【正文】 周亮名 導(dǎo)師姓名： 劉金澤 完成日期： 2 012 年 05 月 25 日 誠 信 聲 明 本人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他 教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，它將一種形態(tài)（電壓、電流、相數(shù)）的電 能轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電能。但總 體 來說 ， 現(xiàn)在 我國電力變壓器技術(shù) 還 處于國際 20 世紀(jì) 90年代初的水平，少量的處于世界 20 世紀(jì) 90年代末的水平，與國外 發(fā)達(dá) 國家相比，還存在一定的差距。 低壓油浸式變壓器設(shè)計 2 第 1 章 變壓器的原理 及分類 變壓器的工作原理 變壓器的 工作 原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理（如 圖 1— 1）：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓 218。1， 201。2大小也就不同。2 時，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流 205。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。 按照繞組的多少來分，可分為雙繞組變壓器和三繞組變壓器。 按照結(jié)構(gòu)形式來分類，則可分為鐵芯式變壓器和鐵殼式變壓器。 按照絕緣和冷卻條件來分，可分為油浸式變壓器和干式變壓器。例如，試驗用高壓變壓器，電爐用變壓器，電焊用變壓器和可控硅線路中用的變壓器，用于測量儀表的電壓互感器與電流互感器。鐵芯柱用無緯環(huán)氧玻璃粘帶綁扎，鐵軛通過空心螺桿用夾件夾緊。所有 的 “S7”“S8”“S9”型 變壓器 產(chǎn)品鐵芯均為 45176。將繞組分別套裝在兩個鐵芯柱上，這兩個鐵芯柱上的繞組可以接成串聯(lián)，也可以接成并聯(lián)。 圖 2－ 3中： 1－ 鐵芯柱 2－ 上鐵軛 3－ 下鐵軛 4－ 旁軛 5,6－ 高低繞組 圖 2－ 3 三相五鐵芯柱 鐵心的截面又有三種形狀：矩形截面、多級圓形截面、多級橢圓形截面。 繞組 繞組是 變壓器的 重要組成部分，它是變壓器變換和輸配電能的中心。 變壓器繞組的機(jī)械損壞主要有四種：正常運行是電動力引起的損壞；突然短路時主要由橫向力引起的損壞；突然短路時由縱向力引起的損壞；突然短路時由縱向和橫向電動力同時作用引起的損壞。所謂同心繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線套在鐵芯柱的外面。當(dāng)?shù)蛪豪@組放在里面靠近鐵芯柱時，因它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個變壓器的外形尺寸也 同時減小 了。因為繞成單層時，導(dǎo)線受到彈性變形的影 響，線圈容易松開，使端部線匝彼此靠得不夠緊；而繞成雙層后，松開的傾向就小得多了。在圓筒形繞組里是不能用很多根導(dǎo)線并聯(lián)起來繞的，因為這些導(dǎo)線要在同一層里一根靠著一根低壓油浸式變壓器設(shè)計 9 排列著繞，結(jié)果使線匝的螺距太大，這樣的線圈很不穩(wěn)定，且高度沒有很好地利用，所以在并聯(lián)導(dǎo)線很多時仍采用圓筒形繞組是不合適的，于是就出現(xiàn)了螺旋形繞組，如圖 2－ 8 所示。在溫升和絕緣條件允許時，螺旋形繞組可以采用正常寬度的油道和小油道交錯地繞線的結(jié)構(gòu)，小油道的寬度約為正常油道寬度的一半左右 (約為 1． 5～ 2mm)，所以稱為半螺旋，繞組為單螺旋時稱單半螺旋；繞組為雙螺旋時稱雙半螺旋。 連續(xù)地進(jìn)行換位，最后從外表看，被編織成為單根較粗的，包有絕緣紙的導(dǎo)線。 組成換位導(dǎo)線的扁線的股數(shù)必須為奇數(shù)，當(dāng)換位導(dǎo)線的高度 A≥12mm 時，兩列扁線的中間必須襯墊一層 0． 12mm 的電纜紙。即在一個線匝的長度內(nèi)，所有參加換位的導(dǎo)線至少要換位一次。如果導(dǎo)線截面較大，可用幾根導(dǎo)線并聯(lián)繞，一般不超過 4根，邊繞邊進(jìn)行換位 。 