高压油浸式变压器设计及研究

1、高压油浸式变压器设计及研究目 录摘要Abstract第1章 概述- 1 -1.1 变压器的分类- 1 -1.2 电力变压器性能参数- 1 -1.2.1 短路阻抗- 2 -1.2.2负载损耗- 2 -1.2.3空载损耗- 2 -1.2.4空载电流- 2 -第2章 原理- 3 -2.1 变压器的空载运行- 3 -2.2 变压器的负载运行- 3 -第3章 变压器的结构- 4 -3.1 铁心的作用及分类- 4 -3.2 铁心的叠积形式和叠积图- 6 -3.3变压器绕组- 6 -3.3.1变压器绕组的基本要求- 6 -3.3.2同心式绕组的几种形式- 7 -第4章 变压器油箱- 10 -第5章 变压器设

2、计计算- 12 -5.1 技术要求- 13 -5.2 额定电压和电流的计算- 13 -5.3 主要材料- 14 -5.4 铁心直径的选择- 14 -5.5 线圈计算- 14 -5.5.1 线圈匝数的计算- 14 -5.5.2 线圈型式的选择及排列- 15 -5.6 导线的选择及线圈辐向尺寸的计算- 16 -5.7 绝缘半径计算- 18 -5.8 阻抗电压计算- 19 -5.9 线圈数据计算- 20 -5.10 铁心计算- 21 -5.11 空载损耗、涡流损耗百分数Kw和空载电流的计算- 22 -5.12 油温升计算- 23 -5.13 油箱尺寸的估计- 25 -5.14 损耗计算- 25 -5

3、.15 散热计算及散热器的选择- 26 -5.16 各部分对油温升计算- 27 -5.17 安匝分布- 27 -5.18 机械力- 30 -5.19 变压器重量计算- 32 -参考文献- 35 -结 束 语- 36 -致 谢- 38 -附录附录A 铁心图附录B 总装图附录C 高压引线高压油浸式变压器设计及研究摘 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，探究变压器如何实现低损耗、高效率、低噪音；同时针对6300kVA油浸式变压器进行理论分析，包括铁心方案和绕

4、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；并绘制出各部分的工程图纸。关键词：电力变压器; 设计; 连续式绕组; 冷却方式 High-pressure oil soak type transformer Design and research Abstract: This text summarize the development of the transformer in our country from the developmental history of the power transformer, and current manufac

5、turing level of the transformer, to analyze the margin of the power transformer and the direction of development, give the outlook to the foreground of the electric power transformer. Give each part of the transformer an analysis of theories, and investigating the transformer how to make the transfo

6、rmer achieve the function of low exhausting, high-efficiency and low noise. At the same time, it has an analysis about oil immerse type transformer, including the design of iron heart project and coil project and the electromagnetism computes. The coil project would be chosen according to the voltag

7、e size and the craft method. Then have the calculation of the temperature rise, and choosing the cooling form, at last, drawing the engineering diagram of each part.Keywords: power transformer; Design; successional coil; the way of cooling - 37 -第1章 概述1.1 变压器的分类按照单台变压器的相数来区分,可以分为三相变压器和单相变压器。在三相电力系统中

8、,一般应用三相变压器，当容量过大且受运输条件限制时，在三相电力系统中也可以应用三台单相式变压器组成变压器组。按照绕组的多少来分，可分为双绕组变压器和三绕组变压器。通常的变压器都为双绕组变压器，即在每相铁芯上有两个绕组，一个为原绕组，一个为副绕组。三绕组变压器为容量较大的变压器（在5600千伏安以上），用以连接三种不同的电压输电线。在特殊的情况下，也有应用更多绕组的变压器。按照结构形式来分类，则可分为芯式变压器和壳式变压器。如绕组包在铁芯外围则为铁芯式变压器；如铁芯包在绕组外围则为壳式变压器。二者不过在结构上稍有不同，在原理上没有本质的区别。电力变压器都系心式。按照绝缘和冷却条件来分，可分为油浸

9、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。此外，尚有各种专门用途的特殊变压器。例如，试验用高压变压器，电炉用变压器，电焊用变压器和可控硅线路中用的变压器，用于测量仪表的电压互感器与电流互感器。油浸式电力变压器在运行中，绕组和铁芯的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。油浸式电力变压器的冷却方式，按容量的大小，可分为以下几种：1、自然油循环自然冷却（油浸自冷式） 2、自然油循环风冷（油浸风冷式）3、强迫油循环水冷却4、强迫油循环风冷却1.2 电力变压器性能参数在电力变压器在设计之前，必须

