毕业论文-1600KVA-110.4KV电力变压器设计

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文- PAGE II - PAGE II -1600KVA-11/0.4KV电力变压器设计摘 要电力变压器是电力系统中主要和关键设备之一。随着电力工业的迅速发展，其容量、电压等级、结构尺寸越来越多样化，对短距离电力传输，中型变压器起着至关重要的作用，而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。若能在设计和制造上提出更加合理和可行的方案，解决以往经验方法解决不了的问题，对变压器的结构进行优化，则将会具有重要的技术和经济意义。本文对11kV电力变压器电磁计算相关的基础知识进行了介绍，并对

2、国内外电力变压器的发展趋势进行了分析，并介绍了电力变压器电磁计算的一般问题，并以11kV电力变压器为例详尽地介绍了变压器各参数计算的过程，如铁芯及空载参数计算，绕组及负载损耗计算，短路阻抗计算，温升计算等。关键词电力变压器；电磁计算；短路阻抗The design of 1600KVA-11/0.4 transformerAbstractElectric power transformers are important part of the power system. With the development of power system, the capacity and voltage

3、grade of transformer becomes diverse and the middle size power transformers have huge impact on short delivery.Then the quality of its design and manufacturing become the concern of design of transformers. So the electromagnetic calculation of power transformer is especially important. If it can pro

4、vide more reasonable and viable project in design, it resolves the former experience method which cant resolve of problem, and strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance.This paper introduces the electromagnetic calculation of 11kV power transformer, and makes analy

5、sis and forecast on the developing trends of large power transformers at home and abroad, and introduces the calculation principle and structure of power transformer. The main content includes the problem of electromagnetic calculation. And take 11kV power transformer as an example, calculates the p

6、rocess of electromagnetic parameter. Calculation of core and empty parameter, calculation of winding and load loss, calculation of short-circuit impedance, temperature calculation and so on. Keywordspower transformer；electromagnetic calculation；calculation of short-circuit impedance PAGE II- - PAGE

7、IV -目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328547166 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328547166 h 1 HYPERLINK l _Toc328547167 1.1 课题研究的目的和意义 PAGEREF _Toc328547167 h 1 HYPERLINK l _Toc328547168 1.2 国内外电力变压器的发展 PAGEREF _Toc328547168 h 1 HYPERLINK l _Toc328547169 1.3 变压器的作用 PAGEREF

8、 _Toc328547169 h 2 HYPERLINK l _Toc328547170 1.4 变压器的分类 PAGEREF _Toc328547170 h 2 HYPERLINK l _Toc328547171 1.5 本论文的主要内容 PAGEREF _Toc328547171 h 3 HYPERLINK l _Toc328547172 第2章 油浸式电力变压器电磁计算 PAGEREF _Toc328547172 h 4 HYPERLINK l _Toc328547173 2.1 变压器电磁技术的一般程序 PAGEREF _Toc328547173 h 4 HYPERLINK l _To

9、c328547174 2.2 变压器技术参数的确定 PAGEREF _Toc328547174 h 4 HYPERLINK l _Toc328547175 2.3 电压、电流的计算 PAGEREF _Toc328547175 h 5 HYPERLINK l _Toc328547176 2.4 铁心直径的选择 PAGEREF _Toc328547176 h 6 HYPERLINK l _Toc328547177 2.5 线圈匝数计算 PAGEREF _Toc328547177 h 7 HYPERLINK l _Toc328547178 2.6 变压器的绕组选择以及线圈的排列方式 PAGEREF

10、_Toc328547178 h 9 HYPERLINK l _Toc328547179 2.7 绕组轴向尺寸、辐向尺寸及绝缘半径的计算 PAGEREF _Toc328547179 h 11 HYPERLINK l _Toc328547180 2.8 短路损耗和阻抗电压计算 PAGEREF _Toc328547180 h 13 HYPERLINK l _Toc328547181 2.9 变压器空载损耗和空载电流计算 PAGEREF _Toc328547181 h 16 HYPERLINK l _Toc328547182 2.10 温升计算 PAGEREF _Toc328547182 h 18 H