油箱按變壓器容量的大小分 ， 又可分成 吊器身式油箱 和 吊殼式油箱兩種 。 圖 2－ 10中： 1－ 箱蓋 2－ 箱殼 3－ 高，低壓出線絕緣套管 4－ 拆卸式散熱器 5－ 凈油器 6－ 安全氣道 7－ 儲油柜 8－ 箱蓋吊攀 9－ 油位計 10－ 吸濕器 11－ 吊攀 12－ 車架 圖 2－ 10 吊器身式油箱 吊殼式油箱 隨著變壓器單臺容量的不斷增大，它的體積迅速增大，重量也隨之增加。這種箱殼其下部有可 作螺栓緊固的箱沿法蘭，拆去箱沿四周的緊固螺栓，吊出外面鐘罩形狀的箱殼，即上節(jié)油箱，器身便全部暴露在空氣中了。 油浸風(fēng)冷式 在大、中型變壓器的拆卸式散熱 器的框內(nèi)，可裝上風(fēng)扇，當(dāng)散熱管內(nèi)油循環(huán)時，依靠風(fēng)扇的強(qiáng)烈吹風(fēng)，使管內(nèi)流動的熱油迅速得到冷卻，冷卻效果比自然冷卻的效果好得多。由于冷卻器是多回 路的；在集油室內(nèi)焊有隔板，用以形成多回路的油循環(huán)路徑。 強(qiáng)油循環(huán)水冷卻器是用潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)使油與冷卻介質(zhì)水進(jìn)行熱交換的冷卻器，它是由水冷卻器本體、潛油泵、凈油器、壓差繼電器、流速繼電器、電動閥門、普通閥門、壓力計、溫度計等組成。管外空間沿高度方向有數(shù)塊橫隔板，形成低壓油浸式變壓器設(shè)計 14 曲折通道，熱油流由進(jìn)油口流入油室，在冷卻 銅管外自上向下流動，且被橫隔板阻隔從而呈 “S” 形流動。 圖 2－ 13 強(qiáng)油循環(huán)水冷 變壓器油有兩種作用，一方面作為絕緣介質(zhì)；另一方面作為散熱的媒介，即通過變壓器油的循環(huán)，將繞組和鐵芯中散發(fā)出來的熱量，帶給箱壁或散熱器、冷卻器進(jìn)行冷卻。熱老化低壓油浸式變壓器設(shè)計 15 在所有變壓器油中都存在，油箱中既有原來殘留的氧，而纖維分解時也會產(chǎn)生氧。臘狀物質(zhì)積聚于高場強(qiáng)區(qū)附近的繞組絕緣上，堵塞油道、影響散熱、產(chǎn)生的氣體增多，放電更易發(fā)展。這樣就保證了油性能的穩(wěn)定。 變壓器瓷套管有各種各樣的外型，如 圖 2－ 14： 圖 2－ 14 變壓器瓷套管 電容式瓷套管具有較高的擊穿電壓，其高電位引線與接地的末屏之間，是一個由多層的絕緣紙和鋁箔交錯卷制而成的電容芯子。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)一定時 ,變壓器電壓調(diào)整率基本上與短路阻抗成正比，變壓器的負(fù)載損耗、成本也隨短路阻抗的增加而增加，所以從降低成本、減少損耗這一角度出發(fā)，短路阻抗小些為好。基本損耗指直流電阻損耗?？傊?，大幅降低附加損耗必然回增加制造成本。 低壓油浸式變壓器設(shè)計 17 電流 變壓器在空載運行時的電流就是空載電流。隨著鐵心結(jié)構(gòu)和制造工藝的改進(jìn)，以及硅鋼片的性能的改善，目前變壓器的空載電流已經(jīng)大大降低了。 ?? skd === ㎝ = 系數(shù) K取 查表選標(biāo)準(zhǔn)直徑 d = 8．漏磁間隙直徑的 平均值（初步值） 2 7 9 0 1210112 ????????? aaadd = 1a — 低壓線圈的徑向尺寸（初值） 431 ???a 01a — 鐵柱與低壓線圈間油道的寬度（ m）， 01a ＝ ； 12a — 高壓與低壓線圈間油道的寬度（ m） ， 12a ＝ ； 9．線圈 軸向尺寸（初步值） mdl ???? ??? 低壓油浸式變壓器設(shè)計 20 式中 ? — 主要尺寸的比值，在 ～ 之間選擇，容量大的選低值 10．鐵柱有效截面積（初步值） 2222 4 mcmdKA cc ?????? ?? cK — 圓面積的總的填充系數(shù)， 8 1 ?? Fekpc KKK 11．每匝電壓（初步值） 匝/ VAfBu ccB ?????? cB — 初步選用的鐵柱中的磁通密度（ T） ，油浸式變壓器對冷軋硅鋼片取 ～ 特斯拉； 12．低壓線圈匝數(shù) ??? BuUw ? 取進(jìn)位整數(shù) 取 13匝 13．每匝電壓（最后值） 13 ??? wUu B ?V/匝 14．