OSFSZ11180000220有载调压自耦变压器电磁设计毕业论文

1、哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计题 目： OSFSZ11-180000/220有载调压自耦变压 器电磁设计 院 系： 电气与电子工程学院 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 50 / 55OSFSZ11-180000/220有载调压自耦变压器电磁设计摘 要随着我国国民经济的迅猛发展,对电力的需求不断加大,从而促进了输变电行业的发展。经济发达地区的城市居民用电量已达到或接近先进国家水平,220kV变压器已进入城市中心地区和工业经济园区,成为供电的中枢。220kV变压器可以做成油浸式自耦变压器,这样可以节省铜、硅钢片、绝缘材料等原材料,还可以降低损耗,减小变压器的体积等。如果设计合理,就会

2、生产出低损耗、低噪音、安全性强、抗短路、低局放的自耦变压器。自耦变压器的短路阻抗计算与普通的变压器不同,因为其原副边不仅有磁的联系,还有电的联系。本文在参考大量文献的基础上，分析了我国电力变压器行业的现状和发展趋势，阐述了电力自耦变压器的基本原理和基本结构特征，根据电力自耦变压器设计的基本思路，按照目前变压器设计的一般方法，完成了一台180000kVA/220kV有载调压自耦变压器的计算工作，主要内容包括阻抗电压、空载、负载损耗、温升、短路电动力等的计算。电磁计算结果满足国家标准和技术参数的要求。关键词短路阻抗；负载损耗；温升Design of OSFSZ11-180000/220 autot

3、ransformer Abstract With the enhancement of national economy in our country, the need of electric power increases continuously, and electric transmission and transformation industry develops rapidly. Electric consumption of urban population in developed areas has approached that of developed country

4、. Transformers of 220kV grade have been used in central zone of city and industrial development Zone, and have become power-supply centrums. Transformers of 220kV grade can be produced into oil-immersed autotransformer, in order to reduce load loss, minish transformers volume and economize materials

5、, for example, copper, silicon sheet steel and insulation material, etc. The autotransformer can be produced with low loss, low noise, high security, few short-circuit and low partial discharge with reasonable design. Because of the magnetic and electric relation between the first side and second si

6、de, the short-circuit impedance calculation of the autotransformer is different from common transformer. Based on the information and extensive literature, this article analyzes the present basic principle and basic structure of transformer, and also, the present situation and the development of our

7、 countrys autotransformer industry. According to the general designing method and the basic designing ideas of autotransformer, a whole electromagnetic calculation of a 180000kVA/220kV OLTC autotransformer has been completed in the article. The results of the electromagnetic calculation meet the req

8、uirements of national standards and technical parameters, including the main contents of impedance voltage, load and no-load loss, temperature rise, short-circuit electromagnetical force and so on. As development of Chinese transformer manufacture technology.Key wordsshort-circuit impedance;load los

9、s; temperature rise目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 我国电力变压器的最新发展趋势及现状21.3 本章小结2第2章 电力自耦变压器的原理与结构32.1 电力自耦变压器的作用32.1.1 电力自耦变压器的工作原理32.1.2 自耦变压器的作用42.1.3 自耦变压器接线42.2 电力自耦变压器的结构特点62.3 自耦变压器优缺点62.4 电力自耦变压器的性能参数72.5 变压器计算的一般程序72.6 论文研究的内容82.7 本章小结8第3章 OSFSZ11-180000/220变压器电磁计算103.1 产品规格及技术要求103.2 主要材料

10、103.3 变压器设计103.3.1 变压器主要结构的确定103.3.2 铁心直径的选择113.3.3 铁心截面的设计113.3.4 变压器主、纵绝缘的确定123.3.5 绕组型式的选择、绕组排列及导线的选择133.4 电磁计算133.4.1 额定电压和额定电流的计算133.4.2 绕组匝数的计算143.4.3 绕组计算183.4.4 绝缘半径及导线长度计算213.4.5 绕组导线质量计算233.4.6 短路阻抗计算243.4.7 空载损耗与空载电流的计算273.4.8 负载损耗的计算283.4.9 绕组表面对油的温升计算333.5 油箱尺寸的计算363.5.1 油箱尺寸的估计363.5.2

11、箱壁散热面积的计算373.5.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算373.6 短路电动力计算383.6.1 绕组的区域划分393.6.2 安匝分布计算413.6.3 漏磁计算413.6.4 短路电流稳定值倍数计算423.6.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算433.6.6 绕组导线应力计算443.7 变压器质量计算453.7.1 总油量计算453.7.2 变压器箱体质量计算463.7.3 附件质量计算473.7.4 变压器总质量计算473.8 本章小结48结论49致谢50参考文献51第1章 绪论1.1 课题背景自新中国成立以来，尤其是改革开放以后，我国的电力工业取得了突飞猛进的发展。迄今

