电力变压器设计方案

1、电力变压器设计方案1.1 课题背景 电力变压器是电力系统中的重要设备之一。随着我国社会主义现代化 建设的发展电力系统作为先行工业，近年来已经得到了长足的发展，特别 是随着电力网向超高压、大容量方向的发展，对电力变压器提出了更高的 要求。当前我国已生产了 500KV，750KV 超高压电力变压器： 2005 年全国 变压器年产量已达到 5 亿。我国在变压器的理论研究和生产实践方面取得 了可喜的成就 1 。随着国民经济建设的发展，特别是随着电力工业的大规模发展而不断 发展。电力变压器单台容量和安装容量迅速增长，电压等级也相继提高。50年代发展到110KV级；60年代发展到220KV级；70年代发展

2、到330KV 级；80年代已发展到500KV级电力变压器。建国前我国只能生产单台容量 为300KVA的小型配电变压器，建国后 50年代中期已能仿制31500KVA的 电力变压器，电压等级已发展到 110KV。 60年代初我国由仿制阶段过渡到 自行设计和制造阶段，60年代中期已发展到制造 220KV 120000KVA电力 变压器。到 60 年代末期，电力变压器的容量已经发展到260000KVA。 70年代初期已达到生产330KV级、360000KVA电力变压器的水平（我国西北地 区的关线330KV系统中所用的升、降压电力变压器、联络用自耦变压器， 全部为国产品），到80年代国变压器的最高电压等

3、级为 500KV最大容量 为400000KVA 1995年制造出了容量为450000KVA电力变压器，本世纪初 我国已能够生产740MW500 KV的电力变压器和900MW500 KV的自耦变压 器。近年来随着我国经济建设的不断发展，电网的电压等级不断提高， 2005年9月西北750KV线路已经投入运行，线路中的变压器、电抗器等主 要设备均为国生产。现在我国正在进行交流 1000KV直流土 800KV输电线路 的研究与输变电设备的研制工作，在不久的将来我国的输电网络将会以交 流1000KV直流土 800KV作为主要框架，使我国的输变电技术走在世界的前 列2。1.2 问题的提出及研究的意义 变压

4、器的电磁计算是整个变压器设计和制造的基础，电磁计算的容包 括变压器的整体外形尺寸、性能表现、附件的选取、成本的估计等各方 面。在设计的过程中，如何对铁心直径、导线规格、线圈尺寸等各方面进 行局部调整从而使变压器在成本上不是大幅度增加的情况下，整体性能达 到一个最佳的表现，则是电磁计算中的重点和难点。现在我国电网建设的 力度正在逐步加大，对高性能的大型变压器的需求量还是很大的，如何 快、好、省的发展电力事业，就更需要我们更加深入的研究变压器的电磁 计算。变压器的总损耗是由空载损耗（铁损）和负载损耗（铜耗）这样两部 分所组成的。空载损耗是不随负载大小而变化的，只要加上励磁电压后就 存在，它的大小仅

5、随电压波动而略有变化，在运行中基本上可以认为是一 个不变化的值。因此，在总损耗的功率中尽管空载损耗仅占 1/6-1/4 左 右，但从一昼夜的电能损失来看，它所占的比例却并不算小，尤其是一些 低负载率的变压器，空载损耗的影响就更加突出。因此，降低空载损耗对 节省运行中的能量损耗具有很大意义，在国外，对降低空载损耗是非常重 视的，在衡量1KWh的损耗价格时，不仅要考虑电价，还要考虑为此所增 加的输变电设备的投资费用，以及火电厂为此多发电而给环境保护所带来 的影响和环保治理所增加的费用等。另外随着硅钢片材料的进步，其单位 重量的损耗正不断降低，在加上工艺加装和结构的改进，也使得附加损耗 系数不断降低

6、。所有这些都使得降低空载损耗既有必要又有了可能。所谓 “低损耗变压器” ，实质上主要是通过降低空载损耗来达到降低总电能的 目的 3 。1.3 本文研究的容本论文对目前电力网中使用的 SZ11-25000KVA/35K V电力变压器进行 了电磁方案计算，计算出了该变压器的各项技术指标及各部分的几何尺 寸，计算结果满足国家标准规定值。计算电力变压器的一般程序是： 1确定硅钢片的型号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，得出铁心 柱和铁轭截面积2根据硅钢片型号，初选铁心柱中的磁通密度，计算每匝电势。3初算低压绕组匝数，估算高压绕组匝数 4确定导线规格，进行绕组段数，匝数的排列，计算绕组轴向高度 和辐向尺寸

