SH15-80010-0.4非晶合金變壓器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、論文】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 大學(xué)電力工程實(shí)驗(yàn)室中的變壓器設(shè)計(jì) 摘要：本文主要描述了電力工程學(xué)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中關(guān)于變壓器設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生參與整個(gè)過程，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與制作以及造型和分析。 關(guān)鍵詞：電力工程學(xué)，電力變壓器，設(shè)計(jì)，建模，實(shí)驗(yàn)操作 前 言 在電力工程學(xué)課堂上很難進(jìn)行一次完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)必須包括設(shè)計(jì)，制作以及裝置測(cè)驗(yàn)等。由PES電力工程教育委員會(huì)所支持的兩篇論文中描述了電力工程學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在這些實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們利用電腦軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)電力系統(tǒng)和分配系統(tǒng)。本文作者試圖在他的課堂上使用這些優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的確定，學(xué)生們還有賴于對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和模擬操作。學(xué)生通過親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)裝置的制作可以學(xué)到很多東西。 另外有一篇文章詳細(xì)地描述了適用于教學(xué)的變壓器分析軟件，但遺憾的是學(xué)生們不能夠制作以及測(cè)驗(yàn)這些變壓器。第四頁(yè)論文中提到了一個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以對(duì)變壓器進(jìn)行一些具體的測(cè)驗(yàn)，而無需任何設(shè)計(jì)。在近來的其他一些文章中也有提到有關(guān)電腦控制直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)以及電腦上模擬電力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。 在本文中我們所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在電力工程課堂上進(jìn)行一次完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)是一堂電機(jī)學(xué)的一部分，在大多數(shù)電力工程項(xiàng)目組中通常會(huì)有一個(gè)合格的大三或者大四水平的電機(jī)學(xué)學(xué)生做為輔導(dǎo)。該實(shí)驗(yàn)在課程中安排的比較早，這可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于電力工程課的興趣。這是課堂里頭唯一的一個(gè)設(shè)計(jì)學(xué)實(shí)驗(yàn)，盡管還會(huì)穿插著其他一些關(guān)于設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)單直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)。 在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，學(xué)生根據(jù)老師提供的說明書設(shè)計(jì)，制作和檢測(cè)一個(gè)單相電動(dòng)機(jī)。從最初的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，該變壓器是重新設(shè)計(jì)的，而且新的設(shè)計(jì)也被檢測(cè)了。在為變壓器設(shè)計(jì)的電路模型中，我們用到了標(biāo)準(zhǔn)的通路和短路實(shí)驗(yàn)。該模型后來被用來預(yù)測(cè)變壓器的運(yùn)作，這些預(yù)測(cè)結(jié)果可以與實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的一些測(cè)量值做對(duì)照。盡管最初的設(shè)計(jì)可以通過電腦模型來進(jìn)行檢測(cè)，但作者堅(jiān)信通過兩階段的設(shè)計(jì)，制作以及重新設(shè)計(jì)程序?qū)W(xué)生來說是很有意義的。在這過程當(dāng)中許多新的設(shè)計(jì)被首次用作模型，然后再進(jìn)行檢測(cè)和再設(shè)計(jì)，這一切都很真實(shí)。 該實(shí)驗(yàn)的目的在于學(xué)習(xí)： 1. 設(shè)計(jì)程序 2. 實(shí)驗(yàn)程序 3. 建模 4. 作為團(tuán)隊(duì)的一員進(jìn)行設(shè)計(jì)研究 5. 變壓器的運(yùn)作 實(shí)驗(yàn)說明 整個(gè)實(shí)驗(yàn)大概需要4個(gè)星期。在實(shí)驗(yàn)開始的時(shí)候我們就已經(jīng)在課堂上講述了關(guān)于實(shí)驗(yàn)的一些相關(guān)理論。學(xué)生們可以分為四組。 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)1 在第一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，我們提供了變壓器說明書： 1.額定電壓Vp=10V 2.輸入功率為10VA 3.電壓比a=Vp/Vs= 0.8±0.1 4.滿載電壓規(guī)格=0.2或者稍微小一點(diǎn)，正常的為a=0.8 5.最大功率：應(yīng)該在低于中央飽和狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)作。 6.以下的“p”代表“主要的”而“ s”代表“次要的” 每一組都提供了一塊螺旋形鐵心和磁化曲線圖。（磁化強(qiáng)度用H表示，磁化密度用B表示）鐵心制造商所提供的磁化曲線圖位于下圖1. 下面一些關(guān)于設(shè)計(jì)方面的信息也是提供給學(xué)生的： 1. 從磁化曲線圖中，我們可以決定在主線圈上為避免磁路飽和所需要的最小匝數(shù)，然后再計(jì)算出分線圈的匝數(shù)。 2. 根據(jù)鐵心的大小以及匝數(shù)可以知道需要多少電線。從線表（于表1所顯示）可以決定合適電線的規(guī)格。然后到老師那里取線。 3. 啟動(dòng)變壓器。你可以在你的設(shè)計(jì)當(dāng)中考慮使用不同的旋轉(zhuǎn)方法。 有了這些信息，學(xué)生就可以開始變壓器的設(shè)計(jì)以及制作。 學(xué)生們也可以設(shè)計(jì)一個(gè)電路檢測(cè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量變壓器的電壓比，電阻，功率，以及在磁化曲線圖上的運(yùn)作點(diǎn)。 測(cè)試環(huán)節(jié)1 一星期后，學(xué)生們帶著他們的變壓器和檢測(cè)程序來到實(shí)驗(yàn)室。在這里，他們將電路連接到10V的電壓上，然后做了如下的測(cè)量： 1. 一次側(cè)和二次側(cè)的電壓量，Vp和Vs,二次側(cè)電路保持通路。 2. 當(dāng)Vp從5V變化到超過飽和量時(shí)的Vp和Ip，仍舊保持二次側(cè)電路通路。 3. 一次側(cè)和二次側(cè)的電壓以及電流，Vp, Ip, Vs和 Is，把一個(gè)電阻負(fù)荷置于二次側(cè)回路，這可以導(dǎo)致變壓器的滿負(fù)荷運(yùn)作。 在完成了所有的測(cè)量之后，每一個(gè)學(xué)生都要計(jì)算出： 1. 通路（無負(fù)荷）電壓比 2. 滿負(fù)荷電壓調(diào)節(jié)量 3. 滿負(fù)荷功率和結(jié)構(gòu) 4. 不同Vp下的Vp,vs,Ip 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)2 從第一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的檢測(cè)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果，每一組都可以知道他們的設(shè)計(jì)與變壓器說明書的要求有多接近。然后再重新設(shè)計(jì)與制作變壓器，在這個(gè)重新設(shè)計(jì)當(dāng)中學(xué)生可以與老師一起討論。 學(xué)生們當(dāng)然也得設(shè)計(jì)另外一個(gè)檢測(cè)程序來對(duì)變壓器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的通路和短路測(cè)驗(yàn)。他們同時(shí)也要提供一個(gè)等式，該等式可以計(jì)算出于2圖中所顯示的電路模型值。 測(cè)試環(huán)節(jié)2 在實(shí)驗(yàn)的第二階段中，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)（1）中的無負(fù)荷和滿負(fù)荷測(cè)試同樣要求在新的變壓器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)。如果需要的話，Vp vs. Ip檢測(cè)也要進(jìn)行。到時(shí)再完成通路和短路檢測(cè)，然后計(jì)算出電路模型中的一些數(shù)據(jù)。 電路模型再被用于評(píng)估處于滿負(fù)荷運(yùn)作狀態(tài)下的變壓器。最后將這些與實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中已測(cè)量出來的數(shù)據(jù)和結(jié)果相比較。 最后結(jié)果與報(bào)告 每一個(gè)學(xué)生都要求做一份正式的規(guī)范的報(bào)告。我們鼓勵(lì)學(xué)生使用文字處理軟件。在他們的報(bào)告當(dāng)中要求包括以下內(nèi)容： 1. 說明為了達(dá)到與說明書相一致你最初是怎么樣設(shè)計(jì)你的變壓器。 2. 呈現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)第一階段檢測(cè)當(dāng)中所得到的記錄數(shù)據(jù)和計(jì)算值。然后分析你所設(shè)計(jì)的變壓器是怎樣或者為什么沒有能達(dá)到說明書上的要求。 3. 說明在第二個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中你是怎樣重新設(shè)計(jì)變壓器的。 4. 呈現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)第二階段檢測(cè)當(dāng)中所得到的記錄數(shù)據(jù)和計(jì)算值。然后分析你所設(shè)計(jì)的變壓器是怎樣或者為什么沒有達(dá)到說明書上的要求。 5. 畫出變壓器模型圖，然后標(biāo)上你所計(jì)算出來的數(shù)值。 6. 利用電路模型來計(jì)算出在滿負(fù)荷狀態(tài)下的Ip,Vs,和Is。然后與你所測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較。 7. 假若你可以再次設(shè)計(jì)變壓器，你會(huì)做什么改變？ 這份報(bào)告是根據(jù)以下進(jìn)行評(píng)分，學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)的開始就知道評(píng)分依據(jù)。 技術(shù)準(zhǔn)確度 1/4 （結(jié)果要求完整，真實(shí)以及連貫） 結(jié)論 1/4 （結(jié)論要與結(jié)果相一致） 可讀性 1/4 （語法和拼寫要正確，并且容易理解） 組織 1/4 （報(bào)告要有一個(gè)邏輯的大綱） 樣板變壓器設(shè)計(jì)以及檢測(cè) 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)1 法拉第定律表明在感應(yīng)線圈上的電壓與繞組匝數(shù)是成正比例的，位于磁場(chǎng)中的線圈匝數(shù)以及通過線圈的磁通量。 