12、，全国的总装机容量与年发电量都已跃升到世界第二位，成为了名副其实的“电力大国”，其成就是十分巨大的和惊人的。但是，由于我国人口众多，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，随着我国在新世纪国民经济迈向全面的小康社会，电力工业必将取得更快的发展。而变压器是电力系统中的一个极其重要的设备，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。据统计，每增加1kW的发电装机容量，就需要配套6-8kVA的变压器，可见，今后随着整个国民经济的高速发展，对变压器的需要量还将不断增加。因此，作为电网建设重点环节的变压器，将具有比其他电

13、力设备更长的景气周期和更持久的增长。从19世纪80年代发明变压器以来，电力变压器的原理未曾改变，但随着年代的推进，先进生产设备的日臻完善，变压器的各项技术参数也愈来愈先进。产品的开发不只强调降损，而是从运行可靠性、安全环保、方便维修、节能降耗、控制成本等方面进行综合考虑，从而研制出低损耗、低噪音、安全性强、抗短路、低局放的变压器。新结构、新工艺、新材料的综合发展与结合，会不断推出质量更高、可靠性更好的变压器产品。电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电

14、压，就可在功率不变的情况下减少送电损失，节约能源，提高经济效益。变压器的作用是多方面的，不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用户生活、工作、生产的用电需要。随着我国国民经济的迅猛发展，对电力的需求不断加大，从而促进了输变电行业的发展。目前国内外变压器的总的趋势是向高电压(750kV1000kV)、大容量(840MVA、1000MVA)，低局放、低损耗、小体积、轻重量、低价格的方向发展。这无疑对现行变压器的设计及制造技术提出了新的挑战。而提高超高压变压器的生产供应能力，需要从设计、制造和生产运行环节上下功夫，提高变压器的质量和可靠性。根据不同用途，变压器可以分为

15、许多类型：电力变压器、电炉变压器、整流变压器、工频试验变压器、电抗器、调压器、矿用变压器和其他特种变压器。其中电力变压器又分为降压变压器、升压变压器或者分为发电机用变压器和配电变压器及联络变压器。按照绝缘和冷却条件来分，可分为油浸式变压器和干式变压器。为了加强绝缘和冷却条件，变压器的铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中。在特殊情况下，例如在路灯，矿山照明时，也用干式变压器。本论文研究的220kV级降压自耦变压器属于油浸式电力变压器。1.2 我国电力变压器的最新发展趋势及现状电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一,它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。20世纪5

16、0年代以来特别是改革开放以来为满足我国电力工业发、变、配电工程的建设需要电力变压器行业得到了较快发展。根据我国电力工业装备政策及技术政策要求，电力变压器的发展趋势应为提高产品运行的可靠性，少维护或免维护，降低损耗，减少重量，实现有载调压，品种多样，满足电力系统不同场所的需要。大型变压器要向超高压(500kV、750kV)、特高压(1000kV等级)、大容量、轻结构、不吊芯方向发展。为解决运输困难，要降低运输重量，采用新材料、新技术、新工艺，开发组合式、壳式和现场装配式变压器。中小型变压器要进一步优化设计，使空载损耗大幅度降低。城网用变压器应向难燃方向发展，如进一步推行性能更为优越、材料更为可靠

17、的干式变压器、SF6气体绝缘变压器及难燃油变压器，采用新材料、新结构，以达到节能、不燃或难燃防火，降低噪音的目的。在农网中要根据农网季节性强、负载率低、农业生产需求变化大的特点，开发空载损耗更小的配电变压器以及10kV、35kV调容变压器。目前在农网建设改造中，应用新S9系列的同时，在技术经济比较合理的情况下，可采用S11型和全密封卷铁心单相及三相变压器，或非晶合金铁心变压器。季节性负荷变化大的地区，应积极采用调容变压器。进入21世纪后，知识创新、技术创新和高新技术产业已是当今世界各国综合国力竞争的核心，科技竞争力将成为国民经济发展和政治稳定的重要因素，在科学技术已经成为世界经济增长第一要素的