10、明确设计技术任务书中的各项技术参数。包括变压器的容量、相数、频率、变压器一二次侧的额定电压、绕组接线方式和联结组、变压器的冷却方式、绝缘水平、负载特点、安装特点以及由“三相油浸式电力变压器技术参数和要求”规定的或由用户和制造厂共同商定的四项性能参数：短路阻抗、负载损耗、空载损耗和空载电流。1.2.1 短路阻抗短路阻抗包括两个分量，即有功分量和无功分量。当负载功率因数一定时,变压器电压调整率基本上与短路阻抗成正比，变压器的负载损耗、成本也随短路阻抗的增加而增加，所以从降低成本、减少损耗这一角度出发，短路阻抗小些为好。但变压器短路时的稳态电流增长倍数与短路阻抗成反比，为了限制变压器动热稳定，短路阻

11、抗大一些为好。短路阻抗的选定一般按国家标准规定来选；如有特殊要求，必须在技术任务书上注明。1.2.2负载损耗当变压器二次侧绕组短路，由一次侧通入额定频率的低电压，使电流和为额定，这时因在一、二次绕组中流过电流、时，则在其中产生电阻损耗，即铜耗。耗包括基本损耗和附加损耗。基本损耗指直流电阻损耗。降低电流密度，增加导线截面就可以降低直流电阻损耗。附加损耗主要是由于漏磁场引起导线的集肤效应和多根导线并绕时环流以及结构件中产生的涡流损耗，在配电变压器中附加损耗约占基本铜耗的0.5%-5%。附加损耗通过改进结构，采用新工艺、新材料来降低。总之，大幅降低附加损耗必然回增加制造成本。1.2.3空载损耗变压器

12、的空载损耗中，如果忽略励磁电流在一次绕组中产生的电阻损耗和介质损耗之外，主要是由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗所构成。这两种损耗都与硅钢片的材质、磁密取值有关，同时与硅钢片的加工也有很大的关系。目前大量采用高牌号优质硅钢片，利用先进的纵、横剪线剪切，使硅钢片的空载损耗大幅度降低。1.2.4空载电流空载电流是指变压器的一个绕组施加额定频率的额定电压，其他绕组开路时，流过绕组中的电流，一般用额定电流的百分数来表示。空载电流包括励磁电流和铁损电流两个分量，也称为空载电流的无功分量和有功分量。其中无功分量时当变压器空载运行时在铁心中产生磁通的励磁电流，而有功分量是空载运行时在一次线圈和铁心中产生有功损耗的

13、电流。无论从变压器的安全运行还是从变压器的经济运行的角度去考虑，都希望空载电流小些。随着铁心结构和制造工艺的改进，以及硅钢片的性能的改善，目前变压器的空载电流已经大大降低了。第2章 原理2.1 变压器的空载运行变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组开路、负载电流为零（即空载）时的运行，称为空载运行。|u1/u20|e1/e2=N1/N2=kk称为变压器的电压比。从上式可见，空载运行时，变压器一次绕组与二次绕组的电压比就等于一次、二次绕组的匝数比。因此，要使一次和二次绕组具有不同的电压，只要使它们具有不同的匝数即可，这就是变压器能够“变压”的原理。通过铁心并与一次、二次绕组相交链的磁通叫做主磁通，

14、用表示=-1/N12E1sint=mcost或E1=4.44fN1m上式表明，对于已经制成的变压器，主磁通的大小和波形主要取决于电源电压的大小和波形。2.2 变压器的负载运行变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接上负载阻抗ZL时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行正方向的规定：1、 首先选定原绕组电流I1的正方向为由首端A经原绕组流至末端X。2、 由I1的正方向按右螺旋关系确定主磁通m的正方向，同理按右螺旋关系由m的正方向定出副绕组电流I2的正方向：由副绕组的首端a经绕组流至末端x。原副绕组漏磁通1和2也分别与I1和I2的正方向保持右螺旋关系。3、 原、副绕组主电势E1和E

15、2的正方向与m的正方向保持右螺旋关系，而其漏磁电动势E1和E2的正方向分别与1和2的正方向也保持右螺旋关系，因此在原副绕组中所有电动势的正方向均与电流的正方向一致。4、 原绕组电路被看作电网负载，故原电压U1的正方向同于I1的正方向。副绕组主电动势E2是产生副电流I2之源，故对于副边来说，副绕组看作是电源，而阻抗ZL是负载。从外电路来看，电流I2的正方向是从x点经负载至a点，故副电压U2的正方向应从x点至a点。第3章 变压器的结构3.1 铁心的作用及分类铁心是变压器的基本部件，是变压器的磁路和基本骨架。它把一次电路的电能转化为磁能，又把磁能转变为二次电路的电能，是转换的媒质。同时铁心还是变压器

