毕业设计（论文）-250KVA油浸式变压器设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 题 目： 250KVA 油浸式变压器设计 院 ： 电气信息学院 专 业： 电气工程及其自动化 班级： 0703 学号： 200701010320 学生姓名： 孙香德 导师姓名： 刘金泽 完成日期： 2011-6-10 毕毕业业 设设计计（ 论论文文 ）任任务务书书 题目： 250KVA 油浸式变压器设计 姓名 孙香德 学院 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 0703 学号 20 指导老师 刘金泽 职称 副教授 教研室主任 谢卫才 一、基本任务及要求： 1 掌握各种变压器得性能及应用； 2 掌握低压油浸式变压器基本原理及特性； 3 了解分析低压油浸式变压器结构及特征； 4 分析、掌握低压油浸式变压器的铁心、绕组的结构及其材料得选则； 5 分析低压油浸式变压器的电磁设计的原理； 6 完成低压油浸式变压器的电磁设计； 二、进度安排及完成时间： 第 1 周 指导老师布置任务、下达设计任务书 第 2 周-第 4 周 查阅资料、撰写文献综述和开题报告，开题报告上传到 FTP 第 6 周-第 7 周 毕业实习、撰写实习报告 第 8 周-第 10 周 毕业设计 中期检查 第 11 周-第 14 周 撰写毕业设计论文 ，完成设计 第 15 周 指导教师评阅、电子文档上传 FTP 第 16 周 毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩） 第 17 周 毕业设计成绩评定、毕业设计资料归档 目 录 摘 要.I ABSTRACTII 前 言.III 第 1 章 概述.1 1.1 变压器结构型式.1 1.2 变压器工作原理.2 1.3 变压器制作原理.3 1.4 装配工艺与检查.3 1.4.1 绕组的套装 .3 1.4.2 套装的工艺程序 .4 1.4.3 装配过程中的质量控制和检查 .5 1.5 技术参数.6 第 2 章 设计要求.8 2.1 主要技术数据.8 2.2 技术要求.8 2.3 毕业设计工作项目.8 第 3 章 变压器设计方案10 3.1 变压器设计计算步骤10 3.2 变压器设计计算单10 3.2.1 主要技术数据 .11 3.2.2 主要电气数据决定 .11 3.2.3 铁心直径 D 的确定 .12 3.2.4 低压线圈的计算 .15 3.2.5 高压线圈的计算 .17 3.2.6 短路损耗的计算 .21 3.2.7 短路电压的计算 .25 3.2.8 铁心几何尺寸最后确定 .26 3.2.9 空电流的计算 .28 3.2.10 空载电流计算 28 3.2.11 油浸式变压器温升计算 29 第 4 章 总结.33 参考文献34 250KVA 油浸式变压器设计 I 250KVA250KVA 油浸式变压器设计油浸式变压器设计 摘摘 要：要：本文从电力变压器的发展历史，综合我国变压器的发展简况，及目前我国变压器 的制造水平，分析我国电力变压器与国外的差距及发展方向，对电力变压器的前景予以展 望；对变压器的各部分进行理论分析和设计，探究变压器如何实现低损耗、高效率、低噪 音；同时针对 S9 系列节能型油浸式变压器设计进行设计，包括铁心方案和绕组方案设计 以及电磁计算；由电压大小和工艺方法选择绕组方案；并进行温升计算、选择散热形式; 以低成本设计出高性能的变压器。 关键词：关键词： 变压器设计；高效低损耗；低成本 250KVA 油浸式变压器设计 II Transformer design of 250KVA oil bath type ABSTRACT: This article from the power transformer development history, the comprehensive our country transformer development status, and the present our country transformer manufacture level, analyzes our country power transformer and the overseas disparity and the development direction, forecasts to the power transformer prospect; Carries on the theoretical analysis and design to transformer each part, inquired into how the transformer does realize the low loss, the high efficiency, the low noise; Simultaneously aims at the S9 series energy conservation oil bath type transformer design to carry on the theoretical analysis, including iron core