电力变压器的电磁设计

1、电力变压器的电磁设计目录 TOC o 1-5 h z 摘要5目录Abstract .8第1章绪论111.1课题背景1112变压器在电力系统中的作用1113电力变压器的发展1114电力变压器的结构特点1515电力变压器性能参数1616变压器的设计原则1717变压器计算的一般程序17第2章变压器电磁计算192.1本设计的技术条件192.2变压器设计19一主要结构的确定.19222硅钢片的选用19223铁心直径的确定192.2.4铁心截面积确定20225铁心级数的确定202.3电磁计算21一电压和额定电流的计算212.3.2绕组匝数计算21233绕组计算23234绝缘半径及导线长度计算.26235

2、75C时绕组直流电阻计算.28236绕组导线质量计算29237短路阻抗计算30238负载损耗的计算32239空载损耗及空载电流计算.332310绕组的温升计算352.4油箱尺寸计算38一估计382.4.2箱壁散热面积计算39243散热器的选择及油和绕组温升的计算402.5短路电动力计算42U分422.5.2安匝分布计算43253漏磁计算44254短路电流稳定值倍数计算.44总轴向力计算255不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算452.5.6绕组导线应力计算45l=JI三三I2.6l=JI三三I261总油量计算48262变压器箱体质量计算49263附件质量计算49264变压器总质量计算502.7

3、本章小结50结论-51致谢52参考文献53附录54100/35/0.4电力变压器的电磁设计摘要电力变压器是电力网中的主要电气设备。其设计和制造的好坏是直接 影响其运行质量和经济效益的关键所在，因此电力变压器的电磁计算就显 得尤为重要。电磁计算的任务在于确定变压器的电、磁负载和主要几何尺 寸，计算性能数据和各部分的温升以及计算变压器的重量、外型尺寸和取 得比较合理的技术经济效果。计算结果必须满足国家标准及有关技术标准 的规定和使用部门的要求。本文对100kVA，35kV电力变压器进行了电磁计算。首先对电力变压器 的发展历史、基本的特性及变压器的设计方法进行了简单的阐述。在电磁 计算中，最开始是铁

4、心的选择，这是变压器设计的起点也是一个关键点， 然后是变压器绕组材料和型式的选择，绕组有关数据的计算，最为关键的 是短路阻抗、负载损耗、空载电流、空载损耗等变压器性能参数的计算， 最后完成变压器油箱、变压器温升、短路电动力、变压器总油量和总质量 的确定与计算。其中的短路阻抗计算困难最大，需要经过反复计算才能达 到技术要求。在电磁计算的全过程中较为详细的阐明了电力变压器计算的 基本公式和计算方法，给出了一套完整的设计方案。关键词电力变压器；电磁计算；绕组AbstractPower transformer is the main electrical grid equipment. The des

5、ign and manufacture of good or bad is directly affect the operation quality and economic benefit of the key, so the electromagnetic computing power transformer are particularly important. Electromagnetic computing task is to determine the transformer electrical, magnetic load and the main geometry s

6、ize, computational performance data and various part of temperature rise and calculation of the weight of the transformer, shape and size have been compared reasonable technical and economic effect. The calculation results must meet the national standards and relevant technical standards ofregulatio

7、ns and use the requirements of the department.In this paper, the 100 kVA, 35 kV power transformer in the electromagnetic computing. First of power transformer, the development history of the basic characteristics and the transformer design method of simple paper. In the electromagnetic computing, th

8、e beginning is the choice of core, this is the starting point of the transformer design is also a key point, and then is winding materials and pattern of choice, winding data about the calculation, the most importantthing is shortcircuitimpedance,load loss, idle currentno-load loss, such as the perf

9、ormance parameters of transformer calculation, and finally complete transformer oil tank, transformer, electric power, short-circuit temperature transformer oil and total quality always set and calculation. One of the most difficult calculation short-circuit impedance, need to pass the repeated calc

10、ulation to achieve technical requirements. In the electromagnetic computing in the whole process of the more detailed illustrates the basic formula computing power transformer and calculation methods, gives a complete set of design scheme. Key words power transformer; Electromagnetic computing; wind

11、ing第1章绪论1.1课题背景我国的电力变压器制造工业，从建国以来，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年代发展到330kV级；80年代已发展到500kV级电力变压 器，近几年电压等级更是发展到了750kV、800kV、1000kV。建国前的1936 年，我国只能生产单台容量为300kVA的小型配电变压器，到建国后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

