Помощь студентам в учебе
Повышение технологичности силового масляного трансформатора за счет разработки алгоритма выбора оптимальной конструкций обмотки
|
Введение 3
1 Аналитический обзор обмоток силовых масляных
трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ 6
1.1 Конструктивные особенности обмоток и область их
применения 6
1.2 Сравнительный анализ обмоток 28
1.3 Выводы 37
2 Исследование технических характеристик обмоток 38
2.1 Разработка методики исследований 38
2.2 Сравнение конструктивных особенностей обмоток 40
2.3 Сравнение методик проектирования непрерывной катушечной и СМИТ 43
2.4 Исследование тепловых характеристик 56
2.5 Алгоритм выбора оптимальной конструкции обмотки 57
2.6 Анализ результатов расчёта обмоток 59
2.7 Анализ электродинамической стойкости обмоток 62
2.8 Анализ конструктивных и технологических показателей обмоток 62
2.9 Выводы 63
3 Обобщение результатов исследований 65
3.1 Обеспечение электродинамической устойчивости обмоток 66
3.2 Выводы 71
Заключение 72
Список литературы 74
Приложения
1 Аналитический обзор обмоток силовых масляных
трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ 6
1.1 Конструктивные особенности обмоток и область их
применения 6
1.2 Сравнительный анализ обмоток 28
1.3 Выводы 37
2 Исследование технических характеристик обмоток 38
2.1 Разработка методики исследований 38
2.2 Сравнение конструктивных особенностей обмоток 40
2.3 Сравнение методик проектирования непрерывной катушечной и СМИТ 43
2.4 Исследование тепловых характеристик 56
2.5 Алгоритм выбора оптимальной конструкции обмотки 57
2.6 Анализ результатов расчёта обмоток 59
2.7 Анализ электродинамической стойкости обмоток 62
2.8 Анализ конструктивных и технологических показателей обмоток 62
2.9 Выводы 63
3 Обобщение результатов исследований 65
3.1 Обеспечение электродинамической устойчивости обмоток 66
3.2 Выводы 71
Заключение 72
Список литературы 74
Приложения
Затраты на электроэнергию зависят от конструктивного совершенства трансформаторов и рационального вложения в них активных материалов [28].
Проектирование силовых трансформаторов требует в первую очередь учёта специфических требований в части конструктивных схем магнитных систем, схем расположения и соединения обмоток, габаритных, электромагнитных и механических ограничений. Поэтому при производстве трансформаторов важнейшей является проблема структурной оптимизации - выбора оптимальной структуры трансформатора, его конструктивного исполнения [35, 45].
Конструктивные особенности силовых масляных трансформаторов тесно связаны с использованием соответствующих технологических решений. Применяемые технологии в свою очередь существенно влияют на технико-экономические характеристики трансформаторов [7, 34] .
Как известно, структурная оптимизация трансформатора должна проводиться на начальном этапе проектирования. В тоже время сам процесс проектирования является творческим и трудоёмким видом инженерной деятельности. Его результаты в значительной мере зависят от опыта и интуиции проектировщиков. Поэтому разработка алгоритма, позволяющего на стадии проектирования сопоставить различные конструкции , выбрать наиболее рациональные, в том числе и по технологическим показателям, мог бы повысить эффективность труда проектировщиков.
Одним из самых трудоёмких технологических этапов является процесс изготовления обмоток. В мощных высоковольтных трансформаторах напряжением от 35 до 220 кВА наиболее часто применяют винтовые и непрерывные обмотки, технология изготовления которых, достаточно хорошо освещена в литературе [15,16,28]. Это объясняется техническим оснащением
отечественных трансформаторных заводов и применяемыми материалами. Однако зарубежные производители используют в трансформаторах рассматриваемых номиналов и другие виды обмоток, например, многослоевые и так называемые обмотки СМИТ. Особенности технологии изготовления обмоток СМИТ не достаточно освещены и не получили широкой известности.
В литературе отсутствуют рекомендации, при каких условиях можно применять отмотки СМИТ. Неясно как количественно связан выбор конструкции обмотки данного типа с себестоимостью трансформатора. Кроме того, нет сравнительных данных по электродинамической стойкости и теплоотдаче обмоток СМИТ относительно винтовых и непрерывных видов.
