【導(dǎo)讀】設(shè)計一臺高壓油浸式變壓器。包括鐵心方案設(shè)計和繞組方案設(shè)計以及電磁計算。小和國標(biāo)選擇鐵心；由電壓大小和工藝方法選擇繞組方案；并進(jìn)行電磁計算。還必須進(jìn)行溫升計。算、選擇散熱形式。第二周至第四周：查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報告；第五周至第六周：畢業(yè)實習(xí)；第七周至第八周：總體方案的確定；

　　

【正文】 的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。 其他附件 變壓器除上述結(jié)構(gòu)外，還有以下重要的附件 ： 吸濕器 吸濕器是一個圓形的容器，如左圖所示，它是目前使用得較多的一種懸掛式吸濕器。上端通過聯(lián)管接到油枕，下端有孔與大氣相通。在變壓器運行中，絕緣油的溫度變化時，油枕要發(fā)生吸氣和排氣作用，空氣就是通過吸濕器而進(jìn)出油枕的。 吸濕器下端的空氣進(jìn)口處設(shè)有油封裝置。在容器內(nèi)部裝滿硅膠或氯 化 鈣等吸潮劑，用以除去吸入空氣中的塵埃和水分，所以吸濕器又叫做空氣濾過器。 通常把吸濕器安裝離地面 度，以便于檢查和維護。 凈油器 凈油器是用來改善運行中的絕緣油特性，防止油過快老化的裝置，也稱為溫差循環(huán)濾過器。 其主要部分是用鋼板焊成的圓筒形凈油罐，通過上、下油閥門和連接 法 蘭裝到變壓器的油箱上。罐內(nèi)充滿硅膠之類的吸附劑。在運行中，由于上、下油層之間的溫差，使得絕緣油從上向下經(jīng)過凈油器形成對流，絕緣油與吸附劑接觸之后，其中的水分、渣滓、酸和氧化物等被吸附劑吸收，從而使油質(zhì)保持清潔，延長絕緣油的使用年限。 凈油器的底部還設(shè)有放油塞，上部有放氣塞。為了便于 更換吸 附 劑，容器的上、下蓋板都做成可拆式的，同時在油管道的上端和下端都裝有平板式油閥門，只需關(guān)閉閥門，隔絕凈油器與油箱的油路，就可以放出凈油器中的存油，拆開上、下蓋板，更換吸附劑。 防爆管 防爆管作為油箱內(nèi)部過壓力的保護，又叫做安全氣道。其結(jié)構(gòu)見左圖。 防爆管的主體通常是用 厚的鋼板焊 成 的鋼質(zhì)圓筒，斜裝在油箱蓋上。圓筒的頂端有一個肢木或玻璃膜片。當(dāng)變壓器內(nèi)發(fā)生故障時，油箱里面的壓力升高，絕緣油和氣體沖破膜片向外噴出，防止了油箱破壞和絕緣油燃燒。 由于膜片在制造和密封上有困難，所以防爆管總是稍高于油枕。變壓器在運行時，當(dāng)周圍的氣溫發(fā)生變化，有可能在油箱內(nèi)產(chǎn)生剩余氣體 ， 使膜片破裂，甚至影響到瓦斯湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 13 繼電器動作，因此用連管把防爆管與油枕連通，這樣進(jìn)入防爆管內(nèi)的空氣便可以經(jīng)過油枕而與大氣相通。 變壓器的瓷套管 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)定的電氣強度和足夠的機械強度。變壓器瓷套管中的導(dǎo)體是載流元件之一，在變壓器運行中，長期通過負(fù)載電流 ；短路時通過短路電流，因此瓷套管必須具有良好的熱穩(wěn)定性。 電容式瓷套管 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。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。 40KV 及其以下瓷套管 該套管以瓷質(zhì)或主要以瓷質(zhì)作為對地絕緣的套管。由瓷套、導(dǎo)電桿和有關(guān)零部件所構(gòu)成，是變壓器套管中比較簡單的一種結(jié)構(gòu)形式?？煞譃椋? 復(fù)合瓷絕緣套管 簡稱復(fù)合 式套管，即 BF 型。它的結(jié)構(gòu)如左圖所示。套管由上瓷套 6 和下瓷套 9 兩個部分組成，中間夾住箱蓋的鋼板。上瓷套作為徑向絕緣和空氣側(cè)軸向絕緣，下瓷套作為油側(cè)軸向絕緣。導(dǎo)電桿穿過瓷套的中心，并利用導(dǎo)電桿下端的定位件和上端的螺母，將上下瓷套，串壓在變壓器的箱蓋上。紙墊圈 8 和 11 起著緩沖作用，避免在安裝壓緊時下瓷套受力過于集中而損壞。在紙墊圈的一側(cè)開有一個小的缺口，使變壓器油能滲入瓷套內(nèi)腔，提高瓷套的散熱效果。 套管上部的接線形式有以下兩種： (1)電流在 600A 及以下時，采用桿式接線，如圖左； (2)電流在 800～ 3000A 時為板式接線，如圖中和右； 套管下部的接線頭形式有以下三種： (1)電流在 600A 以下為桿式； (2)電流在 8001200A 時為桿式，用兩片軟銅皮導(dǎo)電； (3)電流在 20203000A 時為板式接線。 單體瓷絕緣式套管 如左圖所示，這種套管僅有一個瓷套，中部有固定臺，可卡裝在箱蓋上，用卡裝法蘭和壓釘來固定，瓷傘的個數(shù)根據(jù)電壓而定。