7、5计算短路阻抗6计算负载损耗7计算绕组导线对油的温差8计算空载性能9计算变压器重量在进行SZ11-25000KVA/35KV电力变压器电磁方案计算的同时，本文 还对降低变压器的空载损耗进行了讨论。第2章变压器设计2.1变压器的基本原理1 .电磁感应定律设磁场中有一 N匝的线圈，当线圈交链的磁通发生变化时，线圈中就会产生感应电动势。如果感应电动势假定方向与交链的磁通的正方向 符合右手螺旋定则，则感应的电动势e nJ dt(2-1)式中：e-感应电动势，V；N-线圈匝数；d-线圈中磁通的变化，Wbdt -磁力线变化所需的时间2. 磁感应强度(磁通密度)磁感应强度为通过垂直单位面积的磁力线数，它是用

8、来衡量磁力线数 的强弱的，其中算式可以表示为B(2-2)S式中：B-磁感应强度，T-磁通，Wbs-垂直于磁通的面积，m3. 磁路的基尔霍夫第一定律和第二定律基尔霍夫第一定律为流入节点的电流等于流出节点的电流；第二定律 为在闭合回路中电位升之和等于电位降之和，这是电路的定律。由于磁与 电有相似的规律，故基尔霍夫定律在磁路中同样适用。设为磁路中的磁FoRm通，Rm为磁路的磁阻，Fo为磁动势，应用欧姆定律则有(2-3)在同一磁路上有几个线圈就产生几个磁动势，磁通决定于磁动势的总 和，即合成磁动势。应用基尔霍夫定律，当有两个磁动势时，合成磁动势 为(2-4)FoFl F2同理，电路上的串并联也可以应用

9、到磁路中4. 楞次定律线圈中感应电动势的方向总是企图使它产生感应电动势产生的新磁通反抗 原有磁通的变化，表达式为(2-5)2.2变压器的特点变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应作用将一种电压、电流的 交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。变压器是电力系统中 重要的电气设备。变压器中最主要的部件是铁芯和绕组，它们构成了变压器的器身。变压器的铁芯既是磁路，又是套装绕组的骨架。铁芯由心柱和铁轭两 部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁 路。按照铁芯的结构，变压器可分成心式和壳式两种。心式结构的心柱被 绕组所包围，壳式结构则是铁芯包围绕组的顶面、底面和侧面。心式结构

10、的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。壳式变 压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压 器。绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成；其 中输入电能的绕组称为一次绕组（或原绕组），输出电能的绕组称为二次绕组（或副绕组），它们通常套装在同一个心柱上。一次和二次绕组具有 不同的匝数、电压和电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低 的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组可分为 同心式和交迭式两类。同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上， 交迭式的高、低绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置。同心式绕组结构简 单、制造方

11、便，国产电力变压器均采用这种结构。交迭式绕组用于特种变 压器中。从变压器技术的发展趋势来看，我国生产 500KV级变压器已经成熟， 今后750KV级变压器的装备将继续增长，特高压变压器的研究和应用将进 一步加强。对于 35KV200KV电力变压器，下一步的发展重点是进一步降 低损耗。现在的“ 9”、“ 10”型35KV200KV产品，从节约能源、产品总费 用最低的观点来看，其损耗仍然偏大。国外国际招标的这一围的变压器， 其损耗低于“ 9”型标准。我国加入世贸组织，变压器的招标国际规化， 损耗将折入投标总价，势必将向更低损耗方向发展。1、从提高变压器强度观点出发，电流密度低，绕组短路应力也低，

12、所以降低损耗是提高变压器抗短路能力的直接的有效措施；2、向免（少）维护、高可靠方向发展。这就要求产品有低的局部放 电，牢固的运输定位，无渗漏，有效的漏磁控制技术，足够的抗短路能 力，铁芯不发生多点接地，油质保护措施以及焊死油箱等；3、大城市高负荷密度特殊重要场所的降压变压器将无油化；4、开发 220KV 三绕组变压器和自耦变压器高阻抗产品。此类产品往 往在高中阻抗适当增大的同时，要求低压侧短路电流不超过某限值，因 而高低阻抗往往要达到 40%50%甚更高；5、适当提高阻抗电压，以降低短路电流；6、开发研究低损耗、低噪声、低温升型产品；7、标准问题。上述许多都涉及这类产品的标准( 主要是性能标准

13、 ) 。随电网建设，特别是城网的发展需要，标准也要适时扩展。长期以来，在我国变压器行业中，由于在结构设计方面缺乏先进的手 段，各生产厂家只能沿用经过多年实践检验过的结构类型，对产品结构改 进态度特别慎重，变压器结构型式多年不变，科技人员的创造思维被抑 制。在科学技术飞速发展的今天，在产品竞争激烈的市场经济条件下，如 果不能吸取最新科研成果，不断更新换代产品，企业将无生命力可言 5 。2.3 变压器的注意事项1确定硅钢片品种、牌号及铁芯结构型式，计算铁芯柱直径，选定 标准直径，得出铁芯柱和铁轭截面积。铁芯采用 3 级步进搭接，目的是使 铁芯片与铁芯片之间的空气间隙小，减少漏磁损耗。2根据硅钢片牌