18、形势下，世界电力工业的科技进步与创新也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进步与创新是十分重和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。1.3 本章小结本章从课题背景开始，对电力变压器的发展及现状进行了简要的分析，对变压器行业，有了更深刻的了解。第2章 电力自耦变压器的原理与结构2.1 电力自耦变压器的作用2.1.1 电力自耦变压器的工作原理油浸式变压器采用全充油的密封型，在运行中，绕组和铁芯的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。油浸式变压器己被广泛地应用在各配电设备中。油浸式电力变压器的冷却方式，按容量的大小，可分为以下几种:自然油循环自然冷却(油浸自冷式)、自然油循环风冷(油浸风冷式)、强迫

19、油循环水冷却、强迫油循环风冷却。本文研究的变压器产品是油浸风冷式。油浸式变压器可分为普通变压器和自耦变压器。普通的变压器是通过原、副边绕组电磁耦合来传递能量，原、副边没有直接的电的联系，自耦变压器原副边有直接的电联系，它的低压绕组就是高压绕组的一部分。如图1-1所示，当原绕组W1接入交流电源U1k时，原绕组每匝的电压降，电压平均分配在原绕组A、X之间，副绕组W2电压等于原绕组每匝电压乘以a、x的匝数。在U1k不变情况下，变更W1和W2的比例，就可以得到不同的U2值。这种原、副绕组直接串联，自行耦合的变压器称为自耦变压器，又叫单圈变压器。自耦变压器原、副绕组电流方向和普通变压器一样是相反的。自耦

20、变压器的变压比有固定的和可调的两种。降压起动器中的自耦变压器的变压比是固定的，而接触式调压器的变压比是可变的。在目前的电网中，从220kV电压等级才开始有自耦变压器，多用作电网间的联络变。220kV以下几乎没有自耦变压器。自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的一部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自耦变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高，这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级

21、的提高和输送容量的增大，自耦变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。对于用来做收音或通信的低压的高频振荡电路的时候，也经常会用到自耦变压器 图1-1自耦变压器原理图2.1.2 自耦变压器的作用自耦变压器主要用于有载调压和大型电机的降压启动，由于一、二次绕组直接接通，低压输出端也容易造成危险，因此自耦变压器是不能作为安全变压器使用的。2.1.3 自耦变压器接线对于自耦变压器来说，除了接线方式与普通变压器不同，其绝缘结构、油箱结构等都与普通的变压器相似。图2-1是单绕组变压器，低压绕组是高压绕组的一部分。高压绕组AX由低压绕组ax和另一个绕组串联而成。Aa绕组通常叫串联绕组，ax绕组为高

22、压侧与低压侧所共有，通常叫公共绕组。公共绕组和串联绕组是通过“电磁感应”和“电”的直接关系耦合起来的，用来改变一、二次电压和在一、二次绕组之间传输电能。 图2-1自耦变压器原理接线图 图2-2单相三绕组自耦变压器原理接线图图2-3三相三绕组自耦变压器自耦变压器其串联绕组和公共绕组一般按同心式放置，因串联绕组与高压系统连接，它总是布置在铁心最外层。自耦变压器可是单相的(如图2-2)，也可以是三相的(如图2-3)，可以降压也可以升压。电力系统中，最常见的自耦变压器为单相三绕组变压器和三相三绕组。对超高压巨容量自耦变压器，因受极限容量和运输条件的限制，一般都做成单相的。三相或单相三绕组自耦变压器中的

23、三个自耦联结的绕组，一般为YN形联结，其中性点直接接地，三个低压绕组可联结为d形或y形。本文研究的自耦变压器的接线方式如图2-4所示。图2-4自耦变压器接线方式2.2 电力自耦变压器的结构特点变压器产品包括变压器、互感器、调压器、电抗器等，品格规格繁多，但基本原理和结构是相似的，结构则由下面几部分组成。1铁心：电力自耦变压器的铁心由硅钢片经剪切成一定的尺寸后叠积而成，对中小型变压器亦有硅钢片卷制而成的铁心。2绕组：三相电力变压器绕组由一次绕组、二次绕组、对地绝缘层（主绝缘）、一二次间绝缘及由燕尾垫片，撑条构成的油道与高压和低压引线构成。3油箱及底座：油箱及底座是油浸式变压器的容器和支撑部件,他