plan and winding plan design as well as electromagnetism computation; Choose the winding plan by the voltage size and the technique; And carries on the computation, the choice radiation form; Designs the high performance by the low cost the transformer. Keywords: The live pressure design;highly effective；Lower waster and Lower Cost 250KVA 油浸式变压器设计 III 前前 言言 变压器的用途很广，在国民经济各部门中，占有十分重要的地位，不同的部门用着各 种各样的变压器。就电力系统而言变压器是一个主要的设备，一般从发电机发出来的电压 只有 1020KV；要将大功率的电能输送到很远的地方，采用这样低的电压是不可能的。因 为采用较低的电压输电时，相应的输电电流很大。一方面大电流将在线路上引起很大的功 率损耗；另一方面，大电流足以在线路上引起很大的电压，以致电能送不出去。因此，只 能将电压用升压变压器升到一定的高压等级进行高压输电。一般来说，输电距离越远，输 送功率越大，要求的输电电压也越高。随着输电距离的增加，输电功率的增大，对变压器 的容量和电压等级要求也越来越高。当电能送到用电区后，又必须用降压变压器将输电电 线上的高电压降到配电系统的电压。然后，再经过一系列的配电变压器，将电压降低到用 电电压以供用户使用。可见，变压器在电力系统和人民生活中有着重要的作用。 随着变压器容量增大，变压器的损耗也随之增大，使铁心和绕组产生的热量也急剧增 加，使变压器的冷却问题非常突出。如果不把热量带走，会降低变压器的使用寿命，甚至 烧毁。变压器的冷却结构也比较复杂，也是影响变压器容量增加的重要因素。变压器除应 用在电力系统中外，在其他方面的应用也十分广泛，现已形成多极化发展趋势。例如冶金 用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，煤矿用的防爆变压器和特殊结构的矿用变 压器，以及交通运输用的电力机车变压器和船用变压器等。变压器也成为各行业中不可缺 少的电气设备。 变压器设计包括电磁计算与结构设计。电磁计算的任务在于确定变压器的电磁负荷和 主要尺寸，计算性能数据以及重量、外形尺寸等。计算的结果必须满足有关技术标准的规 定和使用部门的要求。结构设计的任务是选定各种结构件的型式，核算各部分的强度。特 别重要的是保证绕组的绝缘强度和动、热稳定性，以及铁心和油箱的机械强度。相应使整 体结构及其零部件的制造符合节约原材料、加工方便以及便于安装、运输和维护修理等要 求。在进行系列产品设计时，还要做到统一技术条件，统一标准件、统一安装尺寸和连接 尺寸，以及从整个系列来考虑某些设计。 本设计的主要任务是确定变压器的电磁负荷和主要尺寸，计算性能数据以及温升计算 等。由于作者水平有限，对于变压器的结构设计只是稍微涉及。 250KVA 油浸式变压器设计 1 第 1 章 概述 1.1 变压器结构型式 变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当 一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相 同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。 一般指连接交流电源的线圈称之为“一次线圈”(Primamary coil);而跨于此线圈的 电压称之为“一次电压”。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线 圈与二次线圈间的“匝数比”所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。 大部份的变压器均有固定的铁心，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性， 大部份磁通量局限在铁心里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些 变压器中，线圈与铁心二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝 数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指针。由于此项 升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附屑物，提升输电电压使 得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以 如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。 电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分 界线。