【文章內(nèi)容簡介】 繞的，因?yàn)檫@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(jì) 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(shí)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。它是沿徑向一根壓著一根地疊起來繞。各個(gè)螺旋不是像圓形繞組那樣彼此緊靠著，而是中間留有 一個(gè)空溝道。 螺旋形繞組并聯(lián)導(dǎo)線更多時(shí)，可把導(dǎo)線分成兩組，這樣就成了雙層螺旋了。在溫升和絕緣條件允許時(shí)，螺旋形繞組可以采用正常寬度的油道和小油道交錯(cuò)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(shí)稱單半螺旋；繞組為雙螺旋時(shí)稱雙半螺旋。這種半螺旋繞組的空間利用率比較高，在大、中型變壓器中都廣泛地應(yīng)用著。 1－ 裸導(dǎo)線 2－ 導(dǎo)線外包紙絕緣 3－ 換位導(dǎo)線紙包絕緣 圖 2－ 8 螺旋形繞組 （ 3）換位導(dǎo)線繞成的繞組 為了進(jìn)一步把采用不完全換位的螺旋式繞組的附加損耗降至最低的程度，使用了換位導(dǎo)線。所謂換位導(dǎo)線，就是將多股分散的并繞導(dǎo)線，在繞線圈之前，先按一定的規(guī)律， 360176。 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。如 圖 2－ 9 所示。 換位導(dǎo)線，大部分被采用在大容量變壓器的中、低壓繞組內(nèi)。應(yīng)用時(shí)，把它當(dāng)作一根導(dǎo)線來繞，例如被繞成圓筒形 繞組，繞制過程中不需要再進(jìn)行換位。 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(shí)，兩列扁線的中間必須襯墊一層 0． 12mm 的電纜紙。換位導(dǎo)線在繞制線圈過程中，導(dǎo)線中間不允許有接頭存在，因此，換位導(dǎo)線的長度必須大于整個(gè)線圈所需長度 3～ 5m。 換位導(dǎo)線繞成的線圈，其最小的內(nèi)徑受到一定的限制，線圈的最小內(nèi)徑應(yīng)符合下式 ?節(jié)距?? nDmin 式中： minD — 線圈的最小內(nèi)徑； n— 參加換位的導(dǎo)線根數(shù)。 這個(gè)公式的意義是非常明 了的，因?yàn)?? minD 是線圈繞一匝的圓周長度， ?n 節(jié)距為低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 10 參加換位的全部導(dǎo)線換一次位所需要的長度。即在一個(gè)線匝的長度內(nèi)，所有參加換位的導(dǎo)線至少要換位一次。這就限制了線圈的內(nèi)徑不能小于某一數(shù)值。 (a)外形 (b)縱剖面導(dǎo)線排列 圖 2－ 9 換位導(dǎo)線繞成的繞組 （ 4）連續(xù)式繞組 連續(xù)式繞組沒有焊接頭，只能用扁線繞制。導(dǎo)線的匝間排列是經(jīng)過特殊的繞制工藝?yán)@成的，從一個(gè)線餅到另一個(gè)線餅，其接頭是交替地在線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，但都用繞制線圈的導(dǎo)線自然連接，所以沒有任何焊接頭，這是連續(xù)式繞組的主要優(yōu)點(diǎn)。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 。 油箱是油浸式變壓器的外殼，器身就放置在灌滿了變壓器油的油箱內(nèi)。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。油箱都是用鋼板焊接成的，其結(jié)構(gòu)要求具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，除了應(yīng)滿足變壓器在運(yùn)行時(shí)的一些要求外，還應(yīng)滿足變壓器在檢修和運(yùn)輸時(shí)的一些要求 。 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 。 吊器身式油箱 圖 2－ 10 所示為中、小型變壓器的外形圖，這種變壓器油箱上部箱蓋 1可以打開，它是依靠箱沿四周許多螺栓與箱殼 2 緊固在一起的。箱殼 2 是用鋼板焊接成的，其頂部開口，焊縫要求制造工藝做到不滲漏油，器身就放在箱殼內(nèi)。由 于中、小型變壓器，其充油后的總重量，與大型變壓器相比不算太重，所以當(dāng)變壓器的器身需要進(jìn)行檢修低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 11 時(shí)，可以將整個(gè)變壓器帶油搬運(yùn)至有起重設(shè)備的場所，將箱蓋打開，吊出器身，就可以進(jìn)行詳細(xì)的檢查和必要的修理。 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(chǔ)油柜 8－ 箱蓋吊攀 9－ 油位計(jì) 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(tái)容量的不斷增大，它的體積迅速增大，重量也隨之增加。目前大型電力變壓器均采用銅導(dǎo)線，器身重量都在 200t 以上，而總重量均在 300t 以上，運(yùn)輸重量也達(dá) 200t 以上。這樣龐大和笨重的變壓器，對(duì)運(yùn)輸和起吊器身，都帶來很多困難和問題。因此，大型電力變壓器箱殼都做成吊箱殼式，當(dāng)器身要進(jìn)行檢修時(shí)，將吊出笨重的器身，改為吊出較輕的箱殼，如 圖 2－ 11 所示。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。由于此種箱殼的重量較器身輕得多，所以吊箱殼時(shí)不需要特別重型的起重設(shè)備，只要在變壓器安裝的現(xiàn)場，準(zhǔn)備一些輕型的起吊工具即可工作 。 