24、们支持着器身和所有的附件。4套管和引线：套管和引线是变压器一、二次绕组与外部线路的连接部件,引线是通过套管引到油箱外部,套管既可固定引线,又起引线对地的绝缘作用。5散热器和冷却器：它们是油浸式变压器的冷却装置，中小型电力自耦变压器的散热器。大容量的变压器，采用油浸风冷，强迫油循环风冷，也采用油浸水冷或油浸强迫水冷方式。6净油器：净油器也叫滤油器，是由钢板焊成圆桶形的小油罐，罐里也装有硅胶之类的吸湿剂，当油温变化而上下流动时，经过净油器达到吸取油中的水分、渣、酸、氯化物的作用。7储油器：储油器也叫油枕，用来补偿变压器油因温度变化而发生的体积变化，同时具有减轻和防止变压器油氧化和受潮的装置，它是用

25、钢板剪切成形后，焊接制成，并通过管子和油箱里绝缘油沟通。8继电器：继电器安装在油箱和储油柜连接管之间，是变压器内部故障的保护装置，当内部发生故障时，给运行人员发出信号或自动切断电源，保护变压器。9分接开关：分接开关是用来连接和切断变压器绕组分接头，实现调压的装置，它分为无励磁分接开关和有载分接开关。10温度计：温度计是用以测量变压器上层油的温度而设的，中小型电力自耦变压器较多采用酒精温度计，大型变压器则采用信号温度计，另外变压器上还用电阻温度计，压力式温度计等。2.3 自耦变压器优缺点自耦变压器有如下优缺点：(l)自耦变压器的优点：与通过容量相同的变压器进行比较可以看出:a.自耦变压器的原材料

26、(铜、硅钢片、绝缘材料)较少，因此造价低。b.自耦变压器损耗较低，因而其效率较高。c.自耦变压器短路阻抗较小，所以它的电压变化率较小。d.采用相同牌号硅钢片和相同磁密时，自耦变压器励磁电流较小。e.自耦变压器体积较小，便于制造更大容量整体运输的产品。(2)自耦变压器的缺点：a.由于自耦变压器高低压两侧有电气联系，一侧发生故障时必然导致另一侧工作也遭到破坏。b.自耦变压器的第二个缺点是短路阻抗低，与此相应，短路电流和短路机械力必然增大。在给定线电压下，作用绕组的力与其短路阻抗的平方成反比，所以按与普通变压器相似的原则设计的自耦变压器，在短路时，可能遭到破坏。这点在计算自耦变压器机械强度时必须予以

27、考虑。c.自耦变压器调整电压困难，由于自耦变压器的高压与中压有电的直接联系，各种调压方式都有一定困难。如采用中性点调压时，容易造成自耦变压器本身过励磁，而且高、中、低电压的调整率很难协调一致；采用线端调压时，短路电压难保持不变，不易保持绕组的电磁平衡；若用一般绕组布置方法，在短路时会引起短路机械力增加。此外，调压绕组抽头端部有时会产生冲击过电压。单相自耦变压器是一种自感式变压器，比普通互感变压器经济，作降压或升压用，具有结构简单、经济、省料、体积小等优点。在变压比接近1的场合显得特别经济，所以在电压相近的大功率输电变压器中用得较多，但因一、二次侧共用一个绕组，有电的联系，因此在某些场合不宜使用

28、，特别是不能用作行灯变压器。2.4 电力自耦变压器的性能参数1.变压器额定容量；2.相数；3.频率；4.变压器一、二次侧的额定电压；5.绕组接线方式和联结组；6.变压器冷却方式；7.绝缘水平；8.负载特点；9.安装特点；10.短路阻抗；11.负载损耗；12.空载损耗；13.空载电流。以上技术参数中前九项是由电力系统技术条件和环境及使用条件决定的。最后四项参数是由“三相油浸式电力变压器技术参数和要求”规定的，或者由用户和制造厂商共同协商而定，是变压器设计中重要的四个参数，在进行变压器设计之前，必须明确设计任务书中的这些技术参数。2.5 变压器计算的一般程序电力自耦变压器电磁计算的任务在于确定变压

29、器的电、磁负荷和主要几何，计算性能数据和各部分的温升以及计算变压器的重量、外型尺寸，利用电磁计算可以比较合理确定变压器生产和运行的经济性、运行的可靠性等，因此变压器的电磁计算是变压器生产制造的基础，也是变压器能否安全运行的基础。变压器计算的一般手工计算的设计程序如下：1.确定硅钢片品种、牌号及铁心结构型式，计算铁芯柱直径，选定标准直径，得出铁心柱和铁轭截面积。2.根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。3.初算低压绕组匝数，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、中压绕组匝数。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.根据绕组结

