核电培训资料.docx

1、核电培训资料目 录前 言 2第一部分：电力变压器结构设计 3铁心结构设计 8线圈结构设计 11绝缘结构设计 20引线结构设计 23油箱结构设计 27总装结构设计 30第二部分：电力变压器工艺流程介绍 33变压器绝缘件部件制造 33变压器铁心制造 38变压器线圈制造 39变压器金属结构件制造 42变压器装配工艺 44变压器干燥、真空处理 54第三部分：变压器试验 57第四部分：变压器产品现场安装 91前 言随着改革开放，加速了我国电力工业的突飞猛进的发展，到目前为止，全国的总装机量与年发电量都已跃居世界的第二位，使我国成为了名副其实的“电力大国”，其成就是十分巨大与惊人的。但是，由于我国人口众多

2、，在按人口平均的装机容量与年用电量方面，仍处于发展中国家的中等水平。今后随着电力，电能的不断改善，电力工业将取得更快的发展。众所周知，变压器是电力系统中的及其重要的设备，无论是发电厂、变电所，输配电网络、还是广大的用户以及国民经济的各个部门，都使用着各式各样的变压器。变压器的原理最基本而言是电磁感应原理，是一种静止的高压电器。据统计每增加1kW的发电装机容量就需要配套68kVA的变压器。由此而见，对变压器需求量还将不断增加。目前，在我国各种类型的变压器生产制造厂家已有上千家之多。它们在生产规模、设计水平、制造业绩等方面均已迈入世界先进水平。另外，在各个电力部门和工厂企业还有大批人员在从事变压器

3、的运行、维护、检修、制造等工作。随着在线监测、状态检修等新技术的推广与应用，变压器的运行维护水平也正向世界先进水平靠近，所以了解变压器的原理与设计是整个变压器制造的第一步。设计质量和制造水平的高低，直接影响到最终产品的技术水平，质量保证与制造成本。所以我们培训学院举办的变压器培训班旨在提高变压器的技术操作技能，从而在感性上，理性上与变压器做一次最亲密的接触，从而提高认识，丰富知识，不求一次培训过程能够解决全部疑难问题，但求对变压器有所了解，梳理对其十分关心的问题，这才是培训的宗旨和目的。另外，使用部门在定购变压器时，就需要对影响变压器性能参数的诸多因素有所了解，又如正确解决变压器的正常与事故过

4、负荷能力，也是运行部门十分关心的问题。同时，高电压变压器的设计，结构，运行等方面所涉及的绝缘，损耗，发热，噪音，抗短路能力，从物理学的观点来看，都分别属于电场，磁场，温度场，声扬场，力场的范畴。总的来说是属于场的问题。它们不仅理论高深，而且不依靠现代化电子计算机进行数值计算，就不能得出精确的解答；基于上述原因，就必须对变压器的原理，结构、制造、试验、标准、运行、维护、检修等方面的知识逐一了解。关心和了解在变压器领域的最新技术及其发展信息，以开阔眼界和思路。第一部分：电力变压器结构设计一、简介 1.为什么要应用变压器电力系统中发电机输出的电能要经过升压才能远距离输电、网络的连接、配电都需要变压器

5、，因此可以说变压器是电力系统中重要的设备之一，对电力系统的安全运行至关重要。电力变压器简介电力变压器按用途可分为以下几种： a.发电机出口或电力网的前端称为升压变压器 b.网络之间联结用称为联络变压器 c.网络末端用于将高压电能降压用称为降压变压器 d.直接连接用户的变压器称为配电变压器2.变压器的基本概念和基本原理2.1基本概念：变压器是基于电磁感应原理，通过改变电压来传输电能的一种静止电机。2.2基本原理：法拉第电磁感应定律 e=-d/dt=msint 则E1=-dm/dtN1=-N1mcost=-N1msin（90-t）即:E1=N1msin（90-t）（E1落后m90）E1m=N1mE