14、号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。3初算低压线圈匝数，凑成整数匝，根据整数匝再重算铁芯柱中的 磁通密度及每匝电势，再算出高压线圈匝数。4根据变压器额定容量及电压等级，确定变压器的主、纵绝缘结 构。5根据线圈结构型式，确定导线规格，进行线圈层数、匝数的排 列，计算线圈轴向高度及辐向尺寸。6初算阻抗电压无功分量 ( ux) 值，大容量变压器的 ux 值应与阻抗电 压(Uzk)标准值相接近；小型变压器的值Ux应小于标准值Uzk。7计算线圈负载损耗、空载损耗，算出阻抗电压的有功分量( ur )，检查阻抗电压是否符合标准规定值，若不符合时应调整达到标准规定值 围。降低空载损耗方法。 a. 降低磁

15、密 b. 使用较好的硅钢片 c. 减少铁的 重量。8计算线圈导线对油的温差，不合格时，可调整导线规格，或调整 线段数及每段匝数的分配，当超过规定值过大时，则需要变更铁芯柱直 径。9计算空载性能及变压器总损耗，计算油温升，当油温升过高或过 低时，应调整冷却装置的数目。10计算变压器重量。 应该指出，电力变压器计算必须根据国家经济、技术政策和资源情况 以及制造和运行方面的要求，合理地制定变压器的性能参数数据，确定变 压器相应的主要几何尺寸、电磁负载和电、热、机械方面的性能数据来满 足使用部门要求。要有良好的工艺性，使其制造简单，产品的价格应便 宜，由于制造和运行的角度不同，对某些性能数据的要求也往

16、往有所不 同。在进行变压器计算时必须综合考虑各方面因素，并进行电磁计算结果第3章 变压器电磁计算及空载损耗的分析3.1变压器电磁计算电磁计算是电力变压器设计的核心部分。电力变压器的设计计算首先 要满足有关的国家标准、行业标准的要求，同时还要符合特定的生产合同 要求。变压器设计的任务就是根据上述的技术规，确定变压器电磁负荷、 几何尺寸和电、热、机械等方面的性能参数，以满足使用部门的要求。所设计的电力变压器技术参数如下：1 额定容量 SN : 25000KVA2高压侧线电压：35 4 2.5%KV低压侧线电压：10.5KV3. 联接组号：YN,d114 变压器相数：3相5. 额定频率f : 50

17、HZ6. 冷却方式：油浸自冷式7. 空载损耗P。: 18.5KV8. 负载损耗PK : 98.2KW9. 空载电流10:o.210. 短路阻抗Uk : 8.0%11. 铁心材料：30RK105+30RK10012. 导线材料：高压，ZB-0.45高压分接线，ZB-1.35低压,ZB-0.45额定电压和电流2.咼压线圈为“1. 电压、电流及匝数的计算是在假定变压器无电阻、无漏磁、无铁 耗的情况下进行的，因为这些问题对计算结果影响很小。U L1 1350001.138500V ；U L1 2350001.07537625V ;U L1 3350001.0536750V；U L1 4350001.0

18、2535870V ;U L1 5350001.035000V ;U L1 6350000.97534130V ;U L1 7350000.9533250V；U L1 8350000.92532375V ;U L1 9350000.931500V7相电压为线电压的1/3，UP1 122228.6 V;U P1 221723.4V ;U P1 321218.2V ;UP1 420710.2V；U P1 520207.9V ;Y'接线时，其各级分接的线电压分别为UP1918187.1V3低压线圈“ d” 接，UL2 UP2 10500V4. 高压线圈“Y”接，线、相电流相等，即I L1 1

19、P1P 1033 Ul1 525000 1033 35000412.4A5低压线圈“ d”接，Il2P2P 10325000 1033 Ul2 3 10500IL2/ .,3 793.7A1374.7A ;铁心的确定一、铁心直径的确定铁心直径的大小直接影响材料用量，变压器体积和性能等经济指标， 硅钢片重和空载损耗随铁心直径增大而增大，而线圈导线重和负载损耗随 铁心直径增大而减小。根据简化公式D Kz4SZ计算铁心直径 其中：D-铁心直径，mmKz-对冷轧硅钢片铜线变压器,取60Sz-每柱容量，Sz Sn 25000 8333KVA33D Kz4ST 60 18333 573.26mm所以铁心直

20、径取D=570mm二、铁心截面的确定1. 铁心的级数的确定铁心柱截面为一多阶梯形，外形接近于一个圆。这个阶梯形的级数越 多，有效截面越大，但制造工时也越多。根据材料供应情况和制造工艺水 平，尽力增加铁心柱级数。2. 叠片系数叠片系数是由硅钢片的标准厚度、破浪性、绝缘膜厚度及铁心夹紧程 度而定。一般主要根据波浪性来确定叠片系数，因为其他因素变化不大。 直径取570 m m,叠片系数取0.97。3. 铁心有效截面积 A 2274.82 /0.96 0.972298.51cm线圈匝数的计算1. 每匝电势et的确定按电磁感应定律得4.44 f Wm 105222WBA 101450WBAc(V)BAe