如果將電源電壓與線圈連接起來，那么磁通量為： 對(duì)于一個(gè)電源電壓正弦曲線： 磁通量將是： 這也可以用磁感應(yīng)強(qiáng)度來表示出來： A在鐵心的十字交叉區(qū)域。當(dāng)正弦形式為1時(shí)磁通量達(dá)最大： 最大磁通量應(yīng)該處于飽和狀態(tài)下方區(qū)域，而且它可以在鐵心的B-H曲線圖上讀出來。知道了Bmax，那么我們就可以計(jì)算出鐵心的上的最小匝數(shù)。 磁化曲線圖顯示于圖1的鐵心的厚度為0.022米，寬度為0.029米。那么十字交叉區(qū)域面積為： A=0.222*0.029=0.000638平方米 對(duì)于一個(gè)10V RMS信號(hào)的最大電壓值為 Vp=√2*10V=14.14V 選定磁化曲線下方的運(yùn)作點(diǎn)： Bmax=10kGauss=1T 將這些數(shù)值代入等式1那么會(huì)得到最小值 ： Np,min=58.8turns 或者主線圈上有59匝。大多數(shù)學(xué)生會(huì)簡(jiǎn)單的通過專用匝率來劃分，然后得到分線圈的匝數(shù)。 Ns=Np,min/a = 59/0.8 =73.75轉(zhuǎn) 因此對(duì)于我們的第一次變壓器設(shè)計(jì)中，主線圈有59匝分線圈有74匝。然后我們根據(jù)變壓器的規(guī)格來計(jì)算出盤的長(zhǎng)度： 主線圈長(zhǎng)=50*（0.022+0.022+0.029+0.029）=6米 分線圈長(zhǎng)度=74*（0.022+0.022+0.029+0.029）=7.5米 線圈一般會(huì)安置于環(huán)形室的對(duì)面，因?yàn)樵S多課本上的常用草圖就是這樣的，這顯示于圖三。 測(cè)試環(huán)節(jié)1 1.在二次側(cè)電路保持通路，用一個(gè)10V的電源與變壓器的主線連接時(shí)，二次側(cè)電路電壓為12.4V。這就可以知道通路電壓比為： a=10.0/12.4= 0.806 2.在二次側(cè)電路仍舊保持通路，電壓從5V到12V變化，測(cè)量二次側(cè)電路的電流。結(jié)果顯示于表2。磁化曲線圖，表2中的數(shù)據(jù)圖，顯示于圖4 表2.主電路電壓與電流 圖4 主電路電壓與電流圖 在二次側(cè)電路上連接一個(gè)可變電阻，主電路電壓設(shè)置為10V，可變電阻不斷調(diào)小到變壓器為滿載負(fù)荷。滿載負(fù)荷即意味著主電路的電流為： Ip=10/10=1.0A 或者說二次側(cè)電路的電流為 Is=10/(10/0.8)=0.8A 數(shù)據(jù)顯示于表3。在主電路電流與電壓之間的相位可通過示波器測(cè)量出來。因?yàn)殡娮枋强勺兊?，所以二次?cè)電路的相位為0 表3 滿載時(shí)電壓與電流 滿載時(shí)電壓比為： 電壓變動(dòng)率，由專用轉(zhuǎn)率計(jì)算得到0.8，結(jié)果為： 變壓器的輸入功率為： 輸出功率為： 功率為 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)2 最初的變壓器設(shè)計(jì)達(dá)到了說明書的兩個(gè)要求。通路轉(zhuǎn)率為0.806，在規(guī)范范圍內(nèi) （）而通過圖4的曲線圖我們可以知道，變壓器剛好在磁化曲線下方以最大功率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。 然而，變壓器并沒有達(dá)到說明書上的滿載電壓率規(guī)范，也沒有達(dá)到電壓變動(dòng)率的20%的要求。在這一點(diǎn)上學(xué)生們必須認(rèn)識(shí)到，為了達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范，變壓器必須設(shè)計(jì)成能夠比正常通路電壓高的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。允許的最高通路電壓為： 分盤大概需要的線圈轉(zhuǎn)數(shù)為： 變壓器分盤線圈增加了8匝。為了減少磁泄漏，許多學(xué)生在主盤頂部重新安裝了一個(gè)分盤。另外，有些人考慮到增加的8匝線圈可能不會(huì)使二次側(cè)電路電壓變?yōu)?3.9V，于是在測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)當(dāng)中他們留了足夠的電線，用來給分盤再增加2或者3匝線圈。 測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)2 1.在保持二次側(cè)電路通路，同時(shí)有一個(gè)10V的電源與重新設(shè)計(jì)的變壓器主電路連接時(shí)，二次側(cè)電路的電壓為13.7V。這樣我們就得到通路電壓率為： 2.在主電路電壓為10V，變壓器滿載負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，二次側(cè)電路的電壓為11.0。這樣我們得到滿載電壓率為： 電壓變動(dòng)率，同樣由專用轉(zhuǎn)率公式得到0.8，然后得出結(jié)果： 變壓器的輸入功為： 輸出功為： 計(jì)算得到功率為： 現(xiàn)在電壓變動(dòng)率就在規(guī)范范圍之內(nèi)了，但是滿載時(shí)電壓率仍舊很高，它應(yīng)在范圍之內(nèi)。由于通路電壓率依舊高于0.72，因此主線圈匝數(shù)還應(yīng)增加。 在給主線圈增加一匝線之后我們得到表5所示的結(jié)果。除了滿載電壓率，現(xiàn)在所有的數(shù)據(jù)都在規(guī)范范圍之內(nèi)。滿載電壓率應(yīng)該為0.88或者更低一些。為了使該數(shù)值降低我們給分線圈增加了一匝線，這就使得通路電壓率低于0.72。 表4 變壓器最后測(cè)驗(yàn)結(jié)果 通路電壓率： 滿載時(shí)測(cè)驗(yàn)： 變壓器模型 學(xué)生們對(duì)于他們的變壓器設(shè)計(jì)和測(cè)驗(yàn)結(jié)果很滿意，于是他們通過標(biāo)準(zhǔn)的通路和短路實(shí)驗(yàn)完成了這整個(gè)工作。作為樣板變壓器的一些數(shù)據(jù)結(jié)果顯示于表5。（在主電路上做了兩次測(cè)驗(yàn)） 表5 短路和通路測(cè)驗(yàn) 圖2當(dāng)中的電路模型數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以通過計(jì)算得出： Xeq為0表示變壓器中的磁泄露可以忽略。我們可以通過鐵心材料的高滲透性預(yù)測(cè)到這一結(jié)果。 Req的值不在我們實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考慮之內(nèi)，它僅僅是線圈的電阻。相對(duì)而言，Rc 和 Xm值比較低，這個(gè)可以通過鐵心的較大的磁滯現(xiàn)象來解釋，這產(chǎn)生了較大的損失，也就說明了為什么功率為75%。 現(xiàn)在電路模型可以被用來評(píng)估滿載電壓和電流： 當(dāng)通路轉(zhuǎn)率a=0.72，二次側(cè)電路電阻為17ohms，這些數(shù)值是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室滿載負(fù)荷時(shí)所得到。我們可以利用電路模型來計(jì)算出以下數(shù)據(jù)： 與表4當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在電路模型中會(huì)得到如下一些誤差： 這些誤差顯示了電路模型和測(cè)量數(shù)據(jù)之間的優(yōu)勢(shì)性。 結(jié) 論 關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成,同學(xué)們參與了整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程,從最初的設(shè)計(jì)與制作,通過測(cè)驗(yàn),重新設(shè)計(jì),建模和分析.他們處理了多份說明書,這些含有一些矛盾,比如在涉及到電功率的材料的使用時(shí)平衡功率的問題. 他們已經(jīng)見識(shí)過數(shù)個(gè)trade-off 設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用.他們也學(xué)會(huì)了專業(yè)的變壓器設(shè)計(jì)和建模知識(shí).而且他們也了解了處于一個(gè)工作團(tuán)隊(duì)中的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì). 自 傳 于1979年在州立大學(xué)取得了電力工程學(xué)士學(xué)位,并于1980年在密歇根大學(xué)取得電力工程學(xué)碩士學(xué)位,1986年在大學(xué)取得博士學(xué)位.在1980年到1984年間,他在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的電力系統(tǒng)技術(shù)項(xiàng)目組工作.他主要致力與光電學(xué)和電能質(zhì)量 的研究. 從1987年開始就是,大學(xué)電力工程系的一員,他主要從事電機(jī)和電力系統(tǒng)的教學(xué)工作. 參考文獻(xiàn) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 SH15-800/10-0.4非晶合金變壓器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目來源 自選課題 設(shè)計(jì)（論文）題目類型　 工程設(shè)計(jì) 起止時(shí)間 一、設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義： 依據(jù)：變壓器設(shè)計(jì)任務(wù)書及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。 意義：我國(guó)正在推廣使用非晶合金變壓器，它比現(xiàn)行的S9，S11系列變壓器空載損耗下降達(dá)75%，空載電流下降達(dá)45%。對(duì)節(jié)約能源和改善環(huán)境污染有著重大意義。通過對(duì)SH15-800/10-0.4非晶合金變壓器的設(shè)計(jì)，了解變壓器基本原理和產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的前沿技術(shù)，以及變壓器發(fā)展趨勢(shì)。 掌握AutoCAD繪圖軟件的工程設(shè)計(jì)，精通該軟件的使用及后續(xù)開發(fā)。 二、設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線） 1. 了解非晶合金變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造前沿技術(shù)以及行業(yè)目前發(fā)展趨勢(shì)； 2. 學(xué)習(xí)非晶合金變壓器設(shè)計(jì)方法； 3. 對(duì)SH15-800/10-0.4變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析； 4. 使用AutoCAD繪制SH15-800/10-0.4非晶合金變壓器的鐵芯、線圈等 圖。 三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)： 重點(diǎn)：非晶合金變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)； 難點(diǎn)：非晶合金變壓器的結(jié)構(gòu)，鐵芯直徑選取，磁通計(jì)算，阻抗計(jì)算等。 四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）： 研究方法：1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)，（變壓器設(shè)計(jì)原理，電力變壓器的理論與計(jì)算等）； 2.消化資料，掌握變壓器原理和一般設(shè)計(jì)方法; 3.設(shè)計(jì)一臺(tái)產(chǎn)品型號(hào)為SH15-800/10-0.4非晶合金變壓器。 進(jìn)度安排： 第一階段——了解變壓器發(fā)展情況并參閱大量相關(guān)資料 12月～3月初 第二階段——對(duì)變壓器原理學(xué)習(xí)和研究 3月初～3月中旬 第三階段——一般設(shè)計(jì)方法的理解與運(yùn)用 3月中旬～4月初 第四階段——論文撰寫及S15-800/10-0.4非晶合金變壓器設(shè)計(jì) 4月初～5月初 第五階段——對(duì)本電力變壓器設(shè)計(jì)進(jìn)行修改 5月初～5月中旬 第六階段——繪制相關(guān)圖樣并定稿 5月中旬～6月初 五、進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： （1）軟件方面：主要為AutoCAD繪圖軟件，MS office等辦公軟件 （2）硬件方面：電腦、打印機(jī)等設(shè)備 （3）資料方面：需要大量有關(guān)變壓器設(shè)計(jì)的論文資料及相關(guān)專業(yè)書籍 （4）老師的指導(dǎo)。 