圖 2— 11中： 1－ 鐘罩式箱殼 (上節(jié)油箱 )， 2－ 器身； 3－ 下節(jié)油箱 低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 12 圖 2－ 11 吊殼式油箱 變壓器冷卻系統(tǒng) 的形式 可分為油浸自冷式 、 油浸風(fēng)冷式 和 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻 三種，下面分別介紹下這三種 冷卻系統(tǒng) 的形式。 油浸自冷式 較小容量的變壓器采用這種結(jié)構(gòu)，它分為平滑式箱壁，散熱筋式箱壁，散熱管或散熱器式冷卻三種形式。 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(shí)，依靠風(fēng)扇的強(qiáng)烈吹風(fēng)，使管內(nèi)流動(dòng)的熱油迅速得到冷卻，冷卻效果比自然冷卻的效果好得多。 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻 這是變壓器最常用 的冷卻方式，它又分為強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻和強(qiáng)油循環(huán)水冷卻兩種方式，詳細(xì)介紹如下： （ 1）強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻的變壓器均裝有風(fēng)冷卻器，見 圖 2— 12，裝用冷卻器的數(shù)量是按變壓器總損耗選擇的。 風(fēng)冷卻器是用潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)使油與冷卻介質(zhì)空氣進(jìn)行熱交換的冷卻器，低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 13 它由冷卻器本體、潛油泵、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)筒、流速繼電器、冷卻器支架 (或拉桿 )、聯(lián)管、活門及塞子、分控箱等組成。 風(fēng)冷卻器本體為一組帶有螺旋肋片的金屬管，兩端各有一個(gè)集油室，金屬管的端部在集油室的多孔板上。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。潛油泵裝在本體的下方，導(dǎo)風(fēng)筒在本體的外側(cè)，風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)裝在風(fēng)筒內(nèi)，流速繼電器裝在潛油泵出油端的聯(lián)管上，如果油的流速低于規(guī)定速度，流速繼電器可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。每臺(tái)變壓器有一個(gè)總控制箱，每組冷卻器裝一個(gè)分控制箱，可以控制油泵和風(fēng)扇的自動(dòng)投入或切除 。 圖 2－ 12 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器 （ 2） 強(qiáng)油循環(huán)水冷 強(qiáng)油循環(huán)水冷卻的變壓器上均裝有 YS 型水冷卻器，按變壓器的總損耗選擇的。 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(dòng)閥門、普通閥門、壓力計(jì)、溫度計(jì)等組成。每臺(tái)變壓器的冷卻系統(tǒng)均有一總控制箱。 水冷卻器本體是由一個(gè)油室和兩個(gè)水室構(gòu)成。油室為一圓鋼筒，兩端為多孔端板，兩端板間裝有冷卻銅管，管內(nèi)通水。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(jì) 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(dòng)，且被橫隔板阻隔從而呈 “S” 形流動(dòng)。下水室內(nèi)設(shè)一隔板，水流由下水室進(jìn)水口流入，沿多管區(qū)上升到上水室，再從少管區(qū)向下流入下水室，經(jīng)出水口流出，呈 “n” 形流動(dòng)。因此，形成油水熱量交換的冷卻系統(tǒng)，從而使變壓器油充分冷卻。 壓差繼電器是水冷卻器的重要保護(hù)裝置，其高壓端接在油出口處，低壓端接在冷卻水進(jìn)口處，為防止水管損傷時(shí)水滲入到油通路中，油壓必須大于水壓 ，否則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 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。 其實(shí) 變壓器油的成份是很復(fù)雜的，主要是由環(huán)烷烴、烷烴和芳香烴構(gòu)成，它的相對(duì)介電常數(shù) ε 在 — 之間，純凈的變壓器油的耐電強(qiáng)度是很高的，可達(dá)4000kV/cm 以上，但是工程上用的凈化的變壓器油，只能達(dá)到 50～ 60kV／ 2． 5mm，這主 要是因?yàn)樵谥圃旌瓦\(yùn)行過程中不可避免地會(huì)有雜質(zhì)、水分、氣泡等混入，而且在運(yùn)行中受電場和熱的影響，油會(huì)分解出氣體和聚合物。在高電場中，這些分解出來的氣體，以及油中的水分和纖維等雜質(zhì)，在電場作用下，順著電場方向，排列成 “ 小橋 ” ，成為泄漏的通道，情況嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致 “ 小橋 ” 擊穿，使油的耐壓強(qiáng)度降低。因此，變壓器內(nèi)部絕緣的結(jié)構(gòu)，要考慮上述因素，采取必要措施，防止形成 “ 小橋 ” 。熱老化低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 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(shí)也會(huì)產(chǎn)生氧。