1、南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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

2、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，具有廣闊的市場前景。1.2非晶合金的主

3、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1.31.4T，三相變壓器一般取1.251.35T，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，對設(shè)備、刀具要求較高。一般是對邊緣剪切處進(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)會產(chǎn)生應(yīng)力，為了獲得良好的損耗特性，非晶

4、合金鐵心成型后必須在一定的磁場條件下進(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)力都會影響其磁性能，所以，鐵心的損耗會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

5、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呈增加趨勢。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，第一臺非晶合金鐵心變壓器在美國掛網(wǎng)運(yùn)行；1983年，美國電力研究院（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、柱上變壓器送到個(gè)成員單位進(jìn)行為期年的現(xiàn)場試驗(yàn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)的測試數(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、Ta

6、kao電氣公司和日立電氣公司對非晶合金變壓器的長期可靠性做了深入細(xì)致地研究。他們從1991年起對不同容量的200臺非晶變壓器進(jìn)行了加速老化、現(xiàn)場運(yùn)行、短路、沖擊等試驗(yàn)，還進(jìn)行了負(fù)荷和振動對變壓器空載特性的影響測試。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。我國對此問題亦有研究。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)測試的規(guī)定要求，對10臺掛網(wǎng)運(yùn)行2個(gè)月的非晶合金變壓器進(jìn)行了測試，測試結(jié)果與運(yùn)行前的測試值是相一致的。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，這對于正常運(yùn)行溫度、短路熱穩(wěn)定

7、溫度都已是足夠高的了，所以不必?fù)?dān)心材質(zhì)會在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（1.251.35T）要比冷軋硅鋼片鐵心變壓器的額定工作磁通密度（1.631.73T）低得多，因而二者的實(shí)際磁滯伸縮是接近的。但是，

8、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，這在一定程度上會使變壓器噪聲增大。另外，鐵心自身結(jié)構(gòu)和制造工藝對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增加變壓器噪聲。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有必要對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很難控制。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T1008820046500kV級電力變壓器聲級中也指出：“本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的聲級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限值由制造單位與用戶協(xié)商確定?！比?/p>

9、而其噪聲并不是不可以控制的，在現(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)鐵心變壓器的聲級水平。但對于噪聲要求較嚴(yán)格的場所，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)

10、成回路，在感應(yīng)出的二次側(cè)電壓波形上就不會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

11、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。在目前市場狀況下，通過對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外

12、早已使用并取得了成功經(jīng)驗(yàn)。美國有100多萬臺非晶合金鐵心配電變壓器掛網(wǎng)運(yùn)行；日本已有35萬臺在運(yùn)行，目前世界上最大的5000kVA的非晶合金變壓器也在運(yùn)行；歐盟國家也有應(yīng)用；亞洲的印度、孟加拉國、韓國、泰國等國家都有非晶合金變壓器制造廠。我國從二十世紀(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，采購變壓器不能只看價(jià)格，應(yīng)

13、對總費(fèi)用（TOC）進(jìn)行評估，看其在壽命期內(nèi)的總成本是否最低。這也是國際上通用的方法。2005年6月，國家電網(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

14、器的負(fù)載損耗值是一樣的，則Pk=0， ，便可計(jì)算出一臺產(chǎn)品每年可減少的電能損耗為：Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kWh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kWh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，這樣會大大地減輕對環(huán)境的直接污染，使其成

15、為新一代名副其實(shí)的綠色環(huán)保產(chǎn)品?？傊瑖以诔青l(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。對于電力變壓器而言，設(shè)計(jì)計(jì)算中主要涉及的國家標(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

16、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KV3066.31010.511±5±2×2.50.4Dyn11336001.74.050438701.3635010401.2806012501.11007515001.01258518000.916010022000.720012026000.725014030500.731517036500.540020

17、043000.550024051500.563032062000.34.580038075000.31000450103000.31250530120000.21600630145000.22000750174000.252500900202000.2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，特別注意所推薦優(yōu)先采用的容量等級。（2）額定電壓：應(yīng)按GB1094及有關(guān)國家標(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)壓及無勵磁調(diào)壓范圍和級數(shù)（4）額定頻率：一般為50Hz,個(gè)別出口產(chǎn)品可能

18、為60Hz.（5）相數(shù)：單相或三相（個(gè)別特種變壓器除外）（6）繞組聯(lián)結(jié)組標(biāo)號：按國家標(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：對我國應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定如下：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，對溫升標(biāo)準(zhǔn)也另做考慮。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：按國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。（10）溫升限制（11）絕緣水平

19、全絕緣：中性點(diǎn)絕緣水平與線路絕緣水平一致。分級絕緣：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)。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

20、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，VI 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：，A2.3.2 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。

21、（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

22、，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

23、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)的國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。第三，鐵心直徑的選取還影響

24、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54-5448-5250-5448-5248-52銅繞組53-5751-5

25、553-5751-5551-55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)我國其他的中小型變壓器的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，對雙繞組鋁線一般取KD=52 ；對于雙繞組銅線取。在我國大中型變壓器設(shè)計(jì)中，對雙繞組銅線變壓器取常數(shù)KD=5556 ，對三繞組變壓器及自耦變壓器取常數(shù)KD=5358 。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

26、，在這里介紹一種方法，具體介紹如以下公式。（1）式中 K取32P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Dcm2Kd0.85Dcm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C2.5 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

27、擇就決定了每匝電勢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)，對我國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

28、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。對中小型變壓器，一般為1.65-1.70T；對大型變壓器，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

29、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應(yīng)的匝數(shù)。從最大分接處的匝數(shù)起，一級一級的減去分接間匝數(shù)后，就可得到高壓（中壓）繞組各個(gè)