六、指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日 SH15-800/10-0.4非晶合金變壓器設(shè)計(jì)非晶合金變壓器設(shè)計(jì) 導(dǎo)師：導(dǎo)師：提提 要要n 本設(shè)計(jì)主要介紹了非晶合金材料特本設(shè)計(jì)主要介紹了非晶合金材料特點(diǎn)、非晶合金變壓器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨點(diǎn)、非晶合金變壓器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)、變壓器設(shè)計(jì)的一般流程等，并且據(jù)勢(shì)、變壓器設(shè)計(jì)的一般流程等，并且據(jù)此方法對(duì)此方法對(duì)SH15-800/10-0.4SH15-800/10-0.4非晶合金變非晶合金變壓器進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，使用壓器進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，使用AutoCADAutoCAD繪制繪制了其主要圖樣（鐵心圖，高、低線圈圖）了其主要圖樣（鐵心圖，高、低線圈圖）。非晶合金材料非晶合金材料n鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分之一秒的時(shí)間就將之一秒的時(shí)間就將1300的鋼水降到的鋼水降到200以下，以下，形成非晶帶材。形成非晶帶材。n非晶鐵心片厚度極薄，僅非晶鐵心片厚度極薄，僅0.025mm。n非晶的飽和磁密低非晶的飽和磁密低，三相變壓器取，三相變壓器取1.25.35T。n非晶合金的硬度較大，是取向硅鋼片的非晶合金的硬度較大，是取向硅鋼片的5倍。倍。n非晶合金鐵心成型后必須進(jìn)行退火處理，非晶合金鐵心成型后必須進(jìn)行退火處理，應(yīng)力應(yīng)力敏感。敏感。n非晶配變鐵心較大，噪聲較大。非晶配變鐵心較大，噪聲較大。變壓器設(shè)計(jì)一般流程變壓器設(shè)計(jì)一般流程非晶合金變壓器的特點(diǎn)非晶合金變壓器的特點(diǎn)n1)非晶鐵心為卷鐵心，其截面為矩形，所以，一、二非晶鐵心為卷鐵心，其截面為矩形，所以，一、二次線圈均加工成圓角矩形，可提高導(dǎo)線的利用率。同次線圈均加工成圓角矩形，可提高導(dǎo)線的利用率。同時(shí)提高油箱內(nèi)的填充率。時(shí)提高油箱內(nèi)的填充率。n2)非晶鐵心的結(jié)構(gòu)可分為疊環(huán)式、單環(huán)式、氣隙分布非晶鐵心的結(jié)構(gòu)可分為疊環(huán)式、單環(huán)式、氣隙分布式、疊片式和搭接式卷鐵心五種，最常用的為搭接式。式、疊片式和搭接式卷鐵心五種，最常用的為搭接式。n3)非晶鐵心的總體結(jié)構(gòu)為四框五柱式。有兩個(gè)旁軛可非晶鐵心的總體結(jié)構(gòu)為四框五柱式。有兩個(gè)旁軛可供磁通中的高次諧波或零序分量流通。所以，其繞組供磁通中的高次諧波或零序分量流通。所以，其繞組的接法為的接法為Dyn11，可以減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。，可以減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。n4)非晶變壓器的噪聲比硅鋼片鐵心變壓器高非晶變壓器的噪聲比硅鋼片鐵心變壓器高6-8dB。5)非晶鐵心截面積比同容量的硅鋼片變壓器的鐵心大。因?yàn)榉蔷Ш辖鸬墓ぷ鞔琶鼙裙桎撈?。在截面相同的條件下，矩形的周長(zhǎng)比圓形長(zhǎng)，因此，非晶合金變壓器高低壓線圈主空道的周長(zhǎng)要比同容量硅鋼片鐵心變壓器長(zhǎng)得多。三相非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)示意圖SH15-800/10非晶合金變壓器技術(shù)參數(shù)非晶合金變壓器技術(shù)參數(shù)n 額定容量 800KVAn 額定電壓 高壓：10kV5%低壓：0.4kV n 無勵(lì)磁調(diào)壓n 額定頻率：50HZn 相數(shù)：三相n繞組聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào) Dyn11n 主要額定性能數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值主要額定性能數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值n短路阻抗：短路阻抗：UK=4.5%10%n空載損耗：空載損耗：P0=380W +15%n空載電流：空載電流：%=0.3%+30%n負(fù)載損耗：負(fù)載損耗：PD=7500W +10%鐵心鐵心尺寸圖低壓繞組低壓繞組n采用箔繞n規(guī)格：1.05345n每只線圈分14層，層間帶4.5油道，每層間用0.08的絕緣紙兩張，首末各加一張。低壓層絕緣放置示意圖高壓繞組高壓繞組n多層圓筒式；n 線型：ZB-0.45 2.365；n每只線圈共11層；n油道在線圈第4第5層間；高壓層絕緣放置示意圖短路特性與空載特性短路特性與空載特性 n短路阻抗短路阻抗uk 負(fù)載損耗負(fù)載損耗Pkn空載損耗空載損耗 P0 空載電流空載電流I0技技術(shù)術(shù)參數(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值偏差偏差國(guó)家國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)是否合格是否合格短路阻抗短路阻抗u uk4.64%4.64%4.5%4.5%+3.1%+3.1%10%10%合格合格負(fù)載損負(fù)載損耗耗P PK7660W7660W7500W7500W+2.13%+2.13%+10%+10%合格合格空空載損載損耗耗P P0243W243W380W380W-36.05%-36.05%+15%+15%合格合格空空載電載電流流I I0（%）0.280.3-6.67%-6.67%+30%+30%合格合格設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值技術(shù)參數(shù)對(duì)比設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值技術(shù)參數(shù)對(duì)比 n若算得的阻抗電壓不符合要求，則需進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法有以下三種：n（1）調(diào)整W及et：當(dāng)電抗值較大時(shí)，可增大et。et增大，W必然會(huì)減少，從而使電抗值降低。n（2）調(diào)整D及H：當(dāng)電抗值偏大時(shí)，可增加H，隨之D必然會(huì)縮小。調(diào)整導(dǎo)線的ab尺寸及調(diào)整段數(shù)均可達(dá)到調(diào)整D及H的目的。n（3）調(diào)整高低壓線圈間距離：在滿足絕緣最小距離情況下，增加高低壓線圈間的距離，可使電抗值增大或減小。溫升計(jì)算溫升計(jì)算 n繞組對(duì)油的平均溫升繞組對(duì)油的平均溫升 在設(shè)計(jì)時(shí)，常將繞組對(duì)油的溫升控制在25K以下。n油對(duì)空氣的溫升油對(duì)空氣的溫升 油對(duì)空氣的溫升控制在40K以下，油頂層對(duì)空氣的溫升不超過53K。n繞組對(duì)空氣的平均溫升繞組對(duì)空氣的平均溫升 繞組對(duì)空氣的溫升標(biāo)準(zhǔn)限值為65K，計(jì)算時(shí)通?？刂圃?3K以下。本次設(shè)計(jì)溫升值本次設(shè)計(jì)溫升值低繞組對(duì)油低繞組對(duì)油的平均溫升的平均溫升高繞組對(duì)油高繞組對(duì)油的平均溫升的平均溫升油對(duì)空氣油對(duì)空氣 的溫升的溫升18.2K24.3K49K均符合要求均符合要求非晶合金變壓器的發(fā)展前景非晶合金變壓器的發(fā)展前景n非晶合金鐵芯變壓器，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的非晶合金鐵芯變壓器，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的1/5，且全密，且全密封免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用極低。封免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用極低。n高低壓線圈均為矩形的銅繞組，當(dāng)線圈偶然發(fā)生短路時(shí)，能適高低壓線圈均為矩形的銅繞組，當(dāng)線圈偶然發(fā)生短路時(shí)，能適應(yīng)較大的機(jī)械應(yīng)力破壞，線圈不產(chǎn)生變形；應(yīng)較大的機(jī)械應(yīng)力破壞，線圈不產(chǎn)生變形；n箱體采用冷軋鋼板制成的片狀散熱器，高低壓套管的上方加裝箱體采用冷軋鋼板制成的片狀散熱器，高低壓套管的上方加裝防冰雹、防塵、防雨罩，其引線無導(dǎo)體裸露，可用電纜接線，防冰雹、防塵、防雨罩，其引線無導(dǎo)體裸露，可用電纜接線，全絕緣保護(hù)；變壓器熱循環(huán)油填充硅油，箱體全密封，全絕緣保護(hù)；變壓器熱循環(huán)油填充硅油，箱體全密封，20年內(nèi)年內(nèi)免維護(hù)，且可適應(yīng)高溫場(chǎng)所。免維護(hù)，且可適應(yīng)高溫場(chǎng)所。n在規(guī)定年限內(nèi)能夠收回投資。在規(guī)定年限內(nèi)能夠收回投資。n非晶合金變壓器若能完全替代新非晶合金變壓器若能完全替代新S9系列配變，如系列配變，如10kV級(jí)配電變級(jí)配電變壓器年需求量按壓器年需求量按5000萬萬kVA計(jì)算時(shí)，那么，一年便可節(jié)電計(jì)算時(shí)，那么，一年便可節(jié)電100億億kWh以上。還可帶來少建電廠的良好的環(huán)保效益，少向大氣以上。還可帶來少建電廠的良好的環(huán)保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會(huì)大大地減輕對(duì)環(huán)境的直接污染，使其成排放溫室氣體，這樣會(huì)大大地減輕對(duì)環(huán)境的直接污染，使其成為新一代名副其實(shí)的綠色環(huán)保產(chǎn)品為新一代名副其實(shí)的綠色環(huán)保產(chǎn)品 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 任 務(wù) 書 學(xué)院：電氣工程學(xué)院2005級(jí)電力專業(yè) 題目：SH15-800/10-0.4非晶合金變壓器設(shè)計(jì) 起止時(shí)間： 教研室主任： 年12月15日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容 1.1 掌握電力變壓器工作原理、結(jié)構(gòu)形式及電力變壓器電磁計(jì)算方法； 1.2 了解變壓器類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造前沿技術(shù)以及行業(yè)目前發(fā)展?fàn)顩r； 1.3 掌握AutoCAD工程繪圖方法； 1.4 設(shè)計(jì)SH15-800kVA/10-0.4非晶合金變壓器。內(nèi)容包括：計(jì)算單及主要圖樣（鐵心圖、線圈圖、外形圖），并分析非晶合金變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。主要技術(shù)條件見附錄。 1.5 翻譯一篇字?jǐn)?shù)在5000字以上的英文資料。 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求 2.1 論文字?jǐn)?shù)在15000字以上，包括摘要、關(guān)鍵詞、圖片、參考資料等內(nèi)容，符合論文格式要求，摘要和關(guān)鍵詞譯成英文。 2.2 所有圖紙要符合國(guó)標(biāo)要求或符合工廠生產(chǎn)習(xí)慣用圖要求。 2.3 所有資料均需裝訂成冊(cè)。 2.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度要求：資料查詢（08.12.15-09.1.16）、資料消化（第2學(xué)期第1-6周）、開題報(bào)告（第6周）、論文撰寫及產(chǎn)品設(shè)計(jì)（第7-10周）、畢業(yè)設(shè)計(jì)文件及論文修改（第12周）、答辯資料準(zhǔn)備（第13周）、答辯（第14周）。