一般提供6OHz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容 量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部 份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。 各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系 统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻 抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。“阻抗”其中之一项重要概念，亦即 电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶 层时，其间即使用到一种设备-变压器。 对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可 靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间 外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。 因为上述与其它应用方面的 250KVA 油浸式变压器设计 2 差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。下图所示为变压器在电路分析中常用 的表示符号： 图1.1 单相双绕组变压器表示符号 图1.2 三相双绕组变压器表示符号 1.2 变压器工作原理 当变压器一次侧施加交流电压U1，流过一次绕组的电流为I1,则该电流在铁芯中会产生 交变磁通，使一次绕组和二次绕组发生电磁联系，根据电磁感应原理，交变磁通穿过这两 个绕组就会感应出电动势，其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比，绕组匝数多的 一侧电压高，绕组匝数少的一侧电压低，当变压器二次侧开路，即变压器空载时，一二次 端电压与一二次绕组匝数成正比，变压器起到变换电压的目的。 当变压器二次侧接入负载后，在电动势E2的作用下，将有二次电流通过，该电流产生 的电动势，也将作用在同一铁芯上，起到反向去磁作用，但因主磁通取决于电源电压，而 U1基本保持不变，故一次绕组电流必将自动增加一个分量产生磁动势F1,以抵消二次绕组电 流所产生的磁动势F2,在一二次绕组电流L1、L2作用下，作用在铁芯上的总磁动势（不计空 载电流I0),F1+F2=0, 由于F1=I1N1,F2=I2N2,故 I1N1+I2N2=0,由式可知，I1和I2同相，所以 250KVA 油浸式变压器设计 3 I1/I2=N2/N1=1/K。由式可知，一二次电流比与一二次电压比互为倒数，变压器一二次绕组 功率基本不变，（因变压器自身损耗较其传输功率相对较小），二次绕组电流I2的大小取 决于负载的需要，所以一次绕组电流I1的大小也取决于负载的需要，变压器起到了功率传 递的作用。下图所示为单相双绕组变压器工作原理图（三相变压器工作原理类似）： 图1.3 变压器工作原理图 按照上图规定变压器各物理量的参考方向，其中 dt d NE dt d NE 2211 , 1.3 变压器制作原理 在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应 电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，此为互感应 原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。 1.4 装配工艺与检查 1.4.1 绕组的套装 大型变压器套装是变压器装配中的重要工序之一。套装工序是完成变压器器身的成形 工序，它不仅要将绕组套进铁心柱，而且还是完成绝大部分主绝缘的装配。因此，一台变 压器的主绝缘性能好坏与质量有着直接的关系。此外，套装也是对绕组的绝缘质量进行再 检查的过程，同时还必须保证高、中、低压绕组的同心度和安匝平衡，以及出头位置的正 确，各绕组出头对地绝缘距离符合设计和标准要求，提高插板质量，以保证铁心性能等。 对于大容量超高压变压器，提高产品的清洁是非常重要的，由于套装工序周期长，操作时 操作者与器身各部件直接接触，甚至有时需要站在器身上进行操作。因此，做好清洁防护 工作，保持周围工作场地清洁，严防杂质、异物和由于操作而使异物落入绕组内或主绝缘 间隙内等，都是十分重要的。 大型变压器的绕组套装工作是借助于大型可移动升降的装配架进行操作的。装配架应 250KVA 油浸式变压器设计 4 满足以下几点基本条件：承载能力，一个单架最好能承受住1/2的铁轭硅钢片质量或1/4的 铁轭硅钢片质量，载人工作台及载铁轭硅钢片工作台能自由升降，装配架整体能够移动或 行走。能够满足上述基本条件的装配架将给操作人员提供许多便利条件，保证工作质量。 套装工序的工作场地应与其他场地隔离，最好能够设置吸尘装置。