12、，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，到80年代国内最大容量为400000kVA，1995年制造出了容量为 450000kVA电力变压器。我国西北地区的刘关线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。电力变压器的进一步 发展趋势是：进一步降低损耗水平，提高单台容量，电压等级向1000 1500kV特高压方向发展。1.2变压器在电力系统中的作用变压器在电力系统中的主要作用是变换电压，以利于电能的

13、传输。电 压经升压变压器升压后，可以较少线路损耗，提高送电经济型，达到远距 离送电的目的；电压经降压比变压器降压后，获得各级用电设备的所需电 压，以满足用户使用的需要。11.3电力变压器的发展变压器是利用互感原理来改变同频率交流电压高低的一种电气设备， 在电力系统输送配电中占有很重要的地位，且极为广泛地应用于国民经济 的各个领域。据统计，每1kVA的发电机容量，需88.5kVA的变压器与之 配套。因此，各国都在大力研究如何有效地降低变压器自身的能耗，特别 是大幅度降低空载损耗，以达到节能的目的。一、国外中小型电力变压器的发展概况为了降低变压器自身损耗，各国都制定了低损耗变压器的标准，并在 政策

14、上对节能变压器的生产给予优惠。日本、德国、比利时、意大利、瑞 士等国家，在高效节能变压器的研制、开发和应用上领先一步，相继研究 出一些降低变压器损耗的新材料、新工艺，并在结构上对变压器加以改进 （如高导磁优质冷轧晶粒取向硅钢片、非晶合金卷铁芯、无氧铜导线、箔 式绕组、全斜拉板绑扎铁芯，瓦楞油箱、超导技术等）。由于不断的探索研 究，变压器节能效果越来越显著，且体积、重量减小，可靠性提高，从而 使高效节能变压器的开发和应用更加深入和广泛。如日本大阪变压器厂生 产的非晶合金变压器（1992年占变压器产量的10%），所用的非晶合金铁芯 在60Hz、1.4T时的铁耗为0.21W/kg，仅为现有优质硅钢片

15、在相同条件下 铁耗（0.9W/kg）的1 /4，节能效果十分显著。瑞士ABB公司研制的330kVA 单相超导变压器，其绕组由铁镍合金制成，浸在-2690C的液氦中使用，这 种超导变压器的体积比普通变压器小70%，损耗降低50%二、我国变压器的发展概况为了赶超世界水平，我国加快了电力变压器更新换代，积极研究、开 发高效节能变压器并将其快速的推广应用。我国电力变压器幸好更新换代的过程是SJ T S5 T S6 T S7 T S8 T S9 T SCB T SH11。我国高效节能变压器的研制从1979年开始，当时沈阳变压器研究所受 机械部电工总局委托，研制SL节能变压器。71982年5月，SL7系列

16、节能铝线变压器通过国家级技术鉴定，其性能 达到西德DIN标准。由于该系列变压器选用优质冷轧晶粒取向硅钢片，并 采用45 0全斜接缝，铁耗明显降低，与同容量老型号变压器相比，空载损耗 降低41.5%左右，且体积小、重量轻。因此，它受到电力系统和用户欢迎， 在国内迅速得到推广应用。1983年SL7的产量占全国中小型变压器产量的 14%，1984年占47.9%，1985年占80%，1986年以后生产的电力变压器则 几乎全部为低损耗电力变压器。由于SL系列低损耗变压器在全国推广时铝导线供应紧张，同时不少用 户对铝线变压器不甚了解，很多变压器厂家自行或联合改型设计S7铜线变 压器，以致型号混乱，极不统一

17、，在性能和技术水平方面与国外技术先进 的公司（如比利时ACEC公司和意大利PELLISSAVI公司）制造的低损耗协 系列变压器也有较大的差距，因而进一步开发更先进的高效节能变压器产品势在必行。1985年9月沈阳变压器研究所再次受电工总局委托，组织了 S9系列全 国中小型高效节能铜线变压器的统一设计及典型规格产品的研制工作，从 而为高效节能店里变压器在我国的开发和推广奠定了坚实的基础。S9型高效节能变压器比S7型技能变压器总损耗低23%，且体积小， 重量轻，性能更可靠。额定容量在1600kVA以下的S9型号技能变压器，共 有17个容量品种、51种规格。其铁芯采用 Z0.3mm （相当于国产DQ1