16、的骨架，铁心柱上套装绕组、支撑引线、木夹件、分接开关和变压器内部的所有部件。由此可见构成变压器的铁心除开铁心本体之外，还有紧固件和固定装置，另外还要具备各种绝缘件以及接地片和垫脚。铁心由磁导率很高的硅钢片制成，硅钢片很薄（0.270.35mm），且有绝缘。变压器铁芯是由铁柱及上下铁轭组成，铁芯柱截面是外接圆内阶梯形，铁轭截面是随铁芯直径大小而不同。铁芯是由优质冷轧晶粒取向的硅钢片叠积而成，铁芯柱用无纬环氧玻璃粘带绑扎，铁轭通过空心螺杆用夹件夹紧。铁芯的四角冲矩形槽，内装方铁与夹件相连，供拉紧夹件，吊起器身和承受线圈短路机械应力用。上夹件焊有吊环，供吊运变压器器身用。强油导向的变压器，下夹件装有

17、导油管，使冷却器打入油箱的油大部分导入绕组。对于叠铁心来说，铁轭截面分为矩形、倒T形、倒多级T形、正T形、正多级T形、多级圆形和多级椭圆形几种。其中多级圆形截面广泛用于现代各种变压器中。 所有7或8型产品铁芯均为45全斜接缝无孔结构，芯柱用无纬环氧玻璃粘带绑扎，上下铁轭通过装在夹件上的拉带夹紧。上下夹件利用铁芯两头的低磁钢接板牢固地连接在一起，构成钢性较强的框架式铁芯结构。芯式铁芯可分为以下几种，分述如下：单相两铁芯柱 如下图所示，它有两个铁芯柱， 用上、下两个铁轭将芯柱连接起来，构成磁路。将绕组分别套装在两个铁芯柱上。适用于单相的各种变压器。1-铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4、5-高低压

18、绕组图3.1 单相两铁芯柱三相三铁芯柱如下图所示，它是将A、B、C三相的三个绕组分别套装在三个铁芯柱上，三个铁芯柱也由上、下两个铁轭连接起来，构成磁回路，绕组的布置方式也同单相一样，将低压绕组放在内侧，而把高压绕组放在外侧。适用于三相的各种变压器。1- 铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4-绕组图3.2三相三铁芯柱三相五铁芯柱如下图所示，它与上图中的三相三铁芯柱相比较，在铁芯柱的左右两个尽头端， 多了两个分支铁芯柱4，它称为旁轭，各电压级的绕组分别按相套装在中间三个铁芯柱上，而旁轭是空的铁芯，没有绕组，这样就构成了三相五铁芯柱变压器，也就是我们常说的三相五柱变压器。适用于大容量三相电力变压器。

19、1- 铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4-旁轭 5,6-高低绕组图3.3三相五铁芯柱表3.1铁心心柱级数与铁心直径的关系铁心直径D(mm)809095120125195200225230240245265级数油道数填充系数50.8460.8570.86580.8790.87100.875铁心直径D(mm270390400560580680700780780以上级数油道数填充系数110.8851210.8651320.871430.8715以上3以上0.873.2 铁心的叠积形式和叠积图常见的几种铁心边柱接缝和中柱接缝如图3-2所示3.4.1边柱直接缝 3.4.2 边柱混合接缝（半直半斜） 3.

20、4.3 边柱标准斜接缝 3.4.4 边柱台阶斜接缝 3.4.5 边柱标准斜接缝 3.4.6 中柱直接缝 3.4.7 中柱混合接缝 3.4.8 中柱标准接缝 3.4.9 中柱台阶斜接缝图3.4：常见的几种铁心边柱接缝和中柱接缝3.3变压器绕组变压器的电路由绕组和高、低引线组成。绕组是主要部分，是变压器的心脏，是变换和输配电能的中心。3.3.1变压器绕组的基本要求为保证变压器长期安全可靠的运行，变压器的绕组必须有一定的电气强度、耐热强度和机械强度。变压器在长期的运行过程中，其绝缘必须承受大气过电压（或称雷击过电压）、操作过电压、暂态过电压、和长期工作电压，这就对变压器绕组和绝缘结构和设计数据有可靠

21、的要求，同时，绕组对制作的工艺过程、使用材料以及制作环境都有一定的要求。变压器绕组的耐热强度包括两个方面：其一，在长期工作电流产生的热作用下，绕组绝缘的寿命不低于30年；其二，变压器在运行的状态下，当任意线段发生突然短路是，绕组要能承受此短路电流所产生的热作用而不损坏。变压器绕组的机械损坏主要有四种：正常运行是电动力引起的损坏；突然短路时主要由横向力引起的损坏；突然短路时由纵向力引起的损坏；突然短路时由纵向和横向电动力同时作用引起的损坏。所以在设计上选择电流密度不能过高，导线的宽、厚比不要过大，导线的硬度要提高，结构上绕组的轴向压紧装置和压紧力都是很关键的因素。 我国生产的电力变压器，只有一种