放置铁心的地面要非常 好的强度和平整度，以防止拆除上铁轭后铁心柱发生变形，而影响插上铁轭硅钢片的工作 及铁心性能。套装工作场地的四周应布置足够数量的工位器具，以便放置套装时所用的工 具，材料和绝缘部件等。 1.4.2 套装的工艺程序 1）套装大型变压器前必须认真熟悉图样，掌握绕组排列、绝缘结构等基本情况。准备 好零部件，看清图样上的技术说明和工艺要求，以及该产品套装所用的工装，准备 好套装过程中所用的工具。 2）当铁心就位于套装场地后，应进行检查，如：硅钢片损伤、夹件和支板的平整度 ， 同时应测量铁心柱的垂直度、铁心的绝缘电阻、心柱直径等，并做好测量的结果记 录。 3）拆除上夹件及上轭：先将部分夹紧装置如拉架、绑带等拆除，再将两个夹件松开一 些，松开的程度以能打进“”形夹子为准。使用“”形夹子时，切忌损伤硅钢 片，“”形夹子的布置应有一定的层次，布置原则是：用最少的夹子能够可靠地 将上铁轭夹紧成一个整体。最后再检查一遍整个夹紧情况，确信铁轭硅钢片不会发 生翻倒时，才可以拆走两个夹子，再从两个外侧顺序拆除硅钢片，并将硅钢片整齐 地放在料架上。最后用布带等将柱子的上端扎紧。 4）装下铁轭托板：大型变压器的托板一般都用层压木板、胶木板或层压纸板制成，安 装托板时要先调节其水平。然后在托板上面安装下铁轭平衡垫块，应考虑其干燥后 的收缩， 考虑其干燥后的收缩，留有一定的余量，一般平衡垫块略高于铁轭上端平 面23mm，这是装中的正常情况。凡超出这一范围时，应调整垫块的厚度，不足时 应加添垫块，超出时应将 多出部分剥掉。这种调整是设计所允许的，因为它不影响 绕组的对地绝缘距离，只是要保证绕组整个圆周能够垫平，使绕组压紧后各档垫块 受力均匀。最后安装下铁轭绝缘及导油管(总油管可以提前装好)，安装时要保证图 样中规定的轴向、径向油路畅通。 5) 包低压纸筒，亦可称包铁心柱的绝缘纸筒。先将纸板按使用顺序在滚圆机上进行滚 圆，包扎时要注意调节铁心柱的圆度，即尽量把纸筒的搭接部分放在铁心柱直径较 250KVA 油浸式变压器设计 5 小的部位(绕组表面的纸筒搭接部位在撑条上)，以使低压纸筒的外圆周呈较好的圆 形，纸筒必须包紧。纸筒包好后，测量纸筒外径，应保证低压绕组在较紧的情况下 能套进。 6) 套低压绕组，拆去绕组压板，削掉上下端撑条，撑条长度应控制在伸进绕组层压端 圈的一半，保证绕组压缩时撑条不受轴向压力并有足够间隙裕度。包扎好出线头绝 缘，包扎的绝缘厚度和长度必须符合图样要求，最后将低压绕组套进铁心柱。绕组 套装时要特别注意绕组内径不能与铁心柱上端硅钢片相碰，以免损伤绕组匝绝缘。 7) 与低压绕组的套装程序类似，顺序完成中压绕组下端绝缘的安装、中压纸筒的包扎、 套进中压绕组。安装高压绕组下端绝缘、包扎高压纸筒及套进高压绕组。 8) 安装上铁轭绝缘：一般顺序是，从高压绕组上端开始，插角环，放绝缘端圈，然后 安装中、高压上端绝缘，最后装低、中、高压共同的上端绝缘 (具体应根据上端绝 缘结构而定)，再放好绕组压板，特大型变压器的压板一般都采用非金属材料制造。 9) 插板：插板前必须把绕组上端的空道用布或大张纸塞住，再垫上布或纸等覆盖物， 以放插板过程中的异物落入空道内。插板时应边插边排齐、边用“”形夹子夹， 要可靠夹紧。 10)装上夹件：略拧紧夹件螺钉，拨出“”形夹子，经整形后逐步拧紧夹件并安装所 有紧固件，然后将铁轭夹紧，同时应注意夹件与铁心片之间的绝缘及绝缘距离应满 足质量标准的要求。 11)安装绕组围屏、旁轭围屏及相间隔板、接地线等。 12)自查、送检。 在以上各道工艺程序的进行过程中，都必须严格检查零部件的质量情况，特别是绕组 的绝缘必须细致地检查，确定合格后方可装配。同时在每道程序结束后都应进行吸尘或吹 风。 1.4.3 装配过程中的质量控制和检查 装配过程中的质量控制，除保证所有零部件的装配正确、齐全、尺寸合适，完全符合 图样和技术条件要求之外，更主要的是要保证其电气性能要求。按工艺程序应控制的项目 和标准如下： 1) 下铁轭垫块应保持整个圆周的水平，且高度一致。垫块应对齐，绕组垫块边缘不超 出铁轭垫块。内外绕组垫块和油隙撑条也要对齐，不允许有明显的偏差。 2) 纸筒包扎应紧实，除靠近铁心的纸筒外，其他各层纸筒搭头沿圆周分布应均匀，搭 250KVA 油浸式变压器设计 6 头长度不小于70mm，高低差愈小愈好，压紧绕组时要保证纸筒不顶住上铁轭绝缘。 3) 绕组应在较紧的情况下套进，并保证出头不受顶力，出头处的绝缘补环要保证绝缘 强度，出头对地和对其他绕组及引线的绝缘距离应满足标准要求，且位置正确。 4) 出头绝缘厚度一般应控制为正公差l2mm，长度按上节所述。 5) 上铁轭插片。一般不应有搭头，缝隙愈小愈好，参差不齐应控制在l2mm，最大不 得超过3mmo整个上铁轭不应有明显的偏斜，且应可靠夹紧。 6) 所有接地必须牢固可靠。 7) 铁心引至油箱外接地时，铁心与夹件应不通，干燥后绝缘电阻不低于200M1，最好 应达到500M1以上，用1000V摇表测量。 8) 穿心螺杆绝缘用2500V摇表测量或用2000V工频测试1rain，应不是通路。 9) 整个器身应清洁，无金属和非金属异物。 1.5 技术参数 对不同类型的变压器都有相应的技述要求，可用相应的技术参数表示。