11、YPERLINK l _Toc328547183 2.11 变压器重量计算 PAGEREF _Toc328547183 h 20 HYPERLINK l _Toc328547184 第3章 1600KV-11/0.4型油浸电力变压器电磁计算 PAGEREF _Toc328547184 h 23 HYPERLINK l _Toc328547185 3.1 变压器设计基本参数 PAGEREF _Toc328547185 h 23 HYPERLINK l _Toc328547186 3.2 电压和电流计算 PAGEREF _Toc328547186 h 23 HYPERLINK l _Toc3285

12、47187 3.3 铁心计算 PAGEREF _Toc328547187 h 24 HYPERLINK l _Toc328547188 3.4 绕组计算 PAGEREF _Toc328547188 h 24 HYPERLINK l _Toc328547189 3.5 电磁线选择及绕组轴向、辐向尺寸计算 PAGEREF _Toc328547189 h 25 HYPERLINK l _Toc328547190 3.6 绕组绝缘半径及导线长度计算 PAGEREF _Toc328547190 h 26 HYPERLINK l _Toc328547191 3.7 绕组导线电阻计算，负载损耗计算 PAGE

13、REF _Toc328547191 h 27 HYPERLINK l _Toc328547192 3.7 阻抗电压计算 PAGEREF _Toc328547192 h 27 HYPERLINK l _Toc328547193 3.7 空载损耗计算 PAGEREF _Toc328547193 h 28 HYPERLINK l _Toc328547194 3.8 空载电流计算 PAGEREF _Toc328547194 h 29 HYPERLINK l _Toc328547195 3.9 温升计算 PAGEREF _Toc328547195 h 29 HYPERLINK l _Toc3285471

14、96 3.10 短路电动力计算 PAGEREF _Toc328547196 h 30 HYPERLINK l _Toc328547197 3.11 变压器质量计算 PAGEREF _Toc328547197 h 32 HYPERLINK l _Toc328547198 结论 PAGEREF _Toc328547198 h 35 HYPERLINK l _Toc328547199 致谢 PAGEREF _Toc328547199 h 36 HYPERLINK l _Toc328547200 参考文献 PAGEREF _Toc328547200 h 37 HYPERLINK l _Toc32854

15、7201 附录 PAGEREF _Toc328547201 h 39- PAGE 10 - PAGE 46 -绪论课题研究的目的和意义电力变压器作为电力系统中的一种重要设备，对电能的经济传输、灵活分配、安全使用等具有重要意义。随着信息化社会的到来，社会生活对电气的依赖程度大大提高，对供电设备的质量要求也比过去严格。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，电压等级向超高压方向发展。在超大容量变压器不断涌现的同时，对变压器的电磁设计的要求也就更加严格。变压器设计是整个变压器制造的第一步，设计质量的高低，直接影响到产品的技术水平、质量与制造成本。电磁设计是整个产品设计的基础。

16、变压器电磁计算的任务是确定变压器的电磁负载和主要几何尺寸，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，同时还应当具有较好的技术经济指标。电磁设计就是在已知变压器设计的理论基础和结构的前提下，进行产品的性能参数的分析计算。性能参数计算的理论依据是电机学的基本电磁理论和变压器的设计理论，提高产品的设计水平和设计质量，使变压器的总效率提高，不论从节能降耗，还是延长变压器的使用寿命、减少热事等方面，都将带来巨大的社会经济效益。国内外电力变压器的发展 国外电力变压器单台最大容量据报道已经达到1300MVA以上，最高电压等级上升到1150kV以上。变压器的制造在世界范围内形成了几大集团：乌克兰扎