運(yùn)行溫度較高時(shí)，變壓器油的氧化過程就進(jìn)行得比較快，使得粘度增高、顏色變 深、泊泥增多、 tgδ 值增大、擊穿電壓下降等。另外，還存在著電老化的問題，隨著加壓時(shí)間的延長，油間隙的擊穿電壓下降。油浸電力變壓器中，高場強(qiáng)處產(chǎn)生局部放電，促使油分子進(jìn)一步互相縮合成更高分子量的臘狀物質(zhì)，同時(shí)逸出低分子的氣體。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。 因此在運(yùn)行中需經(jīng)常對(duì)油進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，并及時(shí)進(jìn)行處理 (濾油等 )?，F(xiàn)在不少大型變壓器采用充氮保護(hù)或隔膜保護(hù)措施。隔膜保護(hù)是用一略小于儲(chǔ)油柜的耐油橡膠膠囊填充于儲(chǔ)油柜的油面上，膠囊與大氣相通， 因而隔絕了變壓器油與大氣的接觸。這樣就保證了油性能的穩(wěn)定。 變壓器的瓷套管，是將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱的外部，不但作為引線對(duì)地的絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用。因此，必須具有制造標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電氣強(qiáng)度和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。變壓器瓷套管中的導(dǎo)體是載流元件之一，在變壓器運(yùn)行中，長期通過負(fù)載電流；短路時(shí)通過短路電流，因此瓷套管必須具有良好的熱穩(wěn)定性。 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(gè)由多層的絕緣紙和鋁箔交錯(cuò)卷制而成的電容芯子。根據(jù)材質(zhì)及制造方法的不同，又分為膠紙電容式和油紙電容式兩種。 低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 16 第 3 章 電力變壓器性能參數(shù)的確定 在電力變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先必須明確任務(wù)書中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，包括變壓器的容量、相數(shù)、頻率、變壓器一次二次側(cè)的額定電壓、繞組接線方式和聯(lián)結(jié)組別、變壓器的冷卻方式、絕緣等級(jí)、負(fù)載特性 、裝置方式，以及三相油浸式電力變壓器的四項(xiàng)性能指標(biāo)：它們分別是短路阻抗、負(fù)載損耗、空載損耗和空載電流。 短路阻抗包括兩個(gè)分量，即有功分量和無功分量。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí) ,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。但變壓器短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)電流增長倍數(shù)與短路阻抗成反比，為了限制變壓器動(dòng)熱穩(wěn)定，短路阻抗大一些為好。短路阻抗的選定一般按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來選；如有特殊要求，必須在技術(shù)任務(wù)書上注明。 負(fù)載損耗 負(fù)載損耗包括基本損耗和附加損耗?；緭p耗指直流電阻損耗。降低電流密度，增加導(dǎo)線截面就可以降低直流電阻損耗。附加損耗主要時(shí)指渦流損耗和漏磁在鋼結(jié)構(gòu)件中引起的損耗。附加損耗通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用新工藝、新材料來降低。總之，大幅降低附加損耗必然回增加制造成本。 變壓器的空載損耗主要是指磁滯損耗和渦流損耗。這兩種損耗都與硅鋼片的材質(zhì)、磁密取值有關(guān)，同時(shí)與硅鋼片的加工也有很大的關(guān)系。目前大量采用高牌號(hào)優(yōu)質(zhì)硅鋼片，利用先進(jìn)的縱、橫剪線剪切，使硅鋼片的空載損耗大幅度降低。 低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 17 電流 變壓器在空載運(yùn)行時(shí)的電流就是空載電流?？蛰d電流包括勵(lì)磁電流和鐵損電流兩個(gè)分量，也稱為空載電流的無功分量和有功分量。其中無功分量時(shí)當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)在鐵心中產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流，而有功分量是空載運(yùn)行時(shí)在一次線圈和鐵心中產(chǎn)生有功損耗的電流。 無論從變壓器的安全運(yùn)行還是從變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度去考慮，都希望空載電流小些。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。 因此，要降低變壓器的負(fù)載電流就必須選擇合適的鐵心結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)募庸すに嚕瑫r(shí)對(duì)硅鋼片的性能也必須認(rèn)真考慮。 低壓油浸式變壓器設(shè)計(jì) 18 第 4 章 S9 2021KVA/10KV 油浸式變壓器電磁設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)書