毕业设计（论文）树脂浇注绝缘干式变压器设计1

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1、摘要树脂浇注干式变压器是一种最为广泛应用的干式变压器。其绕组表面由高质量的防护材料组成，形成了覆盖层。即使是在尘埃、潮湿等恶劣环境条件下，对浇注绝缘干式变压器都不会产生影响；其采用的以环氧树脂为基料的绝缘胶具有较强的难燃性，因而不会在发生火灾时助燃；浇注成型绕组的热容量大，因而超铭牌额定值运行能力也强；同时它不像油浸式变压器那样需要定期试验及长期停运后通电干燥处理等措施，简便的维护使得它更受人们青睐。可以预见，随着国民经济的发展，人们对树脂浇注干式变压器的需求量将迅猛增加，同时，对我国的变压器研究事业将产生重要推动作用。本文在介绍了干式绝缘变压器基础知识的基础上，概述了树脂浇注绝缘干式变压器的

2、技术规范及结构特点，而且，对于生产实际中可能遇到的技术问题，也给出了一些意见及解决方案。在此基础上介绍了其设计理论基础及主要工艺流程，并且以SCB10-1000/10为例，列出了树脂浇注干式变压器如何进行材料的选取以及设计的详细计算过程，包括从变压器铁心、绕组、绝缘、损耗、短路阻抗到树脂等绝缘材料的重量等。由于电子计算机已经成为科学研究领域中一个不可缺少的工具，在变压器制造业也得到广泛应用。最后简要地介绍了一下Auto CAD（计算机辅助设计）绘图系统软件。关键字：树脂浇注，绕组，干式变压器，技术规范，SCB10-1000/10AbstractThe surface of resin-pour

3、ing dry transformer is made of high quality material protection，forming covering layer.Even if it is taken to some terrible environment such as dusty、wet environment , resin-pouring dry transformer still wont be subjected to persecution .It adopt epoxy resin as insulating compound .Because of the no

4、nflame itself,it cant support combustion when the fire takes place. Thus the use of the resin-pouring dry transformer has made a great significant development for our countrys power industry.This thesis firstly introduces the structure and characteristics of the resin-pouring dry transformer, and so

5、me resolvents of the technique problem that might meet in actual production. On this basis, the thesis introduces the design theories foundation and main technological flow of the resin-pouring dry transformer.and takes the SCB10-1000/10 as an example listed the calculating process in the process of

6、 design and also gives some good ideas on how to select stuff for the main parts of the transformer.In the end,because of the computer has become a indispensable device,I summed up the Auto CAD (CAD-Computer Aided Design)plot software.Keywords: ,Castresin，winding ，Drytype transformer，Technical chara

7、cteristic ，SCB10-1000/10目录1绪论11.1干式变压器发展概况11.2干式变压器类型31.3干式变压器结构及优点62环氧树脂绝缘干式箔式变压器设计的理论基础82.1绝缘材料的选择82.2铁心的选择92.3绕组的选择102.4环氧树脂浇注工艺特点113环氧树脂绝缘干式变压器设计的计算153.1变压器设计计算的任务153.2变压器设计计算步骤163.3树脂浇注干式变压器设计的详细计算174干式变压器计算机辅助设计354.1计算机在干式电力变压器设计中的应用概况354.2变压器设计CAD软件介绍365总结41参考文献43致谢45附录一：英文参考资料46附录二：英文参考资料中文翻

8、译581绪论1.1干式变压器发展概况19世纪初英国法拉第确定了电磁感应原理后，1885年，匈牙利拉提、德利、齐佩诺夫斯基三位工程师发明了变压器及感应电机，并研制出第一台工业实用性变压器距今已有一个多世纪了。当时和以后的一段时期内，所生产的变压器无例外的均为干式变压器。最初制成的配电变压器及其后的一段时间内制造的变压器，均是以空气绝缘介质的干式变压器。为了满足远距离电力输送的需求，就必须提高输电电压等级，这样就势必寻找提高电力变压器绝缘结构耐电强度的途径，于是矿物质油作为电力变压器的绝缘介质而被广泛应用于电力变压器中，从而产生了油浸式变压器。半个多世纪以来，世界上许多城市都以极高的速度向现代化发

9、展。随着城市的发展，城市供电负荷逐年增长。为了确保安全，人们迫切需要一种既可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器，而油浸式变压器在这方面却有它不可避免的缺陷。干式变压器由于具有结构简单、维护方便、防火、阻燃、防尘等特点，正好能够满足人们的迫切需要，因此，近年来在国内得到迅猛发展（见图1-1）。干式变压器广泛安装使用在工业与民用高层建筑内，以及矿山、井下、地铁、船舶、机场及火车站等地。我国干式变压器制造技术在自主开发基础上，引进了德国、瑞士、意大利、葡萄牙等国多家公司的有关10kV、35kV干式变压器系列的设计，制造等多种技术，并已批量生产10kV、35kV干式变压器，技术水平与产品质量与国外相当。