17、布洛斯变压器厂，年生产能力100GVA；俄罗斯陶里亚第变压器厂，年生产能力40GVA；ABB公司29个电力变压器厂年生产能力80-l00GVA；英法GECAlsthom年生产能力40GVA；日木各厂总和(三菱、东芝、日立、富士)年生产能力65GVA；德国TU集团年生产能力40GVA1。随着电力工业的发展，国内电力变压器厂家按计划需求进行了建设和改造。据不完全统计，全国电力变压器生产厂家约有2000个，据“八五”末期对900个有规模的生产厂家统计，每年生产变压器的容量约1.5亿kVA；2000年共生产各种变压器30多万台，容量约1.8亿kVA(其中l0kV、35kV电压等级占总台数的90%以上)

18、，相当于世界总产量的1/5以上。可以说，中国是世界上电力变压器的生产大国，也是使用电力变压器的大国。据国家统计局最新统计，2004年全国变压器产量为48970万kVA，已逼近5亿kVA，比2003年增长30.1%，再创历史新高。总体上，我国电力变压器制造技术处于国际20世纪90年代初的水平，少量的处于世界20世纪90年代末的水平，与国外先进国家相比，还存在一定的差距。我国将来变压器发展方向仍是节能型，低噪声及防火防爆型，高可靠性方向发展。变压器的作用变压器是借助电磁感应，从一个电路向另一个电路变换电压或电流的一种静止电器设备。这种变换的电压或电流可以是能量也可以是信号。人类自从发现和利用电以来

19、，电能的传输是一个重要的环节，交流电取代直流电的重要原因在于交流电便于传输，在交流电的传输中，变压器起着决定作用。从电场发出的电能，要经过很长的的输电线路输送给远方的用户(如工厂、矿山、医院、学佼、农林牧业场所等)，为了减少输电线路上的损耗，必须采用高压或超高压输送，而目前一般发电厂发出的电压，由于受绝缘水平的限制，电压不能太高，这就要经过变压器将电厂发出的电能电压进行升高送到电力网2。对用户来说，各种用电设备一般为低压设备，这需要变压器将电力网中的高电压变成符合各种用户电器设备要求的额定电压。在一个电网中，许多发电厂和众多的用户联在一起。分成主系统和若干分系统，各个分系统的电压并不一定相同，

20、而主系统必须是统一的一种电压等级，这也需要各种规格和容量的变压器来连接各个系统。在无线电通信和自动控制领域中，变压器用作信号采集、检测；变换信号电压、电流、频率、相数；改变信号极性，变换信号波形，实现信号隔离，用作电路阻抗匹配、功率传输等。变压器的分类变压器是一种静止的电磁设备，在其匝链于一个铁芯上的两个或几个绕组回路之间可以进行电磁能量的交换与传递。根据不同用途，变压器可以分为：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等。电力变压器有以下几种分类方法：（1） 按变压器的容量：通常容量为500千伏安及以下的变压器称为小型变压器；630630

21、0千伏安的变压器称为中型变压器；800063000千伏安的变压器称为大型变压器；90000千伏安及以上的称为特大型变压器。（2） 按线圈数：可分为双线圈与三线圈变压器，而三线圈又分为升压结构与降压结构两种，升压结构的低压线圈在中间，降压结构的中压线圈在中间。（3） 按高低压线圈有无电的联系：可分为普通电力变压器与自耦变压器。（4） 按变压器的调压方式：可以分为无载调压和有载调压变压器。（5） 按相数：可分为单相和三相变压器。（6） 按冷却方式：可分为油浸自冷、油浸风冷、强油风冷与强油水冷变压器。（7） 按所联结发电机的台数：可分为双分裂与多分裂变压器。双分裂又可分为轴向分裂与辐向分裂变压器，前

