20kV电力变压器设计-S11-1000-20配电变压器电磁设计

南华大学船山学院毕业设计(论文)题目20kV电力变压器设计—S11-1000/20配电变压器电磁设计专业名称电气工程及其自动化指导教师指导教师职称副教授班级学号学生姓名2013年6月3日南华大学船山学院毕业论文（设计）i摘要:变压器自十九世纪问世以来，随着电力工业及供用电事业的不断发展，已经获得了极为广泛的应用。它是电力网构成中不可缺少的重要设备离开了它，随着生产技术的不断发展，变压器的型号、结构．性能与参数也在日益更新，这期间同样经历了一个相当的研制与发展过程。进而综观世界同行业的变化，更会激起我们树立奋勇赶超国际先进水平的雄心。本次是对S11-1000kVA/20kV的配电变压器的设计，设计通过对变压器的铁心直径的选择、线圈绕组的摆放型式与计算、导线的选择、损耗的计算、油箱尺寸的确定、绕组与油的温升等各个部分的计算，设计出一台符合设计要求的配电变压器。变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益,所以电力变压设计是一个很值得我们去研究的课题。关键词:变压器；铁心；线圈；损耗；油箱；温升；重量南华大学船山学院毕业论文（设计）iiABSTRACT:Sincethetransformercomesoutsincenineteencenturies,havealreadygainedextremelybroadapplicationwithpowerindustryandtheuninterruptedgrowthprovidingpowerconsumptioncause.Itisthatessentialimportantequipmenthasleftitinpowernetworkformation,withthetechnologyuninterruptedgrowth,transformertype,structurefunctionandparameterarealsodependedongraduallyrenewal,thisperiodsamehaveexperiencedonedevelopinganddevelopmentprocesssuitable.Thechangemakingacomprehensivesurveyoftheworldandindustrythen,isabletoraiseussettingupthegreatambitionsummoningupallcourageandenergytocatchupwithandsurpassadvancedinternationallevelmore.TimeisthedesigntotheS11-1000kVA/20kVdistributingtransformeroriginally,designsthecalculationwaitingforeachpartsbythefactthatthepatternrisestotransformerironcorediameterchoice,coilwindinglayingdownwithcalculation,conductingwirechoice,dissipativecalculation,fueltankdimensionascertainingthat,windingandtheoilytemperature,designsoutonedistributingtransformeraccordingwithdesigndemand.Oneoftransformerimportantequipmentinbeingthathair,loses,unexpectedturnofevents,powerdistributionaresystematic,itsfunction,massarerelatedtoworkingreliabilityofelectricsystemdirectlycomposeinreplybeneficialresultbeinginmotionanddoingbusiness,thereforetheelectricpowervaryingvoltagedesignstheproblembeingthatoneisworthyforustogoandstudyverymuch.Keywords:transformers；core；coil；loss；thefueltank；temperature；weight南华大学船山学院毕业论文（设计）第1页共41页1变压器概述1.1变压器的原理及分类变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器。它有一个共用的铁心和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接收交流电能时，能通过电感生磁，磁感生电的电磁感应原理改变电压（电流），在其余绕组上以同一频率，不同电压传输交流电能。变压器分为电力变压器和特种变压器。电力变压器又分为油浸式和干式两种。目前，油浸式变压器用作升压变压器、降压变压器、联络变压器和配电变压器；干式变压器只在部分变压器中使用。电力变压器可以按绕组耦合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类。1.2变压器行业现状随着我国国民经济的发展迅速对电力的需求也日趋上升，作为输变电系统中的主要设备--变压器也得到了长足的发展。为适应和满足市场需求，许多制造厂家为不断地改进产品结构，提高产品性能从国外引进先进的生产技术和装备，在新工艺新材料的探索方面做了不懈的努力。目前变压器主要向两个方面发展。一是向特大型超高压方面发展，电压等级为220kV，330kV，500kV将来向750，1000千伏发展。西北地区已决定采用750千伏。单台容量越做越大，目前全国最大的变压器单台容量为沈变厂制造的三相72万kVA/500kV变压器，三峡工程所用主变单台容量为三相84万kVA/500kV。