓦楞+纸板+7瓦楞+1.5屏+0.5裕度
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
1801～2000
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
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、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些常用控件，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
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。
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。
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。
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5PC，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，并把绕组包封起来，高温固化；高压绕组为分段层式，也用上了胶的NOMEX纸作匝间、层间和端部绝缘，并把绕组包封起来，高温固化。
NOMEX纸有很好的耐热、化学、机械、电器特性，可长期使用在220℃的高温中，用H级绝缘的变压器，有一定的安全和过载裕度。
不仅能阻燃且抗污秽能力强，即使在250℃的高温下任有很高的电阻率，有很高的介电强度而介电常数却很小（1.6-2.5），接近空气。
这种变压器电场均匀，局部放电量小于5PC。
绕组经高温固化后成一整体，有一定的机械强度和韧性，不会开裂也降低了噪声。
通常噪音在50dB以下，这种变压器在制造、运行和报废回收时都不会对环境造成污染。
它还按欧洲HD464标准通过了F1（耐火能力）、C2（承受热冲击能力）、E2（适应环境能力）三项实验过负荷的场所.13.用杜邦公司NOMEX纸做主要绝缘，在美国称为OVDT的新型敞开式干式变压器，把绕制好的线圈（层式或饼式）放入一个密闭浸渍罐中，首先进行真空干燥处理，然后注入H级或C级的高性能绝缘胶，在抽真空，消除气泡，最后施加6个大气压的压力，使绝缘胶添满缝隙，并在线圈表面形成保护膜，这种变压器与以前在常温、常压下浸渍低性能绝缘漆的敞开式变压器安全不同，既保留了通风散热好的优点，又有一定的环境适应能力。
在制造、运行和报废回收时都不会对环境造成污染，也易于修复。
由于耐热等级高，散热性能力强，因而变压器体积小、重量轻，特别使用于地下输陪电及经常过负荷的场所。
杜邦Reliatran（TM）变压器主要优点
*高标准的安全性：
无可燃性树脂，没有有毒气体，不助燃
*单位KVA的体积和重量减小
*单位kVA的成本下降
*紧急过负载的能力增加
*可靠性得到进一步改善
*修理，维护方便
*噪音低
*对湿度，灰尘，污染不敏感
*运行无局部放电老化以及无开裂的可能
*设计灵活，可按客户的要求设计制成所需的任何规格
杜邦Reliatran（TM）变压器应用领域
*电力和配电变压器（35kV及以下）
*通用变压器（高楼,机场,医院,学校,等等）
*电脑及电子供电变压器
*不间断电力供电变压器
*自动控制变压器
*高强度放电照明变压器
*微波炉变压器
*焊接/冲电变压器
*箱式/移动变电站变压器
*地下矿井隔爆变压器
*核电站变压器
*船用/海底供电变压器
参考文献：
路长柏等电力变压器计算黑龙江科学技术出版社1990
电力变压器设计计算方法
（1）～（16）《变压器》1981.1～1982.4
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