導(dǎo)桿式如左圖中前三圖所示，下部有一個固定槽，可卡入電 線接頭的凸臺和導(dǎo)電桿下端的定位件，使電纜接頭和導(dǎo)電桿連接時不8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計 ） 14 會轉(zhuǎn)動。除 600A 以下和穿纜式外，在瓷套管頭部都設(shè)有放氣孔使套管內(nèi)腔充滿變壓器油，可增加散熱效果和提高絕緣性能，這時儲油柜的油面應(yīng)高于套管。 有附加絕緣的瓷套 它是單體瓷套管上增加絕緣而成，所以也稱有附加絕緣的單體瓷套管，分導(dǎo)桿式和穿纜式兩個系列，由于單體瓷套管的徑向電場不均勻，瓷的介電常數(shù)大，而空氣或變壓器油的介電常數(shù)小，使電位主要分布在空中或油中，而絕緣性能好的瓷質(zhì)上電位則較低。為了改善電位分布，在導(dǎo)桿的外 表套以絕緣管，或包以 3～ 4mm 厚的電纜紙作為附加絕緣，可提高放電電壓。 當(dāng)瓷套管的額定電流較大時，在安裝孔附近必須采取增大磁阻的措施，以隔絕磁力線。這是因為電流較大時，箱蓋安裝孔四周的漏磁通很大，將會產(chǎn)生較強的渦流。鋼板越厚，渦流越強，使該處局部發(fā)熱并增加損耗。目前大多采用 1Cr9Nil8Ti耐酸性不銹鋼作為非導(dǎo)磁材料來隔絕磁力線。 [1][2] 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 15 第 3 章 變壓器的原理 變壓器是一種靜止電機，它可以將一種電壓的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓的電能 。 變壓器的 原理 圖 一個鐵心 :提供磁通的閉合路徑 。 兩個繞組 :1 次側(cè)繞組 (原邊 )N1,2 次側(cè)繞組 (副邊 )N2。 [6] 變壓器的 工作原理 變壓器的基本原理是電磁感應(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（如上圖）：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓 218。1 時，流過電流 205。1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通216。1，這些磁通 稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢 201。1， 201。2，感應(yīng)電勢公式為： E= 式中： E感應(yīng)電勢有效值 f頻率 N匝數(shù) 216。m主磁通最大值 當(dāng) 1 次繞組接交流電壓后，電流 i0,該電流在鐵心中產(chǎn)生一個交變的主磁通 Φ。 Ф 在兩個繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢 e1 和 e2 e1=－ N1 2=－ N2dФ/dt 如果略去繞組電阻和漏抗壓降，則 u1/u2≈(e1)/(e2)=N1/N2 u1/u2≈(e1)/(e2)=N1/N2=k, k 定義為變壓器的變比 8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計 ） 16 由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢 E1 和 E2 大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓 218。1 和 218。2 大小也就不同。 當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（ 205。0），這個電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流 205。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。0，一部分為用來平衡 205。2，所以這部分電流隨著 205。2 變 化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。 上述的平衡作用實質(zhì)上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞 .[6] 變壓器運行分析 變壓器的空載運行 空載運行物理分析 1 次側(cè)接額定電壓 u1N， 2 次側(cè)開路的運行狀態(tài)稱為空載運行（ i2=0）。 空載時 1 次側(cè)繞組中的電流 i0 為空載電流，磁勢 F0=I0N1 叫勵磁磁勢。 F0 產(chǎn)生的磁通分為兩部分，大部分以鐵心為磁路（主磁路），同時與 1 次繞組 N1和 2 次繞組 N2匝鏈，并在兩個繞組中產(chǎn)生電勢 e1 和 e2， 是傳遞能量的主要媒介，屬于工作磁通，稱為主磁通 Φ。 另一部分磁通僅與 1 次繞組匝鏈，通過油 /空氣形成閉路，屬于非工作磁通，稱為 1次側(cè)的漏磁通 Ф1ζ。 