21、 u /w 一c 伏/ 匝4502 初选每匝电势e取铁心中磁通密度B； 1.8T, A, 2298.51cm2所以每匝电动势为：e；18 2298.5191.9 伏/ 匝450其中：B；-初选磁通密度,TAc -铁芯有效截面积，cm23低压线圈匝数1050010500 114.25匝，取 114 匝91.9每匝电势实际值e；懵92105伏/匝4 磁通密度实际值450e； 450 92.1B；-18.03A；2298.515. 高压线圈匝数因为高压线圈的分接围为 35000 4 2.5%V，故首先应求出 2.5% 相电压匝数。2.5%相电压=UP11 UP12 510V , 2.5%匝数=510

22、/et =5.54 取5匝和6匝两种。实际2.5%电压为et 5 460.5V et 6 552.5V分接电压比较核10%匝数U P1 9et18187.1/ 92.1197.4197 匝,197 92.118143.7V18143.7 18187.1 误差100% 0.23%18187.1-7.5%匝数=203匝，实际电压=18696.3V 误差=0.023%-5%匝数=208匝，实际电压=19156V误差=0.2%-2.5%匝数=214匝，实际电压=19708.6V 误差=0.03%额定匝数=219匝，实际电压=20169.1V 误差=0.16%+2.5%匝 数=225 匝，实际电压=20

23、721.7V 误差=0.047%+5%1数=230匝，实际电压=21182.2V 误差=0.17%+7.5%匝 数=236 匝，实际电压=21734.8V 误差=0.05%+10%E 数=241 匝，实际电压=22195.3V 误差=0.15%误差0.25%即5%E数=208匝，实际电压=19156V误差=0.2%线圈形式及排列1. 线圈高度的估计线圈物理高度电抗高度In N n Dkt # Detuzk(40a12 2uzk4), mm794 114 570 1.85570 “ c c ,、=4(272 8 4)92.1 8 10440=918mm2. 高压线圈采用连续式，低压线圈采用单半螺

24、旋式绕线方式3. 线圈撑条数为164. 高压线圈的段数及每段匝数的确定高压线圈最小分接匝数为197，当每段匝数为2、3、4时，197/2=98.5 100； 197/3=65.67 68； 197/4=49.25 52 取 68 段， 每段3匝，总匝数为68 3=204,多了 7匝，故可将68段中7段取2 匝，即得出实际匝数E613183G7214合计68197导线的选择1. 高压线圈共68段67个油道，油道总高度为67 3+30=231导线总高度为918-23仁687每根导线高687/68=10.1，裸导线高度为 10.1-0.5=9.6，导线高度为 9.62. 导线宽度a的选择电流密度取

25、2.74 A/mm2，A=150.36mm2，b=9.6，查找表格 a=2.0 时 截面积最接近，采用 8根并绕的绕线方式，a b 2.0 10.1,匝绝缘 为0.5导线带绝缘=9.6+0.5=10.1导线总高度=68 10.仁686.8油道总高度=231线圈高度=686.8+23 仁917.8mm3. 低压线圈导线的选择油道=64 3=192271.5 导线高=918-271.5=647mm53 1.5=79.5每根导线带绝缘高度为 647/118=5.6mm，去掉绝缘为5.1mm b=5.1mm4. 导线宽度a的确定A 上 794 251.3 mm2，3.16A/mm2， b=5.1mm

26、查找表格3.16a=2.1mm采用24根并绕的绕线方式a b 2.1 5.1线圈辐向尺寸计算1. 低压线圈导线厚度a 2.1mm，加绝缘为2.1+0.5=2.6辐向厚度=24 2.6 仁63mm2. 咼压线圈导线厚度a 2.0mm，加绝缘为2.0+0.5=2.5辐向厚度=8 2.5 3 1.0仁61mm3. 高压调压线圈导线厚度a 5.4mm，加绝缘为5.4+0.5=5.9辐向厚度=5.9 2=12mm绝缘半径计算主绝缘距离是根据试验数据和制造经验确定的1c ABB?R?R2低压线圈套装裕度，取3mm 低压线圈对铁心绝缘 咼压线圈与低 低压线圈乙:331.5 mm363 18.75381.75

27、mmR45R4R5R5,取 37.5mmR4 B2400.5 61461.5mm- 调压线圈外半径圈平均半径R?400.5? .431mm高压线圈外半径.口半径0. 63 363mm卜半径37 5400 5 mm线圈间空隙平均半径 丨咼低压A2咼压线B2R7R7461.5 12 18491.5mmDx-线圈外径Dx 2R72 491.5983mm-M0-两铁心柱的中心距离M 0 Dx 5983 221005 mm5相间距离图1绝缘半径示意图阻抗电压计算当线圈几何尺寸确定后，应首先计算阻抗电压，当阻抗电压符合要求后，才能进行线圈数据计算。阻抗电压由电阻压降U2%和电抗压降Up%两部分组成，但对较