30、构型式，确定导线规格，进行绕组段数(层数)、匝数的排列，计算绕组轴向高度及辐向尺寸。6.初算阻抗电压无功分量()值，大容量变压器的值应与阻抗电压()标准值相接近；小型变压器的值应小于标准值。7.计算绕组负载损耗，算出阻抗电压的有功分量()，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范围。8.计算绕组导线对油的温差，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.计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布，或加大导线截面积。10.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

31、目。11.计算变压器重量。应该指出，电力自耦变压器计算必须根据国家的经济、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数据和相应的主要几何尺寸。由于制造和运行的角度不同，对某些性能数据的要求也往往有所不同。在进行变压器计算时必须综合考虑各方面因素，并应进行多种方案比较，以便从中选取最佳方案。目前，电子计算机在变压器计算和设计方面的广泛应用，给快速进行变压器计算、设计和方案比较、选择最佳方案提供了方便条件。2.6 论文研究的内容本论文对OSFSZ11180000/220变压器进行了电磁方案计算，算出该变压器的各项指标及各部分的几何尺寸、短路阻抗、整体的温升、短路电动力及质量

32、。2.7 本章小结本章对变压器的结构与工作原理，设计要求与方法进行了简单的计算，为下面的变压器的设计打下了基础，在最后又提出了本文研究的主要内容，为后面的设计指明了方向。第3章 OSFSZ11-180000/220变压器电磁计算3.1 产品规格及技术要求1.变压器额定容量:180000kVA；2.变压器额定线电压及分接范围：高压线电压:、中压线电压:、低压线电压:；3.变压器链接组号:；4.变压器相数:3相；5.容量比:100/100/50；6.额定频率:50；7.冷却方式:油浸风冷式；8.调压方式:有载调压；9.绕组对空气的温升:65；10.油顶层对空气的温升:55；11.油对空气的平均温升

33、:40；12.空载损耗:；13.负载损耗:；14.空载电流:；15.短路阻抗:低压中压：8%10%、中压高压:18%24%、低压高压:28%34%；16.变压器运行周围条件：用于一般地区，海拔在1000m及以下，气温最高+40，最低-30，年平均为+20。3.2 主要材料1.硅钢片：冷轧硅钢片27ZH100(Z7H-0.27)；2.绕组导线：纸包扁铜线；3.绝缘材料：用A级绝缘材料，最高平均温度不超过105；4.绕组绝缘漆：1130#；硅钢片绝缘漆：1161#高温快干漆。3.3 变压器设计3.3.1 变压器主要结构的确定1.铁心结构采用三相三柱式铁心。铁心柱的夹紧采用环氧玻璃丝粘带绑扎。铁心的

34、迭积采用斜接缝叠积法以适应冷轧硅钢片的方向性。2.铁轭结构铁轭用铁轭螺杆和方铁通过夹件夹紧。铁轭的级数与铁心柱级数完全一致。这样两者磁通分布均匀，铁轭截面可以与铁心柱一致节省了材料。3.绕组的压紧采用压板。4.采用拱顶形油箱。3.3.2 铁心直径的选择铁心直径的大小，直接影响材料的用量、变压器的体积及性能等经济指标。故选择经济合理的铁心直径是变压器设计的重要一环。硅钢片重量和空载损耗随铁心直径增大而增大，而线圈导线重量和负载损耗随铁心直径增大而减小。合理的铁心直径就是硅钢片和导线材料的用量比例适当，达到最经济的效果，故铁心直径的大小，与采用的硅钢片性能和导线 材料直接有关。根据关系式的推导，铁

35、心直径与变压器容量的四分之一次方成正比的关系，但因为变压器分单相、三相、双绕组、三绕组、自耦等，同样容量但消耗材料不同。一般都按材料消耗折算成物理容量进行计算，为了计算方便，均以每柱的物理容量为基础，按下式求出铁心直径。自耦变压器物理容量等于一般变压器的物理容量乘以效益系数：对于高、中和低各绕组容量比为100/100/50的三绕组变压器，每柱容量为：因此：式中：系数，由硅钢片性能和导线材料而定。采用冷轧硅钢片、铜导线时，取5155。按标准铁心直径取为760mm。3.3.3 铁心截面的设计3.3.3.1 铁心柱截面积确定铁心柱截面形状应根据绕组结构型式而定。壳式变压器绕组为矩形，则铁心柱截面积亦