鐵心由高導(dǎo)磁硅鋼片制成，導(dǎo)磁系數(shù) μ 為空氣的導(dǎo)磁系數(shù)的 2020 倍以上，所以大部分磁通都在鐵心中流動，主磁通約占總磁通的 99％ 以上，而漏磁通占總磁通的 1％ 以下。 電量方向規(guī)定：電壓 u1 與電流 i0 同方向，磁通 Ф 正方向與電流 i0 正方向符合右手螺旋定則。電勢 e 與 i0 電流的正方向相同。 由于磁通在交變，根據(jù)電磁感應(yīng)定律： e1=N1dΦ/dt e2=N2dΦ/dt e1ζ=N1dФ1ζ/dt 電勢公式及電勢平衡方程式推導(dǎo) 空載時，主磁通 Ф 在 1 次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢 E1,在 2 次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢 E2,1 次側(cè)的漏磁通 Φ1ζ在 1 次側(cè)漏抗電勢 E1ζ。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 17 假設(shè)磁通為正弦波 Ф=Фmsinωt則 e1=N1dΦ/dt=N1dФmsinωt/dt =N1Фmωcosωt=N1Фmωsin(ωt90176。) =E1msin(ωt－ 90176。) E1m=N1Фmω（最大值） E1=E1m/sqrt(2) =2πfN1Фm/= 這就是電機學(xué)最重要的 公式。說明感應(yīng)電勢 E1 與磁通 Φm/頻率 f/繞組匝數(shù) N成正比。 同樣可以推出 e2 和 e1ζ的公式： e2=E2msin(ωt E2m=N2Φmω E2= e1ζ=N1dΦ1ζ/dt =N1Φ1ζmωsin(ωt90176。) E1ζm=N1Φ1ζmω E1ζ= 由于漏磁路的磁導(dǎo)率 μo 為常數(shù)， Φ1ζm =L1ζII0，故 E1ζ==X1ζI0，即 E1ζ可用漏抗壓降的形式表示。 以上推導(dǎo)涉及到的電磁量均為正弦變化，可以用相量來表示。用相量表示時應(yīng)同時考慮有效值和相位。感應(yīng)電勢 E 在相位上滯后于磁通 Φ90O。 E1ζ=jX1ζI0 考慮到 1 次側(cè)繞組的電阻壓降后，其電勢平衡方程為 U1=E1E1ζ+R1I0=E1+jX1ζI0+R1I0=E1+I0Z1 1 次側(cè)無電流，故： E2=U2 對于 1 次側(cè)來說，電阻壓降和漏抗壓降都很小。所以 U1≈E1=，可見變壓器的磁通主要由電源電壓 U1/頻率 f/和 1 次側(cè)繞組的匝數(shù) N1 決定。在設(shè)計時，若電壓U1 和頻率 f給定，則變壓器磁通由匝數(shù) N1 決定。對于制成運行的變壓器，其磁通 Φ可以由電壓 U1 和頻率 f控制。 變壓器的變比 k 和電壓比 K 變比 k:指變壓器 1/2 次繞組的電勢之比 k=E1/E2=()/()=N1/N2 變比 k 等于匝數(shù)比。 1 次繞組的匝數(shù)必須符合一定條件： 8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計 ） 18 U1≈≈ N1≈U1/ Bm 的取值與變壓器性能有密切相關(guān)。 Bm≈熱軋硅鋼片 ∽ ；冷軋硅鋼片 ∽ 電壓比 K:指三相變壓器的線電壓之比 在做三相變壓器聯(lián)結(jié)繞組試驗時用到電壓比 K 進(jìn)行計算。 K=(UAB/uab+UBC/ubc+UCA/uca)/3 空載運行時的等效電路和相量圖 勵磁電流 /鐵耗電阻 /勵磁阻抗 空載運行時，電流 i0 分為兩部分，一部分 i0w純粹用來產(chǎn)生磁通，稱為磁化電流 ， 與電勢 E1 之間的 相位差是 90176。 ，是一個純粹的無功電流。另一部分 i0y 用來供給損耗，是一個有功電流。 Im=I0w+I0r E1=ImRm+jImXm=ImZm Im 是勵磁過程必須的電流 (包括磁化電流 /有功電流 )，稱為勵磁電流。 Xm 對應(yīng)于主磁通 Φ的電抗，為勵磁電抗。 Rm 是用來代表鐵耗的虛擬電阻，稱為鐵耗電阻。 Zm 則稱為勵磁阻抗。 空載等效電路 用一個阻抗 (Rm+jXm)表示主磁通 Φ 對變壓器的作用，用另一個阻抗 (R1+jX1ζ)1 次側(cè)繞組電阻 R1 和漏抗 X1ζ的作用，即可得到空載時變壓器的等效 電路。 R1 和 X1ζ受飽和程度的影響很小，基本上保持不變。 Rm 和 Xm 隨著飽和程度的增大而減小，在實際應(yīng)用中要注意到這個結(jié)論。 變壓器正常工作時，由于電源電壓變化范圍小，鐵心中主磁通的變化不大，勵磁阻抗 Zm 也基本不變。 變壓器的負(fù)載運行 負(fù)載 運行 1 次側(cè)接電源 U1， 2 次側(cè)接負(fù)載 ZL，此時 2 次側(cè)流過電流 I2， 1 次側(cè)電流不再是 I0，而是變?yōu)?I1，這即是變壓器的負(fù)載運行。 負(fù)載后， 2 次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢 F2=N2I2，該磁勢將力圖改變磁通 Φ，而磁通是由電源電壓決定的，也就是說 Φ基 本不變。 湖南