22、结构型式，即芯式变压器，所以绕组基本采用同心式结构。所谓同心绕组，就是在铁芯柱的任一横断面上，绕组都是以同一圆筒形线套在铁芯柱的外面。一般情况下总是将低压绕组放在里面靠近铁芯处，将高压绕组放在外面。高压绕组与低压绕组之间，以及低压绕组与铁芯柱之间都必须留有一定的绝缘间隙和散热通道(油道或风道)，并用绝缘纸板筒隔开。绝缘距离的大小，决定于绕组的电压等级和散热通道所需要的间隙。当低压绕组放在里面靠近铁芯柱时，因它和铁芯柱之间所需的绝缘距离比较小，所以绕组的尺寸就可以减小，整个变压器的外形尺寸也同时减小了。3.3.2同心式绕组的几种形式圆筒形绕组 它是一个圆筒形螺旋体，其线匝是用扁线彼此紧靠着绕成的

23、，如下图所示。圆筒形绕组可以绕成单层；也可以绕成双层。通常总是尽量避免用单层圆筒，而是绕成双层圆筒。因为绕成单层时，导线受到弹性变形的影响，线圈容易松开，使端部线匝彼此靠得不够紧；而绕成双层后，松开的倾向就小得多了。当电流较大时，也采用每一线匝由数根导线沿轴向并联起来绕成，但并联导线数通常不多于45根。圆筒形绕组与冷却介质的接触面积最大，因此冷却条件较好，但其机械强度较弱，一般适用于小容量的变压器低压绕组。(a)单层圆筒 (b)双层圆筒图3.5圆筒形绕组螺旋形绕组 容量稍大些的变压器的低压绕组匝数很少(2030匝以下)，但电流却很大，所以要求线匝的横截面很大，因此要用很多根导线(6根或更多)并

24、联起来绕。在圆筒形绕组里是不能用很多根导线并联起来绕的，因为这些导线要在同一层里一根靠着一根排列着绕，结果使线匝的螺距太大，这样的线圈很不稳定，且高度没有很好地利用，所以在并联导线很多时仍采用圆筒形绕组是不合适的，于是就出现了螺旋形绕组，如上图所示。它是沿径向一根压着一根地叠起来绕。各个螺旋不是像圆筒形绕组那样彼此紧靠着，而是中间留有一个空沟道。 螺旋形绕组并联导线更多时，可把导线分成两组，这样就成了双层螺旋了。在温升和绝缘条件允许时，螺旋形绕组可以采用正常宽度的油道和小油道交错地绕线的结构，小油道的宽度约为正常油道宽度的一半左右(约为152mm)，所以称为半螺旋，绕组为单螺旋时称单半螺旋；绕

25、组为双螺旋时称双半螺旋。这种半螺旋绕组的空间利用率比较高，在大、中型变压器中都广泛地应用着。1-裸导线 2-导线外包纸绝缘 3-换位导线纸包绝缘换位导线绕成的绕组 为了进一步把采用不完全换位的螺旋式绕组的附加损耗降至最低的程度，使用了换位导线。所谓换位导线，就是将多股分散的并绕导线，在绕线圈之前，先按一定的规律，360连续地进行换位，最后从外表看，被编织成为单根较粗的，包有绝缘纸的导线。如图所示。(a)外形 (b)纵剖面导线排列图3.6螺旋形绕组换位导线，大部分被采用在大容量变压器的中、低压绕组内。应用时，把它当作一根导线来绕，例如被绕成圆筒形绕组，绕制过程中不需要再进行换位。 组成换位导线的

26、扁线的股数必须为奇数，当换位导线的高度A12mm时，两列扁线的中间必须衬垫一层012mm的电缆纸。换位导线在绕制线圈过程中，导线中间不允许有接头存在，因此，换位导线的长度必须大于整个线圈所需长度35m。换位导线绕成的线圈，其最小的内径受到一定的限制，线圈的最小内径应符合下式Dmin=n*节距/丌 式中：Dmin=线圈的最小内径；n=参加换位的导线根数。这个公式的意义是非常明了的，因为丌Dmin是线圈绕一匝的圆周长度，n*节距为参加换位的全部导线换一次位所需要的长度。即在一个线匝的长度内，所有参加换位的导线至少要换位一次。这就限制了线圈的内径不能小于某一数值。1-裸导线 2-导线外包纸绝缘 3-