22、者是两个低压线圈在轴向上下排列；后者是两个低压线圈分别位于高压线圈的两侧。本论文的主要内容本文以11kV电力变压器电磁计算为主要研究内容，利用变压器基本原理，把电磁计算过程一步步展开，合理地制定了性能参数和相应的主要几何尺寸。从而达到降低变压器损耗,提高制造成本。本论文共分为五章，第一章为绪论，介绍本课题的目的和意义、国内外电力变压器的发展以及变压器的分类。综述了本论文所作的主要上作以及论文章节的安排。第二章从整体结构出发，阐述分析了电力变压器电磁计算的基本过程。第三章对变压器的性能参数进行了计算，如短路阻抗、负载损耗、空载损耗、空载电流、温升等的计算，使其最终的计算结果满足国家标准规定和使用

23、部门的要求。最后为结论和致谢及附录。油浸式电力变压器电磁计算2.1 变压器电磁技术的一般程序(1) 根据计划书确 定原始技术数据。(2) 选取合理铁心直径。(3) 初算铁心柱磁通密度，计算每匝电势。(4) 计算高、低压绕组匝数确定铁心柱磁通密度，每匝电压。(5) 绕组及主纵绝缘结构设计。(6) 初步选取高、低压导线。(7) 计算绕组尺寸。(8) 计算阻抗电压；若阻抗电压不符合标准，则应重新选取铁心直径再计算。(9) 计算负载损耗；若不符合标准，则应重新选取导线再计算。(10) 计算空载损耗；若不符合标准，则应重新选取铁心直径再计算。(11) 计算绕组对油的温升；若不符合标准，则应重新选取导线再

24、计算。(12) 变压器重量计算。(13) 绘制变压器外形尺寸图。2.2 变压器技术参数的确定确定技术参数实际上就是确定变压器设计的原始条件。在变压器设计计算之前所需要确定的技术参数主要由国家标准及有关标准以及用户订货时所提出的要求来决定的。例如，对油浸式电力变压器而言，设计计算中主要涉及的国家标准有电力变压器（即GB/T1094）与三相油浸式电力变压器技术参数和要求（即GB/T6451）等。其主要项目如下：（1） 额定容量：一般应按GB1094中所规定的容量等级，特别注意所推荐优先采用的容量等级。如特殊订货时，则应由制造厂与用户共同协商确定。同时，对三绕组变压器和自耦变压器，还应考虑到中、低压

25、绕组有50%容量的可能，而分别注明每个绕组的容量。（2） 额定电压：应按GB1094及有关国家标准和IEC标准的规定，尤其是出口产品应考虑用户订货的要求。（3）有载调压及无励磁调压得范围和级数：根据上述国标的规定以及用户订货的要求来决定。（4） 额定频率：一般为50HZ,个别出口产品可能为60HZ.（5） 相数：单相或三相（个别特种变压器除外）。（6） 绕组联结组标号：按国家标准的规定和用户订货要求来决定。（7） 额定性能数据（空载损耗、负载损耗、空载电流、短路阻抗等）；其基本要求时应满足变压器的性能参数标准，具体应由厂家根据市场需求并考虑节能环保等要求来决定。个别特殊订货以及某些特种变压器由

26、厂方与用户协商决定。（8） 额定使用条件：对我国应按国家标准的规定如下： = 1 * GB3 环境温度：最高气温 +40最高日平均气温 +30最高年平均气温 +20最低气温 -25（适用于户外式变压器）最低气温 -5（适用于户内式变压器） = 2 * GB3 海拔高度：变压器安装地点的海拔高度不应超过1000m，当超过时应按降低绝缘处理，对温升标准也应另作考虑，具体可见国标中的规定。 = 3 * GB3 冷却水温度：对强油循环水冷式变压器规定冷却器入口处的最高水温为+25。C。（9） 冷却方式：按国家标准的规定。（10） 温升限值：油浸式变压器与干式变压器在额定使用条件下各部分的温升不应超过国