10、随着干式变压器的推广应用，其生产制造技术也获得长足发展，可以预测，未来的干式变压器将在如下几方面获得进一步发(1)节能低噪：随着新的低耗硅钢片，卷绕铁心结构，箔式绕组结构，环境保护要求，噪声研究的深入，以及计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入，将使未来的干式变压器更加节能、更加宁静。 图1-1 干式变压器 (2)高可靠性：提高产品质量和可靠性，将是人们的不懈追求。在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系及可靠性工程等方面进行大量的基础研究，积极进行可靠性认证，进一步提高干式变压器的可靠性和使用寿命。(3)环保特性认证：以欧洲标准HD464为基础，开展干式变压器的耐气

11、候(C0、C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)及耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证。(4)大容量：从502500kVA配电变压器为主的干式变压器，向1000020000kVA/35kV电力变压器拓展，随着城市用电负荷不断增加，城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心，35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。(5)多功能组合：从单一变压器向带有风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线及侧出线等多功能组合式变压器发展。 (6)多领域发展：从以配电变压器为主，向发电站厂用变压器、励磁变压器、地铁牵引整流变压器、大电流电炉变压器、核电

12、站、船用及采油平台用等特种变压器及多用途领域发展。 其中，用于城市地铁及轨道交通的干式牵引变压器，电压有10、20和35kV三个等级，容量有800、2500和3300kVA，为减少谐波污染，从12脉波整流发展到24脉波整流。 可以预言，21世纪的配电变压器将属于性能优越、低噪声及节能的干式变压器。1.2干式变压器类型目前，我国生产的干式变压器，按其制造工艺可分为四类：树脂浇注式。浸渍（空气）式。绕包绝缘式。复合式。1.2.1树脂浇注绝缘干式电力变压器树脂浇注式的工艺特点就是必须依靠模具并采用专用浇注设备，在真空状态下使线圈浇注成型。它又分为有填料树脂浇注和无填料树脂浇注两种类型。有填料树脂浇注

13、绕组，由于在树脂中加入石英粉作为填料，可使树脂机械强度增加，膨胀系数减小，导热性能提高，从而可降低材料成本，且绕组外观较好。有填料树脂浇注又分为厚层有填料树脂浇注和薄层有填料树脂浇注两种形式。变压器高压线圈导线全部被玻璃纤维增强的薄层树脂包封，浇注原料为进口材料，不加任何填料，绝缘层厚度仅为1.52mm。因而大大加强了树脂包封层的机械强度。同时，树脂包封层即韧又薄，富有弹性，可随线圈一起膨胀或收缩，不会发生开裂。另外，在线圈内设置轴向气道，可以增加线圈的散热面，从而散热能力好，产品过载能力强。低压线圈采用铜箔绕制，在层间用DMD预浸纸作为绝缘层，在箔绕机上绕好后再加热固化成型，这种箔绕线圈可以

14、降低变压器辐向漏磁，从而使轴向机械力减小，相应提高了抗短路强度，降低附加损耗。此外由于线圈是整体浇注，所以机械强度高抗电路能力强。树脂浇注绝缘的特点：(1)阻燃。环氧树脂为基料的绝缘胶，由于其自身的难燃性，因而不会在发生火灾时助燃。(2)防潮和耐尘。由于绕组表面喷了三防漆，形成了覆盖层，因而在尘埃、潮湿等恶劣环境条件下，对浇注绝缘干式变压器不会产生影响。3)结构坚固。绕组表面包封以绝缘胶的包封层，故绕组的机械强度提高，因而抗短路强度也相应提高，一般均能可靠地通过短路试验。(4) 超铭牌额定值运行能力强。浇注成型绕组的热容量大，因而其超铭牌额定值运行能力也相应提高。(5) 维护简便。浇注绝缘干式

15、变压器无需像油浸式那样，需要定期试验及长期停运后通电干燥处理等维护。浇注绝缘干式变压器是我国目前干变生产厂家最多，年生产量最大的产品，该技术产品引进的厂家也最多。1.2.2浸渍式干式电力变压器该种变压器生产历史最长，制造工艺也比较简单，但由于此种变压器受外界环境影响比较大，体积也比较大，比不上树脂，在国内外产量趋于减少，年产仅数万kVA。但有的用户仍然采用，主要是散热条件好，最热点温度比平均温升高出不多，温度比较均匀，过负荷能力强，热寿命长。1.2.3绕包绝缘干式电力变压器 绕包绝缘干式变压器又称缠绕式树脂全包封干式变压器。绕组采用浸有树脂的长玻璃纤维丝用直绕和斜绕的方法把绕组包封起来，绕组在

16、烘箱中边旋转边加温烘干。由于不需要模具，因此生产的灵活性较好。这种结构的绕组防开裂、抗短路能力优于浇注变压器。但是，由于无模成型使绕组外观比不上浇注式。而且绕包变压器价格贵，所以在中等容量范围内，其竞争力要比树脂型的低。但对10MVA及以上较大容量变压器，因绝缘更薄，故散热好。1.2.4复合式绝缘干式电力变压器 混合式绝缘干式电力变压器兼有浇注绝缘和浸渍绝缘干式电力变压器的某些优点。通常高压绕组部分采用浇注绝缘，而低压绕组部分采用浸渍绝缘。这种结构方式可减少浇注设备的投资，而且在长期不用后在投入运行时不需要进行干燥处理。另外，还有一种混合式绝缘干式电力比亚其，其高压绕组采用绝缘浇注的绕组，而低