27、换位导线纸包绝缘图3.7换位导线连续式绕组连续式绕组没有焊接头，只能用扁线绕制。导线的匝间排列如上图所示，是经过特殊的绕制工艺绕成的，从一个线饼到另一个线饼，其接头是交替地在线圈的内侧和外侧，但都用绕制线圈的导线自然连接，所以没有任何焊接头，这是连续式绕组的主要优点。如果导线截面较大，可用几根导线并联绕，一般不超过4根，边绕边进行换位。 (a)外形 (b)纵剖面导线排列图3.8连续式绕组第4章 变压器油箱油箱是油浸式变压器的外壳，器身就放置在灌满了变压器油的油箱内。变压器油有两种作用，一方面作为绝缘介质；另一方面作为散热的媒介，即通过变压器油的循环，将绕组和铁芯中散发出来的热量，带给箱壁或散热

28、器、冷却器进行冷却。油箱都是用钢板焊接成的，其结构要求具有一定的机械强度，除了应满足变压器在运行时的一些要求外，还应满足变压器在检修和运输时的一些要求。油箱按变压器容量的大小分，又可分成吊器身式油箱和吊壳式油箱两种。吊器身式油箱 下图所示为中、小型变压器的外形图，这种变压器油箱上部箱盖1可以打开，它是依靠箱沿四周许多螺栓与箱壳2紧固在一起的。箱壳2是用钢板焊接成的，其顶部开口，焊缝要求制造工艺做到不渗漏油，器身就放在箱壳内。由于中、小型变压器，其充油后的总重量，与大型变压器相比不算太重，所以当变压器的器身需要进行检修时，可以将整个变压器带油搬运至有起重设备的场所，将箱盖打开，吊出器身，就可以进

29、行详细的检查和必要的修理。1-箱盖 2-箱壳 3-高，低压出线绝缘套管 4-拆卸式散热器5-净油器 6-安全气道 7-储油柜 8-箱盖吊攀 9-油位计10-吸湿器 11-吊攀 12-车架图4.1中、小型变压器的外形图吊壳式油箱 随着变压器单台容量的不断增大，它的体积迅速增大，重量也随之增加。目前大型电力变压器均采用铝导线，器身重量都在200t以上，而总重量均在300t以上，运输重量也达200t以上。这样庞大和笨重的变压器，对运输和起吊器身，都带来很多困难和问题。因此，大型电力变压器箱壳都做成吊箱壳式，当器身要进行检修时，将吊出笨重的器身，改为吊出较轻的箱壳，如左图所示。这种箱壳其下部有可作螺栓

30、紧固的箱沿法兰，拆去箱沿四周的紧固螺栓，吊出外面钟罩形状的箱壳，即上节油箱，器身便全部暴露在空气中了。由于此种箱壳的重量较器身轻得多，所以吊箱壳时不需要特别重型的起重设备，只要在变压器安装的现场，准备一些轻型的起吊工具即可工作。1一钟罩式箱壳(上节油箱)，2一器身；3一下节油箱图4.2吊壳式油箱第5章 变压器设计计算变压器的电磁计算任务在于确定变压器的电、磁负载、主要几何尺寸、性能参数和各部分温升以及变压器的重量等。但最终的计算结果必须符合国家标准规定和技术任务书的要求。在变压器的设计中，用户和生产厂家的目标应该是一致的。都是要合理地制定性能参数、设计相应的主要几何尺寸，降低制造成本，降低能耗

31、，提高效率。但用户的经济性运行与厂家的制造成本也有一定的矛盾，所以，在变压器设计过程中也要综合考虑多方面因素，以便选择最佳方案。变压器计算一般程序为图5.1计算变压器重量绘制变压器外形尺寸图记录原始数据：产品主要技术参数选定硅钢片牌号及铁心形式，计算铁心直径，设计铁心柱和铁轭截面选择铁心柱磁密，计算每匝电势先计算低压绕组匝数，凑整；重算每匝电势及磁密，在计算高压绕组匝数绕组及绝缘结构设计；试算短路阻抗，不合要求数调整绕组高度估算绕组损耗，估算绕组对油温升计算空载能力计算短路电磁力及器身重量；计算铁心和绕组的机械强度绘制变压器平面布局图；引线和分接机构设计，油箱尺寸和冷却装置计算负载性能计算温升

32、，不合要求，调整冷却装置数目另选铁心柱直径另选导线不合要求时不合要求时另选导线还不合要求时图5.1变压器计算一般程序5.1 技术要求1、 变压器的额定容量P：6300KVA2、 变压器的额定线电压U和分接范围高压（一次）侧线电压UL1：V低压（二次）侧线电压UL2：6300V3、 变压器连结组：Y，d114、 变压器相数：3相5、 额定频率f：50HZ6、 冷却方式：油浸风冷式7、 高压和低压线圈对空气的温升R：658、 油顶层对空气平均温升h：559、 油对空气的平均温升；4010、空载损耗P0：8200W11、负载损耗PK: 41000W12、空载电流I0:0.9%13、阻抗电压UK:7.