第12周周末前將設(shè)計(jì)文件及論文初稿交指導(dǎo)老師審閱，過期不交推遲答辯。 附A：非晶合金變壓器30/10～1600/10技術(shù)條件 非晶合金30/10～1600/10變壓器技術(shù)條件 30～1600/10變壓器技術(shù)參數(shù) 容量 Power (kVA) 電壓組合 Voltage Combination 聯(lián)接組標(biāo)號(hào) Connection Symbol 損耗Loss (W) 阻抗電壓 (%) 空載電流 (%) 高壓 H.V (kV) 低壓 L.V (kV) 空載 No-load 負(fù)載 Load 30 10 ±5% 0.4 Y,yn0 33 600 4.0 2.1 50 43 870 2.0 63 50 1040 1.9 80 60 1250 1.8 100 75 1500 1.6 125 85 1800 1.5 160 100 2200 1.4 200 120 2600 1.3 250 140 3050 1.2 315 170 3650 1.1 400 200 4300 1.0 500 240 5150 1.0 630 320 6200 4.5 0.9 800 380 7500 0.8 1000 450 10300 0.7 1250 530 12000 0.6 1600 630 14500 0.6 其它技術(shù)條件符合GB1094-1999《電力變壓器》及GB6451-2008《三相油浸電力變壓器技術(shù)參數(shù)的要求》 附B：主要參考資料 1 沈陽變壓器研究所.變壓器,1983-2008年各期 2 路長(zhǎng)柏等.電力變壓器計(jì)算.哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1990 3 謝毓城.電力變壓器手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003 4 《變壓器手冊(cè)》編寫組.電力變壓器手冊(cè),沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1997 5 尹克寧.變壓器設(shè)計(jì)原理,中國(guó)電力出版社,2003.10 6 沈陽變壓器有限公司.變壓器設(shè)計(jì)手冊(cè),內(nèi)部資料,2003 7 中國(guó)變壓器行業(yè)信息網(wǎng)http://www.ctn.net.cn/ (用戶名:ahy77 密碼:ay5br77) 8 GB1094-1999 GB6451-2008 9 學(xué)校數(shù)字圖書館查找相關(guān)論文. 摘 要 本文介紹了非晶合金材料特性以及非晶合金變壓器的發(fā)展現(xiàn)狀、還描述了變壓器一般的設(shè)計(jì)方法，其中著重討論了變壓器的鐵芯設(shè)計(jì)、絕緣設(shè)計(jì)、繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繞組尺寸計(jì)算、阻抗計(jì)算、空載損耗及空載電流計(jì)算、負(fù)載損耗、溫升計(jì)算等。并通過查詢手冊(cè)，選取合適參數(shù)與本設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，確定運(yùn)用文中介紹方法設(shè)計(jì)完成的SH15-800/10-0.4箔式非晶合金變壓器，在電氣性能、節(jié)能效果等各方面性能均符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定。文中變壓器各部件圖形及非晶合金鐵心、高低壓線圈圖形均由AUTO CAD繪制完成。 關(guān)鍵詞：SH15-800/10;非晶合金；變壓器設(shè)計(jì)；電磁計(jì)算。 Abstract In this paper, the material properties of amorphous alloys, and the development of amorphous alloy transformer status quo, but also describes the general design method of the transformer, which focused on the transformer core design, insulation design, structural design of winding, winding size calculation, the impedance calculation, No-load loss and no-load current calculation, load loss, temperature rise calculation. Manual by inquiries, select the appropriate parameters to compare with the design to determine the use of text designed to introduce the completion of the SH15-800/10-0.4-type amorphous alloy foil transformers, electrical performance, and other energy-saving performance results are in line with the relevant provisions of the country. Text and graphics components transformer amorphous alloy core, high-low voltage coil graphics drawn by the completion of AUTO CAD. Keyword：SH15-800/10；Amorphous alloy；Transformer Design；Electromagnetic computing。 目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 錄 3 1 非晶合金變壓器綜述 7 1.1非晶合金材料 7 1.2非晶合金的主要特點(diǎn) 7 1.3非晶合金變壓器的發(fā)展前景 11 2 變壓器的電磁計(jì)算 13 2.1變壓器電磁計(jì)算的一般程序 13 2.2變壓器技術(shù)參數(shù)的確定 14 2.3電壓和電流的計(jì)算 16 2.3.1 單相變壓器 16 2.3.2 三相變壓器 16 2.4 鐵心直徑的確定 17 2.4.1 影響鐵心直徑選擇的主要因素 17 2.4.2 選擇鐵心直徑的實(shí)用方法 18 2.5 高、低壓繞組匝數(shù)的計(jì)算 19 2.5.1 初算每匝電壓 20 2.5.2 低壓繞組匝數(shù)計(jì)算 21 2.5.3 磁通密度的計(jì)算 21 2.5.4 高壓（中壓）繞組匝數(shù)的計(jì)算 21 2.5.5 電壓比校核 22 2.6 絕緣設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 23 2.6.1變壓器絕緣的分類及對(duì)絕緣設(shè)計(jì)的要求 23 2.6.2 變壓器運(yùn)行時(shí)各部分所承受電壓 24 2.6.3變壓器的絕緣結(jié)構(gòu) 24 2.7變壓器的鐵心與空載參數(shù)的計(jì)算 27 2.7.1鐵心的功能 27 2.7.2空載損耗的計(jì)算 28 2.7.3空載電流的計(jì)算 28 2.8 變壓器的繞組及負(fù)載損耗計(jì)算 29 2.8.1變壓器繞組的結(jié)構(gòu)型式和特點(diǎn) 29 2.8.2繞組的要求 30 2.8.3繞組的型式 30 2.8.4導(dǎo)線和電流密度的選擇 33 2.8.5繞組軸向、輻向尺寸及絕緣半徑計(jì)算 34 2.8.6短路損耗計(jì)算 36 2.9 阻抗電壓計(jì)算 37 2.9.1基本計(jì)算公式 38 2.9.2電抗高度計(jì)算 39 2.9.3 漏磁面積∑D的計(jì)算 39 2.9.4調(diào)整方法 40 2.10 變壓器的溫升及油箱尺寸計(jì)算 40 2.10.1溫升計(jì)算 40 2.10.2 繞組對(duì)油的平均溫升 43 2.11 變壓器總重 43 3 非晶合金變壓器的設(shè)計(jì) 44 3.1 非晶合金變壓器基本參數(shù)的確定 44 3.1.1 磁通密度的取值 44 3.1.2 工藝系數(shù)的確定 44 3.1.3 聯(lián)結(jié)組別 44 3.1.4 噪聲 44 3.1.5 鐵心受力 45 3.2 非晶合金變壓器的電磁計(jì)算 45 3.2.1 鐵心計(jì)算 45 3.2.2線圈計(jì)算 46 4 SH15-800/10-0.4箔式非晶合金變壓器電磁計(jì)算 48 4.1技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn) 48 4.2電壓、電流計(jì)算 48 4.2.1高壓側(cè)線電壓: 48 4.2.2高、低壓側(cè)相電壓壓分別為 48 4.2.3高壓相電流 49 4.2.4低壓側(cè)相電流 49 4.3鐵心（迭厚）計(jì)算 49 4.4繞組計(jì)算 50 4.4.1每匝電壓： 50 4.4.2高低壓繞組匝數(shù)確定 50 4.4.3驗(yàn)算電壓誤差 50 4.4.4繞組尺寸計(jì)算 50 4.5絕緣半徑計(jì)算 - 2 - 4.6負(fù)載損耗 47 4.6.1高壓繞組 47 4.6.2 低壓繞組 48 4.6.3負(fù)載損耗（取1.05） 48 4.7 阻抗電壓計(jì)算 48 4.8 鐵重 49 4.9空載損耗計(jì)算 49 4.10油箱及線圈溫升計(jì)算 50 4.10.1油箱尺寸及散熱計(jì)算 50 4.10.2 高壓繞組對(duì)油平均溫升 51 4.10.3 低壓繞組對(duì)油平均溫升 52 4.11 重量計(jì)算 52 結(jié)束語 54 參考文獻(xiàn) 55 謝 辭 57 1 非晶合金變壓器綜述 1.1非晶合金材料 在日常生活中人們接觸的材料一般有兩種：一種是晶態(tài)材料，另一種是非晶態(tài)材料。所謂晶態(tài)材料，是指材料內(nèi)部的原子排列遵循一定的規(guī)律。反之，內(nèi)部原子排列處于無規(guī)則狀態(tài)，則為非晶態(tài)材料, 一般的金屬，其內(nèi)部原子排列有序，都屬于晶態(tài)材料?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，金屬在熔化后，內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)。一但金屬開始冷卻，原子就會(huì)隨著溫度的下降，而慢慢地按照一定的晶態(tài)規(guī)律有序地排列起來，形成晶體。如果冷卻過程很快，原子還來不及重新排列就被凝固住了，由此就產(chǎn)生了非晶態(tài)合金,制備非晶態(tài)合金采用的正是一種快速凝固的工藝。將處于熔融狀態(tài)的高溫鋼水噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上。鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分之一秒的時(shí)間就將1300℃的鋼水降到200℃以下，形成非晶帶材。 非晶態(tài)合金與晶態(tài)合金相比，在物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能方面都發(fā)生了顯著的變化。以鐵元素為主的非晶態(tài)合金為例，它具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低損耗的特點(diǎn)。由于這樣的特性,非晶態(tài)合金材料在電力、能源、電子、航天、機(jī)械、微電子等眾多領(lǐng)域中具備了廣闊的應(yīng)用空間。例如，用于航空航天領(lǐng)域，可以減輕電源、設(shè)備重量，增加有效載荷。用于民用電力、電子設(shè)備，可大大縮小電源體積，提高效率，增強(qiáng)抗干擾能力。微型鐵芯可大量應(yīng)用于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN中的變壓器。非晶合金神奇的功效，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 1.2非晶合金的主要特點(diǎn) （1）非晶合金鐵心 1）非晶合金鐵心片厚度極薄，僅0.025mm，不到常用硅鋼片的1/10；疊片系數(shù)較低，只有0.86；帶材有142、170、213mm3種寬度。 2）非晶合金的飽和磁通密度較低，單相變壓器一般取1.3～1.4T，三相變壓器一般取1.25～1.35T，因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)受到材料的限制。 3）非晶合金的硬度較大，是取向硅鋼片的5倍，因此，加工剪切很困難，對(duì)設(shè)備、刀具要求較高。