28、大容量变压器，因为阻压降很小，计算时可以略去。电 抗压降Up%都是以额定电压的百分数表示的，其计算公式如下a1I2r ra23a7rpTrp12rp2I23匚)3图2阻抗电压计算结构示意图D r Ket Hx 106式中f -额定频率，50赫W Ip 低压线圈安匝数=794 114=90516D-漏磁宽度，(B1 0.05) R23Up%如心3(B3 0.05) R67(B2 O'05) "45(A 0.05) R343D =319.1(A0.05) R56et-每匝电压，92.1H x-高低压线圈平均有效电抗高度，89.72-漏磁场总厚度，22.43 r-洛氏系数，取0.9

29、3K 0.9849.6 50 90516 319.1 0.93 0.98 “心U P%6=7.90%92.1 89.72 10阻抗电压的允许误差值，按标准规定为10%但由于制造时，影响因素较多，故一般计算时，误差控制在 34%以下该误差为 口日100%1.25%，符合标准的规定。8高压线圈及调压线圈数据计算咼压线圈1. 电流密度1， A/mm2LaA4128 18.7952.74A1-高压导线总截面积2. 平均匝长L1， m3L12 R,5 102431 102.73. 导线总长l1， ml1 J W 22.7 2412652.7额定电压时，导线总长l1H , m75oC l1HL1 Wh 2

30、 2.7 219 2 593.3式中W,-最高分接电压时的匝数Wh-额定电压时的匝数4. 时额定电压时的电阻R75 C ,I1H0.0188 593.3。册A150.36.式中 -铜的电阻系数，取0.01885. 75oC时高压线圈负载损耗，Rk，W2 2Rk 引心 R75C 3 412 0.074 376836. 高压线圈铜线重量Gm，kg3G1M3g h a 103 8.9 652.7 150.36 10式中g-铜的毛重调压线圈1. 电流密度3.74 A/ mm22. 平均匝长 L3 2 R67 10 3 3.0505m26203. 截面积 A3122.483 mm24. 导线总长 l3L

31、3 W3 150.224m5. 75oC时调压线圈电阻R75oCl3R75oC3 0.0256A36. 75oC时调压线圈负载损耗2p3K 3I 3a R75 c 6561W7 导线重量G3M，kgG3M 3b A g 10491.3kg3.1.11低压线圈数据计算1. 电流密度 2， A/ mm2I 2aA2794250.83.166A2-低压导线总截面积2. 平均匝长L2，m33L22 R23 102331.5 102.083. 导线总长l2, ml2 L2 W212.08 114 1238.124. 75°C时低压线圈电阻R75C ,丄 0.0188 23&12 0.0

32、17A2250.85.6.75oC时低压线圈负载损耗 巳k , W2 2F2k 312a R75C3 7940.01732152低压线圈导线重量G2M , kg1594.5G2M 3g l2 A2 10 33 8.9 238.12 250.8 10铁心计算线圈几何尺寸确定后，即可计算铁心各部的几何尺寸和铁心硅钢片的 重量1. 铁心柱中心距M 0 Dx 5983221005mm2. 铁心窗咼HW的计算HW Hx 2Vh t 1045 mm3. 铁心柱部分重量GC 3g HW AC 10 43 8.9 1045 2298.516413.19 kg4. 铁轭部分重量GyGy 4g M0 AC 10

33、44 8.9 1005 2298.51 8223.6kg5. 铁心转角重量G0Go G1 8 G9 Go 2150kg6. 铁心硅钢片重量Gpe Gc Gy G016786.79kg空载损耗和空载电流的计算一、变压器的空载损耗，就是硅钢片中的损耗，故又称铁心损耗。这个 损耗决定于硅钢片的材质和加工工艺的质量，也决定于铁心各部分的磁通 密度和重量。按磁通密度B,查得每公斤硅钢片的损耗为P0 K Fk GFe 1.05 1.17 16786.79 20622WK-系数，取 1.05二、空载电流计算空载运行时在一次线圈中和铁心中产生的有功损耗的有功电流和产生 磁通的励磁电流之和为空载电流。无论从变压

34、器安全运行或从变压器经济 运行角度来看，都希望空载电流要小，应当提出的是在铁心设计不恰当的 情况下，磁密接近饱和时，空载会用电流中峰值，可能引起空载电流稳定 值的剧增，达到100倍左右，将在一次线圈上产生危险的机械力。主要调 整对空载电流影响较大的无功分量，适当减小磁密即能减小空载电流。1。 ,（I01%）2 （丨02%）2P01 .有功分量I 01%计算艮 206220.080110 P 10 250002. 无功分量I02%计算I 02 %gc GFe gi c Ac K010 p2.374 16786.79 8 2298.51_10 25000系数，取1.05铁心单位激磁容量，伏安/公斤