33、5%5.2 额定电压和电流的计算一次电压U+5%=35000+35000 5%=36750VUn1=35000VU-5%=35000-35000 5%=33250V一次侧相应的相电压U11=36750/1.732=21218VUn=35000/1.732=25000VU12=33250/1.732=19197V一次线电流二次电流I2二次相电流5.3 主要材料1.硅钢片 冷轧硅钢片D3302.线圈导线 纸包扁铝线ZLB-0.453.绝缘材料 A级材料,最高平均温度不超过105度线圈绝缘漆 1030#硅钢片绝缘漆,1161#高温快干漆变压器铁心结构选择铁心柱夹紧采用环氧无纬玻璃丝粘带绑扎,铁扼采用

34、铁扼螺杆和方铁通过夹件夹紧.铁心的 积采用全斜 片.铁扼级数与铁心级数相同.线圈压紧采用板压.采用单相五位DWJ型无励磁开关.为了节省变压油和增加油箱的强度,采用拱顶油箱.5.4 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，与采用的硅钢片和导线材料直接有关。根据关系式的推导，铁心直径D与变压器容量P的四分之一次方成正比即 迭片系数取0.95

35、。故AC=813.55.5 线圈计算5.5.1 线圈匝数的计算1、每匝电压et的确定式中 W-线圈匝数；B-磁通密度Ac-铁心有效截面，每匝电势 伏/匝2、初选每匝电势 B取1.6 T3、低压线圈匝数的确定初算低压线圈匝数W2 匝 取219匝故每匝电势et为 伏/匝磁密B为 T4、线圈各分接匝数的确定和电压比校核因为高压线圈的分接范围为伏，故首先应求出2.5%相电压的匝数。 -5%额定电压时的匝数= 匝 额定电压时的匝数= 匝-5%额定电压时的匝数= 匝5.5.2 线圈型式的选择及排列1、线圈型式的选择线圈型式是根据电流、匝数和容量选择的。选用连续式线圈。2、线圈高度的估计线圈的几何尺寸主要是

36、由电抗计算确定的。当频率、匝数、电流、每匝电压等确定后，电抗的大小与线圈高度和线圈的径向尺寸有关。这样，就有两个未知数，故不能一次就确定出线圈的几何尺寸，往往都是假设一种线圈几何尺寸进行电抗计算，以后再进行反复调整。由下式估计：3、线圈撑条数选择线圈撑条最好为4的倍数，撑条主要是支撑线圈，故撑条的最后确定，应由短路机械计算决定，但一般都以经验以铁心直径大小确定撑条数。选12根撑条。4、低压线圈的段数及每段匝数因为低压线圈处于内线柱，又由于整数匝起端与末端有搭头，使得线圈有局部突起，为了使线圈各部辐向尺寸近于一致，故低压线圈一般都用分数匝，以保证高低压线圈间的距离沿圆周方向一致，保证不因局部突出

37、影响绝缘强度。每段匝数的分数部分均以撑条数N为分母表示出来，分数的分子尽量为撑条数N-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n为偶数时，其分子小于或等于N-（n/2+1）；当并绕根数n为奇数时，其分子小于或等于N-（n+1）/2。低压线圈的段数，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。首先按撑条数N求出与接近整数的差额。N=12 差额=1/12=.084。表5.1低压线圈的段数及每段匝数段号段数每段匝数合计匝数A56B236C2计602195、高压线圈的段数及每段匝数高压线圈因为处于外线柱，由于局部突起不会影响绝缘距

38、离，故不需要分数匝，因为高压线圈有分接段，以最小分接的匝数计算，为了使各分接线均在辐向的外侧引出，如若取上下对称分接段处在正中间时，段数必须取4的倍数。表5.2高压线圈的段数及每段匝数段号段数每段匝数总匝数H4712564F6848E6954G8972总计677385.6 导线的选择及线圈辐向尺寸的计算1、段间油道35KV级高压线圈首末两端各6个油道，最小为6mm，其余各段油道最小为5mm而线圈中间的中断点油道最小为9mm11KV低压线圈最小油道为4.5mm2、高压线圈导线的选择，并以高压线圈为基准确定线圈高度（1）导线高度b的确定高压线圈共64段63个油道，油道总高度为。纸板压缩后的高度约为

39、。从估计线圈高度减去此高度得导线总高度为1171-328.7=842.3。导线总高度被段数除得每根导线高度为842.3/67=12.57，每根导线高减去匝绝缘得裸导线高为12.57-0.5=12.07。照导线尺寸表找相近的导线，故选定导线高度为12.5mm。（2）导线宽度a确定当用铝导线时，电流密度取2.3。导线总截面。A太厚，涡流损耗很大，绕制困难，故采用二根并绕，再以A/2=44.8/2=22.4，故选定高压导线为二根并绕，匝绝缘为4.5，计算时考虑裕度，匝绝缘按0.5计算。（3）高压导线高度计算导线带绝缘计算高度=12.5+0.5=17.5导线总高度= 油道总高= 线圈高度=346+87

