树脂浇注绝缘干式变压器设计论文 - 图文(3)

山东科技大学学士学位论文 树脂浇注绝缘干式变压器设计的理论基础

2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。

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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/℃ 线膨胀系数/K 导热系数/ [W/（m·k）] 抗弯强度/（N·mm） 抗张强度/（N·mm） 压缩强度/（N·mm） 介质损失角正切tanδ（%） 介质常数ε 体积电阻率/（Ω·cm） 绝缘击穿电压/（kV·mm） -1-2-2-2-190～100 60～70 0.2～0.3 130～150 80～90 130～150 1 4 10～10 18～22 1617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。

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目前，我国在干式电力变压器铁心中基本上采用冷轧硅钢片。 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

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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15—20 mm范围内。一般分四段，分段数目过多也无必要。

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1.5～2mm，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

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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 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6～8mm。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，

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