Рассмотренные недостатки определили выбор темы магистерской диссертации, направленной на структурную оптимизацию трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ: «Повышение технологичности силового масляного трансформатора».
Цель - повышение технологичности силового масляного трансформатора за счёт разработки алгоритма выбора оптимальной конструкции обмотки для трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ.
Объект исследования - обмотки силового масляного трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ.
Предмет исследования - методика проектирования обмоток силового масляного трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ.
Как известно при проектировании обмоток силовых масляных трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ необходимо преодолевать ограничения по теплоотдаче, механической и электродинамической стойкости обмоток. При этом наблюдается противоречие, заключающееся в том, что для повышения теплоотдачи количество вертикальных каналов охлаждения необходимо увеличивать, но увеличивать их число в тоже время нежелательно, так как при этом уменьшаются электродинамическая и механическая виды устойчивости обмотки, растёт трудоёмкость её изготовления и снижается технологичность.
Проблема диссертации заключается в поиске наиболее технологичной конструкции обмотки трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ, обеспечивающей хорошие условия охлаждения, и требуемую электродинамическую и механическую устойчивость.
Проектирование силовых трансформаторов требует в первую очередь учёта специфических требований в части конструктивных схем магнитных систем, схем расположения и соединения обмоток, габаритных, электромагнитных и механических ограничений. Поэтому при производстве трансформаторов важнейшей является проблема структурной оптимизации - выбора оптимальной структуры трансформатора, его конструктивного исполнения [35, 45].
Конструктивные особенности силовых масляных трансформаторов тесно связаны с использованием соответствующих технологических решений. Применяемые технологии в свою очередь существенно влияют на технико-экономические характеристики трансформаторов [7, 34] .
Как известно, структурная оптимизация трансформатора должна проводиться на начальном этапе проектирования. В тоже время сам процесс проектирования является творческим и трудоёмким видом инженерной деятельности. Его результаты в значительной мере зависят от опыта и интуиции проектировщиков. Поэтому разработка алгоритма, позволяющего на стадии проектирования сопоставить различные конструкции , выбрать наиболее рациональные, в том числе и по технологическим показателям, мог бы повысить эффективность труда проектировщиков.
Одним из самых трудоёмких технологических этапов является процесс изготовления обмоток. В мощных высоковольтных трансформаторах напряжением от 35 до 220 кВА наиболее часто применяют винтовые и непрерывные обмотки, технология изготовления которых, достаточно хорошо освещена в литературе [15,16,28]. Это объясняется техническим оснащением
отечественных трансформаторных заводов и применяемыми материалами. Однако зарубежные производители используют в трансформаторах рассматриваемых номиналов и другие виды обмоток, например, многослоевые и так называемые обмотки СМИТ. Особенности технологии изготовления обмоток СМИТ не достаточно освещены и не получили широкой известности.
В литературе отсутствуют рекомендации, при каких условиях можно применять отмотки СМИТ. Неясно как количественно связан выбор конструкции обмотки данного типа с себестоимостью трансформатора. Кроме того, нет сравнительных данных по электродинамической стойкости и теплоотдаче обмоток СМИТ относительно винтовых и непрерывных видов.
Рассмотренные недостатки определили выбор темы магистерской диссертации, направленной на структурную оптимизацию трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ: «Повышение технологичности силового масляного трансформатора».
Цель - повышение технологичности силового масляного трансформатора за счёт разработки алгоритма выбора оптимальной конструкции обмотки для трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ.
Объект исследования - обмотки силового масляного трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ.
Предмет исследования - методика проектирования обмоток силового масляного трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ.
Как известно при проектировании обмоток силовых масляных трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ необходимо преодолевать ограничения по теплоотдаче, механической и электродинамической стойкости обмоток. При этом наблюдается противоречие, заключающееся в том, что для повышения теплоотдачи количество вертикальных каналов охлаждения необходимо увеличивать, но увеличивать их число в тоже время нежелательно, так как при этом уменьшаются электродинамическая и механическая виды устойчивости обмотки, растёт трудоёмкость её изготовления и снижается технологичность.
Проблема диссертации заключается в поиске наиболее технологичной конструкции обмотки трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ, обеспечивающей хорошие условия охлаждения, и требуемую электродинамическую и механическую устойчивость.