35、；查表得2.374 接缝数单位面积激磁容量，伏安/ cm2， 接缝数，8,(I01 %)2 ( I02%)2. 0.222 0.082 0.23%1.050.22K o gcgiIo%合格C-涡流损耗百分数的计算涡流损耗的计算，首先要算出涡流损耗占短路损耗的百分数Kw1.高压线圈涡流损耗百分数f m n a Ax)2Kw 107( Hx2低压线圈涡流损耗百分数Kw的计算3.8 50 3 8 68 2.0 18.795 2/ _0/7 （）42%107Kw的计算918二 f m n a Ax 2 Kw 荷（1）攀（5° 24 118 仙分 4.35%107918线圈对油温升计算1. 线

36、圈对油的温升计算，首先要算出线圈表面热负荷，即线圈单位表面积所负担散出的损耗瓦数。一般连续式线圈的热负荷计算，是以一个 负荷最大的线饼计算的，按下式计算gzK, I WK5 LK41002),(W/m )表1绝缘厚与k的取值表3(mm)0.64 及以下0.760.8811.121.241.4K00.000210.00040.0000.0009：0.001:0.001367425式中I-线饼中流过的电流，AK1-系数，与导线的导电率有关，铜导线取 22.1-线饼中的电流密度，A/mm2W-线饼中匝数，即每段匝数K2-线匝绝缘校正系数，a11.75a时，心=1心K5沿圆周垫块数垫块宽线饼的平均匝长

37、K5140 16 102.70.76L-线饼断面的周长，mm2高压线圈的热负荷L 2 (3 8 2.5 10.1)140.2qx122.1 458.2 3 3.04 10.76 140.2866.7W/m23.咼压线圈对油温升Txy1°.41qx1 T j1 T y10.41 866.70.6 0 1.224.9°C3低压线圈的热负荷L 2 (24 1 2.1 5.6)112K51 30 16 102.080.769631.6W/mm2y2q 22.1 794 1 3.16qX20.769 112Txy2 0.41qX； T j2 T4. 低压线圈对油温升0.41 631.

38、60.6 0 1.6 21.22oC油箱的设计油箱尺寸是由线圈尺寸、线圈对油箱的距离、开关、套管、引线尺寸 的布置决定的，油箱尺寸的最后确定，是由布置图来定，但在计算时也应 尽量估计准确。1. 油箱断面尺寸 因为高压侧电压较低，套管较小，故油箱尺寸主要由开关决定。 按图中要求估算油箱尺寸图3油箱截面示意图油箱的宽度BB 983 2 168.5 1320mm油箱的长度LL 2 M0 D 73.5 103.5 6002 1005 983 73.5 103.5 600 3890 mm油箱直线部分L'L' L B 3890 13202570mm2 油箱高度油箱高度=1045 2 560

39、 50 70 2285mm杂散损耗计算油箱周长l 13202 (3890 1320)9284.8mm油箱平均半径1320 3890 2 1005RP /于漏磁通在结构上产生的损耗800mmKzK UX ( n 10 6) HX f lHx 2(Rp R34)2 502.19 82 (1.765 22.985 10 6)2 9183 5026074.8 918 2 (800 381.75) 501412.4WK -系数，三相变压器当电抗UX 10.5%时，取2.19U x -电抗压降百分数n -每柱磁通H x线圈有效电抗咼度R34 -高低压线圈间空道的平均半径mm总损耗计算项目75oC 损耗(W

40、)85oC 损耗(W)咼压线圈负载损耗37683高压线圈涡流损耗376834.2%1583低压线圈负载损耗32152低压线圈涡流损耗321524.35%1399杂散损耗8103引线损耗321522%643调压线圈负载损耗6561总负载损耗8812490944空载损耗2062220622总损耗108746111566散热及温升计算一、散热面计算1. 平定油箱顶部几何面积A,R2 L' B1320 2()2570 132024.76m22. 下部箱壁A ( B 2L') H(1320 2 2570) 228521.2m23. 箱壁有效散热面A 0.7A10.85A221.352m2

41、、散热器的选择1 .估算油平均温升TyTy 60 21.352 38.64EC2. 估算热负荷qyTy 0.262qy.838.648°C2qy 514.1W/ m3. 估算有效的散热面积A4.“ P 111566 A -qy514.1散热器的总散热面217m2A4 A Aj 217A21.352196 m25. 散热器中心距选择1800mm合适6. 散热片的选择PC 1800 25/ 520 9 只面积 25.5三、油平均温升计算总散热面 A 229.5 21.352250.852m2热负荷 qy 111566444.7W / m2250.852Ty 0.262qy'8 3