6、1(rms)= N1m/2同理E2(rms)= N1m/2，即N1/N2=E1/E2电力变压器简介3.变压器的分类从大类上，分为电力变压器和特种变压器。特种变压器大致有：整流变压器、调相变压器、矿用变压器、试验变压器等。电力变压器又可分为油浸式电力变压器和干式电力变压器。我们重点学习油浸式电力变压器。油浸式电力变压器的分类及型号中各符号代表的意义。电力变压器简介a.耦合方式：自耦用“O”表示，其余不标b.相数：“D”表示单相，“S”表示三相c.冷却方式：冷却介质为风，即油浸风冷用“F”，水冷用“S”表示d.循环方式：“P”表示强迫油循环、自然油循环不标e.绕组数：“S”表示三绕组，双绕组不标，

7、“F”表示双分裂绕组f.导线材质：铜导线不标，“L”表示铝导线g.调压方式：“Z”表示有载调压，无载调压不标h.设计序号：1、2、3 目前变压器执行的大部分为“9”“10”型产品i.额定容量：国家规定了R10系列优先容量j.额定电压：高压绕组额定电压等级k.防护等级：TH、TA、等。4.变压器基本参数4.1 阻抗电压（Zk）：由漏磁引起的变压器内部电压降，一侧绕组短路，另一侧施加电压，当加压侧电流达到额定电流时，所施加电压占该侧额定电压的百分数称为短路阻抗用“%”表示。阻抗电压是变压器订货及设计中最重要的参数之一。（Zk=Zkr+Zkx） 供电质量方面要求Zk小 从安全运行方面要求Zk大些4.

8、2电压调整率（）：（U2NU2）/U2N100%表示的是变压器带负载后的电压变化 4.3额定容量：100/100/100 100/50/100 或 100/100/50等，额定容量即为绕组中容量最大的一个。4.4电压组合：各绕组的额定电压，指空载电压而非负载条件下的电压组合 4.5联结组别：各绕组之间的相位关系，用时钟表示法。例如：YNd11、YZn11、YNd1等。4.6绝缘水平：各端子及中点端子的耐受电压水平，国家标准对此有规定。该项指标对变压器的其他参数成本有较大影响 SI：操作冲击LI：雷电冲击AC：交流耐压4.7冷却方式及温升限值:冷却方式：ODAF、ONAN、ONAF、OFAF、O

9、DWF、OFWF等。温升限值 ：根据国家标准或技术协议要求 4.8空载损耗：P0铁心损耗（忽略激磁绕组中的铜耗）含磁滞损耗和涡流损耗；目前大多数的变压器制造厂均选用冷轧硅钢片，因此P0大幅度降低4.9负载损耗：Pk短路损耗。主要由电阻损耗I R、涡流损耗%、环流耗及结构损耗构成。其中结构损耗即为漏磁在金属结构件上产生的损耗 。4.10空载电流：I0%由两部分组成I0r、I0x，其中I0r占较小比重I0x较大。用户之所以关心I0主要是考虑空载合闸的涌流问题。4.11使用条件：海拔高度的影响: a.外绝缘 b.试验电压温度：当最低温度低于-25时需采用45#变压器油污秽等级：对外绝缘爬距有影响抗震

10、能力4.12效率= 输出功率/(输出功率+P0+Pf)100%二、核电用变压器主变：将发电机发出的电升至电网电压等级；起动备用变压器，简称起备变，是在电厂建设期间通过升压站供给厂用电的，所以叫启动；所谓备用变，就是在电厂正式运行期间，厂用电是由高压厂用变供应的，起备变作为厂用变的备用电源；起备变分为幅向分裂和轴向分裂；高厂变：将发电机输出的电变为厂用高压变；高厂变分为幅向分裂和轴向分裂；三、变压器设计中的主要问题1.电气强度：变压器运行中要承受四种电压：正常工作电压、大气过电压、操作过电压和谐振过电压，因此绝缘问题是变压器安全可靠运行的关键。变压器设计中的主要问题2.机械强度：变压器运行中可能