这些变压器一般都用在大型电站或电力的输送上。所以运行可靠性至关重要，因此制造厂为改善电、磁、热、力的性能和分布的合理性采取了很多措施。铁心制造所涉及的工艺及工装要使变压器的空载损耗附加工艺系数尽可能降低，目前采用的硅钢片都是冷轧晶格取向的优质硅钢片，片型也越来越薄，0.35mm的已淘汰，一般用0.3mm乃至0.27mm、0.23mm厚的硅钢片。为了使磁通的流动更合理和减少损耗逐渐采用了多级阶梯接缝这就需要与之相配套的步进式横剪线。叠片时为减少不必要的工时和损耗，有些厂家已经采用不叠上轭工艺，这就需要定位准确的不叠上轭叠装台。铁心绑扎一般都是人工用无纬玻璃粘带绑扎，这样绑扎的力量不够、也不均南华大学船山学院毕业论文（设计）第2页共41页匀，目前个别厂家用铁心绑扎效果良好，应逐渐推广。线圈制造所涉及的工艺与工装要保证较低负载损耗，较高承受短路机械力的能力和较好的散热性能，电磁线目前很少用电解铜杆拉拨，基本上都用电阻率低，表面质量较好的无氧铜杆了，但还有些小厂仍然采用电解铜，对于大型产品为提高机械强度可采用半硬线。为降低负载损耗采用换位导线时，也有采用自粘性换位导线的厂家这对抗短路能力很有好处。在绕线圈时为保证线圈的绕紧，线圈幅向尺寸尽可能做到零公差，尤其是换流变压器的阻抗误差要求非常严，这就要选用立式绕线机或者带有拉紧，幅向和轴向压紧装置的卧式绕线机，线圈干燥时尽可能采用带压干燥或恒压干燥，这样，线圈承受短路机械力的能力大大提高。绝缘件加工，有不少厂家对绝缘件加工不重视绝缘车间环境不好，这样，很难保证线圈的绝缘强度。甚至有的小企业绝缘件加工和金属件加工共用同一台设备。应该做到恒温，恒湿。绝缘纸板最好采用高密度纸板不然也要进行密化处理，大部分厂家能做到这点。这样，就可确保绝缘、散热与耐受机械力的性能。撑条垫块必须做到去毛，倒角处理。有条件应该添置绝缘加工中心设备。引线，在变压器发生的质量事故中由引线问题引起的绝缘与机械事故比较多，所以对引线加工要格外小心注意。引线的焊接目前普遍采用火焰钎焊，或铜焊机的电阻钎焊，大型企业部分采用冷压焊，目前国外大部分都采用冷压焊或高频钎焊，现在高频钎焊在国内尚属空白。引线长度一定要适中即不要绷的很紧引起振动受力，又不要过长以免振动，短路放电。器身，对于大型企业来说尤其是生产220kV以上产品为确保运行可靠基本上都采用目前最先进的煤油汽相干燥工艺，部分110kV生产厂家也在用汽相干燥工艺，但尚有相当一部分110kV生产厂家用变压法或热风循环工艺。过去人们普遍认为110产品用汽相干燥等于大马拉小车得不偿失，所以一般选用变压法或热风循环法，现在就不同了，110在电气性能上也要求测局放量，用户要求则更为苛刻，要求100～300pC左右，影响局放量的因素很多但器身的清洁程度是非常重要的环节，只有用煤油汽相干燥才能够在干燥过程中将器身彻底地冲洗干净，并且干燥效果非常好还能缩短干燥周期，沈变所搞的全自动汽相干燥设备是目前国内能保证性能的最先进的一流设备。南华大学船山学院毕业论文（设计）第3页共41页油箱加工，目前国内的油浸式变压器渗漏现象还是较为严重。主要是密封面，法兰螺纹孔和拐角比较抠手部分的焊线，密封材料也不尽人意，最近生产的丙烯酸酯密封性能好一些，有的厂家具有钢板的前期处理和油箱的抛丸处理工艺。生产环境，电器产品尤其是高电压产品的生产车间的清洁度至关重要直接影响电气性能，至少对线圈绕制和器身装配区域要求有防尘室，我国大型企业基本具有这种保证电气性能的条件但管理不严，有的甚至达不到要求，应该达到日降尘量在20mg/m2以下，国外大公司基本达到全厂防尘化，在这一点上我们与国外差距较大。二是向节能化，小型化，低噪音，高阻抗，防爆型，智能化等方面发展。这些产品以中小型产品为主，如目前在城网、农网改造上被推荐采用的新S9型配电变压器，它是第七代节能产品，还有卷铁心变压器、非晶合金变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、高燃点油变压器、SF6气体绝缘变压器等。这些变压器的生产工艺基本上能够借用上述大型变压器的生产工艺之外根据不同产品有不同的工艺特点。比如卷铁心变压器，目前生产的卷铁心变压器都是封闭式铁心有多级型和R型铁心，这就需要配备卷铁心机，特殊绕线机，铁心退火炉，不然很难生产出卷铁心变压器。又如，为达到产品少维护而发展的波纹油箱型全密封变压器，就要配备波纹油箱生产线，目前我国有简易式波纹油箱生产线也能满足生产要求。非晶合金变压器，由于非晶带材特别薄为0.03mm并特别脆一般生产厂家很难加工成铁心，所以一般都是购买现成的铁心，如美国的联信公司的或中国钢研总院生产的。随着国民经济的发展，城市向大型化，繁华化发展，人口密集，高层建筑成群。城网改造中规定110kV线路进城变电所以110kV变压器布站。以北京为例，三环路以内一个变电站供电半径为1.5km一个电站一般配置5万kVA到6.3kVA的变压器3台。这么多的大型变压器在城市中心尤其是在政治色彩很浓的北京城里就好比是一颗颗定时炸弹。因此人们开始对高燃点油变压器、SF6气体绝缘变压器重视起来。SF6气体绝缘变压器，SF6气体无色，无毒，无味在600℃以下是稳定的惰性气体，不燃烧，不爆炸，绝缘性能良好热容量比变压器油稍差，但在0.14Mpa以上散热性能良好能满足变压器的散热要求。生产SF6气体绝缘变压器要配有南华大学船山学院毕业论文（设计）第4页共41页SF6充气回收装置，并配有气体压力表，密度计，SF6气体绝缘变压器用有载开关等特殊组件产品。匝绝缘层绝缘和撑条要用PPS或PET等聚酯材料。由于SF6是有温室效应的气体，故在工艺上必须保证有较低的年泄漏率为≤1%/年。1.3发展趋势变压器制造工艺的发展主要结合新产品新结构的特点研究出与之相适应的工艺，并着重于新材料，新装备的开发应用以此来不断提高产品的质量和可靠性，但这些新工艺的研究开发需要大量的资金投入和生产成本的提高。而目前我国变压器供大于求，价格竞争异常激烈，用户在招标活动中首选条件是价格因素，因此各生产厂家很难