18、47-30）优质冷轧晶粒取向硅钢片，仍采用45 0全斜接叠片和半干性玻璃 粘带绑扎结构，铁芯损耗再降5%。虽然绕组仍采用与SL 7系列想用的传统 结构，但高压绕组采用中点附近中断点分接头方式，提高了变压器调压的 可靠性，也便于三角形连接。分接开关采用沈阳变压器研究所用法国专利 技术生产的条形卧式分接开关，可靠性提高，并使油道高度降低，从而提 高了变压器的经济指标。为了进一步开发技能变压器，提高市场竞争能力, 1986年后，不少厂家从国外引进先进技术和工艺设备开发全密封变压器、 箔式绕组变压器、树脂绝缘干式变压器、非晶合金卷铁芯变压器等、上述 各型变压器损耗低，便于机械化生产，可大幅度节约原料和

19、制作工时，体 积小，重量轻，质量稳定可靠，因而深受国内用户欢迎，在市场上具有较 强的竞争能力。目前，我国生产的箔式绕组电力变压器经国家科委鉴定已达到90年代 世界先进水平，它的绕组是采用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕组的， 匝间距离小，层间分布电容增大，从而提高了变压器自身的功率因数，降 低了自身的电能损耗，还具有较强的过载能力、较好的耐温性和可靠性， 与同容量S9铜线变压器相比，其价格低5-10%。为适应电力工业和城市现代化建设发展的需要，我国有填料环氧树脂 绝缘干式变压器（SCB-500/10型与SCB-1000/10型）已通过部级鉴定，其 主要经济技术指标达到当代世界同类产品的水平。它的

20、特点是：800kVA以 上产品的高低压绕组分别为分段箔式和整体箔式，增加了抗短路冲击的能 力，提高了产品的机械强度及外观质量；气道为蜂窝式结构，散热效果好; 高、低绕组按容量不同分别采用圆铜线、扁铜线或铜箔绕制，玻璃纤维增 强，有填料环氧树脂浇注绝缘结构。其空载损耗比国际标准低10%，噪声 降低10-15dB，与国内油浸式电力变压相比，还具有服役期内不用维护， 不用定期换油，不发生火灾等优越性。非晶合金端丽变压器（SCB-500/10型）已在上海变压器厂生产成功， 是目前亚洲最大容量的非晶合金变压器，其空载损耗较SJ型低75%，性能 达到当代国外同类型产品水平。近年来，国内电力变压器广泛用ys

21、f4型压力释放阀取代变压器防爆管, 其优点是：动作精度高（达到美国凯利特劳尔公司产品标准）；延时时间短; 自动开启，自动关闭，克服了防爆动作后必须停电更换零部件的缺点，因 而维护、检修大大简化。三、变压器的发展动向随着电力系统向高电压、大容量方向发展及社会环境、经济环境不断 变化，世界各国围绕以下几方面竞相开展动作。提高电压等级为了解决远距离输电，美国第一条765kV输电线路已于1963年投入运 行，2005年将采用1500kV等级的网络。我国现以采用500kV输电线路。 为此，必须制造与之相适应的高压变压器。提高单台式变压器的输出容量开发抑制故障电流的高阻抗变压器进一步降低单台变压器的运输重

22、量进一步降低变压器自身损耗（再降低20-30%）降低噪音水平（达到10dB以下）进一步开发防火、防爆干式变压器开发不燃变压器不燃变压器室采用不燃性冷却介质一一以全氟化碳（CFO）为主要 成分的氟化惰性液体。此介质除不然外，其物理性能、电气特性都很好， 特别是粘度很低。变压器绕组和铁心浸在全氟化碳液体中，同时用六氟化 硫气体对油箱进行接地复合绝缘。这种变压器具有冷却效果均匀、可靠性 高、体积小、重量轻、绝缘性好、噪声小（SF6气体隔音效果好）等特点， 现正由日本日立制作所与日本中部电力柱式会共同开发。四、我国电力变压器发展方向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

23、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 载跳崖，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、750妁）、特高压（1000kV等级）、大 容量、轻结构、不吊芯方向发展。为决绝运输困难，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、材料更为可靠地干 式变压器、六氟化硫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

24、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 卷铁芯单相及三相变压器，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形式下，世界电力 工业的科技进步与创业也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进步 与创新十分重要和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。高温超导

25、变压器采取的是用超导线圈取代铜线圈并用小型制冷系统取 代常规的油浸热交换系统的技术，该技术是使变压器发生变革的重大关键。随着国际国内高温超导材料的研制成功，使得超导限流器成为最具优 势的一种限流器。超导限流器技术是目前国际前沿技术，超导限流器在国 内的研制成功，将使新一代变压器产生品性能和设计原则发生变化，变压 器的短路阻抗将会变小，损耗和重量可进一步降低，短路电流产生产生的 机械力将大幅度降低，变压器可靠性更高。这项前沿技术对高压、超高压 直至特高压电力变压器制造也具有实际意义。1.4电力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