11、要经受短路，要保证变压器在短路状态下不损坏，因此变压器的抗短路能力是变压器安全运行的另一个重要指标。3.耐热强度：热特性可以引起绝缘老化发生热击穿或影响变压器的使用寿命。6度法则：温度每升高6绝缘老化速度加快一倍四、变压器的设计计算1.电压计算：三角形接法：线电压等于相电压星形接法：线电压为相电压的 3倍2.电流计算2.1单相变压器：I=SN/UN2.2三相变压器：三角形接法：I=SN/UN3(线端)I=SN/3UN(绕组中)星形接法：I=SN/UN3(线端电流与绕组中电流相同)3.铁心选取：D=KP柱根据阻抗电压数值及其它情况适当调整。 4.线圈计算：由E=Nm/3公式，确定低压匝数及每匝电

12、势由每匝电势及其余绕组电压确定各绕组匝数选择各绕组形式，主要考虑绝缘问题及散热线规选取，确定电流密度，预估负载损耗确定主绝缘尺寸，确定心柱中心距及窗高，预估空载损耗5.阻抗计算：根据各绕组尺寸，计算阻抗电压6.铁心重量及空载损耗和空载电流计算G铁心=G柱+G轭+G 7.负载损耗计算：7.1基本电阻耗计算：P=PR1+PR2其中PR1=I1*I1*NR1PR1低压绕组电阻耗，I1N低压侧额定电流，R1 低压侧电阻PR2=I2NR2PR2高压绕组电阻耗，I2N高压侧额定电流，R2 高压侧电阻7.2涡流耗计算：P（%）纵向漏磁 B=1.78IW/HkP1(%)=2.99(Ba/)PR1/100(单位

13、：W)P2(%)=2.99(Ba/)PR2/100(单位：W) 8.组件选取原则：8.1开关：电压等级、额定容量、级电压、电流8.2套管：额定电流、额定电压、爬距8.3冷却装置：总损耗以及温升要求8.4储油柜：总油量及用户要求铁心结构设计1.铁心的作用：在原理上：铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电能转化为磁能，又由自己的磁能转化为二次电路的电能，是能量转化的媒介。在结构上：铁心的结构件不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上几乎安装了变压器内部的所有部件。相当于变压器的骨架。2.铁心的型式：2.1壳式：铁心包围线圈的壳式铁心。2.2心式：除壳式外，其余为心式铁心。心式铁心的优

14、点：a.工艺性较好，线圈为圆形，易于绕制。b.经济性好，充分利用空间，节省原材料。c.机械强度好。结论：大多数变压器公司均用心式铁心。三菱，保定的某些产品采用壳式铁心。3.铁心的构成:铁心是电力变压器的基本部件，由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件等组成。而铁心结构件又由夹件垫脚、撑板、拉板、压钉等组成。结构件保证叠片的充分夹紧，形成完整而牢固的铁心结构。叠片与夹件、垫脚、撑板、拉带和拉板之间均有绝缘件。铁心叠片及夹件接地引出线通过油箱到外部可靠接地，铁心不允许多点接地。4.铁心截面的选取原则：充分利用空间考虑工艺性经济性:铜铁比问题铁心结构设计5.铁心截面各级片宽、叠厚的优化求解理论计算即为求极值

15、的过程，单工程上最后确定参数应注意一下两点： a. 片宽尾数取0或5 b.考虑夹紧问题，最小级片应加宽各制造厂均有结合本厂工艺水平的优化铁心截面6.铁心叠片：6.1.大型油浸式电力变压器多为叠铁心，且为搭接形式，各接缝错开压住，这样做有两个好处： a.绝缘问题：避免了可能发生的片间短路问题 b.易于夹紧：机械强度好铁心结构设计6.2接缝6.2.1接缝数量 a.二级，四级 b.三级，五级6.2.2确定接缝数量的因素： a.损耗：多一级接缝P0下降2%2.5% b.噪音 c.铁心利用率 d.工艺性 e.空载电流 I06.2.3角度目前国内的制造厂均为45，因为冷轧电工钢片是取向的， 45 斜接缝利