一般是對(duì)邊緣剪切處進(jìn)行加溫從而獲得良好的剪切面，心柱由同一寬度的非晶合金帶卷制而成，故鐵心截面呈長(zhǎng)方形，相應(yīng)的高、低壓繞組均為矩形。 4）非晶合金在成材過程中急速冷卻和卷繞鐵心時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，為了獲得良好的損耗特性，非晶合金鐵心成型后必須在一定的磁場(chǎng)條件下進(jìn)行退火處理。其退火工藝比較復(fù)雜，要求較高。 5）非晶合金鐵心材料退火之后的脆性（易產(chǎn)生碎屑）也是設(shè)計(jì)制造時(shí)需關(guān)注的問題，需要采取一定的工藝措施。 6）非晶合金鐵心材料對(duì)機(jī)械應(yīng)力非常敏感，無論是張引力還是彎曲應(yīng)力都會(huì)影響其磁性能，所以，鐵心的損耗會(huì)隨著壓力的增大而增加。這需要在器身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中予以充分考慮。 圖1.1 單相非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)示意圖 7）單相非晶合金鐵心變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)一般為“框”形，如圖1.1所示； 三相變壓器的結(jié)構(gòu)則由4個(gè)“框”合并成類似的三相五柱式結(jié)構(gòu)，如圖1.2所示；容量較大時(shí)，則采用8個(gè)鐵心框疊放在一起的結(jié)構(gòu) 。 圖1.2 三相非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)示意圖 （2）非晶合金鐵心變壓器運(yùn)行后的空載損耗 非晶合金片磁滯損耗和渦流損耗都明顯低于取向硅鋼片，因此非晶合金鐵心配電變壓器的空載損耗只有S11型配電變壓器空載損耗的40％，甚至更少。但也有人認(rèn)為，運(yùn)行后的非晶合金鐵心變壓器的空載損耗會(huì)呈增加趨勢(shì)。 此問題早在開發(fā)非晶合金變壓器期間已經(jīng)有所考慮。 1982年，第一臺(tái)非晶合金鐵心變壓器在美國(guó)掛網(wǎng)運(yùn)行； 1983年，美國(guó)電力研究院（EPRI）、GE公司及紐約州電力公司曾考慮到了這一問題，并于1985年，將已制成的臺(tái)、柱上變壓器送到個(gè)成員單位進(jìn)行為期年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，運(yùn)行2年后其空載電流和空載損耗與交付試驗(yàn)時(shí)的極為接近。 日本東京電力公司、Takao電氣公司和日立電氣公司對(duì)非晶合金變壓器的長(zhǎng)期可靠性做了深入細(xì)致地研究。他們從1991年起對(duì)不同容量的200臺(tái)非晶變壓器進(jìn)行了加速老化、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、短路、沖擊等試驗(yàn)，還進(jìn)行了負(fù)荷和振動(dòng)對(duì)變壓器空載特性的影響測(cè)試。研究結(jié)果表明，在30年壽命期內(nèi)，其空載特性是穩(wěn)定的，運(yùn)行是可靠的。 我國(guó)對(duì)此問題亦有研究。1995年，作為非晶合金配電變壓器試運(yùn)行單位的甘肅省天水市北道區(qū)電力局，根據(jù)冶金部、電力部關(guān)于攻關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)測(cè)試的規(guī)定要求，對(duì)10臺(tái)掛網(wǎng)運(yùn)行2個(gè)月的非晶合金變壓器進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與運(yùn)行前的測(cè)試值是相一致的。 鐵心材料被制作成形鐵心后已經(jīng)過了約400℃高溫的退火處理，這對(duì)于正常運(yùn)行溫度、短路熱穩(wěn)定溫度都已是足夠高的了，所以不必?fù)?dān)心材質(zhì)會(huì)在30年壽命期內(nèi)因溫度而發(fā)生變化。因此，非晶合金變壓器不存在空載損耗在運(yùn)行中會(huì)有所增加的可能。 （3）非晶合金變壓器噪聲 研究表明，鐵心片的磁滯伸縮現(xiàn)象是產(chǎn)生變壓器噪聲的主要原因，這與鐵心的尺寸和磁通密度有關(guān)系。在10%同一磁通密度下的磁滯伸縮程度，非晶合金的這一指標(biāo)比傳統(tǒng)晶粒取向冷軋硅鋼片高。但是，冷軋硅鋼片的飽和磁通密度較高，約為2.03T，而非晶合金的飽和磁通密度較低，約為1.5T。因?yàn)榉蔷Ш辖痂F心變壓器的額定工作磁通密度（1.25～1.35T）要比冷軋硅鋼片鐵心變壓器的額定工作磁通密度（1.63～1.73T）低得多，因而二者的實(shí)際磁滯伸縮是接近的。 但是，非晶合金鐵心變壓器與同規(guī)格傳統(tǒng)鐵心變壓器相比，其鐵心質(zhì)量大40%左右，有效截面積大50％以上，這在一定程度上會(huì)使變壓器噪聲增大。 另外，鐵心自身結(jié)構(gòu)和制造工藝對(duì)噪聲也有一定的影響。非晶合金鐵心表面涂覆有環(huán)氧樹脂，如果樹脂涂覆不好或由于樹脂質(zhì)量差或調(diào)配比例不當(dāng)而引起樹脂脫落，或者接縫疊裝不整齊等都會(huì)增加變壓器噪聲。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有必要對(duì)鐵心和器身采取接縫涂漆、加消音墊等減振措施。 所以，非晶合金鐵心變壓器的聲級(jí)很難控制。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10088—2004《6～500kV級(jí)電力變壓器聲級(jí)》中也指出：“本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的聲級(jí)限值不適用于非晶合金鐵心變壓器，非晶合金鐵心變壓器的聲級(jí)限值由制造單位與用戶協(xié)商確定?！比欢湓肼暡⒉皇遣豢梢钥刂频模诂F(xiàn)有技術(shù)條件下，若在非晶合金變壓器設(shè)計(jì)、工藝、制造、使用過程中多加注意，精心控制，則非晶合金鐵心變壓器也可達(dá)到傳統(tǒng)鐵心變壓器的聲級(jí)水平。但對(duì)于噪聲要求較嚴(yán)格的場(chǎng)所，建議慎重考慮。 （4）聯(lián)結(jié)組 由于三相非晶合金配電變壓器采用三相四框五柱式鐵心結(jié)構(gòu)，每個(gè)相繞組套在磁路獨(dú)立、相鄰的兩框上。每個(gè)框內(nèi)的磁通除基波磁通外，還有三次諧波磁通，三次諧波磁通占基波正弦波磁通的百分?jǐn)?shù)則與運(yùn)行時(shí)額定磁通密度選用值有關(guān)。一個(gè)繞組的兩個(gè)鐵心框內(nèi)的三次諧波磁通在相位上正好相反，數(shù)值上相等，因此每一組繞組內(nèi)的3次諧波的磁通相量和為零。當(dāng)變壓器高壓繞組采用D聯(lián)結(jié)時(shí)，三次諧波電流在高壓繞組三角形內(nèi)構(gòu)成回路，在感應(yīng)出的二次側(cè)電壓波形上就不會(huì)有三次諧波電壓分量。當(dāng)然，每個(gè)框內(nèi)的空載損耗還是會(huì)受到各自框內(nèi)二次諧波磁通的影響，因而其聯(lián)結(jié)組一般采用Dyn聯(lián)結(jié)。用戶在選用產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。 （5）抗短路能力 上文已介紹非晶合金鐵心的損耗會(huì)隨著壓力的增大而迅速上升。一旦變壓器發(fā)生短路，所產(chǎn)生的沖擊性電動(dòng)力如果直接作用于非晶合金鐵心，鐵心是無法承受的。因此，在器身結(jié)構(gòu)上，不能采用將鐵心作為主承重結(jié)構(gòu)件的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，低壓繞組應(yīng)自保持，一般將低壓繞組繞在硬筒上，將高壓繞組直接套繞在低壓繞組上，裝配時(shí)將繞組支撐在單獨(dú)的繞組支撐系統(tǒng)上并壓緊固定，這樣可使鐵心不受壓力，減少了變壓器短路時(shí)徑向的內(nèi)縮或外擴(kuò)，從而有效地確保了變壓器的抗短路能力。這種結(jié)構(gòu)已通過實(shí)際短路承受能力試驗(yàn)證明。 （6）產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 非晶合金變壓器的節(jié)能效果已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面的論證已見諸報(bào)道。在目前市場(chǎng)狀況下，通過對(duì)SH15型三相油浸式非晶合金鐵心配電變壓器與S11型三相油浸式配電變壓器經(jīng)濟(jì)性的分析比較，就投資回收期而言，非晶合金鐵心配電變壓器在四年多時(shí)間里節(jié)約的電費(fèi)就可以補(bǔ)回投資差額，之后用戶便可長(zhǎng)期受益。 1.3非晶合金變壓器的發(fā)展前景 推廣應(yīng)用非晶合金鐵心變壓器不僅有良好的節(jié)能效益，而且還有環(huán)保效益。節(jié)能相當(dāng)于減少發(fā)電量或少建火力發(fā)電廠，從而減少了發(fā)電廠排放的CO2、SO2和氮氧化物等。 非晶合金鐵心配電變壓器在國(guó)外早已使用并取得了成功經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)有100多萬臺(tái)非晶合金鐵心配電變壓器掛網(wǎng)運(yùn)行；日本已有35萬臺(tái)在運(yùn)行，目前世界上最大的5000kVA的非晶合金變壓器也在運(yùn)行；歐盟國(guó)家也有應(yīng)用；亞洲的印度、孟加拉國(guó)、韓國(guó)、泰國(guó)等國(guó)家都有非晶合金變壓器制造廠。我國(guó)從二十世紀(jì)九十年代初開始生產(chǎn)和應(yīng)用非晶合金變壓器，但發(fā)展較為緩慢，推廣的效果不很理想。 三相油浸式非晶合金鐵心配電變壓器與S11型三相油浸式配電變壓器相比，其有效材料消耗較大，制造耗費(fèi)工時(shí)較多，因而成本較高。按目前材料價(jià)格計(jì)，前者的價(jià)格約為后者的1.3倍。這一價(jià)格與前些年相比，供需雙方還是可以接受的，這就有利于大范圍推廣應(yīng)用。另外，采購(gòu)變壓器不能只看價(jià)格，應(yīng)對(duì)總費(fèi)用（TOC）進(jìn)行評(píng)估，看其在壽命期內(nèi)的總成本是否最低。這也是國(guó)際上通用的方法。2005年6月，國(guó)家電網(wǎng)公司農(nóng)電工作部在組織討論非晶合金變壓器標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，已將此方法作為該標(biāo)準(zhǔn)的附錄。 目前，除油浸式非晶合金鐵心配電變壓器外，根據(jù)市場(chǎng)和用戶需要，又推出了多種非晶合金鐵心變壓器類產(chǎn)品：非晶合金鐵心干式變壓器、非晶合金鐵心地下式變壓器、高燃點(diǎn)油非晶合金鐵心變壓器、非晶合金鐵心組合式變壓器（即美式箱變）、預(yù)裝式非晶合金變電站（即歐式箱變）等等，其應(yīng)用范圍越來越廣。 比如，三相非晶合金鐵心配電變壓器與新S9型配電變壓器相比，其年節(jié)約電能量是相當(dāng)可觀的。以800kVA為例，△P0為1.05kW；兩種型式配電變壓器的負(fù)載損耗值是一樣的，則△Pk=0， ，便可計(jì)算出一臺(tái)產(chǎn)品每年可減少的電能損耗為： 　　△Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW?h 　　通過該種規(guī)格產(chǎn)品的計(jì)算可知，三相非晶合金鐵心配電變壓器系列產(chǎn)品的節(jié)能效果非同一般。由于油箱又設(shè)計(jì)成全密封式結(jié)構(gòu)，使變壓器內(nèi)的油與外界空氣不接觸，防止了油的氧化，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，為用戶節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用。 綜上所述，非晶合金變壓器若能完全替代新S9系列配變，如10kV級(jí)配電變壓器年需求量按5000萬kVA計(jì)算時(shí)，那么，一年便可節(jié)電100億kW?h以上。同時(shí)，還可帶來少建電廠的良好的環(huán)保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會(huì)大大地減輕對(duì)環(huán)境的直接污染，使其成為新一代名副其實(shí)的綠色環(huán)保產(chǎn)品?？傊?，國(guó)家在城鄉(xiāng)電力網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展與改造中，若能大量推廣采用三相非晶鐵心配電變壓器產(chǎn)品，其最終會(huì)獲得節(jié)能與環(huán)保兩方面的效益。 