17、压绕组采用铜箔绕制的箔式绕组，层式绝缘则采用环氧树脂布，经加热固化形成一整体，绕组有环氧树脂端封，天津变压器总厂，原福州变压器厂生产的1600kVA干式电力变压器即采用此结构。1.3干式变压器结构及优点无论是哪种干式变压器，其基本结构包括是相同的，都包括：铁心、高低压线圈、铁心夹件、支撑件、防护外壳、风冷装置和热保护装置等（见图1-2）。图1-2干式变压器基本结构干式变压器同油浸式变压器相比较具有以下明显优点：1) 干式变压器避免了由于运行中发生故障而导致变压器油发生火灾或爆炸的危险。由于干式变压器绝缘均为难燃材料，即使运行中变压器发生故障而引发火灾或有外来火源，也不会是火灾灾情扩大。2) 干

18、式变压器不会像油浸式变压器那样存在漏油问题，更无变压器油老化等问题，干式变压器的运行维护和检修工作量大为减少，甚至可以免维修。3) 干式变压器一般为户内式装置，通常可以和开关柜安装于同一室内，并和开关柜共用同一外壳，从而减少安装面积。4) 干式变压器由于无油，故其所属附件也少，也无密封等问题。总之，与传统的油浸式变压器相比，干式变压器体积小，重量轻，占地空间小，安装费用低，防火消防措施简单。因无火灾、爆炸之虑，可分散安装在负荷中心，充分靠近用电点，从而降低线路造价和节省昂贵的低压设施费用。冷却方式一般采用空气自然冷却(AN)。对于任何防护等级的变压器，都可配置风冷系统(AF)，以提高短时过载能

19、力，确保安全运行。672树脂浇注绝缘干式变压器设计的理论基础多年来，国内外专家学者已经在树脂浇注干式变压器的设计方面做了大量的研究，并积累了丰富的制造经验，该技术已得到广泛应用。随着干式变压器结构的改进和对性能要求的提高，对环氧树脂及其辅料的技术指标要求也随之提高，对浇注工艺也提出了更高要求。为了满足干式变压器的电气和机械性能的要求，要进行合理地选择干变的铁心、绕组、绝缘材料，还必须有可行的浇注工艺。这一章主要研究这些内容。 图2-1 树脂绝缘干式变压器生产工艺流程2.1绝缘材料的选择树脂绝缘干式变压器通常采用的绝缘材料，有聚脂树脂和环氧树脂，这两种树脂的电气性能和机械性能相差无几，但在固化时

20、两者的体积收缩率却相差较大，聚脂树脂收缩后的残余应力较大，容易产生开裂现象，因而浇注绝缘干式变压器广泛地采用环氧树脂。另外，从降低局部放电的角度考虑，由于环氧树脂对导线的粘着力很强，在合理的工艺条件下，不易产生空隙，从而可降低局部放电的可能性。同时，它不仅是一种难燃、阻燃的材料，而且具有优越的电气性能。参见表2-1：变形温度/90100 线膨胀系数/K-16070导热系数/ W/（m·k）0.20.3抗弯强度/（N·mm-2）130150抗张强度/（N·mm-2）8090压缩强度/（N·mm-2）130150介质损失角正切tan（%）1介质常数4 体积电

21、阻率/（·cm）10161017绝缘击穿电压/（kV·mm-1）1822 表2-1用于干式变压器的环氧树脂的材料性能2.2铁心的选择干式变压器的铁心由磁导率很高的晶粒取向冷轧硅钢片叠装并经夹紧装置构成。现代干式变压器硅钢片的厚度（0.27-0.35mm）很薄，因而其中涡流损耗很小。 作为变压器的内部骨架，其夹紧是通过铁心的夹紧装置将硅钢片成为机械机构上的整体，并在其上套有绕组，支持着引线，并安装变压器所有部件。我国生产的干式变压器中均采用心式铁心，即绕组包围了铁心柱的结构型式。铁心的质量约占变压器质量的55%，为框形闭合结构。目前，我国在干式电力变压器铁心中基本上采用冷轧硅

22、钢片。硅钢片在炼钢过程中加入了3%-5%的硅，以便提高硅钢片的导磁率和电阻率，减少硅钢片中磁滞损耗和涡流损耗。不可以加过多，否则硅钢片会变脆而使加工困难。2.3绕组的选择2.3.1绕组用材料 干式变压器绕组的导电材料主要是用铜线和铝线。铜的机械强度比铝高，电阻系数比铝小。对于树脂绝缘干式变压器而言，铝导线或箔导线组的包封绝缘可以减小开裂的可能性。但由于包封绝缘尺寸和形状不同产生不同的收缩量，采用铝电磁线也不绝对避免开裂；应适当调整所加填料比，增填料，或加入增韧剂，可减小膨胀系数。由于铝箔的线膨胀系数与树脂加石英粉的线膨胀系数比较接近，所以一般树脂加石英粉的浇注变压器，其导线多用铝箔。而铜箔与树

23、脂加玻璃纤维的线膨胀系数更接近，因此用这两种导体材料问题均不大。但铜箔变压器价格要比铝箔的贵20%30%。在变压器容量相同条件下，绕组为铝导线的截面积比铜的要大，导线电流密度要小。在负载损耗和短路阻抗相同情况下，铝线绕组变压器的铁心直径比铜的要小，铁窗高度要高。这种情况下可考虑用铜导线。对于树脂绝缘干式变压器，导线绝缘为相应耐热等级的绝缘漆和玻璃丝。2.3.2绕组型式对树脂绝缘而言，由于工艺上的原因，均无法采用饼式绕组。树脂绝缘干式变压器的高压绕组多采用层式绕组或分段层式绕组，段间距离可根据导线尺寸和段间电位差而采用梯形结构。一般分段的段间高度可控制在1520 mm范围内。一般分四段，分段数目