36、为矩形。心式变压器绕组为圆形，为了适应圆形绕组的要求及充分利用绕组内部空间，铁心柱一般制成阶梯圆柱形，各小阶梯（级）均为矩形。本设计采用心式变压器，故铁心柱制成阶梯圆柱形。3.3.3.2 铁心级数的确定铁心柱截面为一多阶梯形，外形接近于一个圆，当铁心直径一定的情况下，铁心级数越多，铁心的有效截面积越大，但级数多时，硅钢片叠片的规格就多、制造工时就多。根据材料供应情况和制造工艺水平，应尽力增加铁心柱级数。根据经验本本设计中铁心的级数选为14级。3.3.3.3 硅钢片最大片宽的确定迭片宽度是根据硅钢片入厂时的宽度而定。为了套截，成张硅钢片宽度应为每级片宽的倍数，硅钢片波浪度较大时，还要考虑去边。由

37、于大中小型变压器的铁心可以互相套截，而且进厂硅钢片的宽度又是不固定的，故每级片宽一般是采用10mm一进级。必要时，允许有个别5mm一进级的，直径取D=760mm时，最大片宽为740mm。 3.3.4 变压器主、纵绝缘的确定3.3.4.1 主绝缘的确定我国生产的电力变压器均采用油隔板主绝缘结构。变压器的主绝缘由电压等级、绕组的结构形式、绕组数、出线方式及调压方式确定220kV及以上的变压器应用变压器油体积效应，采用薄纸筒小油隙绝缘结构型式。本设计中变压器的三相容量为180000kVA,故采用端部出线结构。主绝缘尺寸的选取如下： 铁心低压绕组mm，取12mm； 低压绕组中压绕组根据短路阻抗计算需要

38、定，取99mm； 中压绕组高压绕组66-72mm，取66mm； 高压绕组调压绕组mm，取60mm； 相间距mm，取80mm；高压至上铁轭距离：130（暂定）高压至下铁轭距离：90 （暂定）3.3.4.2 纵绝缘的确定变压器绕组的纵绝缘对于饼式绕组而言，主要指匝间绝缘和段间油道绝缘。变压器绕组纵绝缘通常是由梯度电压所决定，即在冲击电压作用下，在绕组的线匝间、层间及线段之间出现的过电压为依据。纵绝缘尺寸的选取如下： 低压绕组：匝绝缘取为0.45mm，段间油道取为3.5mm；中压绕组：匝绝缘取为1.35mm，段间油道取为5mm；高压绕组：匝绝缘取为1.95mm；段间油道取为5mm；调压绕组：匝绝缘取

39、为1.95mm。3.3.5 绕组型式的选择、绕组排列及导线的选择1.绕组型式是根据电流、匝数和容量选择的。此处低压绕组采用螺旋式绕组，中压绕组采用插入电容式绕组，高压绕组采用插入电容式绕组。2.绕组撑条数最好为4的倍数，撑条主要是支撑绕组，故撑条数的最后确定，应由短路机械计算决定，但一般都按经验以铁心直径大小确定撑条数。当铁心直径为760mm，取24根撑条。3.本变压器为有载调压（有独立的调压绕组）变压器，故低压绕组、中压绕组、高压绕组均为内绕组。因为高、中、低压绕组处于条数内线柱，又由于整数匝起端与末端有搭头，使得绕组有局部突出，为了使绕组各部辐向尺寸近于一致，故绕组一般都用分数匝，以保证绕

40、组间的距离沿圆周方向一致，保证不因局部突出影响绝缘强度。每段匝数的分数部分均以撑条数为分母表示出来，分数的分子尽量为撑条数N减1。但对首末两段，当有两根以上并绕时，由于换位占有一定撑条数，对首末两段的分子要求如下：当并绕根数为偶数时，其分子小于或等于；当并绕根数为奇数时，其分子小于或等于。绕组的段数在没有分接头时，为了使首末端出头在一侧，故段数必须取偶数。4.导线的选择：导线尺寸见导线尺寸表，导线的高度由电抗高度，油道总高度和匝数等有关因素确定的；导线的厚度由电流密度，导线总面积等有关因素确定的。3.4 电磁计算3.4.1 额定电压和额定电流的计算1.在假定变压器没有电阻，没有漏磁和没有铁耗的

41、情况下进行对电压、电流及匝数的计算。2.低压绕组为“D”型接线，其线电压与相电压相等，线电流等于倍的相电流：3.中压绕组为“Y”型接线，其线电压等于倍的相电压，线电流等于相电流： 中压电流；：858.9-472.39=386.51A4.高压绕组为“Y”型接线，其线电压等于倍的相电压，线电流等于相电流：5.高压绕组各分接处的线电压及相电压：其它各分接处的线电压、相电压详细计算过程略，高压绕组各分接处的线电压及相电压计算结果见表2-1。3.4.2 绕组匝数的计算1每匝电势初选值的确定 按电磁感应定律得：每匝电势初选值为：，式中：绕组额定相电压，V；绕组每相匝数；每匝电势初选值，；铁心柱中主磁通，；