26、，结构则由下面几部分组成。铁心：电力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。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。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,他们支 持着器身和所有的附件。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澈热器和冷却器：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

27、风冷，也采 用油浸水冷或油浸强迫水冷方式。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。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。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。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

28、励磁分接开关和有载分接开关。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。1.5电力变压器性能参数变压器额定容量（kVA ）;相数；频率（叩；变压器一、二次侧的额定电压（kV ）；绕组接线方式和联结组；变压器冷却方式；负载特点：连续负载或短时间断负载；安装特点：户内或户外特点；短路阻抗；负载损耗(kW )；QD空载损耗(kW )；空载电流。上述的至项技术参数由电力系统的技术条件和环境使用条件所决 定；至项性能数据由国家标准三相油浸电力变压器基本参数和技术 要求(GB/T 6451

29、-1999)和有关技术条件所规定。1.6变压器的设计原则变压器作为产品，有商品的属性特点。变压器的设计原则与其他商品 属性基本一致。在完成功能中追求价格优势是最佳的。不过在当今强调降 低成本的同时，设计成为了一大难题。“节能不节钱”引发的思考，值得大 家来深思。所以企业单位团体应该设计出更加完美的变压器。轻便、小巧、， 最重要的是性能俱佳、成本不高、如此的变压器设计得到越来越多的广大 市场的青睐和追求。公司在确定出产品中有的非常详尽。例如列出了变压器的工作频率、 传输功率。这种双赢的行为值得其他企业和单位的学习和效仿，不过在推 出产品的同时也要考虑到其他产品的实践，能否经得起市场的考验，才能

30、在茫茫市场群体中站住脚。1.7变压器计算的一般程序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。根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格及 其相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路阻抗，负载 损耗、空载损耗及空载电流等。确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁 轭截面。根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。初算低压绕组匝数，凑成整数匝，根据此匝数再重新计算铁芯柱中 的磁通密度及每匝电势，再算出高压绕组额定分接及其他各分接的匝数。记录原始数据：产品主要技术参数根据变压器额定容

31、量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器 的主、纵绝缘结构。根据绕组结构型式，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。计算电抗高度（指变压器短路阻抗 计算时的绕组净高度）及窗高。计算绝缘半径，确定变压器中心距Mo，初算短路阻抗无功分量， 大型变压器无功分量值应与短路阻抗标准值相接近。小型变压器的值应小 于标准值。计算绕组负载损耗，算出短路阻抗电压的有功分量（主要指中小型 变压器），检查短路阻抗是否符合标准规定值。计算绕组对油的温升，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，则需要调整变更铁心柱直径。计算短路机械力及导线

32、应力，当超过规定值时，应调整安匝分布或 加大导线截面积。QD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，应调整冷却器数目。计算变压器重量。4设计变压器时，在遵循基本物理概念的基础上，还必须考虑材料、结构、 工艺等具体因素，各计算公式也必须尽量精确些，方可减小误差。需要指出的是，变压器的性能指标和温 升与变压器铁心、绕组、绝缘结构等的设计 参数之间存在着非常复杂的关系，往往会牵 一发而动全身。尽管如因此，目前在变压器 设计方面，已有比较成熟的方法。第2章变压器电磁计算2.1本设计的技术条件本设计的基本技术条件如下，其他的技术性能指标均应满足国家和行业相关标准的要求。额定容量：

33、P = 100kVAr电压组合：高压U、= 35kV低压U 2 = 0.4kV分接系数：5%联接组标号：Yyn0空载损耗：P= 0.29kW空载电流：Io = 1.80%负载损耗：P = 2.02kW k短路阻抗：Z广6.5%2.2变压器设计2.2.1变压器主要结构的确定铁心结构:采用三相三柱式铁心，铁心的迭积采用斜接缝叠积法以适 应冷轧硅钢片的方向性。铁轭结构: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。2.2.2硅钢片的选用铁心采用30QG130冷轧硅钢片。2.2.3铁心直径的确定为了提高磁路的导磁系数和降低铁心的涡流损耗，铁心用彼此绝缘的

34、为厚度为0.27-0.35毫米的电工硅钢片叠制而成。铁心分为心柱和铁轭两个部分。铁心柱上套装线圈，铁轭将铁心柱连接起来，使之形成闭合磁路。根据结构型式和工艺特点，变压器的铁心可分为叠片式和渐开线式两 种。6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。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