24、过多也无必要。低压绕组采用“类似螺旋式”即取消段间气道的螺旋式绕组、箔式绕组。若采用箔式绕组，树脂绝缘干式变压器的绕组包封绝缘厚度可能受工艺因素的影响，出现包封绝缘层厚度不均匀的情况。因此决定包封绝缘厚度起作用的不是理论计算的厚度，而是实际绝缘厚度，该厚度满足机械强度和电气强度要求。当采用薄绝缘条件下，包封厚度为2mm左右。 2.4环氧树脂浇注工艺特点2.4.1无填料树脂浇注这种纯树脂浇注的干式变压器内外绝缘厚度一般为1.52mm，属于薄绝缘。目前我国使用的产品以这种结构最多，其结构特点为：变压器高、低压绕组内外层采用玻璃纤维增强，在真空状态下采用环氧树脂用模具进行浇注，线圈导体外部形成富有弹

25、性的既韧又薄的树脂包封层，它可随线圈一起膨胀和收缩，因而不再担心会发生开裂。另外，由于包封绝缘层的厚度很薄，既达到了包封的效果，又减少了包封绝缘层的温差，因而对改善浇注线圈的热传导是非常有益的。另外，薄绝缘结构还可以在线圈内设置轴向气道，这样就可以增加线圈的散热面，从而散热能力好，给制造大容量干式变压器提供了有利的条件。树脂结构产品与浇注图见图2.4.1。2.4.2有填料树脂浇注有填料树脂浇注绕组，由于在树脂中加入石英粉作为填料，可使树脂机械强度增加，膨胀系数减小，导热性能提高，从而可降低材料成本，且绕组外观较好。有填料树脂浇注又分为厚层有填料树脂浇注和薄层有填料树脂浇注两种形式。图2.4.1

26、 树脂结构产品与浇注 图2.4.2 加填料结构的树脂a.厚层有填料树脂浇注早期的环氧浇注式干变都是采用厚绝缘的浇注式线圈，其低压绕组为铝箔绕制的F级圆筒式绕组，绕组端部用树脂浇注。高压绕组采用分段圆筒式结构，在真空状态下采用以石英粉为填料的环氧树脂用模具进行浇注。绝缘耐热等级为B级，树脂层的厚度一般为68mm。当变压器运行后由于发热极易致环氧浇注层的开裂，并形成小的空气隙，以致引发局部放电，这将严重威胁变压器的运行可靠性，加之由于局部放电所引起的电腐蚀还将大大缩短变压器的使用寿命。随着技术的进步，厚绝缘就逐步为薄绝缘所代替。b.薄层有填料树脂浇注这种变压器低压绕组采用铜线或铜箔绕制成圆筒式，高

27、压绕组采用铜导线绕制成分段圆筒式。高低压绕组分别装入模具，在真空状态下采用以超细石英粉为填料的环氧树脂进行浇注，但是这必须在严格的工艺与先进的工装下进行，否则，就会出现搅拌不均匀或者在浇注过程中发生石英粉沉积现象。低压绕组内层树脂厚2.5mm，外层2.55mm。高压绕组内层树脂厚2.5mm，外层3.55mm。绝缘等级为F级。加填料结构的树脂产品与浇注见图2.4.2。2.4.3环氧树脂浇注工艺设备及特点环氧树脂浇注工艺属于模注成型技术，是干式变压器中浇注绕组较为成熟的一种工艺。世界许多国家都已广泛使用。浇注设备见图2.4.3。其主要特点是：1)绕组被固定在金属模内，注入的环氧树脂混合料渗透至绕组

28、各层间，将其固化成型，使之与导线、绝缘材料牢固地结合成一体，固化成型后的绕组具有极高的机械强度。2)由于绕组和树脂混合料均在高真空状态下脱气，所以固化成型后，绕组的局部放电量很低。3)在凝胶过程中，保持一定的压力，使补偿罐内的树脂流入模腔内，以补偿因树脂固化收缩引起的缺料，防止出现浇注缺陷。4)在固化过程中，采用阶梯固化工艺，使绕组的内应力降到最低，避免绕组开裂。图2.4.3 环氧树脂浇注设备实图树脂浇注干式变压器绕组浇注质量的提高，会使变压器的局放水平和绝缘性能得到改善，延长变压器的使用寿命。就环氧树脂胶浇注工艺来讲，国内已在这方面作了大量研究工作，并积累了丰富的制造经验，该技术已得到广泛应

29、用。随着干式变压器结构的改进和对性能要求的提高，对环氧树脂及其辅料的技术指标要求也随之提高，对浇注工艺也提出了更高要求。为了满足干式变压器的电气和机械性能的要求，除了合理设计环氧树脂混合料的配方外，还必须有可行的浇注工艺及合理的工艺参数。这样就能保证浇注品的优良性能，而这一领域的许多工作还有待于进一步的探索和研究，以不断提高浇注工艺水平和产品质量。3树脂浇注绝缘干式变压器设计的计算本章以树脂浇注干式变压器SCB10-1000/10的设计为例，详细列出了树脂浇注干式变压器的设计计算过程，以及每一步计算所涉及到的公式和原理。该变压器具有以上所述的树脂浇注干变的各项优点，是树脂浇注干变设计的典型实例