1. Основные конструктивные особенности обмотки СМИТ, заключаются в наличии только вертикальных каналов охлаждения, количество которых зависит от числа витков в катушке, при этом отдельные катушки в обмотке СМИТ, в отличие от непрерывной катушечной конструкции, располагаются вплотную друг к другу.
2. По тепловым характеристикам СМИТ имеет преимущество по сравнению с непрерывной катушечной конструкцией, при количестве витков в катушке больше шести. Поэтому она может быть применена только в качестве обмотки ВН или СН, где количество витков велико. Тем самым, гипотеза, выдвинутая в первой главе, верна.
3. При изготовлении обмотки СМИТ имеются и технологические преимущества, заключающиеся в отсутствии прокладок, формирующих радиальные каналы охлаждения в непрерывной обмотке. Трудоёмкость снижается в процессе её изготовления, поскольку используется меньше конструктивных элементов при сборке.
4. Достоинством обмотки является:
• Равномерное тепловыделение;
• Эффективное использование охлаждающего пространства;
• Повышение технологичности;
• Высокий коэффициент заполнения обмоток;
5. Электродинамическая стойкость обмотки СМИТ по результатам расчёта не различается существенно от непрерывной катушечной конструкции.
6. Для преодоления выявленных противоречий по обеспечению механической прочности обмоток рекомендуется увеличение радиального размера провода до пределов, ограничиваемых добавочными потерями в обмотке.
7. Разработанный алгоритм выбора оптимальной конструкции обмотки, заключающийся в контроле количества витков в катушке, позволяет выбрать оптимальную обмотку трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ, обеспечивающую хорошие условия охлаждения и требуемую электродинамическую и механическую стойкость, тем самым решить выявленную проблему.
8. Методика проектирования обмоток силовых масляных трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ может включать этап выбора оптимальной конструкции по разработанному алгоритму.
Таким образом, цель магистерской диссертации достигнута.
Выводы 2 и 7 определяют научную новизну работы. Практическую значимость работы составляют выводы 6 и 8, в соответствии с которыми даны рекомендации по обеспечению электродинамической устойчивости обмотки СМИТ и дополнена методика проектирования обмоток силовых масляных трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ.
2. По тепловым характеристикам СМИТ имеет преимущество по сравнению с непрерывной катушечной конструкцией, при количестве витков в катушке больше шести. Поэтому она может быть применена только в качестве обмотки ВН или СН, где количество витков велико. Тем самым, гипотеза, выдвинутая в первой главе, верна.
3. При изготовлении обмотки СМИТ имеются и технологические преимущества, заключающиеся в отсутствии прокладок, формирующих радиальные каналы охлаждения в непрерывной обмотке. Трудоёмкость снижается в процессе её изготовления, поскольку используется меньше конструктивных элементов при сборке.
4. Достоинством обмотки является:
• Равномерное тепловыделение;
• Эффективное использование охлаждающего пространства;
• Повышение технологичности;
• Высокий коэффициент заполнения обмоток;
5. Электродинамическая стойкость обмотки СМИТ по результатам расчёта не различается существенно от непрерывной катушечной конструкции.
6. Для преодоления выявленных противоречий по обеспечению механической прочности обмоток рекомендуется увеличение радиального размера провода до пределов, ограничиваемых добавочными потерями в обмотке.
7. Разработанный алгоритм выбора оптимальной конструкции обмотки, заключающийся в контроле количества витков в катушке, позволяет выбрать оптимальную обмотку трансформатора напряжением от 35 до 220 кВ, обеспечивающую хорошие условия охлаждения и требуемую электродинамическую и механическую стойкость, тем самым решить выявленную проблему.
8. Методика проектирования обмоток силовых масляных трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ может включать этап выбора оптимальной конструкции по разработанному алгоритму.
Таким образом, цель магистерской диссертации достигнута.
Выводы 2 и 7 определяют научную новизну работы. Практическую значимость работы составляют выводы 6 и 8, в соответствии с которыми даны рекомендации по обеспечению электродинамической устойчивости обмотки СМИТ и дополнена методика проектирования обмоток силовых масляных трансформаторов напряжением от 35 до 220 кВ.