40、1-17=1200mm17mm为纸板压缩高度。此数据的确定要力求线圈高度为0或5的尾数。17mm占331的4.9%。3、低压线圈导线的选择（1）导线高度b确定低压线圈共60段59个油道，每个油道都取4.5时油道总高为mm，但因为高压有分接区，为了使高低压安匝分布趋于平衡，低压线圈必须给50100mm的放大油道，暂设放大油道为60mm，油道总高度为265.5+60=325.5。按纸板压缩系数为5%，故mm，按高压线圈高度得导线总高为1200-308=892mm，按段数得每根导线带绝缘的高度为892/60=14.86，减去匝绝缘得裸导线高度为14.86-0. 5=14.36照导线尺寸表查找接近导线

41、，选b=14导线为合适。（2）导线宽度a确定铝导线的电流密度为2.3。按电流算出总导线截面 ，A太厚，涡流损耗很大，绕制困难，故采用三根并绕，再以A/3=144.78/3=48.26，故选定低压导线为三根并绕，匝绝缘为4.5， 低压线圈放大油道的分布应在机械力计算里再来确定。4、线圈辐向尺寸的计算低压线圈导线加匝绝缘后的厚度：3.55mm，计算厚度应为3.55+0.5=4.05。每段匝数（取最大者）为计算按4，并绕根数为3，辐向绕制裕度连续式线圈取3%。低压辐向厚度为mm高压线圈导线加匝绝缘后的厚度：4.25mm每段匝数（取最大者）为12，并绕根数为2，辐向绕制裕度连续式线圈取3%。高压辐向厚

42、度为mm5.7 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1-低压线圈套装裕度，即低压纸筒内径对铁心圆边的空隙，1最小取6。主要考虑铁心迭片的翘起和玻璃带所占的位置。C-低压线圈对铁心的绝缘距离，按设计手册规定10KV电压等级C最小取12mm，即C=+2=4+8=12-低压纸筒厚度，取4mm2-低压线圈内油隙，取8mm高压线圈与低压线圈之间的绝缘距离，按设计手册规定，85KV电压等级A最小取27mm A=3+t2+4=11+5+11=27 -高低压线圈间纸筒取5mm3-低压线圈外油隙取11mm4-高压线圈内油隙 取11mm -低压线圈内半径 =+1+C=170+6+12=188 mm

43、铁心柱半径即170mm低压线圈外半径=+B1=188+50=238mm低压线圈辐向尺寸低压线圈平均半径=+/2=188+50/2=213 mm高压线圈内半径=+A=238+27=265 mm高低压线圈间空隙平均半径=+A/2=238+27/2=251.5高压线圈外半径=+=265+52.53=317 mm高压线圈辐向尺寸高压线圈平均半径=+/2=265+52.53/2=291.26Dx高压线圈外半径Dx=2=2*317=634 mmMo两铁心柱的中心距离 Mo=Dx+5=634+31=6655相间距离，按设计手册规定，35KV电压等级5最小为31mm5.8 阻抗电压计算当线圈几何尺寸确定后，应

44、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Ua%和电抗压降Up%两部分组成，但对效大容量变压器，因为电阻压降很小，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，其计算公式如下（式中尺寸单位一律为cm） %式中，f额定频率，50HZWip低压线圈安匝数W2Ip=219333=72927D漏磁宽度， et每匝电压，28.9V/匝Hx高低压线圈平均有效电抗高度（Hx=117cm）漏磁场总厚度=（B1-0.05）+（B2-0.05）+（A+0.05）=12.85cm R洛氏系数，与Hx/=117/12.85=9.1有关，查表得R=0.965K系数，考虑

45、横向漏磁及制造裕度，取1.03误差：阻抗电压的允许误差值，按标准规定为+-10%，但由于制造时，影响阻抗电压因素很多，故一般计算时误差控制在34%以下电抗计算时，往往不能一次计算就能符合要求，需作适当调整，频率和电流是不可调变的，电抗压降的调整有三种方法：调整匝数W及每匝电压et。当电抗值偏大时，可增加每匝电压et，et增大，匝数W必然减少，从而达到降低电抗的目的。若使et改变需调整磁密和铁心直径。这种方法因变动效大，一般都不用。调整D及高低压线圈平均有效电抗高度Hx。当电抗值偏大时，可调整高低压线圈平均高度Hx，Hx增大，D必然随之缩小。调整导线的a*b尺寸及调整段数均可达到调整Hx及D之目