42、铁心柱内磁通密度初选值，T；铁心柱净截面积，；频率，。对于冷轧硅钢片，=1.71.75T（容量小时取小值）；当采用高导的冷轧硅钢片时，还可以高一些。已知铁心柱净截面积=3944.7192，初选时，取1.71T，故每匝电势初选值：2低压绕组匝数的确定，最后求得每匝电压和磁通密度用和低压绕组相电压初算低压绕组匝数：匝数不能有小数，低压绕组匝数取70匝，故每匝电压为：磁通密度计算： 磁通计算： 3中压绕组匝数的确定及电压比校核匝数不能为小数，中压绕组匝数取为466匝，则中压绕组的实际相电压为：电压比校核的误差为： 4高压绕组额定分接匝数的确定及电压比校核高压匝数：846.8-466=380.8匝数不

43、能为小数，高压绕组匝数取为381匝，则高压绕组的实际相电压为：电压比校核的误差为： 5高压绕组各分接匝数的确定及电压比较核高压绕组各级分接处的匝数差：取=11匝计算各分接处的绕组匝数匝 ，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝当几台变压器并联运行时，各台变压器变比不同（即电压比不同），将在并联运行的变压器之间产生循环电流。从而产生不必要的损耗。当变比相差较大时，还会影响温升（这时循环电流也大），因此，国标中对电压比误差有严格规定：110kV220kV变压器各绕组内的电压比误差为，设计计算时额定分接电压比误差控制在小于，其它分接控制在小于，高压绕组各分接处电压比校核如表2-1所示。表2-1

44、高压绕组各分接处电压比校核位置匝数实际值，V标准值，V差值，V误差，%+81.25%935140250139722.864+309.775+0.286+71.25%924138600138135.104+279.979+0.263+61.25%913136950136547.344+159.182+0.133+51.25%902135300134959.584+98.386+0.104+41.25%891133650133371.825+58.590+0.098+31.25%880132000131784.065+43.793+0.084+21.25%869130350130196.305+2

45、5.083+0.006+11.25%858128700128608.545+24.077+0.0050847127050127020.780+20.976+0.004-11.25%836125400125433.025-33.776-0.010-21.25%825123750123845.266-66.665-0.099-31.25%814122100122257.506-138.37-0.107-41.25%803120450120669.746-189.75-0.137-51.25%792118800119081.986-199.66-0.167-61.25%781117150117494

46、.226-220.46-0.189-71.25%770115500115906.467-251.34-0.253-81.25%759113850114378.707-299.03-0.2763.4.3 绕组计算3.4.3.1 低压绕组1）低压绕组的匝数为70匝；2）螺旋式绕组，24根撑条，30mm宽的垫块，段间油道取为3.5mm,线段数为140段；3）每个线段的匝数为1匝；4）每种线段的总匝数为70匝；5）导线规格ZB-0.45，48根并联，即48|；6）绕组导线总的截面积：=4；7）电流密度：；8）低压绕组尺寸计算 低压绕组辐向尺寸为： 低压绕组轴向尺寸为：=1113导线高度，mm+ 490

47、油道高度，mm1603- 53（3.3%）压缩系数 1550电抗高度，mm 130高压到上轭的距离,mm 90高压到下轭的距离,mm1770铁窗高度,mm3.4.3.2 中压绕组1）中压绕组匝数为466匝；2）插入电容式绕组，24根撑条，40mm宽垫块,段间油道取为5mm，线段数为84段；3）每个线段的匝数为，匝；4）每种线段的总匝数为+=246匝；5）导线规格ZB-1.35，6根并联，即6| ；6）绕组导线的总截面积：= 627.64=165.84；7）电流密度：；8）中压绕组尺寸计算中压绕组辐向尺寸为：；中压绕组轴向尺寸为：= 1163.4导线高度,mm + 415油道高度,mm1578.