30、。3.1变压器设计计算的任务变压器设计计算的任务是使产品设计符合国家标准，或者用户在合同中提出的标准和要求。在合同中通常包括以下一些技术规范：a.变压器的型式： 相数、绕组数、冷却方式、调压方式、耦合方式。b.额定容量，各绕组的容量，不同冷却方式下的容量。c.变压器额定电压、分接范围。d.额定频率。e.各绕组的首末端的绝缘水平。f.变压器的阻抗电压百分值。g.绕组结线方式及连接组标号。h.负载损耗、空载损耗、空载电流百分值。i.安装地点海拔高度。此外，用户可能还有一些特殊参数。变压器计算的任务，就是根据上述技术规范，按照国家标准，如电力变压器、三相油浸式电力变压器技术参数和要求、高压输变电设备

31、的绝缘配合及高电压试验技术和其它专业标准，确定变压器电磁负载，几何尺寸、电、热、机械方面的性能数据，以满足使用部门的要求。对方案进行优化计算，在满足性能指标前提下，具有良好的工艺性和先进的经济指标。3.2变压器设计计算步骤以下主要针对电力变压器而言，特种变压器的计算基本与之相同，只需考虑特殊要求和自身特点即可。1) 根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格及相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路损耗、负载损耗、空载损耗及空载电流等。2) 确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭截面。3) 根据硅钢片牌号，初选铁心柱中磁通密度，计算每匝电势。4)

32、 初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重算铁心柱中的磁通密度及每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其他各分接的匝数。5) 根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器主、从绝缘结构。6) 根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组段数、层数、匝数的排列，计算出段数、层数、总匝数及每层的匝数、每段匝数。7) 计算绕组的轴向高度及辐向尺寸。计算绕组几何高度、电气高度及窗高。8) 计算绝缘半径，确定变压器中心距M0，高、低压绕组平均匝长L。9) 初算短路阻抗无功分量，大型变压器无功分量值应与短路阻抗标准值接近。10) 计算绕组负载损耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型变压器），检查短路

33、阻抗是否符合标准规定值。11) 计算绕组对油温升，不合格时，可调整导线规格、或调整线段数及每段匝数的分配，当超过规定值过大时，则需要调整变更铁心柱直径。12) 计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布或加大导线截面。13) 计算空载性能及变压器总损耗，计算变压器重量。3.3树脂浇注干式变压器设计的详细计算本毕业设计主要任务为设计SCB10-1000/10B变压器。3.3.1技术条件产品型号：SCB10-1000/10额定容量：1000kVA电压比：(10±5%)/0.4kV频率：50Hz联结方法：Dyn11额定电压电流：高压侧 1000V/57.74A 低压侧 400

34、V/1443.38A短路阻抗：6空载损耗：2200W负载损耗：8180W硅钢片牌号：Q120-30执行标准： GB/T10228，GB64503.3.2 铁心计算铁心直径：Pt为三相变压器每相容量，故 Pt=Pn/3=1000/3kVA K为经验系数， 取K=57根据经验公式： D=K=57=243.5mm由于铁心直径的位数取0或者是5，所以变压器的铁心直径为：D=245mm。铁心净横截面积：根据公式 ， 计算可得： =471.196cm2。3.3.3绕组计算初选磁密：=1.50 T初算匝电压: f=50Hz 铁心净横截面积经查表得出：At=436.306cm2由公式 , 计算可得 =14.5

35、435V低压匝数：因为低压侧是Y接，故 , 计算可得 =15.883 ，由公式，取整得W=16 重算匝电压：V重算磁密： 高压匝数：高压绕组一般均设有分接线匝，这样就应根据各分接的相电压求出各分接匝数 高压侧D接 故=10000V 高压绕组为调压，共3级 则=10500V =10000V=9500V由公式 , 计算可得 取整：W1=727 W2=693 W3=658电流：a、高压侧 D接 ， , 计算可得 b、低压侧 Y 接 = , , 计算可得 低压绕组计算：从浇注干式变压器的设计、工艺和生产现状来看，低压绕组一般采用箔式绕组结构。箔式绕组，一层就是一匝，也就是只有一段，每段的长度即为导线宽

36、度795mm。同时，根据实际需要，我们选低压侧端绝缘为10mm，空气距离为45mm，层间绝缘为0.18mm表面绝缘0.36mm.前面已经计算出总匝数为16，我们可以分为三层（5+5+6=16），相临两层之间加气道，气道厚度分别为8mm 和10mm。具体计算如下：-1初选电流密度：=2.0 A/mm2 -2 算导线截面积： ， 根据计算得出的导线截面积，查表找出最接近的导线规格。-3选线规：1.01795802.95 ,导线截面积 =802.95 mm2 -4重算电流密度： 由公式 ： ， 计算可得 -5 低压绕组轴向尺寸计算：795 箔式导线高度，即轴向长度，mm +10×2 端绝缘