35、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D。对于高、低各绕组容量均为100%的三绕组变压器，每柱容量为：P =项=100 = 33.3kVA（2-1）a 33铁心直径估计D = K X 4.匠=（5155） X 333 = 122132mm由于设计 需要查表取105mm式中：Kd-铁心直径经验系数，对冷轧硅钢片的铁心及铜绕组的变压器，一般取KD = 5255。2.2.4铁心截面积确定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

36、形。本设计 采用心式变压器，故铁心柱制成阶梯圆柱形。查表D =105 mm， 碟片系数取0.96时，有效截面积S =76.99 cm 2zh2.2.5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。查表本设计中铁心的级数选为7级，撑条数为8。2.3电磁计算2.3.1额定电压和额定电流的计算高压绕组相电压：高压绕组为丫联接，其线电压等于3倍的相电压U-5%UiU-5%Ui- 5%Ui =性=19197.46V v3(2-2

37、)=七=竺史=20207.85V33(2-3)U= U1+ 5%U1 = U= U1+ 5%U1 = 36750 = 21218.24V+5%；3(2-4)低压绕组相电压：低压绕组为尸联接,U = U = 400 = 230.95V皿 33(2-5) 高压绕组额定电流：高压绕组线电流,S X103100 X103 “ 4I =1.65 A13U3 x 350001（2-6）低压绕组线电流:S X10S X1033U 2100 X103V 3 X 400=144.342A（2-7）2.3.2绕组匝数计算每匝电势76.99 x1.776.99 x1.745=2.91V / 匝(2-8)f 一一.B

38、 -铁心柱内磁通密度初选值（T）,对于冷轧硅钢片 B = 1.7T1.75T （小容量取小值），此处取1.7T低压绕组匝数计算：取80匝故U 230.95（2-9）N =专=79.412 e2.91zeU 230.95= r = 2.89V / 匝zN802（2-10）磁通密度e x 452.89 x 45 B = =1.69Tzc S76.99zh(2-11)高压绕组匝数计算：高压绕组在额定分接时的匝数，即基本绕组匝数:N = % = 20207.85 = 6999.60 = 7000匝(2-12)1 e 2.91z调压绕组匝数AN = 7000 x 5% = 350匝1分接位置时，Nt1

39、= 7350匝（+5%）2分接位置时，州成广7000匝（额定分接时）3分接位置时，N1t5 = 6650匝（-5%）电压比偏差3%）计算V% = e W _ U X100%U(2-13)一般 0.25%式中：、-每匝电势(V)；W -高压线圈各分接位置的每相匝数;U -高压各分接位置的相电压（V）V5% =2.89 x 7350 - V5% =2.89 x 7350 - 21218.24 “冷 X100% =21218.240.11%2.89 x 7000 - 20207.8520207.85X100% = 0.11%V % =-5%2.89 x 6650 -19197.46 X100% =1

40、9197.460.11%合格合格合格2.3.3绕组计算2.3.3.1高压绕组：高压基本线圈的匝数为7350匝，采用层式，端部出线，8根撑条每层匝数460匝，不满层匝数450匝，共分16层导线规格：选用高强度缩醛漆包圆铜线（QQ-2），导线漆包线最大外 径1.044 mm绝缘厚度为0.047 mm线圈导线面积：0.7088 mm 2电流密度： 2.50 A / mm 2高压绕组尺寸计算高压线圈轴向高度：H = b -七 W+1）+ B.】K 九（2-14）式中：色-包绝缘后的绝缘导线宽度（mm），如采用圆导线，则 为绝缘导线直径（D ）;t气-当导线沿幅向2根并联虬=2）时，需在每层的12 处进

41、行一次换位，而使线圈轴向增加一根绝缘导线 宽度B = B ；如m = 1 （无换位）时，则B = 0 ；nb -沿线圈轴向导线的并联根数W每层匝数；七圆筒式线圈轴向裕度系数。H =1.044x1x（460 +1）+ 0卜 1.12 = 539.038mm 取539mm 高压线圈电抗高度：H = H - B .七（2-15）式中：H -圆筒式线圈轴向高度（mm）B两端出头的绝缘导线宽度或绝缘导线直径（D ）n -导线沿线圈轴向的并联根数bHk = 539 -1.044 x 1 = 537.956mm高压线圈幅向厚度B广 +Z 气（2-16）式中：E气-油道两侧的所有线圈幅向厚度之和ZA -线圈层