16、用磁通沿轧制方向流通，磁阻小。6.2.4硅钢片材质和铁心叠片系数硅钢片性能参数：1.单位重量损耗W/kg 2.单位重量激磁容量VA/kg；硅钢片牌号及叠片系数按下表选取： 牌号 叠片系数(fd) 30ZH120 0.97 30ZH110 0.97 27ZH100 0.965 23ZH90 0.955 原则上优先选用0.3mm硅钢片；6.5叠积图（见附图）6.6铁心的夹紧方式a.主柱粘带绑扎，旁柱钢带绑扎b.上下轭夹件夹紧c.上下梁、侧梁形成框架结构d.刚拉带拉紧e.粘块顶紧6.7铁心的绝缘与接地形式夹件与拉板处有绝缘，串联接地，一点接地。6.8器身的压紧装置及引线的支持件6.9起吊装置：吊拌6

17、.10铁心的降噪措施：加橡胶垫。线圈结构设计由电力变压器基本原理可知，线圈（亦称绕组）是变压器的核心部件之一，即电气回路，由铜或铝的圆或扁线绕制而成，另外考虑绝缘问题再加上绝缘材料制成。由于电力变压器的容量不同，绝缘等级不同，所以线圈也具有多种不同形式，线圈结构设计必须重点考虑以下三个方面：电气强度、温升、机械强度，另外考虑附加损耗小。线圈结构设计一、参数的确定1.线圈匝数：U=Net，其中N为匝数， et为每匝电势，单位为V/匝， U为相电压单位是V。E=4.44N mf在电磁计算中档考虑到阻抗电压、损耗等参数而确定铁心直径后磁通密度选为合理的值后就可以确定每匝电势，这样就可以确定各绕组匝数

18、，确定匝数时应考虑其电压误差比国标规定5，计算时应小于3为宜。线圈结构设计2.电流密度的确定=I/S，其中电流密度（A/mm），I 相电流（A），S 导线截面（ mm）考虑损耗、温升、短路机械强度的要求后电流密度一般选为：铝导线 1.6-2.1， 铜导线 3.0-4.03.导线规格的选用3.1层式绕组：漆包线（圆截面）纸包线（圆截面）3.2饼式绕组：纸包扁线 宽高比在25为宜 二、线圈绕向代表导线缠绕方向，分为左绕，右绕两种线圈结构设计规定：从起头端看，导线逆时针缠绕为左绕向，反之为右绕向。通常操作者位于线轮侧，从右手端绕起为左绕向，左手端绕起为右绕向绕向对于绕组的串并联连接及连成规定的联结组

19、是有用的，因此在进行线圈设计前因弄清绕向 注：在设计单相双柱式变压器时应注意绕组的方向，避免磁通“顶牛”或电压方向不对 三、冷却与散热由于变压器运行时要有损耗，因而会发热，结构设计应考虑散热，油道垫块和档油隔板为散热主要结构。四、并联导线的换位当变压器容量较大时，电流较大，因而导线可能为多根并联绕制，为确保并联导线间电流分布均匀；长度相等且与漏磁场相交链的漏磁链相同，则导线在幅向上就必须换位，以避免上述问题的发生。另外考虑到端部漏磁场的弯曲，如双螺旋或单螺旋式换位常采用不等距换位。 1.两根导线并绕时，在线圈1/2处进行一次标准换位。（对于500kV发电机变压器，高压线圈中部进线结构，低压线圈

20、需要在1/4和3/4处进行一次标准换位）线圈结构设计线圈结构设计3.八根导线并绕时，在线圈的1/4、 2/4和3/4处进行一次“424”换位。4.对于12根以上导线并绕的线圈，由于工艺原因不能采用“424” 换位方法，采用“242”换位。注意：两根导线并绕一次标准换位能够完全；四根导线并绕“212”换位能够完全；八根导线并绕“424”换位能够完全；其他根数导线并绕的螺旋式线圈，采用以上四种换位都是不完全的。但有时线圈容量电流较小，环流影响不大时，仍可采取以上换位方法。以一次标准换位为例，底位是“先换下后换上”、明位是“先换上后换下”（如图所示）,这样换位目的是避免线圈绕制时出现“爬坡”现象。五