37、高度,mm815 绕组轴向总高度,mm+45×2 绕组到上下铁轭距离,mm 905 铁心窗高,mm-6 低压绕组辐向尺寸计算：辐向有16层，被两个气道隔开，分为：5层、5层、6层1.01 1.01 箔式导线厚度，mm× 5 × 6 总层数5.05 6.06+0.18×4×1.1 +0.18×5×1.1 绝缘总厚度（=(-1）×层绝缘缘),mm5.842 7.05 ×（1+2%） × （1+2%） 辐向裕度取2%5.95884 7.191+0.36 +0.36×2 表面绝缘厚度,mm 6

38、.31884(6.31) 7.911（7.91） 低压绕组辐向总厚度： 6.31+8+6.31+10+7.91=38.5 mm低压绕组辐向总厚度=5层辐向厚度+气道1厚度+5层辐向厚度+气道2厚度+6层辐向厚度 单位 mm高压绕组采用分段层式绕组，前面已经计算出高压绕组的匝数为727-693-658，计算时，用最大的匝数727来计算。高压绕组可分为4段，每段182匝，分7层，每层26匝，中间夹一个气道（3+4+0=7）。另外其余参考数据如下：表面绝缘3.00mm,段间距离20mm,端间距20mm,空气距离45mm，气道厚度为16mm。具体计算如下：-1初选电流密度：=2.0 A/mm2 I=-

39、2 算导线截面积： ， -3 选线规：3.00×6.300.16 ,导线截面积 =1×18.35=18.35 mm2 -4 重算电流密度： ， -5 高压绕组轴向尺寸计算高压线圈轴向电气长度=带绝缘高压线圈导线宽度×（每层匝数+起末宽度）×轴向裕度×段数+（段数-1）×段间距 单位 mm高压线圈轴向几何长度=高压线圈轴向电气长度+2×端绝缘高压线圈窗高=高压线圈轴向几何长度+2×空气距离=高压线圈轴向电气长度+2×端绝缘+2×空气距离 单位mm;6.30+ 0.166.46 带绝缘导线宽度，mm

40、 ×(26+1) 每层匝数加上起末头高度,mm174.42 × 1.02 轴向裕度，单根导线取2%177.91（178） 每段长度（取整数），mm× 4 总共有4段712+20×3 3个段间距772（775） 轴向长度，mm +45×2 空气距离,mm 865 + 20×2 端间距,mm 905 铁心窗高，mm-6 高压绕组辐向尺寸计算 辐向有7层，被一个气道隔开，分为：3层、4层3.00 3.00 箔式导线厚度，mm× 3 × 4 总层数9.00 12.00+0.56×2×1.1 +0.56&

41、#215;3×1.1 绝缘总厚度（=(-1）×层绝缘缘),mm10.232 13.848 ×（1+2%） × （1+2%） 辐向裕度取2%10.4366 14.125+0.56×3×1.1+3.00 +0.56×3×1.1+3.00 表面绝缘厚度,mm 15.28 18.97 高压绕组辐向总厚度： 15.28+16+18.97=50.3 mm3.3.4绕组绝缘半径及平均匝长的计算:前面已经计算出，铁心直径D =245mm，则铁心外接圆半径R0=235/2=122.5 mm其余相关数据如下：低压-铁心：10mm 高压

42、-低压：40mm 相间距离：41mm具体计算如下：1225 铁心外接圆半径R0,mm+ 10 低压绕组至铁心距C,mm1325 低压绕组内半径R2,mm+ 385 低压绕组辐向厚度B2,mm171 低压绕组外半径R3,mm+ 40 高低压绕组间主绝缘距a12,mm（211-3-0.5）207.5 高压绕组内半径R4,mm + 500 高压绕组辐向尺寸B3,mm257.5（258） 高压绕组外半径R5,mm× 2 516 高压绕组外径D,mm+ 41 相间距离（干变取40左右）A，mm 557- 3.00×2 高压线圈表面绝缘，mm551（550） 铁心柱中心距离（为10或5

43、的倍数）M0，mm铁心柱中心距离=高压绕组外径+相间距离-2*高压绕组表面绝缘;故：低压线圈内径：265 外径：342高压线圈内径：415 外径：516 中心距： 550 （单位mm）绕组平均匝长l的计算：高压绕组;低压绕组;平均匝长Lm=(Lm1+Lm2)/2;=1462mm（取整）=953mm（取整）3.3.5参考温度（120）下绕组每相电阻及导线重量的计算 高压绕组电阻（120） ：；; 高压绕组铜导线重：所以 Cu11=207 kg Cu12=316 kg Cu13=0高压绕组导线重：Cu1=207+316=523kg高压绕组电阻损耗（120）:低压绕组电阻（120） ： ； ; 低压

44、绕组导线重：Cu2=91+99+132=322kg低压绕组电阻损耗（120）: 导线总重：523+322=845kg3.3.6负载损耗的计算/ H0:窗高 / 低压额定电流D=245mm / 铁心直径B0=D-5=245-5=240mm/ B0:最大片宽; 为省去查表麻烦,近似等; / Sb:铜排截面积;高压绕组电阻损耗（120）: 低压绕组电阻损耗（120）: 杂散损耗、引线损耗及附加损耗分别如下：低压绕组为箔绕，所以连接及附加损耗百分比K PsupPercent=0.006×I2=8.66。总负载损耗。3.3.7树脂、玻璃纤维重的计算如果低压为箔式：纤维重树脂重3.3.8空载损耗