42、间所有轴向油道厚度之和 cy油道每侧的幅向厚度B - A - m m +8 C +& C )1(2-17)qy t b cy c z z d d f式中：A包绝缘后的绝缘导线厚度(mm )，如采用圆导线，则为绝缘导线直径(D )；tm -沿导线径向的导线并联根数； bm -油道一侧的层数；-层绝缘每张厚度(mm)；cz -两层间长绝缘的张数；& -两层间短绝缘的张数； dC -长绝缘的层间数；Cd-短绝缘的层间数；七-圆筒式线圈幅向裕度系数；不设油道，则B =1.044x16 + 0.08x(5x15 + 4x 15)x1.12 = 30.80mm 总 30mm2.3.3.低压绕组低压线圈匝数

43、为80匝，采用层式，端部出线，8根撑条每层匝数40匝，共2层导线规格：选用ZB-0.45，导线绝缘厚度为045厚的纸包铜扁线， 导线尺寸为5.00 x 11.80线圈导线面积：58.14 mm 2电流密度： 2.5 A / mm 2低压绕组尺寸计算低压线圈轴向高度：H =12.25 x1x(40 +1)+ 0 x1.03 = 517.317mm 取 517mmHk = 517 -12.25 x 1 = 504.75 mm高压线圈幅向厚度B = B =(5.45x2 + 0.008x3)x1.03 = 11.47mm 取 11.5mm2.3.4绝缘半径及导线长度计算2.3.4 .线圈绝缘半径计算

44、105铁心直径(mm):2铁心半径+3铁心至纸筒间隙内线圈纸筒内半径+1内线圈纸筒内半径内线圈纸筒外半径+1纸筒至内线圈的油道厚度内线圈内半径+ 11.5内线圈幅向厚度69内线圈外半径+8内线圈至外线圈纸筒的油道厚度77外线圈纸筒内半径+4外线圈纸筒厚度81外线圈纸筒外半径+15纸筒至外线圈的油道厚度96外线圈内半径+30外线圈幅向厚度126X 2外线圈外半径252外线圈直径+15相间距离267铁心柱中心距离2.3.4.2绕组平均半径低压绕组平均半径R = R + Bq2 = 57.5 +115 = 63.25mm(2-18)22高压绕组平均半径R = R +01 = 96 + 叫=111mm

45、(2-19)pi3222.3.4.3绕组平均匝长计算L = 2兀 R x 10-3(2-20)式中：Rp-各线圈平均半径 低压绕组L = 2x兀 x63.25 = 397.21mm = 0.397m高压绕组L = 2x兀 x 111 = 697.08mm = 0.697m2.3.4.4绕组导线总长计算L = W L + L(2-21)式中：wq -线圈的每相匝数；L -线圈每相出头长，对圆筒式线圈一般取L = 1.0m左右，此处取 1.0m低压绕组L = 80 x 0.397 +1 = 32.76m高压绕组L = 7350 x 0.697 +1 = 5123.95m2.3.5 75C时绕组直流

46、电阻计算R = p L / S(2-22)式中：p人-导线电阻系数，铜导线G50C）： p = 0.02135Q - mm 2 / mS线圈导线总截面积低压绕组R = 0.02135 x 32.76/58.14 = 0.01203Q高压绕组R = 0.02135 x 5123.95/0.7088 = 154.3402Q2.3.6绕组导线质量计算2.3.6.1裸导线质量计算(2-23)G = m -L -S p x 10-3(2-23)q x q q q式中：m -相数-线圈导线的密度，铜导线：p = 8.9g /cm3低压绕组G = 3 x 32.76 x 58.14 x 8.9x10-3 =

47、 50.854kg q高压绕组G = 3 x 5123.95 x 0.7088 x 8.9 x10-3 = 96.970kg2.3.6.2带绝缘导线质量计算G = GG = G 1 +qj qv 100%)(2-24)式中：C%-线圈导线绝缘占裸导线重量的百分数，扁导线:C % = K* % J + b 0.86尸 + 0.7858: B: ta、b-单根裸扁导线的厚度、宽度，-单根裸扁导线的圆角，此处r = 1.05导线绝缘厚度* % -导线绝缘与导线的密度比，电缆纸或高压电缆纸包铜扁线:K d % = 9.55%低压绕组C %_ 9.55% x(5 +11.8 - 0.86 x 1 + 0