鐵柱中的磁通密度（初步值） ????? CBc fAuBT 低壓線圈的計算 15．高壓和低壓線圈的平均電流密度 264124 / mASd uPKj akav ??? ??????? 16．低壓線圈線匝截面積的初步值 2611 00 86 mjIAavc ????? 17．低壓線圈的型式 低壓線圈采用紙包扁銅線繞成的雙層圓筒式線圈 18．沿線圈圓周撐條的數(shù)目為 8 低壓油浸式變壓器設(shè)計 21 19．低壓線圈的結(jié)構(gòu) （ 1）每層匝數(shù) ??? wW c （ 2）每線匝的軸向尺寸的約值 mw lh ce ????? （ 3）按照已求得的 1A 和 1eh 的約值，根據(jù)附錄 2 決定導(dǎo)線規(guī)格。 當(dāng)導(dǎo)線沿軸向有兩根并繞時，軸向尺寸尚須考慮換位一次所需的尺寸。 導(dǎo)線截面積 ??2A 610? ㎡ （ 2）整個線匝的截面積（最后值） ??? 222 AnA c 610? ㎡ 33．高壓線圈的電流密度（最后值） ??222 AIj c 266 / mA??? ? 34．高壓線圈的結(jié)構(gòu) （ 1）每層匝數(shù) %)71( )1(222 ???????? kbn lwec （ 2）層數(shù) 342222 ????cpc w wwn 取 7層 低壓油浸式變壓器設(shè)計 24 （ 3）在各層中的匝數(shù) （ 4）高壓線圈的軸向尺寸（凈高） ????? 2222 )1()1( ec nkdwl （ +1 ） （ 1+7 ％）＝= （ 5）把高壓線圈分為兩個同心線圈 C和 D 里面的 C；（ 3）層（占總層數(shù)的大約 1/3）； 外面的 D；（ 4）層（占總層數(shù)的大約 2/3）； （ 6）高壓線圈的絕緣高度（總高） ????? 0222 2lll +2= （ 7）高壓線圈繞在電木紙筒上，電木紙筒的厚度為 ?12? ～ （ 8）線圈 C 和 D 間軸向油道的寬度為 22a? = 撐條的寬度為 Kb = 數(shù)目為 8 （ 9）節(jié)分接頭在第 309， 325， 342匝處以原線打圈的方式引出 （ 10）層間電壓 ?? BcMC uwU 22 2= （ 11）層間絕緣。所求得的 C和 D的厚度均加以修正，以 米進(jìn)位。 空載電流的計算 根據(jù)硅鋼片的牌號，由表查得： 在鐵柱中 ?cq ㎏ 在鐵軛中 ?jq ㎏ 在空氣隙處 ?3q 73．激磁功率 ????????? ???? 2 jccc GGqQ (+ )= 低壓油浸式變壓器設(shè)計 31 ????????? ????? 2 jjjj GGqQ (+ )= ?? cAqQ 33 7 7410 = ???? 3 jcx ++= 74．空載電流的有功部分 AmUPI a 100 ????? ASPi a 00 ???? 75．空載電流的無功部分 AmU QKI xp 1100 ?????? ASQKi xp ????? 式中 10K 為激磁電流附加系數(shù)，對冷軋片 10K ＝ 。由表查出為 C?21 低壓油浸式變壓器設(shè)計 34 結(jié)束語 經(jīng)過 幾個月 的努力，從任務(wù)書的下達(dá)，到相關(guān)資料的查詢搜索，再經(jīng)過設(shè)計方案的確定，最后在說明書撰寫，我的畢業(yè)設(shè)計 —— S9 2021KVA/10KV 低壓 油浸式變壓器設(shè)計，即將接近尾聲！ 這 次畢業(yè)設(shè)計的課題其實是各大變壓器廠已經(jīng)生產(chǎn)設(shè)計出來的成品，但并不否定這次畢業(yè)設(shè)計的意義。所以必須首先明確硅鋼片的性能，然后依次在確定鐵 心柱直徑、截面積和鐵軛截面積，至于鐵心的全部尺寸，待完成繞組計算后才能確定。鐵心直徑 d選定后，就可求出在此直徑d 內(nèi)所構(gòu)成的圓的內(nèi)接對稱階梯形狀的鐵心柱截面積。上下夾件利用鐵芯兩頭的低磁鋼接板牢固地連接在低壓油浸式變壓器設(shè)計 35 一起，構(gòu)成鋼性較強(qiáng)的框架式鐵芯結(jié)構(gòu)。 我根據(jù)計算出來的線圈電流密度選擇出了線圈導(dǎo)線的規(guī)格。 高低壓線圈繞組的結(jié)構(gòu)形式分為 同心式和交疊式 。高壓繞組與低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道 (油道 )，并用絕緣紙板筒隔