48、4 - 28.4（1.8%）压缩系数1550电抗高度,mm130高压到上轭的距离,mm90高压到下轭的距离,mm 1770铁窗高度,mm3.4.3.3 高压绕组1）高压绕组匝数为381匝；2）插入电容式绕组，24根撑条，50mm宽的垫块，段间油道：5 mm，线段数为44段；3）每个线段的匝数为，匝；4）每种线段的总匝数为=381匝；5）导线规格ZB-1.95，6根并联，即6|；6）绕组导线总截面积：= 622.04=132.24；7）电流密度：；8）高压绕组尺寸计算高压绕组辐向尺寸： 高压绕组轴向尺寸：=1157.2导线高度,mm+ 430油道高度,mm1587.2+ 3030mm中部进线16

49、17.2- 67.2（4.15%）压缩系数1550电抗高度,mm130高压到上轭的距离,mm90高压到下轭的距离,mm1770铁窗高度,mm3.4.3.4 调压绕组电力系统在正常运行条件下，由于运行方式、系统联结或负载变化等原因，都会引起系统电压的变化。为了保证电压质量，必须对系统电压进行相应的调整。目前在电力系统中，较为广泛采用有载调压变压器进行调压，原因是有在调压变压器的调压范围大，并已实现连续调压，而且投资少，效果好。本变压器采用有载调压，调压方式采用正反调压方式。为了保证结构的稳定性，调压绕组的绕组形式采用四螺旋式，每一级调压匝作为一股并联支路，共8级调压。1）调压绕组每级11匝，串联

50、后调压绕组的匝数为811=88匝；2）四螺旋不换位，24根撑条，50mm宽的垫块，绕组段数为29=18段；3）导线规格ZB-1.95, ，6根并联，即6| ；4）绕组导线总的截面积：=656.25=337.5；5）电流密度：最大分接电压时为2.54，额定电压时为0，最小分接电压时为3.638 ；6）调压绕组尺寸计算：调压绕组辐向尺寸：mm ；调压绕组轴向尺寸：4417.95=789.8 导线高度,mm+ 748 油道高度,mm1537.8+ 50 中部进线1587.5 - 37.5（7%）压缩系数1550电抗高度,mm130高压到上铁轭的距离,mm+ 90 高压到下铁轭的距离,mm1770 铁

51、窗高度,mm3.4.4 绝缘半径及导线长度计算3.4.4.1 绝缘半径计算图2-1 绝缘半径计算示意图绕组绝缘半径计算：380铁心柱半径,mm+12低压绕组到铁心的距离C ,mm 392低压绕组内半径,mm +89低压绕组辐向厚度,mm481低压绕组外半径，mm+9中低压绕组主空道距离,mm 580 中压绕组内半径,mm+122 中压绕组辐向厚度,mm 702 中压绕组外半径,mm+ 66 高中压绕组主空道距离,mm768 高压绕组内径,mm + 185 高压绕组辐向厚度,mm953 高压绕组外径,mm + 60 高压绕组与调压绕组主空道距离,mm 1013 调压绕组内径,mm + 66 调压

52、绕组辐向尺寸,mm 1079 调压绕组外径,mm 2 2158 调压绕组外直径,mm + 80 相间主空道距离,mm 2238 铁心中心距,mm3.4.4.2 绕组平均半径计算1.低压绕组平均半径：mm2.中压绕组平均半径：mm3.高压绕组平均半径：mm4.调压绕组平均半径：mm3.4.4.3 绕组平均匝长计算1低压绕组：m2中压绕组：m3高压绕组：m4调压绕组：m3.4.4.4 绕组导线总长计算1低压绕组：m2中压绕组：m3高压绕组：m4调压绕组：m3.4.4.5 75时绕组直流电阻计算1.低压绕组：2.中压绕组：3.高压绕组：4.调压绕组：3.4.5 绕组导线质量计算3.4.5.1 裸导线

53、质量计算， kg式中：相数 ；导线总的截面积，； 导线密度，铜导线：=8.9。1.低压绕组kg2.中压绕组kg3.高压绕组kg4.调压绕组kg3.4.5.2 带绝缘导线质量计算 ， kg式中：绝缘纸占裸导线质量的百分数； 纸包扁铜线：，%式中：导线每边匝绝缘厚度，mm；裸导线的厚度，mm；裸导线的宽度，mm；单根导线截面积，。1低压绕组%kg2中压绕组%kg3高压绕组%kg4调压绕组%kg3.4.6 短路阻抗计算当线圈几何尺寸确定后，应首先计算阻抗分量。短路阻抗由电阻分量%和电抗分量%两部分组成，但对较大容量变压器，因为电阻分量%很小，计算时可以略去。电抗分量Xd%都是以额定电压的百分数表示的，其计算公式如下：，%式中：低压线圈安匝数（或取高压线圈安匝数），安匝；每匝电势，V；绕组平均有效电抗高度，cm； 洛式系数，；漏磁场总宽度,cm；漏磁宽度，c