48、.785 x 0.45)x 0.45 _ 2 68%t -58.14-.。G = 50.854 xf1 + 368% ) = 52.725kg qI 100%)高压绕组=96.97 x1 + 60%) = 98.522kgI 100%)2.3.7短路阻抗计算短路阻抗今%由电阻分量R %和电抗分量X* %两部分组成(2-26)% * +R % *(2-26)电抗分量49.6JJW49.6JJW D pK ke H1 06(2-27)电抗高度H = Hk 2 + Hk1 = 537.956 + 504.75 = 521.353mm = 52.14cm(2-28)k 22漏磁宽度(2-29)X =

49、B 1 + A12 + B 2(2-29)=30 + 27 +11.5 =68.5 mm=6.85cm咋 0 =切=7.61人 68.5(2-30)洛氏系数查表取p = 0.958漏磁等值总面积Z D =1B R + 咋 0 =切=7.61人 68.5(2-30)洛氏系数查表取p = 0.958漏磁等值总面积Z D =1B R + B R)+ A R3q1 p1q 2 p 212 12(2-31)=242.458 + 2227.5 +1110=35.80cm 2电抗分量X % = 49.6 x 50 x 1.65 x 7350 x 35.80 x 0.958 x 0.93 = 6 37% k2

50、.89 x 52.14 x 106(2-32)电阻分量R % = - = 202 = 2.02% k 10 P 10 x 100-k=(2-33)短路阻抗Z % = v6.37%2 + 2.02%2 = 6.68%（2-34）电抗分量调整：短路阻抗的允许误差值，按标准规定为10%，但由于制 造时影响阻抗因素很多，故一般计算时误差控制在34%以下，从上可知符 合标准。电抗计算，往往不能一次计算就能符合要求，需作适当调整，频 率和电流是不可能调变的，电抗分量的调整有三种方法：1.调整匝数N及每匝电势乌。当电抗值偏大时，可增加每匝电势增大，匝数N必然会减少，从而达到降低电抗的目的。若使七改变需调整磁

51、密 和铁心直径，这种方法因变动较大，一般都不用。调整ZD及高低压线圈平均有效电抗高度H。当电抗值偏大时。可k增加高低压线圈平均高度Hk, Hk增大，Z D必然随之缩小。调整导线a x b尺寸及调整段数均可达到调整H及ZD的目的。k调整高低压线圈间距离，在满足绝缘最小距离情况下，增减高低压 线圈间的距离，可使电抗值增大或减小。这种方法浪费材料，最好不用2.3.8负载损耗的计算一对绕组运行时的负载损耗P广Z 疽 Pf +Z P（2-35）式中：ZPR -被计算的一对绕组的导线电阻损耗之和ZP-被计算的一对绕组的导线附加损耗之和Z被计算的一对绕组的引线损耗之和（本设计引线损耗不计）Ps -被计算的一

52、对绕组的杂散损耗2.3.8.1绕组导线电阻损耗计算Pr= m 12R（2-36）式中：m -相数；I -分接的相电流；Rq -分接的想电阻。高压绕组Rr = 3 X 1.65 2 X154 .3402 = 1260 .57 W低压绕组Rr = 3 x 144.3422 x 0.01203 = 751.92W(2-37)2.3.8.2附加损耗计算(2-37)10 0 PR式中：pr-绕组导线的电阻损耗；Kf % -绕组导线的附加损耗系数，一般用占导线电阻损耗的百分数 表示，此处K % = 3%。高压绕组P =竺 x 1260.57 = 0.39Wf 100低压绕组3%P =x 751.92 =

53、0.23Wf 1002.3.8.3杂散损耗计算对于630kVA及以下的小型变压器，一般采用层式线圈结构，由于它的 漏磁不大，故将杂散损耗一并在附加损耗中予以考虑，不在单独计算。2.3.8.4负载损耗小计P = 1260.57 + 751.92 + 0.39 + 0.23 = 2.02kW2.3.9空载损耗及空载电流计算2.3.9.1空载损耗计算式中：K -空载损耗工艺附加系数，铁心为全接缝时，查表取1.3 ； pop铁心硅钢片单位损耗，根据铁心柱磁通密度(Bm )。查表取1.14W / kg ；气-铁心硅钢片总重量G尸Gf 1 +气疽气=削H S x 10-4 + 4yM0 A x 10一4

54、+ G0(2-31)式中：Gf铁心柱重(kg)；G -铁轭重(kg)；F 2H -窗高(mm)；M -两铁心柱中心距(mm)；S疽铁心柱截面积(cm2)；A 铁轭截面积(cm2)， A = S ；G -角重(kg)； 0y -硅钢片比重，冷轧硅钢片为7.65g / cm3G = 3 x 7.65 x 76.99 x 686.038 x 10-4+ 4 x 7.65 x 76.99 x 267 x 10-4 +12.6 = 196.7198kgp = 1.25 x 1.14 x 196.7198 = 280.326W = 0.28kW2.3.9.2空载电流计算(一般忽略由空载损耗产生的空载电流的