2 變壓器的電磁計(jì)算 2.1變壓器電磁計(jì)算的一般程序 圖2.1 變壓器電磁計(jì)算的一般流程 變壓器電磁計(jì)算的一般程序如圖2.1所示 2.2變壓器技術(shù)參數(shù)的確定 確定技術(shù)參數(shù)實(shí)際上就是確定變壓器設(shè)計(jì)的原始條件。在變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算之前所需要確定的技術(shù)參數(shù)主要由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及用戶訂貨時(shí)所提出的要求來決定。對(duì)于電力變壓器而言，設(shè)計(jì)計(jì)算中主要涉及的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有《電力變壓器》（即GB1094）干式變壓器（GB6450）與JB_T10318-2002 油浸式非晶合金鐵心配電變壓器技術(shù)參數(shù)和要求等。其主要項(xiàng)目如下： 表2.1三相油浸式非晶合金變壓器性能參數(shù)參 額定容量、電壓組合、聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)及性能參數(shù)應(yīng)符合表2.1的規(guī)定： 額定 容量 KVA 電壓組合及分接范圍 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào) 空載 損耗 W 負(fù)載 損耗 W 空載 電流 % 短路 阻抗 % 高壓 KV 高壓分接范圍% 低壓 KV 30 6 6.3 10 10.5 11 ±5 ±2×2.5 0.4 Dyn11 33 600 1.7 4.0 50 43 870 1.3 63 50 1040 1.2 80 60 1250 1.1 100 75 1500 1.0 125 85 1800 0.9 160 100 2200 0.7 200 120 2600 0.7 250 140 3050 0.7 315 170 3650 0.5 400 200 4300 0.5 500 240 5150 0.5 630 320 6200 0.3 4.5 800 380 7500 0.3 1000 450 10300 0.3 1250 530 12000 0.2 1600 630 14500 0.2 2000 750 17400 0.2 5 2500 900 20200 0.2 注：當(dāng)鐵心為三相三柱時(shí)，根據(jù)需要也可采用Yyn0聯(lián)結(jié)組。 其主要項(xiàng)目如下： （1）額定容量：一般應(yīng)按GB1094中所規(guī)定的容量等級(jí)，特別注意所推薦優(yōu)先采用的容量等級(jí)。 （2）額定電壓：應(yīng)按GB1094及有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，尤其是出口產(chǎn)品應(yīng)考慮用戶訂貨的要求。 （3）有載調(diào)壓及無勵(lì)磁調(diào)壓范圍和級(jí)數(shù) （4）額定頻率：一般為50Hz,個(gè)別出口產(chǎn)品可能為60Hz. （5）相數(shù)：?jiǎn)蜗嗷蛉啵▊€(gè)別特種變壓器除外） （6）繞組聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和用戶定貨要求來決定。 （7）額定性能數(shù)據(jù)（空載損耗、負(fù)載損耗、空載電流、短路阻抗等） （8）額定使用條件：對(duì)我國(guó)應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定如下： ①環(huán)境溫度： 最高氣溫 +40 最高日平均氣溫 +30 最高年平均氣溫 +20 最低氣溫（適用于戶外式變壓器） -25 最低氣溫（適用于戶內(nèi)式變壓器） -5 ②海拔高度：變壓器安裝地點(diǎn)的海拔高度不應(yīng)超過1000m，當(dāng)超過時(shí)應(yīng)按降低絕緣處理，對(duì)溫升標(biāo)準(zhǔn)也另做考慮。 ③冷卻水溫度:強(qiáng)油循環(huán)水冷式變壓器規(guī)定冷卻器入口處水溫為30 （9）冷卻方式：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （10）溫升限制 （11）絕緣水平 ① 全絕緣：中性點(diǎn)絕緣水平與線路絕緣水平一致。 ②分級(jí)絕緣：中性點(diǎn)絕緣水平比線路絕緣水平低，一般用于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)。 ③降低絕緣：產(chǎn)品的絕緣水平一般比正常產(chǎn)品要低，適用與不直接和架空線路連接的產(chǎn)品。 （12）噪音水平：由相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所決定。 （13）其他特殊參數(shù)：如零序電抗值、安裝尺寸要求、運(yùn)行環(huán)境要求、運(yùn)輸重量限制等，均有用戶與制造廠協(xié)商來決定。 2.3電壓和電流的計(jì)算 在確定了變壓器的技術(shù)參數(shù)后,在正式的電磁計(jì)算開始之前,首先進(jìn)行電壓和電流的計(jì)算.這項(xiàng)計(jì)算同樣也是電磁計(jì)算的重要原始條件之一。由于變壓器種類繁多，本設(shè)計(jì)先針對(duì)一般單相變壓器和三相變壓器的電壓和電流計(jì)算的原則和方法進(jìn)行介紹。 2.3.1 單相變壓器 （1）當(dāng)兩個(gè)芯柱上的繞組相互串聯(lián)時(shí) 每柱電壓： ， V 每柱電流（總電流）：， A 式中 ——額定電壓，V I ——額定容量，A （2）當(dāng)兩個(gè)芯柱上的繞組相互并聯(lián)時(shí) 每柱電壓：，V 總電流： ，A 每柱電流：，A 2.3.2 三相變壓器 由于三相變壓器有Y接法（或YN接法）與D型接法兩種類型，因此在計(jì)算電壓、電流時(shí)，必須線值有相值的關(guān)系，下面分別介紹這兩種情況。 圖2.2 Y（YN）接法 （1） Y（YN）接法,如圖2.2。這種接法多用于高壓繞組，又可分為短部出線與中部出線兩種情況，當(dāng)采用Y接法時(shí)，具有以下關(guān)系 電壓： ，kV 電流： ，kVA 式中、——每相的額定電壓、額定電流值。 當(dāng)采用中部出線時(shí)，每相電流為額定相電流的一半。 （2） D（三角形）接法 圖2.3 D（三角形）接法 這種接法多用于中、低壓繞組，如圖2.3。其特點(diǎn)為相電壓等于線電壓，但相電流為線電流的 ，即 電壓： ，kV 電流： ，kA　　　　　　　　 另外對(duì)于有分接頭的變壓器，還應(yīng)分別計(jì)算在不同分接頭下的電流和電壓。宗上所述可知，根據(jù)已知的額定容量、額定電壓（包括各分接電壓）、變壓器繞組的接法以及相數(shù)等，按照上述各有關(guān)公式，即可計(jì)算出所需的線、相電流值以及各分接下的電壓。 2.4 鐵心直徑的確定 鐵心柱直徑是變壓器的最基本的參數(shù)，因?yàn)殍F心柱的大小一旦確定，也就決定了繞組的內(nèi)徑以及原、副繞組的匝數(shù)，從而影響到整個(gè)變壓器的尺寸和各主要參數(shù)。它的正確選定還涉及到變壓器材料的銅鐵比，是影響優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要因素。所以確定鐵心柱直徑往往是變壓器設(shè)計(jì)的第一步。 2.4.1 影響鐵心直徑選擇的主要因素 首先，由變壓器原理分析可知，在保持鐵心磁密一定的條件下，鐵心直徑的增大將使得繞組匝數(shù)減少，換句話說，鐵心材料消耗的增加將使得導(dǎo)線材料的消耗減少并使得短路阻抗、負(fù)載損耗降低；如果減少鐵心直徑，則會(huì)得出相反結(jié)論。其次，如保持繞組匝數(shù)不變，增大鐵心直徑將使得磁密降低，而空載電流、空載損耗均將相應(yīng)下降，但鐵心材料消耗將增加；反之，如減少鐵心直徑則有可能引起鐵心過飽和以致使空載電流和空載損耗均大為增加。對(duì)于電力變壓器來說，短路阻抗是一個(gè)重要的性能參數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)要求嚴(yán)格地控制在一定范圍內(nèi)。短路阻抗的電抗分量 ，可以認(rèn)為所以，當(dāng)增加鐵心直徑從而使繞組匝數(shù)W減少時(shí)，若要維持短路阻抗為一定值，則需要使繞組電抗高度減少，并使縱向漏磁等效面積增大，即增加輻向尺寸而減少繞組高度，以使繞組和整個(gè)變壓器的尺寸向?qū)挾偷姆较虬l(fā)展。相反，如減少鐵心直徑而使繞組匝數(shù)增加時(shí)，為保持短路阻抗不變，則整個(gè)變壓器的尺寸將向窄而高的方向發(fā)展。 綜上所述可知：鐵心的選取首先將關(guān)系到整個(gè)變壓器設(shè)計(jì)的成本。這主要應(yīng)視其銅鐵比的最優(yōu)化來選擇。其次，鐵心直徑的變化還將影響到變壓器的各技術(shù)參數(shù)（如空載電流、空栽損耗、負(fù)載損耗、短路阻抗等）的改變，而在設(shè)計(jì)時(shí)這些參數(shù)值的變化均應(yīng)符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。第三，鐵心直徑的選取還影響到整個(gè)變壓器的尺寸、形狀等。最后，鐵心直徑的選取還要考慮到系列化、通用化的要求。 2.4.2 選擇鐵心直徑的實(shí)用方法 2.4.2.1基本公式 如上所述，鐵心直徑的選擇是個(gè)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。我國(guó)目前的設(shè)計(jì)是一般在綜合考慮容量、短路阻抗、損耗值等因素之后，采用下列半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算鐵心直徑，即 mm 式中 KD——鐵心直徑經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它的值與銅鐵材料消耗比，合理的變壓器尺寸以及系列設(shè)計(jì)等因素有關(guān)，它的值可參見表2.2。 ——變壓器的每柱容量kVA 表2.2 鐵心直徑的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)KD值 變壓器類 三相三繞組 三相雙繞組 單相雙繞組 單相三繞組 自耦變壓器 鋁繞組 54-54 48-52 50-54 48-52 48-52 銅繞組 53-57 51-55 53-57 51-55 51-55 從表可知，KD 與結(jié)構(gòu)有關(guān)，在一般情況下，就KD來講，具有銅線大于鋁線，雙繞組大于三繞組的特點(diǎn)。據(jù)我國(guó)其他的中小型變壓器的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，對(duì)雙繞組鋁線一般取KD=52 ；對(duì)于雙繞組銅線取。在我國(guó)大中型變壓器設(shè)計(jì)中，對(duì)雙繞組銅線變壓器取常數(shù)KD=55～56 ，對(duì)三繞組變壓器及自耦變壓器取常數(shù)KD=53～58 。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，KD的取值也在不斷變化。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的發(fā)展、材料的價(jià)格以及各廠的具體條件來選擇最優(yōu)的KD 值。 2.4.2.2非晶合金變壓器疊厚的選擇方法 由于非晶合金采用矩形鐵心，系數(shù)與普通變壓器的有點(diǎn)不同，目前還沒有比較好的方法來確定，設(shè)計(jì)人員一般都是憑經(jīng)驗(yàn)確定，在這里介紹一種方法，具體介紹如以下公式。 （1） 式中 K取32 P——為額定容量 ——非晶合金鐵心有效截面 （2）按近似正方形計(jì)算矩形鐵心片寬D ——cm2 Kd——0.85 D——cm 當(dāng)前D有146，174，217三種，計(jì)算結(jié)果取與之相近的一個(gè)。 （3）計(jì)算疊厚C 2.5 高、低壓繞組匝數(shù)的計(jì)算 通常在選好鐵心直徑（計(jì)算值應(yīng)靠標(biāo)準(zhǔn)鐵心直徑）后，首先計(jì)算沒有分接的線圈（如低壓線圈）匝數(shù)，然后計(jì)算高壓或中壓線圈匝數(shù)。 2.5.1 初算每匝電壓 從變壓器原理的公式可知 故 通常把et稱為每匝電壓，它是變壓器設(shè)計(jì)的基本參數(shù)之一。 取f=50Hz時(shí)，則有 ，V/匝 式中 ——每匝電壓，V/匝； ——鐵芯柱的磁密，T。 從上式可以看出，當(dāng)鐵芯截面一旦確定后，的選擇就決定了每匝電勢(shì)et大小，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中的選擇是一項(xiàng)比較關(guān)鍵且復(fù)雜的問題，因?yàn)樗婕暗搅髓F芯材料的特性、材料的用量、運(yùn)行損耗和發(fā)熱、電勢(shì)波形、噪聲等。 