42、4.4°C四、油顶层温升计算TS 1.2Ty T s 1.2 34.4 10 51.28oC五、线圈平均温升计算1. 咼压线圈Tx1 Txy1 Ty 24.9 34.4 59.3°C 65°C2. 低压线圈Tx2 Ty2 Ty 21.22 34.4 55.62oC 65°C变压器重量计算1.器身重量Gq (GFe GCu) K (2620 1594.5 16786.79) 1.1524151.4835kgK-杂类系数，铜线圈变压器110KV及以下为1.15GFe-硅钢片重量,kggcu铜导线重量，kg2 油箱油重计算 器身排油量GFe GcuGpyy 7

43、.84.5空油箱装油重Gky16786.79 4214.57.84.53088.7kg0.9H2S 0.9 22.85(n 8225.7 13.2) 11109.2kgH -油箱高度S-油箱横截面积油箱油重G% G® Gpy 11109.2散热片中油重量Gey 1206 kg储油柜中油重Ggy 450kg总油重3088.78020.5 kg箱壁重量：Gb7.85 b(2 R 2I2) H 27.85 8 (28 2 25.7) 22.85 101458.5kgb-油箱壁厚总油箱重： Gx K'(Gg Gd Gb)1.2 (768.87 961.1 1458.5) 3826.1

44、64kgGy GNy Gey Ggy 8020.5 1206 450 9676.5kg 3油箱及附件重量计算 箱盖重量Gg 7.85 q(nR2 2RI2)227.85 16 (82 2 8 25.7) 10 2768.87kgag-箱盖厚度 箱底重量Gd 7.85 d ( R2 2RI2)7.85 20 (961.1kgd 箱底厚度822 8 25.7) 10附件：散热器 3681kg储油柜 550kg套管 100kg小车 0净油器 0G f 3681 550 100 4331kgGx f 3826.164 4331 8157.164kg4. 变压器总重G总 Gq Gy Gx f24151.

45、4835 9676.5 8157.164 41985.1475 kg3.2 本章小结 本章通过给定的参数首先确定产品的规格和技术要求，确定材料的选 取，然后利用在资料上选择的公式按照步骤计算出额定电压和额定电流、 阻抗电压、导线数据、铁心数据、负载损耗数据、温升数据计算、变压器 油重和变压器重量计算。由上面的分析可知，对变压器的主要性能指标影 响较大的参数是铁心柱直径 D,电抗高度Hx，电密 及磁密B四个参数。 这四个参数不但对其他量如匝电压和铁心结构，线规等有影响，而且彼此 制约，因此在调整时必须统筹兼顾，经过多次重复调节最终确定铁心结构 和线规型号，以此来设计变压器参数。3.3 变压器空载

46、损耗的分析空载损耗的意义 变压器的空载特性包括空载损耗和空载电流。它们是变压器主要性能 指标之一。空载损耗由铁心的磁滞损耗和涡流损耗及附加损耗组成 8 。分 析如下：变压器的空载电流（I。）产生磁势（l°N）及磁通（）。由于磁通主要在铁 心过，因此在铁心硅钢片中将产生一定的损耗，即空载损耗。此外，在一 次绕组中流过I。时产生导线电阻损耗（I02r），由于I。很小（占额定电流的百 分之几），所以导线电阻损耗常被忽略不计。另外，除了大部分磁通由铁心过外，还有很小一部分漏磁通沿钢铁结 构件（夹件、压板、箱盖等）形成闭合回路，在这些钢铁件中产生附加损 耗，由于这些损耗很难准确计算，故往往用一

47、个附加系数来表示。空载损耗主要是铁心损耗，而铁心损耗又分为涡流损耗和磁滞损耗。一般在计算空载损耗时并不把它们分开，而只计算总的空载损耗。 当外施电压为正弦波且铁心中忽略涡流的去磁作用，即磁通密度沿硅钢片截面均匀分布时，单位铁损（ Pc ）可按下式计算：PC Ki fBm K2f2Bm 扌 Pf,W/Kg（3-1）式中Bm为磁通密度幅值（T ） ； S为硅钢片厚度（mm）; Pf为附加损耗 （ W / Kg ） ，式中第一项为磁滞损耗，第二项为涡流损耗，对于现在硅钢片 而言，其指数取n=22.5。系数Ki与K2取决于硅钢片的特性，可用试验方 法求的。磁滞是硅钢片基本物理现象。当铁心励磁到磁化点在

48、降低时磁场强度 不是沿原线下降而是滞后于原线，此现象称为磁滞，其所引起的损耗称为 磁滞损耗。随磁场强度增加，磁滞回环的面积增加。1 铁心的涡流损耗则为单位体积的损耗乘以铁心重量。2 硅钢片的附加损耗是由铁心的不均匀、励磁和计算式中未考虑到 磁通的法线分量引起的涡流损耗，它与铁心结构形式和硅钢片型号有关， 其值占空载损耗的5%30%实际计算时不用以上公式，而是对不同的硅钢片在不同的 B值下实际 测定的Po曲线或制成的表格，根据不同的 B值查出所对应的Po值，在 乘以铁心重量得出总的空载损耗。空载损耗的工厂计算方法：F0 KpoGfFO（3-2）其中：为硅钢片单位损耗（W/Kg）； Kpo为空载损