55、有功部分)中小型变压器( 6300kVA)的空载电流：(G + G + G x K )q +巨-S - n - q ,、I % = F匹0、txzhjj(2-32)r式中：K-铁心转角部分励磁电流增加系数，对全接缝，一般取Ka= 4 ；S .广铁心柱净截面积(cm2)nj 铁心接缝总数，三相三柱式一般取8q -铁心单位磁化容量(VA / kg)，根据铁心柱磁密(B )，查表取3.740VA / kgq. 接缝磁化容量VA / cm 2 )，根据斜接缝处磁密典=B.q )，查表取 0.496VA / cm 2,e(121.2174 + 62.9024 +12.6 x 4)x 3.74 +42 -

56、 76.99 - 8 - 0.10910% 10_100= 0.536% 2.3.10绕组的温升计算绕组散热面计算电力变压器在运行过程中因各线圈电流的流动和电磁场的存在而产生 电能损耗，并转换成热能向外扩散，使变压器各部位的温度不同程度地升 高。温升的高低与变压器的结构特点、性能参数、运行电压、承担负载、 环境温度、冷却散热方式等密切相关。变压器运行温升必须控制在一定一 定范围内，以减少温度异常对变压器绝缘材料的影响，实现变压器的预期 设计寿命，保证安全运行10由于环型铁心被线圈所包围，因此环型变压器的散热面积就是线圈的散热面积。环型变压器的内孔基本上是不参与散热的，我们可以把环型变 压器视为

57、一个圆柱体。用等效圆柱体的表面积作为变压器的散热面积，由 此产生的误差通过散热系数来修正。7(2-33)S =m Y 2nK R H xlO-6(2-33)qc z.hsj sj kjj=l式中：m 铁心柱数，三相三柱式m =3zh.znK 被计算散热面折算系数，它与线圈表面接触的物体有关，瓦楞Sj板取 K =0.85；SjR 被计算散热面处的线圈半径(mm);SjH 电抗高度(mm)。kj高压绕组s =3x(2xti x0.85x96x537.956x10-6 +2xk x0.85qcxl26x 537.956 x 10-6) = 1.91心低压绕组S =3x(2xti x0.85x57.5

58、x504.75x 10-6 +2xti x0.85qcx 69 x 504.75 x 10-6 ) = 1,02m2绕组的热负载计算qqcp 1+RK %)qqcp 1+RK %)100 )(2-34)qc式中：PR被计算绕组的电阻损耗W）,当分接范围在土5%以内，且变压器 额定容量不超过2500kVA，选取主分接时的电阻损耗W）K % 被计算绕组的附加损耗系数;七.被计算绕组的散热面m 2）。高压绕组1260.57xf1 1260.57xf1 + 2%1.91一贝史=659.99W / m 2低压绕组1 = 737.18W / m 21.02线圈对油温升变压器只有在特殊恒温条件时，即环境温度

59、是恒定，变压器工作温度 或者温升才只有固定一个值。但绝大多数情况下不是恒温的，环境温度随 季节而有一个变化范围，于是变压器的工作温度也有一个范围。由于环境 温度是年平均值，所有有关变压器的温度均是指年平均值。7t = t = 0.065猝8 + At + At 25K（2-35）式中：qqc高压或低压绕组的热负载W / m2）当5 0.64mm不予校cmAt -被计算线圈的层间绝缘校正温差当5 0.64mm ,按 0.64mmcmcm计算；A5 = 0.0025 (m - 2m )q其中：5cm被计算线圈的相邻的两层间绝缘总厚度，即绝缘加导线绝(mm),此设计中高压绕组5= 0.471mm，低

60、压绕cm5 = 0.69mm ； cmmc 被计算线圈的总层数；m -被计算的线圈与油接触的散热面数 s高压绕组：T = 0.065 X 659.990.8 + 0 + 0.002 x 0.471x(16 - 2 x 2)x659.99 = 19.17K 25K低压绕组：t = 0.065 x 737.180.8 + 0.002 xG.69 - 0.64)x (2 - 2)x 737.18 + qc0.002 x 0.64 x(2 - 2 x 2)x 737.18 = 10.91K 25K2.4油箱尺寸计算2.4.1油箱尺寸估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