如电源变压器 的主要技术参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电 压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技术参数是：变压比、频率 特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等。 A.电压比： 变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级。在初级线圈上加一交流电 压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2N1时，其感应电动势要比初级所加的电压 还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2V2，该变压器为降压变压器，反 之则为升压变压器。 B.变压器的效率： 在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即 %100 1 2 P P 式中为变压器的效率;P1为输入功率，P2为输出功率。 250KVA 油浸式变压器设计 7 当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时，效率等于100%，变压器将不产生任何损 耗。但实际上这种变压器是没有的，变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜 损和铁损。 铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗，当电流通过线圈电阻发热时一部分电能就转 变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。 变压器的铁损包括两个方面.一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器 硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而 损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗；另一是涡流损耗，当变压器工作时，铁芯中有磁力 线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流， 且成旋涡状，故称为涡流.涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率就越 小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。 250KVA 油浸式变压器设计 8 第 2 章 设计要求 2.1 主要技术数据 1、额定容量：S=250KVA 2、频率：f=50Hz 3、额定电压：U /U =10000V/400V 12 4、相数：m=3 5、连接组别：Y,yn0 6、阻抗电压：U=4% K 7、空载损耗：P =640W 0 8、负载损耗：P=4000W K 9、空载电流：I =1.020% 0 10、线圈对空气的温升：Q=65 C K 0 11、油顶层对空气的温升：Q =55 C h 0 12、油对空气的平均温升：Q =40 C B 0 13、冷却方式：油浸自冷式 14、装置方式：户外 15、导线材料：铜线 16、绕组型式：圆筒式 17、铁心材料：0.35mm 厚冷轧硅钢片（涂漆） 2.2 技术要求 1、P和 P 设计值不应超过保证值的2% K0 2、U值不应超过保证值的 2.5% K 3、油面最高温升为 55 C，绕组最高温升为 65 C，铁心最高温升为 80 C 000 4、一次绕组对地耐压为 35Kv,二次绕组对地耐压为 5Kv 250KVA 油浸式变压器设计 9 2.3 毕业设计工作项目 1、变压器的电磁计算 2、变压器的温升计算 250KVA 油浸式变压器设计 10 第 3 章 变压器设计方案 3.1 变压器设计计算步骤 下面所述主要是针对电力变压器而言，特种变压器计算基本上与之相同，只需要 考虑其中特殊要求和自身特点即可。 1、根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格极其相应的 性能参数，如额定容量、额定电压、连接组别、短路阻抗、负载损耗、空载损耗及空 载电流等； 2、确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心直径； 3、初步确定磁通密度，计算每匝电势； 4、初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重新计算磁通密度及每匝电势、 再算出高压绕组额定分接及其他分接的匝数； 5、根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器主、纵绝 缘结构； 6、根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组层数、匝数的排列，计算绕组 的轴向高度及辐向尺寸； 7、计算绝缘半径，确定变压器铁心中心距，计算高压绕组及其引线电阻和损耗， 并估算线圈的附加损耗； 8、计算绕组短路损耗，算出短路阻抗的有功分量，检查短路阻抗是否符合标准 规定值； 9、确定铁心的几何尺寸，计算心柱、铁轭截面积及铁心重量； 10、计算空载性能及变压器的效率，计算变压器的油箱尺寸及冷却油管的数目、 尺寸和总长度； 11、计算油的温升，当油温升过高或过低时，应调整冷却器数目，计算绕组对油 的温升，不合格时，可调整导线规格或调整每层匝数，当超过规定值过大时，则需要 调整变更铁心柱直径。 