當(dāng)磁密取得較大時(shí)，可以節(jié)省鐵芯材料，但磁密取得愈大，則愈接近飽和點(diǎn)，將是激磁電流與鐵芯損耗大大增加，從而使運(yùn)行損耗增加，鐵芯發(fā)熱增加。當(dāng)然，磁密的選擇還與硅鋼片材質(zhì)的飽和特性密切相關(guān)，對(duì)我國(guó)目前最常采用的冷軋硅鋼片而言，一般飽和磁密為1.9-2.0 T。而磁密的選擇還要考慮到運(yùn)行的特點(diǎn)。比如對(duì)有分接電壓的，應(yīng)考慮在+5%電壓運(yùn)行時(shí)，電壓波形仍為正弦波，此時(shí)，更要可靠防止變壓器運(yùn)行在飽和階段。在GB1094.1中曾明確規(guī)定：“當(dāng)電壓最大值不超過響應(yīng)分接電壓+5%時(shí)，變壓器在該分解的容量下可連續(xù)運(yùn)行”。即是說，變壓器能在+5%的額定電壓下運(yùn)行還能輸出額定電流。 綜合以上原因，目前設(shè)計(jì)中的的選取范圍是1.65-1.75T。對(duì)中小型變壓器，一般為1.65-1.70T；對(duì)大型變壓器，一般為1.7-1.75T。非晶合金材料的飽和磁密較低，一般設(shè)計(jì)取值1.25-1.35T。 2.5.2 低壓繞組匝數(shù)計(jì)算 由于低壓繞組沒有分接，一般根據(jù)低壓側(cè)相電壓來初算的每匝電壓，初選磁密，計(jì)算出每匝電壓 ，V/匝 根據(jù)低壓側(cè)電壓和初算的每匝電壓，可初算出低壓繞組匝數(shù)，即 將計(jì)算出的取整后得到低壓繞組的匝數(shù)，根據(jù)再重新算得每匝電壓，即實(shí)際的每匝電壓為： 在實(shí)際的每匝電壓必須計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后三位有效數(shù)字。 2.5.3 磁通密度的計(jì)算 當(dāng)正式的每匝電壓確定后，便可以確定出正式的磁通密度。即： = ， T ——鐵心有效截面 2.5.4 高壓（中壓）繞組匝數(shù)的計(jì)算 高壓或者中壓繞組，往往帶有分接抽頭，比如±5%，還有±2×2.5%等，所以要對(duì)各分接位置的匝數(shù)分別結(jié)算，其計(jì)算步驟如下： （1） 先算出額定相電壓及各分接位置時(shí)的相電壓； （2） 按下式求出高壓（或中壓）繞組最小分接位置時(shí)的匝數(shù)，即 = / （取整數(shù)匝） 各分接的匝數(shù) （取整數(shù)匝） 根據(jù)分別減去，即可分別求出其他各分接相相對(duì)應(yīng)的匝數(shù)。 從最大分接處的匝數(shù)起，一級(jí)一級(jí)的減去分接間匝數(shù)后，就可得到高壓（中壓）繞組各個(gè)分接處的匝數(shù)。對(duì)于一般只帶±5%分接抽頭的變壓器，可直接按下式進(jìn)行計(jì)算： -5%抽頭處繞組匝數(shù) ； 額定抽頭處繞組匝數(shù) ； +5%抽頭處繞組匝數(shù) ， 匝。 2.5.5 電壓比校核 眾所周知，根據(jù)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的要求， 并聯(lián)運(yùn)行的變壓器之間的變比偏差要求是及嚴(yán)的。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)計(jì)算出的高低壓繞組匝數(shù)必須進(jìn)行較嚴(yán)格的電壓比較核。 通常，電壓比較核可按下列程序進(jìn)行： （1）額定分接時(shí)電壓比的校核，即 式中——相電壓（標(biāo)準(zhǔn)值） ——計(jì)算的相電壓。 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器》GB1904.1-85的規(guī)定電壓比的數(shù)值比上式大，式中0.25%之值是考慮制造和試驗(yàn)的偏差，在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)保留的裕度。 （2）最大及最小分接下的電壓比較核： ① 最大分接： ② 最小分接： 式中，——規(guī)定的最大，最小分接下的電壓； ，——計(jì)算的最大，最小分接下的電壓。另外，在進(jìn)行各分接下的電壓比校核時(shí)，應(yīng)計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后的三位數(shù)字。 2.6 絕緣設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2.6.1變壓器絕緣的分類及對(duì)絕緣設(shè)計(jì)的要求 變壓器按絕緣介質(zhì)的不同，通常可分為：油浸式變壓器（包括不燃油變壓器），干式變壓器以及氣體絕緣變壓器（主要是SF6氣體）這三大類。無論哪種類型的變壓器，其絕緣結(jié)構(gòu)都是十分重要的，它既影響到運(yùn)行的可靠性，也是決定產(chǎn)品成本及其技術(shù)先進(jìn)性等主要因素。 對(duì)絕緣設(shè)計(jì)的基本要求有下列三個(gè)方面： （1）電性能的要求 變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，既要承受長(zhǎng)期最大工作電壓的作用，更要耐受各種可能發(fā)生的過電壓，而后者對(duì)變壓器來說更加嚴(yán)峻，它往往是決定變壓器絕緣水平的主要依據(jù)。變壓器的電性能，主要依據(jù)各種試驗(yàn)電壓來保證。 （2）機(jī)械性能的要求 當(dāng)電流流過變壓器繞組時(shí)，在漏磁場(chǎng)與電流的共同作用下，在繞組導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生電動(dòng)力，尤其是在突然短路時(shí)，將遭受巨大的短路電流的作用，這時(shí)電動(dòng)力達(dá)到很大數(shù)值。在設(shè)計(jì)是選用絕緣材料和整個(gè)的絕緣結(jié)構(gòu)在電動(dòng)力作用下有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。另外，變壓器的使用壽命也與其機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)。 （3）熱性能的要求 變壓器在運(yùn)行過程中將因各部分的損耗而發(fā)熱，并直到穩(wěn)定的穩(wěn)升值。高溫將加速絕緣材料的老化從而縮短其使用壽命。通常，根據(jù)變壓器所使用絕緣材料的絕緣等級(jí)不同，都規(guī)定有相應(yīng)的額定溫升值與最高容許發(fā)熱溫度值。在運(yùn)行過程中，一旦發(fā)熱溫度超過最高容許值后，變壓器的壽命將銳減。 2.6.2 變壓器運(yùn)行時(shí)各部分所承受電壓 （1）正常工作時(shí)的最高電壓 這是指變壓器在長(zhǎng)期正常運(yùn)行時(shí)所可能承受的最高電壓，用Um來表示。也是過電壓倍數(shù)的基準(zhǔn)值，通常Um=（1.05～1.15）UN（UN為額定電壓）。 （2）雷電沖擊過電壓 雷擊是一種頻發(fā)的自然現(xiàn)象，而雷電所引起的沖擊過電壓則具有陡度大、幅值高的特點(diǎn)，它對(duì)高電壓電氣設(shè)備的絕緣將產(chǎn)生極大的危害。通常，雷電沖擊波有全波與截波之分，我國(guó)目前采用的標(biāo)準(zhǔn)全波為1.2/5μs，即波頭時(shí)間為1.2μs，波尾時(shí)間為50μs。雷電沖擊過電壓又稱為大氣過電壓或外部過電壓。 （3）工頻過電壓 工頻過電壓也是運(yùn)行中常見的。它的特點(diǎn)為過電壓波的頻率為工業(yè)用頻率（我國(guó)為50Hz），其幅值一般不高，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，具體而言，主要有下列幾種：?jiǎn)蜗嘟拥剡^電壓；甩負(fù)荷過電壓；長(zhǎng)線的電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高。 應(yīng)當(dāng)指出，工頻過電壓主要是主要影響避雷器滅弧電壓的選擇，從而影響到絕緣的配合和試驗(yàn)電壓的確定。 （4）內(nèi)部過電壓 它的產(chǎn)生是由于設(shè)備投切或系統(tǒng)參數(shù)的諧振等引起的，它又可分為： ①諧振過電壓：是由于系統(tǒng)和線路的電容電感參數(shù)配合所引起的電路諧振（包括參數(shù)諧振和鐵磁諧振等）所致的過電壓。 ②操作過電壓：操作過電壓是發(fā)生在變壓器投切、空載線路投切時(shí)的過電壓，過電壓持續(xù)時(shí)間為幾百微秒到幾十毫秒，其波頭時(shí)間較長(zhǎng)。 變壓器的試驗(yàn)電壓值的確定既考慮了上述運(yùn)行中可能作用于變壓器上的各種過電壓，又考慮了過電壓保護(hù)裝置作用的結(jié)果，這就是所謂的絕緣配合。 考核變壓器的絕緣水平，變壓器的試驗(yàn)可分為：全波沖擊試驗(yàn)電壓；截波沖擊試驗(yàn)電壓；操作沖擊試驗(yàn)電壓；1min工頻試驗(yàn)電壓；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)電壓；局部放電試驗(yàn)電壓等。 2.6.3變壓器的絕緣結(jié)構(gòu) 變壓器的絕緣分為主絕緣及縱絕緣兩大部分。不同類型的變壓器，其主、縱絕緣均有一定的絕緣規(guī)范要求。這里僅介紹油浸式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)。 （1）變壓器的主絕緣設(shè)計(jì) 主絕緣系指繞組有電連接的電容屏蔽、引線和分接開關(guān)對(duì)箱體的絕緣，即繞組對(duì)鐵心接地部位、箱體以及在電氣上與它沒有聯(lián)系的相鄰繞組的絕緣。主絕緣設(shè)計(jì)主要任務(wù)，在于正確選擇各部位的絕緣尺寸和材料，以確保這些部位的絕緣在工頻1min試驗(yàn)電壓和沖擊試驗(yàn)電壓下不發(fā)生擊穿，在長(zhǎng)期最大工作電壓下不發(fā)生有害的局部放電。熟悉其絕緣結(jié)構(gòu)、各組件附件之間絕緣距離及絕緣包墊層數(shù)和絕緣材料如何選用，是設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。其中變壓器繞組是變壓器的心臟，是變壓器傳輸、變換電能的核心，是構(gòu)成變壓器輸入、輸出電能的電氣回路，是變壓器主要部分。變壓器繞組絕緣的好壞和可靠程度是決定變壓器能否長(zhǎng)期、安全運(yùn)行的基本保障，對(duì)于各類高壓變壓器，繞組絕緣顯然更為重要。高低壓絕緣尺寸如表2.3、表2.4所示，主絕緣結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。 表2.3 低壓繞組對(duì)鐵軛的主絕緣尺寸 電壓等級(jí)（KV） 繞組形式 δ5 C δ2 B2 高壓電壓級(jí)次（KV） 0.4 圓筒式 窗高≤600,（鐵心柱不綁扎）δ5=3.5 窗高＞600,（鐵心柱不綁扎）δ5= 5 0 1.0 15 10 2.5 55 35 3、6 9 20 10 3、6、10 10 3.5 55 35 0.4、3、6 餅式 10 35 10 55 35 3、6、10 10 3.5 55 35 表2.4 高壓繞組主絕緣尺寸 電壓等級(jí)（kV） 繞組形式 A δ1 A1 A2 B1 δ3 E δ4 備注 3、6、10 圓筒式 9 2.5 5 20 2 8 0 27 4 8 70 2 20 0 高壓漆包線 35 65 2 高壓紙包線 3、6、10 餅式 16 3.5 6 6.5 35 0 17 2 ≤1600kVA 35 17 4 6 7 2000~6300kVA 27 4 9 65 2 27 3 圖2.4 35KV及以下變壓器主絕緣結(jié)構(gòu) 1-絕緣筒；2-對(duì)鐵軛的絕緣紙板；3-相間隔板 （2）變壓器的縱絕緣設(shè)計(jì) 縱絕緣是指繞組具有不同電位的不同點(diǎn)和不同部位之間的絕緣。變壓器的縱絕緣包括匝間絕緣、層間絕緣以及段間絕緣這三個(gè)部分?？v絕緣設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的是：作用在縱絕緣上的各種電壓及梯度分布；繞組制造中的工藝裕度；特殊情況下饒組間的相互影響；縱絕緣對(duì)主絕緣的影響，段間油隙大小對(duì)散熱的影響等。選擇標(biāo)準(zhǔn)如表2.5、2.6所示。 