30、分接處的匝數(shù)。對于一般只帶±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

31、核： 最大分接： 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絕緣設(shè)計(jì)的要求變壓器按絕緣介質(zhì)的不同，通?？煞譃椋河徒阶儔浩鳎òú蝗加妥儔浩鳎墒阶儔浩饕约皻怏w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期運(yùn)行時(shí)，既要承受長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

32、，而后者對變壓器來說更加嚴(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)，在漏磁場與電流的共同作用下，在繞組導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生電動力，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)在電動力作用下有足夠的動穩(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不同，都規(guī)定有相應(yīng)的額定溫升值與最

33、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=（1.051.15）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，我國目前采用的標(biāo)準(zhǔn)全波為1.2/5s，即波頭時(shí)間為1.2s，波尾時(shí)間為50s。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

34、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（我國為50Hz），其幅值一般不高，但持續(xù)時(shí)間較長，具體而言，主要有下列幾種：單相接地過電壓；甩負(fù)荷過電壓；長線的電容效應(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：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。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

35、。 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?？己俗儔浩鞯慕^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)對箱體的絕緣，即繞組對鐵心接地部位、箱體以及在電氣上與它沒有聯(lián)系的相鄰繞組的絕緣。主

36、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期、安全運(yùn)行的基本保障，對于各類高壓變壓器，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 低壓繞組對鐵軛的主絕緣尺寸 電壓

37、等級（KV）繞組形式5C2B2高壓電壓級次（KV）0.4圓筒式窗高600,（鐵心柱不綁扎）5=3.5窗高600,（鐵心柱不綁扎）5= 501.015102.555353、6920103、6、10103.555350.4、3、6餅式10351055353、6、10103.55535表2.4 高壓繞組主絕緣尺寸 電壓等級（kV）繞組形式A1A1A2B13E4備注3、6、10圓筒式92.55202802748702200高壓漆包線35652高壓紙包線3、6、10餅式163.566.53501721600kVA351746720006300kVA2749652273圖2.4 35KV及以下變壓器主絕緣

38、結(jié)構(gòu)1-絕緣筒；2-對鐵軛的絕緣紙板；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；縱絕緣對主絕緣的影響，段間油隙大小對散熱的影響等。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10kV35kV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油道交錯排列全部4mm油道1、3、5、7為2.5mm紙圈2、4、6、8為6mm

39、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）910mm（中部調(diào)壓）內(nèi)墊紙條首末端各有2段內(nèi)墊56mm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/V500501800801120012011600160120002001230023012800280133003301430038014300張數(shù)0.08總張數(shù)345(6)6(7)7(8)8(9)9(10)10(12)12(13)13(14)分級長3(4)4(4)4(5)5 (5)5(6)

40、6(7)7(7)7(8)分級短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

41、變壓器的空載損耗又稱鐵耗，它屬于勵磁損耗而與負(fù)載無關(guān)，空載損耗的大小對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)，KFe0.840.86 ；鐵心質(zhì)量(kg) ；非晶合金密度(g/cm3)，= 7.2 g/。空載損耗的計(jì)算 (2)式中空載損耗附加工藝系數(shù)，1.081.15；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家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的值的

42、+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I（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I，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

43、）空載電流無功分量占額定電流的百分?jǐn)?shù)： 式中 q1單位總量的勵磁容量(VA/kg)，按心柱磁通密Bt查得 ；q單位面積得接縫勵磁容量(VA/cm2)，按鐵軛磁通密度查得 ；n接縫數(shù)，取n4；Ae心柱有效截面(cm2)，AeAt/2；At心柱有效截面積 ；SN額定容量(kVA)?？蛰d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

44、、機(jī)械強(qiáng)度、散熱面積和繞制的可能性等等。一般對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；而對于電壓等級較高、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

45、。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。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

46、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。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層間絕緣或冷卻油隙。在繞組內(nèi)側(cè)的第1層對地之間的電容較大，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及以下的高壓繞組分

47、段圓筒式由于若干對線餅構(gòu)成，每一對線餅為兩個(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。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。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

48、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

49、范圍：容量630kVA及以上、電壓110kV及以上的高壓繞組內(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。

50、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箔式它是采用銅（鋁）

51、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（kV）容量（kVA）內(nèi)、外線柱繞組形式Y(jié),yn00.410630內(nèi)線柱雙層或四層圓筒式8001600半螺旋式或螺旋式

52、6、1010500外線柱多層圓筒式630半連續(xù)式8001600連續(xù)式Y(jié)d6、10630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、108006300外線柱半連續(xù)式或連續(xù)式3、6、10內(nèi)線柱連續(xù)式Y(jié),yn0及Yd3550630外線柱多層圓筒式8006300內(nèi)線柱半連續(xù)式或連續(xù)式602000及以下外線柱多層圓筒式2500及以上外線柱糾結(jié)連續(xù)式1105000及以上外線柱糾結(jié)連續(xù)式2.8.4導(dǎo)線和電流密度的選擇（1）導(dǎo)線的選擇過去為了節(jié)約用銅，變壓器容量為6300kVA及以下時(shí)，一般采用鋁導(dǎo)線，容量更大時(shí)采用鋁合金導(dǎo)線或銅導(dǎo)線?，F(xiàn)在，低損耗變壓器一般采用銅導(dǎo)線。常用的導(dǎo)線種類有漆包圓線（QQ、QZ型等）和紙包扁線（ZB型）。紙包扁導(dǎo)線用a×b表示寬度×厚度。兩邊絕緣厚度有0.45、0.95