27、家标准中的有关规定。（11） 绝缘水平：各类变压器产品的绝缘水平均应符合GB311高压输变电设备绝缘配合以及GB1094.3及GB6450的规定。（12） 噪声水平：有相应的行业标准所规定.(13) 其它特殊参数：如零序阻抗值、安装尺寸要求、运行环境要求、运输重量限制等，均由用户与制造厂商来决定。2.3 电压、电流的计算在确定了变压器的技术参数后,在正式的电磁计算开始之前,首先进行电压和电流的计算.这项计算同样也是电磁计算的重要原始条件之一。由于变压器种类繁多，本设计先针对三相变压器的电压和电流计算的原则和方法进行介绍。由于三相变压器有Y接法（或YN接法）与D接法两种类型，因此在计算电压、电流

28、时，必须注意线值与相值的关系。Y（YN）接法:这种接法多用于高压绕组，又可分为端部出线和中部出线两种情况。当采用Y接法时，具有下列关系电压： （2-1）电流： （2-2）式中 每相的额定电压、额定电流值当采用中部出线时，每相电流为额定电流的一半。2.4 铁心直径的选择铁心柱直径是变压器的最基本的参数，因为铁心柱的大小一旦确定，也就决定了绕组的内径以及原、副绕组的匝数，从而影响到整个变压器的尺寸和各主要性能参数。它的正确选定还涉及到变压器材料消耗的铜铁比，是影响优化设计的重要因素。所以确定铁心柱直径往往是变压器设计的第一步。铁心直径的选取是一个复杂的技术经济问题。以往选择铁心直径的方法是较多的，

29、如按照容量、短路阻抗、损耗值等，这些在有关书籍中均有介绍，但这些公式使用起来都比较复杂。我国目前在设计时，一般综合考虑上述因素之后，采用下列半经验公式来计算铁心直径，即： （2-3）式中 铁心直径经验系数，它的值与铜铁材料消耗比，合理的变压器尺寸以及系列设计等因素有关 变压器的每柱容量，kVA根据我国以往的中小型变压器的统一设计，对双绕组铝线一般取；对双绕组铜线取。在我国其它的大中型变压器设计中，对双绕组铜线变压器取常数，对三绕组及自耦变压器取常数。但是，随着技术的进步，的取值也在不断的变化。所以值也并非一成不变的，在设计时还应根据产品的发展、材料的价格以及各厂的具体条件来选择最优的值。每柱容

30、量的计算:通常是指变压器的计算容量（即额定容量）除以套有绕组的铁心柱数，即： （2-4）对三绕组变压器，应按下式计算 式中 折合成双绕组的三绕组变压器的计算容量，kVA；而 式中 变压器外部、中部、内部绕组的容量，kVA。2.5 线圈匝数计算通常在选好铁心直径（计算值应靠标准铁心直径）后，首先计算没有分接的线圈（如低压线圈）匝数，然后计算高压或中压线圈匝数。（1） 初算每匝电压当时，则有 （2-5）式中 初算的每匝电压，V/匝； 初选的铁心柱的磁密，T；铁心柱的有效截面积，cm2.从上式可以看出，当铁心截面一旦确定后，每匝电势的大小主要决定于所选择的最大磁密值。而在设计时最大磁密值的选择是一项

31、比较复杂的问题，它涉及到铁心材料的特性、材料的用量、运行损耗和发热、电势波形、噪声以及正常的和故障运行方式的要求等多方面的因素。目前设计中的选取范围为1.65-1.75T。对中、小型变压器，一般为1.60-1.70T；对大型变压器，一般为1.7-1.75T。（2） 低压绕组计算由于低压绕组没有分接，一般根据低压侧相电压及初算的每匝电压，可初算出低压绕组匝数，即按上式计算出并取为整数后，即得低压绕组匝数。第二步，由于低压绕组匝数是从凑成的，所以每匝电压有了变化，应再按下式重算一次，才能得到实际的每匝电压，即在重新计算值时，必须计算至小数点后三位有效数字。这主要为了使具有较精确的值，以便下一步计算