21、、主绝缘问题1.变压器绝缘分为主绝缘和纵绝缘1.1主绝缘：各绕组之间，相间，各绕组对地绝缘1.2总绝缘：绕组匝间，饼间的绝缘 变压器电磁计算时要经过电场和波过程计算验证其主纵绝缘，主绝缘主要为放置小角环，内外垫条，纵绝缘主要调整提高纵绝缘强度的办法和调整油隙保证。 六、线圈的型式 线圈基本上分为层式和饼式 1.层式线圈：绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制而成的称为层式线圈。层式线圈又分为圆筒式和箔式，筒式线圈又可分为单层筒式和多层筒式 2.饼式线圈：绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼(段)，再由许多饼沿轴向排列组成的绕组称为饼式线圈饼式线圈又分为连续式、纠结式、内屏连续式和螺旋式，螺旋式又可分

22、为单、双、三、四螺旋式 七、匝绝缘厚度的确定匝绝缘工作强度控制在2000V/mm以内 线圈结构设计八、线圈设计的一般规定1.线圈导线的标注形式（导线线规的计算方法）1.1纸包铜扁线K表材料栏中的标注形式：ab纸包铜扁线 （R）或（BY） ZB纸包铜扁线； t导线绝缘（两边）厚度，mm； a裸铜线的厚度，mm；b 裸铜线的宽度，mm；At包绝缘后的导线总厚度，mm，；Bt包绝缘后的导线总宽度，mm，；R软状态； BY半硬状态。线圈结构设计1.2组合导线K表材料栏中的标注形式：ab（n）组合导线 ZB-0.3/ t （R）或（BY） ab（n）组合导线 ZB-0/ t （R）或（BY）ZB纸包铜扁

23、线； t导线绝缘（两边）厚度，mm；n组合导线的组合根数； a裸铜线的厚度，mm； b裸铜线的宽度，mm； At包绝缘后的导线总厚度，mm， At（a+ 1）n1+ t1单根导线（两边）绝缘厚度，mm，一般取 10.4，裸组合时 10Bt包绝缘后的导线总宽度，mm， Btb+tR软状态； BY半硬状态。 线圈结构设计1.3换位导线 自粘性换位导线 K表材料栏中的标注形式： ab（n）换位导线 HQQ t （R）或（BY） ab（n）换位导线 HQQN t （R）或（BY）HQQ缩醛漆包铜扁线的换位导线；HQQN自粘性缩醛漆包铜扁线的换位导线； t导线绝缘（两边）厚度，mm；n换位漆包扁铜线的根

24、数； a裸铜线的厚度，mm； b裸铜线的宽度，mm； At包绝缘后的导线总厚度，mm， At（a+Ka）（n1）/2+ t Bt包绝缘后的导线总宽度，mm， Bt 2（b+Kb）+Cz+ t Ka单根漆包铜扁线径向（窄边）的两边标称漆膜厚度及制造偏差的修正系数，普通换位导线Ka0.16 ，自粘性换位导线 Ka0.19Kb单根漆包铜扁线轴向（宽边）的两边标称漆膜厚度及制造偏差的修正系数，普通换位导线 Kb0.17，自粘性换位导线 Kb0.2Cz中间衬纸厚度，mm； 当（a+Ka）（n1）/2 （a+Ka）10时， Cz0当（a+Ka）（n1）/2 （a+Ka） 10时， Cz0.13R软状态；