46、的。调整高低压线圈间距离，在满足绝缘材料最小距离情况下，增减高低压线圈间的距离可使电抗值增大或减少。这种方法浪费材料，最好不用。5.9 线圈数据计算1、高压线圈数据计算电流密度1，A/mm21=I1a/A1=103/（46.02）=2.23式中 A1高压导线总截面平均匝长L1，mL1=2=2291=1.8 m导线总长l1， ml1=L1W1+2=1.8738+2=1328m额定电压时，导线总长l1H，ml1H=L1W1H+2=1.8702+2=1265式中 W1最高分接电压时的匝数W1H额定分接电压时的匝数时额定电压时的电阻， =l1H/A1=0.03571265/46.02=0.87时高压线

47、圈负载损耗，P1x，W P1x=3=31031030.87=24100高压线圈铝线重量G1m kgG1m=3gl1A1=32.7132846.02=495kg带绝缘的导线重G1m=495*1.052=520kg2、低压线圈数据计算密度2，A/mm22=I2a/A2=254/147=2.3式中 A2低压导线总截面均匝长L2，mL2=2=2213=1.3m导线总长l2， ml2=L2W2+1=1.3219+1=284m时低压线圈电阻， =l2/A2=0.0357284/147=0.048时低压线圈负载损耗，P2x，W P2x=3 =33333330.048=14968 W低压线圈铝线重量G2m k

48、gG2m=3gl2A2=32.7144.7284=332.8kg带绝缘的导线重G1m=332.81.046=348kg5.10 铁心计算铁心柱中心距Mo，mmMo=665mm铁心窗高HwHw=Hx+2h+t+=1171+270+40+25=1376mm式中 Hx高低压线圈高度，mmh线圈对铁轭或对压板最小绝缘距离，按设计手册规定35KV电压等级最小取70mmt线圈压板的厚度取40mm，实际应根据轴向机械力的大小和线圈套装时的压紧力来计算压板厚度，但一般按经验取，最小取40mm压板对铁轭的空隙，考虑线圈制造公差，最小取25铁心柱部分重量Gc的计算Gc=3gHwAc=37.651376813.5=

49、2568kg式中 3三个心柱g硅钢片的比重Hw铁心窗高mmAc铁心截面 cm2铁轭部分Gy=3gHwMoAc=47.65665813.5=1655kg铁心角重GoGo=439.5硅钢片重量=Gc+Gy+Go=1655+439.5+2568=4662kg5.11 空载损耗、涡流损耗百分数Kw和空载电流的计算变压器的空载损耗，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的质量，也决定于铁心各部分的磁通密度和重量。B=1.588查得单位重量损耗Pw=1.723W/kgPo=KPw=1.01.7234662=8074W式中 K系数取1.0涡流损耗的计算，首先要算出涡流损耗占短路

50、损耗的百分数Kw1、高压线圈涡流损耗百分数Kw的计算式中 K系数，由材料和温度而定，铝导线取1.4 M垂直于漏磁场方向的导线根数 N平行于漏磁场方向的导线根数 A垂直于漏磁场方向裸导线宽度 Ax单根导线截面积， Hx线圈有效电抗高度 mm2、低压线圈损耗的百分数Kw空载电流Io是以额定电流的百分数表示的，它由两部分组成式中 Io1%有功分量占额定电流的百分数 Io2%空载电流无功分量占额定电流的百分数% 而空载电流允许偏差为22%，所以合格5.12 油温升计算线圈对油的温升计算，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

51、算的按下式计算：式中 I线饼中流过的电流，A； K1系数，与导线的导电率有关，铝导线取22.1 线饼中的电流密度 A/W线饼中的匝数，即每段匝数，如有分数匝时应进位为整数匝；K2线匝绝缘校正系数当时，K2=1，当a1.75a时A导线厚度，mmA1导线带绝缘厚度mmK4导线中总的附加损耗百分数K5宪兵的有效散热面与宪兵表面积之比L线饼断面的周长，mm，当每个饼为n根导线时则L=2（na1+b1）式中 n线饼中导线根数A1导线厚度（包括绝缘）B1导线宽度1、高压线圈的热负荷L=2284.25+213=162mm采用40宽的垫块12个2、高压线圈对油温升式中 Txy1线圈绝缘校正温升Tj1=Kqx（K系数）Ty1段间油道宽度校正温升3、低压线圈的热负荷L=244.053+214.5=126mm 采用30宽的垫块12个4、低压线圈对油温升5、空气对油温升线圈对空气的温升是线圈对油的温升和油对空气平均温升两者之和。为了减少主要材料（硅钢片和导线）的消耗，一般都适当的增加散热器，降低油对空气的平均温升，提高线圈对油的温升，以达到节约主要材料的目的。一般线圈对油温升，控制在30以下，最好为25。铁心表面对油温升Q1式中 qo铁心表面热负荷 qo=