45、/P0空载损耗；3.3.9短路阻抗计算 (箔绕需再×0.95)3.3.10铁心温升的计算有计算可得：铁心柱中心距=550mm, 低压绕组的内径=265mm，电抗高度=795mm, 空载损耗=1662W,铁心窗高=905mm。有查表可得：迭片系数=0.97，迭片总厚度b=238mm，最大迭片厚度=235mm，最小迭片厚度=60mm，净横截面积=436.306。散热面积的计算 有效散热系数为 =2.8总的散热面积为铁心的单位热负荷为 铁心温升为3.3.11高压绕组温升的计算有计算可得高压绕组内径=415mm,高压绕组外径=516mm,高压绕组轴向长度=775mm，轴向厚度为=15.28m

46、m,=19.06mm,电抗高度=765mm ，高压绕组的铜损由查表可得撑条根数=8，净横截面积=436.306，气道宽度为=16mm, 高低压绕组间的距离L=40mm散热面积计算有效散热系数总的散热面积为高压绕组的单位热负荷为高压绕组温升K3.3.12底压绕组温升的计算有计算可得低压绕组内径=265mm,低压绕组外径=342mm,低压绕组轴向长度=795mm，轴向厚度为=6.34mm,=7.96mm,，电抗高度=795mm ，低压绕组的铜损有查表可得撑条根数=8，净横截面积=436.306，气道宽度为=8mm, =10mm, 高低压绕组间的距离L=40mm散热面积计算有效散热系数为总的散热面积

47、为低压绕组的单位热负荷为低压绕组温升K以上为树脂浇注干式变压器SCB10-1000/10的具体设计计算过程。由此过程可得变压器的性能数据为：高压铜耗：4512W 低压铜耗：2859W引线、附加损耗：747W 空载损耗：1662W硅钢片重：1808kg 树脂重：83kg玻璃纤维重：90kg 高压导线重：523kg低压导线重：322kg 导线总重：845kg高压线圈温升:70.7K 低压线圈温升：87.8K以上数据满足执行标准 GB/T10228，GB6450，同时又考虑的经济性。由此所设计的变压器电气性能好，节省材料，能给企业带来较高的收益，同时还满足用户的要求。该SCB10-1000/10变压

48、器，铁心采用30Q120型号硅钢片带料卷制而成，高压绕组采用了多根导线并绕的层式结构，低压绕组采用箔式结构，是典型的三相树脂浇注干式变压器，具备了低损耗、低噪声、安全可靠、环保节能等优点，适合于城市中心、居民小区、大型厂矿等负荷中心使用4干式变压器计算机辅助设计4.1计算机在干式电力变压器设计中的应用概况由于电子计算机具有运算速度快、计算精度高且具有一定智能等特点，而成为国民经济、国防建设以及科学技术领域中不可缺少的工具。目前在变压器制造业领域也得到了广泛的应用。电子计算机在变压器设计计算中的应用始于20世纪50年代初期，由美国率先将电子计算机应用于油浸式电力变压器的电磁方案计算。到20世纪6

49、0年代，英国、前苏联、日本等国家，都在利用计算机进行变压器优化方案设计方面作了大量的研究工作。我国在20世纪中期开展了变压器设计计算机辅助设计（CADComputer Aided Design）的研究工作。目前，无论是在油浸式电力变压器还是干式电力变压器都在一定程度上采用了计算机辅助设计技术。干式变压器的CAD工作从其目的，可分为两个方面，一方面利用计算机求得最佳的电磁设计方案，另一方面为利用计算机进行变压器的结构设计。干式电力变压器的计算机结构设计主要是进行设计图样的绘制。目前利用计算机绘制干式电力变压器的图样有两种方式，一是交互式绘图，即人机直接对话式绘图，它是利用AutoCAD绘图系统软

50、件，按照一定的尺寸、比例绘制；另一种是参数化绘图，即利用计算机高级语言（如Visual C+6.0等）和AutoCAD绘图系统软件结合在一起而编制的程序绘图。为便于推广计算机在产品优化设计和结构设计中的应用，要求产品尽量标准化和规范化。另外，利用计算机的电磁性能计算和结构设计所得到的参数，可以同时计算出产品的制造工时，以供工时管理。根据电磁性能计算、结构设计和工时计算所确定的原材料消耗、加工工时，以及预先存入计算机中的材料单价和每小时的加工费等参数再加上管理费用，就可以计算出产品的成本，供报价和管理用。电力变压器设计计算的一般程序，如图4.1所示：4.2变压器设计CAD软件介绍4.2.1变压器

51、设计CAD软件简介干式变压器，由于结构简洁、规范等特点，便于系统的、自动化的计算机辅助设计CAD的应用。它对于提高设计部门的开发能力、提高设计质量、降低制造成本等发挥着积极的作用。但是由于目前变压器设计CAD软件尚处于起步阶段，绝大部分企业应用CAD于变压器设计过程，主要是用来绘制图纸。结合我所实习的企业主要应用的是开目CAD，以下作简单介绍。不合要求时另选导线还不合要求时不合要求时记录原始数据：产品主要技术参数选定硅钢片牌号及铁心结构形式；计算铁心柱直径，设计铁心柱和铁轭截面选择铁心柱磁通密度，计算每匝电势先计算低压绕组匝数，凑成整数；重算每匝电势及磁通密度，再计算高压绕组匝数。绕组及绝缘结