250KVA 油浸式变压器设计 11 3.2 变压器设计计算单 3.2.1 主要技术数据 1、额定容量：S=250KVA 2、频率：f=50Hz 3、额定电压：U /U =10000V/400V 12 4、相数：m=3 5、连接组别：Y,yn0 6、阻抗电压：U=4% K 7、空载损耗：P =640W 0 8、负载损耗：P=4000W K 9、空载电流：I =1.020% 0 10、线圈对空气的温升：Q=65 C K 0 11、油顶层对空气的温升：Q =55 C h 0 12、油对空气的平均温升：Q =40 C B 0 13、冷却方式：油浸自冷式 14、装置方式：户外 15、导线材料：铜线 16、绕组型式：圆筒式 17、铁心材料：0.35mm 厚冷轧硅钢片（涂漆） 3.2.2 主要电气数据决定 1、每相容量： =83.333（kVA） ； m S S 3 250 2、每柱容量： =83.333（kVA） ； C S S 3 250 3、额定电流 高压侧： =14.434（A） ； 1 I 1 3 3 10 U S 100003 10250 3 低压侧： =360.844（A） ； 2 3 2 3 10 U S I 4003 10250 3 250KVA 油浸式变压器设计 12 4、相电流 高压侧： =14.434（A） ； 11 II 低压侧 =360.844（A） ； 22 II 5、相电压 高压侧： =5773.503（V） ； 3 1 1 U U 3 10000 低压侧： =230.94（V） ； 3 2 2 U U 3 400 3.2.3 铁心直径 D 的确定 方案一：方案一： 6、根据式 D=来计算3 dT KK S 7、查表 3.1，取宽高比=2.3 表 3.1 双绕组铜线变压器采用冷轧硅钢片时，值的推荐数据 高压侧电压/KV容量/ KVA6，1035 30-8002.2-2.42.2-2.3 1000-63001.9-2.21.9-2.0 8、查表 3.2，取系数=1.38 d K 表 3.2 铜线变压器的值 d K 高压侧电压/KV容量/ KVA6，1035 6300 以下1.381.4 6300 以上1.37 9、查表 3.3，取系数=0.93（铁心级数为 7 级） j K 表 3.3 铁心级数及油道选用参考数据 250KVA 油浸式变压器设计 13 10、叠压系数=0.93（冷轧硅钢片涂漆） Fe K 11、铁心柱有效截面积与由铁心柱直径 D 决定的圆面积之比 =0.93 0.93=0.8649 D K j K Fe K 12、查表 3.4，取线负荷 A=35000A/m 表 3.4 油浸式变压器 A 值选用范围 容量 S/KVA线负荷 A/Am 1- 100-500(285-385) 2 10 630-5000(425-620) 2 10 6300-63000(665-930) 2 10 13、初选最大磁密=1.65T m B 14、利用系数 = 0.8649 50 35000 1.65=8714503.364 T K mDfAB K 2 4 2 2 4 2 15、D=0.172m3 dT KK S 3 364.871450338 . 1 833333 . 2 方案二：方案二： 16、根据式 D=2.68来计算4 22 01 a DmX qp KBfU kS 17、查表 3.5，取系数=0.80 b K 3 10 表 3.5 三相双绕组铜线变压器的值（） 单位：m(VA) b K 3 10 1 4 铁心直径/mm80-9095-120125-195200-265270-390400-500520-880 级数5678-10111213-16 系数约值 j K0.8970.9160.930.9350.9450.9380.92 油道数012 250KVA 油浸式变压器设计 14 18、查表 3.6，取由绕组横向漏磁场引起的附加漏电抗系数=1 q K 表 3.6 附加漏电抗系数 电压/KV10/0.4,Y,y 0 n 容量/KVA315 及以下400-500630-8001000-1250 低压绕组型式圆筒式双螺旋 Kq11.041.081.12 19、气隙导磁系数=410 0 7- 20、根据经验取纵向漏磁场洛氏系数=0.97 1 21、查表 3.7，取一次和二次线圈之间漏磁空道宽度 a =0.009m 0 表 3.7 高压线圈主绝缘尺寸 单位：mm 电压/KV101535 线圈型式圆筒式 联结法 a091327 1 2.534 b10015-13 b26.5108-10 h1203070(65) h381848(43) 3 222 a481212152027 尺 寸 4 020203 指低压线圈至高压线圈静电屏的尺寸 h =70mm，h =48mm 时高压导线为漆包线；h =65mm，h =43mm 时为纸包线 1313 中性点在外层引出 高压侧电压/KV容量 /KVA6，1035 30-1001.05-0.85 100-6300.85-0.750.85-0.8 800-63000.71-0.610.76-0.67 250KVA 油浸式变压器设计 15 22、a =a += a +=0.009+0.8=22.6mm p0 3 21 aa 0b K 4 S 3 10 4 83333 23、已知 P=4000W，U=4%, KK U =%,U = R 6 . 