49、耗附加系数，它决 定与铁心加工工艺水平参考如下表 3-1 :表3-1附件损耗系数（Kpo）铁心柱直径D （mm105及以下110-120210及以上Kpo热轧硅钢片1.11.151.25冷轧片（不退火）1.41.331.25冷轧（全斜接缝）1.21.15影响空载损耗的因素变压器的空载损耗Po的计算公式如下：lo K1 （p1Cn1 P2Cn2 PmCm）（3-3）式中：K1 -工艺系数；Pm 单位损耗；Cm 硅钢片质量。要降低变压器的空载损耗 R，就得考虑K1，几和CM，而这涉及到工 艺和设计两个方面。1 制造工艺方面式（3-3 ）中的K1理论值为1，实际上K1与铁心的结构状态、工艺制 造水平

50、相关9。以铁心的结构为例，采用全直接缝结构时，K1为1.5 ;采用全斜接缝结构时，采用全斜接缝结构的K1已减到1.12。可见，在相同结构条件下，提高工艺制造水平可降低 K1。铁心制造时，直接影响工艺系数 的因素有如下几个方面：1）.硅钢片表面平整度。铁心产生的磁力线，是在硅钢片组成的闭合 磁路交替进行的，硅钢片表面不平，必将影响到磁力曲线的分布，引起损耗增加。另外，硅钢片表面不平，在其加工过程中，易引起其表层漆膜的 磨损，造成磁线扭曲，局部短路导致铁心空载损耗增加。所以，在铁心制 造过程中，应该将硅钢片表面的平整度(波浪性)作为一工艺参数加以考 核。2) 毛刺。硅钢片在剪冲加工过程中产生的毛刺

51、，使铁心片边缘发生 短接，形成电路短路，引起空载损耗增大及铁心局部过热。3) 、外应力。在加工过程中，硅钢片因受剪冲加工设备的剪切力、 拉力、压力和弯曲力等的作用，会产生对应的、外应力，使剪切加工处铁 心的结晶格排列发生变化，阻碍磁力线的顺利通过，使空载损耗增加。4) 铁心离缝。变压器产生的交变磁通在铁心组成的磁路交替进行， 在铁心离缝处磁力线集中，局部过饱和，激磁电流增加，铁心损耗增大。 一般要求离缝小于 0.8 mm ，但是为便于铁心叠装时的插片，离缝也不能太 小。综上所述，制造工艺水平的提高对降低变压器空载损耗大有好处 10 。 2技术设计方面式(3-3)中，Pm与硅钢片的材质有关，Cm

52、与变压器的结构、磁路长 短和心柱直径等有关。所以，在变压器铁心设计时，应考虑硅钢片的材 质、厚度，变压器铁心的结构，叠积方式等。硅钢片按轧制方向可分为有取向和无取向两种。一般有取向硅钢片磁 化性能好，空载损耗低。按加工方法有冷、热轧硅钢片之分，冷轧硅钢片 晶粒取向性好，单位损耗小，空载损耗低。现在变压器铁心一般采用冷轧 有取向硅钢片。变压器铁心的空载损耗包括磁滞和涡流两种。涡流磁场会减弱主磁 场。铁心的中部所链的涡流回路数最多，所以中心部分的去磁作用最明 显。结果沿边缘的磁通多于中间的磁通，形成“趋表效应”。可见，采用 薄硅钢片，不仅能有效减少涡流，而且能降低“趋表效应”的不良影响。 硅钢片越

53、薄，空载损耗越低；但硅钢片越薄其加工工艺难度大，成本高， 叠装时费时且片间绝缘所占尺寸相对增加使叠片系数下降，造成磁通密度 增加。所以目前采用的硅钢片厚度在 0.23 mm与0.35 mm间。3.3.3 降低空载损耗的措施在 21 世纪中，“节能与环保”是人类面临的两大共同的主题 11 。我国 政府对此也相当重视，在各行各业中，不断寻找新的节能、降耗途径，永 远是我们共同追寻的目标。要降低变压器的空载损耗从式n 2 2 2Pc KlfBm Qf BmS Pf,W/Kg(3-4)看，只有从降低铁心的质量、单位损耗以及附加损耗系数这三个方面着 手，下面对此进行进一步的分析。1降低铁心的总质量根据变压器原理，降低铁心的总质量往往会增加导线材料的消耗即铜 重，是否合理要通过全面的技术经济比较才能确定，并不能简单的下结 论，也可缩短铁心磁路的尺寸，从而降低铁心的总质量