25、BY半硬状态。 导线换位需要一定的距离，即两撑条的间距（按导线内径计算）减去垫块宽后的距离需要满足导线换位所需要的间距，若达不到换位所需要的间距，则需跨撑条换位。下图为导线换位示意图。 纸包铜扁线和组合导线“S”弯的最小间距与导线宽度的关系见下图。 换位导线“S”弯的最小间距与导线宽度的关系见下图。 线圈结构设计楔形垫放置的一般规定：对线圈底位，导线厚度在8及以上，换位处需放置楔形垫，导线厚度在8以下，不放置楔形垫。对线圈明位，导线厚度在10及以上时，换位处需放置楔形垫，导线厚度在10以下，不用放置楔形垫。2.匝电势的计算：et=U/W=4.44fBSet 线圈匝电势U低压线圈相电压W低压线圈

26、匝数f频率B磁通密度S铁心截面积线圈结构设计3.电压比偏差的计算V(etWU)/U100V 电压比偏差百分数et 线圈匝电势W每相线圈匝数U线圈相电压线圈结构设计4.线圈电流密度的计算 JI/SzJ线圈导线电流密度I 线圈电流（一般为额定相电流）Sz线圈导线总截面积 线圈结构设计5.线圈导线总截面积的计算SzmnnSSz 线圈导线总截面积 m 导线沿 线圈径向的并联根数 n 导线沿 线圈轴向的并联根数 n 每根组合导线或换位导线内的单根数S 单根导线的截面积线圈结构设计6.线圈尺寸的基本计算6.1线圈辐向尺寸的计算B=k(A+0.05)mW+(Ap+0.05) Wp+Bc+ByA包绝缘后的导线

27、厚度，计算时加0.05裕度m导线沿径向的并联根数W每饼线段的匝数，分数匝进为整数匝Ap包绝缘后的屏线厚度，计算时加0.05裕度Wp每饼线段屏线的匝数Bc线段中垫纸垫条的厚度By线段中的轴向油道厚度线圈结构设计6.2线圈轴向尺寸的计算H=(B+0.05)n+ hn(1kd) （ +0.05 ）n kzB包绝缘后的导线宽度，计算时加0.05裕度n线圈每种线宽对应的轴向导线根数h段间油道高度n段间每种油道高度对应的油道数， n n1kd段间油道 压缩系数导线绝缘（两边）厚度kz导线绝缘压缩系数，一般kz0.1。线圈结构设计7.电抗高度的计算7.1连续式、内屏连续式、纠结连续式线圈电抗高度即为线圈高度

28、。7.2螺旋式线圈的电抗高度HkHq(B+0.05) ( +0.05) kz nh (1 kd)Hq 线圈轴向高度B包绝缘后的导线宽度，计算时加0.05裕度导线绝缘（两边）厚度kz导线绝缘压缩系数，一般kz0.1。n线圈出头一匝的轴向导线根数h 线圈出头一匝内段间油道高度的总和kd 段间油道绝缘压缩系数线圈结构设计8.线圈压紧力的计算：F=9.8PnAjBj10exp(-5)F 线圈压紧力, kN P每平方厘米的压紧力，kg/cm2，一般取P=30 kg/cm2n线圈的撑条数 Aj线圈的幅向尺寸，mm Bj线圈的垫块宽度，mm 线圈结构设计九、变压器线圈设计应满足的基本要求1、电气强度2、耐热

29、强度3、机械强度 线圈结构设计1、电气强度：雷电冲击过电压（大气过电压）操作过电压暂态过电压长期工作电压 线圈结构设计2、耐热强度绕组绝缘使用寿命在长期工作电流产生的热作用下，线圈绝缘的使用寿命不少于30年A=302(98-t)/6) 式中 t-绝缘运行温度C，不超过140 C6 C定则98 C-30年绕组的热稳定事故时，线圈的电流增大，线圈的损耗增大，线圈温度升高，线圈应经受住瞬时的高温，一般为250 C线圈结构设计3、机械强度绕制、起吊、搬运承受正常运行时的电动力承受短路时的电动力辐向力轴向力辐向力和轴向力的同时作用 线圈结构设计十、变压器线圈设计的注意事项1.与绝缘配合，分配端部绝缘时原则是不宜出现超过15mm的大油道2.油路畅通，导油结构要与绝缘图配合，大变压器要控制流速3.绕向正确，出头位置正确4.安匝分布正确，