1 25000 4000 S PK x %67 . 3 %)6 . 1 (%)4( 2222 RK UU 24、D=89.75 3 10 4 22 1 a DmX qp KBfU kS mm164 8649 . 0 65 . 1 67 . 3 50 95 . 0 11022.6833332.3 1075.89 4 22 -3 3 方案三：方案三： 25、根据式 D=K来计算 Z 4 S 26、系数 K 取值范围为（9.6-10.6） Z 3 10 27、D=(9.6-10.6) =163-180mm 3 10 4 83333 综上所述，取铁心直径综上所述，取铁心直径 D=170mmD=170mm 28、铁心有效截面积 S=0.01963m e F e FJK KD 2 4 2 3.2.4 低压线圈的计算 29、高低压线圈的平均电流密度 由经验可知：容量为 100630KVA，线圈电压等级为 0.4KV 的圆筒式线圈电流 密度范围为：3.04.3 2 /mMA 初选。 mAjav/105 . 3 6 2 30、低压线圈线匝截面积的初步值 211 1 1 . 103 5 . 3 844.360 mm j I j I A avav c 31、低压线圈绕线方式 采用扁线绕成的圆筒式线圈 32、沿线圈圆周撑条的数目 变压器容量在 35KvA 以上的撑条数目取 8 33、低压线圈的结构 采用双层圆筒式 250KVA 油浸式变压器设计 16 (1)每层匝数 16 2 32 2 1 1 W Wc (2)每线匝轴向尺寸的约值 m W l h c el 018 . 0 116 305 . 0 1 1 (3)按照已求得的 A 和 h的约值，确定导线规格 1 1e 采用扁铜线,四根并绕,故导线规格为mm 5 . 885 . 3 0 . 835 . 3 4 导线的标准面积为,所以 A = 2 1 25.26mmA 1 2 10525.264mm (4)层间绝缘(轴向油道宽度)取 ma005 . 0 11 (5)撑条宽度取m 015 . 0 1k b (6)低压线圈端部绝缘高出线圈的高度 ml005 . 0 01 (7)低压线圈与铁柱之间的轴向油道宽度 ma005 . 0 01 (8)低压线圈到铁轭的绝缘距离 一般，取 ml015 . 0 01 ml017 . 0 01 (9)低压线圈不用胶木纸筒,在入铁心时,用 0.001m 绝缘纸板与铁心隔开。 34、低压线圈的电流密度(最后值) 2 1 1 1 /44 . 3 105 844.360 mmA A I j c 35、低压线圈的轴向尺寸(净高) mKKhWl ec 2991 . 0 5 . 8151 . 025 . 811615) 1( “ 111 对修正，取 1 lml3 . 0 1 -求得的值以 0.001m 进位加以修正； 1 l 其中：-为工艺裕度,每两根导线之间加 0.0001 米 K -为换向裕度，当导线沿径向有两根并绕时，径向增加的尺寸。 “ K 36、压线圈的绝缘高度(总高) mlll31 . 0 005 . 0 23 . 02 0111 250KVA 油浸式变压器设计 17 37、低压线圈的径向尺寸 maKaa0202 . 0 005 . 0 0004.200385 . 0 2) 2(2 111 取 ma02 . 0 1 其中：-以 0.0005进位加以修正； am -工艺裕度，一般为，取。 Km0005 . 0 0004 . 0 mK0004 . 0 38、低压线圈的内径 madD18 . 0 005 . 0 217 . 0 2 011 39、低压线圈的外径 maDD22 . 0 02 . 0 218 . 0 2 111 3.2.5 高压线圈的计算 40、选择由高压线圈中引出分接头的方式 1,2 类变压器的高压线圈采用圆线多层圆筒式线圈,由高压线圈中引出的分接头 的方式,如图 3.1 所示 A1 A X1 X2 X3 图 3.1 高压线圈分接开关图 41、高压线圈匝数 800987.799 217 . 7 503.5773 2 2 B u U 调压所需匝数： 4080005 . 0 05 . 0 2 p 42、高压线圈在各分接头处匝数 ；。 84040800 2 p 800 2 76040800 2 p 43、电压比校核 250KVA 油浸式变压器设计 18 （1）额定电压时： %25 . 0 1017%100 6 2 22 U UuB （2）1.05 倍额定电压时： %25 . 0 10 3 . 17%100 05 . 1 05 . 