52、构设计；试计算短路阻抗，不合要求是调整绕组高度。估算绕组损耗，估算绕组温升。计算空载性能计算短路电磁力及器身重量；计算铁心和绕组的机械强度绘制变压器总体平面布置图；引线及分接开关结构设计；确定尺寸及冷却装置计算变压器重量绘制变压器外形尺寸图另选导线另选铁心柱直径图 4-1变压器程序设计框图开目CAD是由华中理工大学机械科学与工程学院开目软件中心研制成功的一种具有独立版权的新型宜人化CAD系统。遵循画法几何的原则，提供多种工具，操作简便快捷。4.2.2开目CAD用户界面开目WIN95的用户界面如图4-2-1，整个界面共分为三个区：菜单区、图纸区、信息区。图4-2-1 开目CAD用户界面选“文件”

53、菜单中的“打开”选项是用来打开一原有文件，出现如图4-2-2所示对话框，选择打开的文件后，用鼠标单击“打开”按钮，系统打开所选图纸，界面变为图4-2-3所示，所有菜单激活。图4-2-2图4-3-35总结通过为期三个多月的毕业设计，我认识到了知识得先进性和实用性。我的课题是“SCB10-1000/10型环氧树脂干式箔式电力配电变压器的设计”。此次设计不仅运用到了大学四年学习的专业知识，更多的是学到了很多在生产实践中总结出来的知识。这让我充分认识到，实际生产经验的宝贵性，同时也深切感受到仅仅有扎实的专业基础知识是不够的，必须将所学的理论知识与实践相结合才能为社会创造财富。刚接到课题时，我翻阅了大量

54、关于变压器设计生产的资料。了解到，随着我国经济的腾飞，电力事业飞速发展，工农业生产及日日常生活对于电力变压器的要求也越来越高。防火、安全、低噪声、低耗能成为变压器的重要性能指标，尤其是在城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心地区对变压器的要求进一步提高。而卷铁心干式变压器恰恰顺应了这一发展趋势，成为变压器生产中的一个新兴亮点。我认识到这一课题研究的必要性和可行性整个设计过程是在管老师的指导下进行的，对此我非常感谢我的指导老师管老师，感谢他积极联系为我提供了一个能与生产实际相联系的设计环境。在设计过程中我学到了很多生产实践知识，弥补了我以前理论学习的不足。使我对干式变压器的绕组制造工艺有了一定

55、的了解，绕组浇注工艺水平的高低直接关系到干式变压器的局放水平和绝缘性能。干变绕组制造水平的提高直接影响着发展。通过设计实践，不仅对变压器的发展趋势有了深刻了解，也对实际生产有了初步认识。其中我也认识到我的不足之处，缺少实践经验，例如设计过程中很难独立完成对一些经验参数的选取，由于时间有限对变压器设计计算过程没有熟练掌握，需要进一步加强。在完成这项课题设计之际，我要向指导老师管老师表示感谢。感谢学校、院系对我的培养；感谢陈老师积极联系为我提供了良好的设计环境，以及在设计过程中给予的指导；在此还要感谢所有对此次设计给予关心和支持的各位老师和同学。参考文献1路长柏，干式电力变压器理论与计算，沈阳：辽

56、宁科学技术出版社，20032变压器装配工艺 变压器制造技术丛书编委会 魏春华 王显文 王承志 冷晨 机械工业出版社 1998 ISBN-7-111-06069-5 3变压器铁心制造工艺 变压器制造技术丛书编委会 魏春华 王显文 王承志 冷晨 机械工业出版社 1998 ISBN-7-111-06069-5 4变压器绕组制造工艺 变压器制造技术丛书编委会 魏春华 王显文 王承志 冷晨 机械工业出版社 1998 ISBN-7-111-06069-5 5变压器设计原理 尹克宁 中国电力出版社 2003 ISBN 7-5083-1165-76于成功，李禾.关于浇注绝缘干式变压器局部放电测量的几点意见.

57、变压器，1999，36（11）：18-217郭振岩，刘景江. 干式变压器发展新动向.变压器，2002：39（5）：6-88路长柏，朱英浩，张怀灵 等. 电力变压器的计算.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，（修订本），19909430070 雷全贤.箔式绕组树脂浇注干式变压器的技术特点.变压器,1997:34(9):121710 H级Nomex纸绝缘干式变压器 桑会凯 保定天威顺达变压器有限公司 变压器 100-8425-（2003）08-0013-0411“Eddy Current Losses in Transformer Windings and Circuit Wiring”Unitrode

58、 Seminar ManualSEM600,198812“The Effects of Leakage Inductance on Switching on Power Supply Performance” Unitrode Seminar ManualSEM600,198813“Perfect Harmony Power Transformers”Application Note附录一：英文参考资料The electric power transformer designAbstractThis part includes the design of the electric power

59、transformer that used for the electric circuit of buck:The fast conversion machine,the whole bridge, the half bridge, and the whole wave.The feedback transformer( namely the couple transformer)will be introduced in the next part.In order to suit more applications circumstances , here we will discuss some ordinary transformer .The function of the transformer.The purpose of that the e