表2.5 中小型S9餅式繞組（高壓繞組）縱絕緣 高壓側(cè)電壓 10kV 35kV 繞組型式 半連續(xù)式 連續(xù)式 半連續(xù)式 連續(xù)式 首末段油道 1.5mm紙圈與≥4mm油道交錯(cuò)排列 全部≥4mm油道 1、3、5、7為2.5mm紙圈 2、4、6、8為6mm油道 6個(gè)6mm油道 正常油道 1.5mm紙圈與4.5（5）mm油道交錯(cuò)放置 4.5（5）mm油道 中斷點(diǎn)油道 12mm（反聯(lián)結(jié)中性點(diǎn)調(diào)壓） 9～10mm（中部調(diào)壓） 內(nèi)墊紙條 首末端各有2段內(nèi)墊5～6mm 首末端匝數(shù) 首末端各有4段匝數(shù)約為正常段匝的70%左右 表2.6 中小型S9系列圓桶式繞組層間絕緣（縱絕緣） 層間最大工作電壓/V ≤500 501~ 800 801~ 1200 1201~ 1600 1601~ 2000 2001~ 2300 2301~ 2800 2801~ 3300 3301~ 4300 3801~ 4300 張數(shù) 0.08 總張數(shù) 3 4 5 (6) 6 (7) 7 (8) 8 (9) 9 (10) 10 (12) 12 (13) 13 (14) 分級(jí)長(zhǎng) 3(4) 4(4) 4(5) 5 (5) 5(6) 6(7) 7(7) 7(8) 分級(jí)短 2(2) 2(3) 3(3) 3(4) 4(4) 4(5) 5(6) 6(6) 2.7變壓器的鐵心與空載參數(shù)的計(jì)算 2.7.1鐵心的功能 鐵心具有兩個(gè)方面的功能： （1）在原理上，鐵心是構(gòu)成變壓器的磁路。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)化為磁能，又把該磁能轉(zhuǎn)化為二次電路的電能。因此，鐵心是能量傳遞的媒介。 （2）在結(jié)構(gòu)上，它是構(gòu)成變壓器的骨架。在它的鐵心柱上套上帶有絕緣的線圈，并且牢固地對(duì)它們支撐和夾緊。鐵心本體是用硅鋼片疊積成完整的磁路結(jié)構(gòu)，其鋼夾緊裝置（鋼夾件）構(gòu)成框架，它牢固地把鐵心夾持成一個(gè)整體，同時(shí)在它的上面幾乎安裝了變壓器內(nèi)部的所有部件。 2.7.2空載損耗的計(jì)算 （1）變壓器空載損耗的組成 變壓器的空載損耗又稱鐵耗，它屬于勵(lì)磁損耗而與負(fù)載無關(guān)，空載損耗的大小對(duì)變壓器的制造成本與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性都有較大的影響。通常變壓器的空載損耗包括鐵心材料的磁滯損耗、渦流損耗以及附加損耗三部分。采用非晶合金材料做成的卷鐵心，異常渦流損耗甚至將占到50%左右。 （2）卷鐵心的空載損耗計(jì)算 ①鐵心柱質(zhì)量(GFe）的計(jì)算 式中 A，B，C，D ——鐵心尺寸(mm) ； ——鐵心填充系數(shù)，KFe＝0.84～0.86 ； ——鐵心質(zhì)量(kg) ； ρ——非晶合金密度(g/cm3)，ρ= 7.2 g/。 ⑤空載損耗的計(jì)算 (2) 式中——空載損耗附加工藝系數(shù)， ＝1.08～1.15； P0——單位重量的損耗(W/kg)。 通常，設(shè)計(jì)出的空載損耗值不超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的值的+15%，并最好是負(fù)的偏差。當(dāng)求得的空載損耗P0不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，需調(diào)整鐵心直徑D。當(dāng)D增大并保持磁密不變時(shí)，由于鐵心尺寸增大，使得P0與GFe也增大，同時(shí)線圈的匝數(shù)減少，導(dǎo)線重量、Pd、ur%隨之降低；當(dāng)直徑D減小時(shí)，則與上述結(jié)果相反。 2.7.3空載電流的計(jì)算 變壓器的空載電流是由鐵耗電流IFe（有功分量）和磁化電流Iμ（無功分量）所合成。因此，在計(jì)算空載電流時(shí)，只要先分別計(jì)算出IFe及Iμ，即可得到總的空載電流I0。 （1）鐵耗電流IFe的計(jì)算 鐵耗電流IFe是由空載損耗（鐵耗）所引起的，當(dāng)用額定電流的百分值來表示時(shí)，其具體計(jì)算公式為 式中：P0——空載損耗(W)； PN——變壓器的額定容量(kVA)。 （2）空載電流無功分量占額定電流的百分?jǐn)?shù)： 式中 q1——單位總量的勵(lì)磁容量(VA/kg)，按心柱磁通密Bt查得 ； q——單位面積得接縫勵(lì)磁容量(VA/cm2)，按鐵軛磁通密度查得 ； n——接縫數(shù)，取n＝4； Ae——心柱有效截面(cm2)，Ae＝At/2； At——心柱有效截面積 ； SN——額定容量(kVA)。 空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)。 2.8 變壓器的繞組及負(fù)載損耗計(jì)算 2.8.1變壓器繞組的結(jié)構(gòu)型式和特點(diǎn) 繞組在電力變壓器中是最重要、最復(fù)雜的部件，因?yàn)樗旧蠜Q定了變壓器的容量、電壓、電流和使用條件。它由銅（鋁）扁導(dǎo)線繞制，再配以專門的絕緣部件組成。 繞組形式主要是根據(jù)繞組的電壓等級(jí)和電流的大小來進(jìn)行選擇，同時(shí)還要重點(diǎn)考慮電氣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、散熱面積和繞制的可能性等等。一般對(duì)電壓低而電流大的繞組，常用多根扁導(dǎo)線并聯(lián)繞制成螺旋式繞組；而對(duì)于電壓等級(jí)較高、電流較小，且在縱絕緣上還有其特殊要求的，常可繞制成連續(xù)式、糾結(jié)式和插入電容的內(nèi)屏蔽式繞組。 2.8.2繞組的要求 （1）絕緣強(qiáng)度要求 由于變壓器在運(yùn)行中要受到大氣過電壓和操作過電壓的沖擊，還要受到運(yùn)行電壓的長(zhǎng)時(shí)期作用，電氣強(qiáng)度至關(guān)重要，應(yīng)該盡力保證在變壓器運(yùn)行的一生中不發(fā)生任何部位的絕緣擊穿（閃絡(luò)放電）。這就要求繞組的設(shè)計(jì)和制造都必須留有足夠的裕度。 （2）動(dòng)穩(wěn)定要求 變壓器在運(yùn)行中，負(fù)載時(shí)刻都在變化著，即電流是波動(dòng)的，繞組都需要承受。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，還要承受強(qiáng)大的短路電流的沖擊。由于繞組導(dǎo)線所承受的電磁力與繞組中電流的平方成正比，因此，要求繞組具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，必須能夠承受強(qiáng)大電磁力的沖擊而結(jié)構(gòu)不發(fā)生損壞。 （3）散熱能力要求 在絕緣結(jié)構(gòu)中，如靜電板、靜電屏、紙板端圈、角環(huán)、隔板等部件均具有由撐條、墊塊等組成的滿足電氣條件的油道，這些油道還必須滿足繞組的散熱要求。作為繞組的冷卻油道，應(yīng)盡量減小油流的阻力，避免有“死油區(qū)”。變壓器繞組即使發(fā)生短路產(chǎn)生強(qiáng)大的熱量，線匝也不至于燒毀。 2.8.3繞組的型式 （1）層式繞組 其特點(diǎn)為疊層饒制而成，如單層及多層圓筒式繞組、箔式繞組等均屬于層式。 ①雙層圓筒式 由于單層圓筒式繞組的機(jī)械穩(wěn)定性差，所以很少采用。就雙層圓筒式而言，它是采用扁導(dǎo)線按螺旋線繞制成雙層圓筒式線匝，在雙層線匝之間放置冷卻油隙或?qū)娱g絕緣。也可以繞成四層圓筒式線匝。并聯(lián)導(dǎo)線沿軸向排列時(shí)不進(jìn)行換位，沿幅向排列時(shí)，要在軸向高度一半處進(jìn)行換位。繞制工藝較好，但要保證繞組上，下端部支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。 適用范圍：容量630kVA及以下，電壓1kV及以下的低壓繞組。 ②多層圓筒式 采用圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線繞制，可以繞成若干個(gè)線層。在線層之間放置分級(jí)層間絕緣或冷卻油隙。在繞組內(nèi)側(cè)的第1層對(duì)地之間的電容較大，使雷電沖擊電壓的起始分布不均勻，為此當(dāng)繞組的工作電壓為35kV及以上時(shí)，應(yīng)在第1線層內(nèi)側(cè)放置電容屏，以改善沖擊電壓起始分布。 適用范圍：容量630kVA及以下、電壓15kV及以下的高壓繞組 ③分段圓筒式 由于若干對(duì)線餅構(gòu)成，每一對(duì)線餅為兩個(gè)多層圓筒式結(jié)構(gòu)。采用圓導(dǎo)線繞制，各線餅之間放置紙圈或墊塊，每個(gè)線餅中的層數(shù)總是奇數(shù)，以便于各對(duì)線餅之間的出頭聯(lián)結(jié)。主要特點(diǎn)是層間電壓較低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繞制工作量大，散熱較困難。 適用范圍：高電壓試驗(yàn)變壓器或電壓互感器及干式變壓器的高壓繞組以及少數(shù)大容量超高壓變壓器的高壓繞組 （2）餅式繞組 其特點(diǎn)為沿軸向高度繞組由一個(gè)個(gè)的水平與垂直油道的線餅所組成。餅式繞組是目前大中型變壓器中應(yīng)用最廣的繞組型式，它包括了連續(xù)式、螺旋式、糾結(jié)式、內(nèi)屏蔽式等若干類型。 ①連續(xù)式 用扁導(dǎo)線繞制，從繞組的第1個(gè)線餅開始依次順序編號(hào)。奇數(shù)線餅的導(dǎo)線從外側(cè)依次繞至內(nèi)側(cè)，稱為反餅。偶數(shù)線餅的導(dǎo)線從內(nèi)側(cè)依次繞至外側(cè)，稱為正餅。一個(gè)反餅和一個(gè)正餅組成一個(gè)單元，所以在連續(xù)式繞組的線餅數(shù)必須是偶數(shù)。連續(xù)式繞組的縱向電容較小，雷電沖擊電壓的電壓起始分布不均勻，耐受雷電沖擊電壓的絕緣強(qiáng)度較低。 適用范圍：容量630kVA及以上、電壓110kV及以下的高壓繞組 ②糾結(jié)式 糾結(jié)式的繞制方法與連續(xù)式相同，但電氣上的單根導(dǎo)線必須用雙數(shù)根導(dǎo)線并繞。在線餅之間的聯(lián)線處采用特殊的糾結(jié)換位方法，使得線餅內(nèi)任何相鄰線匝之間的電壓等于一個(gè)線餅的電壓，由此來提高線餅的縱向電容，從而改善繞組內(nèi)雷電沖擊電壓的起始分布。這一特點(diǎn)能滿足繞組具有較高絕緣強(qiáng)度的要求。由于糾結(jié)式線餅的匝間電壓為一個(gè)線餅的電壓，所以要加厚匝絕緣。 適用范圍：容量630kVA及以上、電壓110kV及以上的高壓繞組 ③內(nèi)屏蔽式 內(nèi)屏蔽式又稱為電容耦合式繞組，適合于大容量變壓器因繞組采用的換位導(dǎo)線或組合導(dǎo)線而無法繞制成糾結(jié)式繞組時(shí)采用。這種繞組能增大線餅縱向電容的原理基本上同糾結(jié)式繞組。在線餅中的屏蔽線匝只起電容耦合作用而沒有工作電流通過但有渦流損耗。每個(gè)線餅內(nèi)放置的屏蔽匝數(shù)可以任意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)必要的縱向電容量的要求。但屏蔽線匝末端有一定電位，應(yīng)妥善加工并處理末端的絕緣。 適用范圍：電壓110kV及以上的大容量變壓器的高壓繞組 ④螺旋式 a.單螺旋式 這種繞組采用多根扁導(dǎo)線并聯(lián)繞制，每一匝即構(gòu)成一個(gè)線餅，按螺旋線繞制線匝。線匝（即線餅）之間放置墊塊構(gòu)成輻向油隙。并聯(lián)導(dǎo)線之間的換位方法有三種，即“212”換位、“424”換位和“242”換位。三種換位方法都是在繞組總匝數(shù)N的近似1/4、2/4和3/4處進(jìn)行換位，當(dāng)并聯(lián)的導(dǎo)線的根數(shù)為8時(shí)，能達(dá)到完全換位。要求并聯(lián)導(dǎo)線的根數(shù)應(yīng)為4的倍數(shù) 適用范圍：容量800kVA及以上、電壓35kV及以下的大電流低壓繞組 b.雙螺旋式 這種繞組采用多根扁導(dǎo)線并聯(lián)繞制，每一構(gòu)成兩個(gè)線餅，按螺旋線繞制線匝,各線餅之間放置墊塊構(gòu)成冷卻油隙。采用一次均勻交叉換位方法進(jìn)行并聯(lián)導(dǎo)線之間的換位,導(dǎo)線換位次數(shù)等于雙螺旋繞組并聯(lián)導(dǎo)線的根數(shù)。有時(shí)也可以采用2次或3次均勻交叉換位。 適用范圍：電壓35kV及以下的特大電流的低壓繞組 ⑤箔式 它是采用銅（鋁）箔連續(xù)繞制以構(gòu)成箔式繞組。銅（鋁）箔的寬度就是繞組的軸向高度。每繞一層銅（鋁）箔即構(gòu)成繞組的一匝。銅（鋁）箔的匝絕緣就是繞組的層間絕緣，因此繞組的空間利用系數(shù)很高，并且承受短路電流產(chǎn)生的軸向電磁力的能力較強(qiáng)，這是箔式繞組的優(yōu)點(diǎn)，箔式繞組的缺點(diǎn)是引出線焊接工藝復(fù)雜。 適用范圍：容量2500kVA及以下（各別的可達(dá)4000kVA）、電壓1kV及以下的低壓繞組，目前干式變壓器的低壓繞組大量采用箔式。 表2.5列出了繞組選型參考表，以供一般情況下使用 表2.5 繞組選型參考表 繞組接法 電壓等級(jí)（kV） 容量（kVA） 內(nèi)、外線柱 繞組形式 Y,yn0 0.4 10～630 內(nèi)線柱 雙層或四層圓筒式 800～1600 半螺旋式或螺旋式 6、10 10～500 外線柱 多層圓筒式 630 半連續(xù)式 800～1600 連續(xù)式 Yd 6、10 630 外線柱 半連續(xù)式或連續(xù)式 3、6 內(nèi)線柱 多層圓筒式 6、10 800～6300 外線柱