1 6 2 22 U Uu pB （3）0.95 倍额定电压时： %25 . 0 10 8 . 16%100 95 . 0 95 . 0 6 2 22 U Uu pB 44、高压线圈电流密度的初步值 2 12 /56 . 3 44 . 3 5 . 322mmAjjj av 45、高压线圈线匝面积的初步值 2 2 2 2 2 2 054. 4 56 . 3 434.14 mm j I j I A c 46、高压线圈导线的尺寸 (1)由于 A附录表 4-1，导线规格： 2 2 054 . 4 mmA ，导线面积： m d d ne 20 . 2 70 . 1 2 2 2 2 2 270 . 2 mmA (2)整个线匝的面积(最后值) 2 212 540 . 4 270 . 2 2mmAnA e 47、高压线圈的电流密度(最后值) 2 2 2 2 /18 . 3 540 . 4 434.14 mmA A I j c 48、高压线圈的结构 (1)每层匝数 1 . 661 %5 . 112 . 22 103 . 0 1 )1 ( 3 22 2 2 kdn l e c 取 66 2 c 250KVA 油浸式变压器设计 19 其中：； mll3 . 0 12 -轴向制造工艺裕度,取。 K%5 . 1K (2)层数 7 . 12 66 40800 2 2 2 c p c W WW n 取13 2c n (3)在各层中的匝数 共 840 匝 48481 7926612 (4)高压线圈的轴向尺寸(净高) mnkdWl ec 299 . 0 2%5 . 110022 . 0 166)1 () 1( 2222 取 ml3 . 0 2 其中：k 为工艺裕度,取 k=1.5% (5)把高压线圈分为两个同心线圈 C 和 D 里面的 C 的层数：4 层 外面的 D 的层数：9 层 (6)高压线圈的绝缘高度(总高) mlll33 . 0 015 . 0 23 . 02 0222 其中：-为高压线圈端部绝缘高出线圈的高度,当, 02 lKvU10 2 ml015 . 0 02 (7)高压线圈绕组在电木纸筒上,电木纸筒的厚度 m003 . 0 12 (8)线圈 和 间的轴向油道的宽度 ma005 . 0 22 (9)调节分接头在第 760 匝、800 匝和 840 匝处以原线打圈方式引出； (10)层间电压 VuWU BcMc 6 . 952217 . 7 6622 2 (11)层间绝缘 采用电缆纸做层间绝缘，由查表得电缆层数及厚度为：， Mc U mmmc12 . 0 3 层间绝缘长于线圈一端的长度为 10mm 250KVA 油浸式变压器设计 20 (12)高低压线圈间轴向油道宽度 当时，取 KvU10 2 ma01 . 0 12 (13)相邻两铁柱的高压线圈之间的距离 当时，取 KvU10 2 ma008 . 0 22 (14)相间隔板厚 m。 0020 22 (15)高压线圈到铁轭的距离 当时，取 KvU10 2 ml025 . 0 02 49、高压线圈的径向尺寸 DMcDCDccMccccc KnndaKnnda) 1() 1( 222222222 mm92.41 312 . 0 31992 . 25112 . 0 31442 . 2 其中：-里面的线圈层数； cC n 2 -外面的线圈层数； DC n 2 和-为线圈 C 和为线圈 D 的工艺裕度，每层加，所求 c K D K m0003 . 0 0001 . 0 得的 C 和 D 的厚度均加以修正，以 0.0005m 进位。 50、高压线圈的内径 maDD24 . 0 01 . 0 222 . 0 2 1212 51、高压线圈外径 maDD324 . 0 04192 . 0 224 . 0 2 222 52、线圈轴向和径向结构 其结构图如图 3.2 所示 250KVA 油浸式变压器设计 21 a01 D22 D“ 22 D“ 2 D1 D“ 11 D“ 1 D11 D2 d a 1a11 a1 a “ 1 a12 AB a2 a22a2a“22 CD 图 3.2 线圈轴向结构图 53、相邻两铁柱的中心距 maDC331 . 0 008 . 0 323 . 0 222 取 mC33 . 0 注：所求得的 C 值以 5mm 进位加以休正。 3.2.6 短路损耗的计算 54、低压线圈铜重 (1)低压线圈的平均直径 m DD Dav20 . 0 2 220 . 0 180 . 0 2 11 1 (2)低压线圈平均匝长 mDl avav 628 . 0 20 . 0 11 (3)低压线圈铜线总长(每相) mKlL av 4 . 2030 . 0 628 . 0 32 111 其中：-为出头长度，取 KmK30 . 0 (4)低压线圈铜重(不带绝缘) KgrAmLG cucu 19.57109 . 810105 4 . 203 36 111 其中：-为铜的密度， cu r 33 /109 . 8mKgrcu (5)低压线圈带绝缘铜重 KgKGG cucu 9 . 5803 . 1 19.57)1 ( 1 250KVA 油浸式变压器设计 22 其中：为扁铜线由于绝缘所增加的重量； K 由下表查得：=3% K 导线尺寸 mm 以下 9 . 535 . 1 5 . 121 .