32、出高压绕组匝数能符合电压比较核时的要求。（3） 磁通密度和磁通的计算当正式的每匝电压确定后，即可最终确定磁密和磁通。 （2-6）再由 ,Wb,得（4） 高、低压绕组计算高压（或中压）绕组，往往带有（有时也带有）或更多的分接头，所以要对各分接位置的匝数分别进行计算，其步骤一般为：先计算出额定相电压及各分接位置时的相电压；按下式求出高压（或中压）绕组最小分接位置时的匝数，即:式中 高压（或中压）绕组最小分接位置时的相电压，V；重算出的每匝电压。根据计算求得5%（或2.5%）分接间相电压的差值； 按下式计算分接间匝数，即计算高压（或中压）绕组各分接位置时的匝数。从最小分接位置时的匝数起，一级一级地加

33、上分接间匝数后，就可得到高压（或中压）绕组各分接位置时的匝数。对于一般只带分接头的变压器，可直接按下式进 行计算：最小分接位置时匝数 额定分接位置时匝数 最大分接位置时匝数 但是，应当指出，上述高压（或中压）各分接位置时的匝数，需要在电压比较核后才能最后确定。（5） 电压比较核众所周知，根据变压器并联运行的要求，对并联运行的变压器之间的变比偏差要求是极严的。为此，在设计时对计算出的高低压绕组匝数必须进行较严格的电压比较核。国家标准中所规定的变压比的容许偏差如下表2.1所示。但考虑到制造和试验的误差，因此在设计计算时的电压比容许偏差应比规定值小一半，以保留一定的裕度。2.1电压比较核偏差标准电压

34、比的容许偏差适用范围取下列二值中的较小者a.规定电压比的b.实际阻抗百分数的10% 主分接按协议，但不低于上述1）及2）中的较小值其它分接通常，电压比较核可按下列程序进行：额定分接时电压比较核，即式中额定相电压计算的相电压而 式中 额定分接时的匝数最大及最小分接下的电压比较核： = 1 * GB3 最大分接： = 2 * GB3 最小分接： 当分接的数目较多时，每个分接下都需要进行较核。另外，在进行各分接下的电压比较核时，应计算到小数点后的三位数字。2.6 变压器的绕组选择以及线圈的排列方式（1） 变压器绕组的结构方式和特点变压器绕组主要有下列几种类型： = 1 * GB3 双层圆筒式由于单层

35、圆筒式绕组的机械稳定性差，所以很少采用。除有载调压变压器由于匝数少，并联根数多，还采用单层圆筒式，而一般的电力变压器主要采用双层及多层圆筒式。就双层圆筒式而言，它是采用扁导线按螺旋线绕制成双层圆筒式线匝，在双层线匝之间放置冷却油隙或层间绝缘。也可以绕成四层圆筒式线匝。并联导线沿轴向排列时不进行换位，沿幅向排列时，要在轴向高度一半处进行换位。绕制工艺较好，但要保证绕组上，下端部支撑结构稳定可靠。适用范围：容量630kVA及以下，电压1kV及以下的低压绕组。 = 2 * GB3 多层圆筒式采用圆导线或扁导线绕制，可以绕成若干个线层。在线层之间放置分级层间绝缘或冷却油隙。在绕组内侧的第1层对地之间的

36、电容较大，使雷电冲击电压的起始分布不均匀，为此当绕组的工作电压为35kV及以上时，应在第1线层内侧放置电容屏，以改善冲击电压起始分布。适用范围：容量630kVA及以下、电压15kV及以下的高压绕组 = 3 * GB3 分段圆筒式由于若干对线饼构成，每一对线饼为两个多层圆筒式结构。采用圆导线绕制，各线饼之间放置纸圈或垫块，每个线饼中的层数总是奇数，以便于各对线饼之间的出头联结。主要特点是层间电压较低，但结构复杂，绕制工作量大，散热较困难。适用范围：高电压试验变压器或电压互感器及干式变压器的高压绕组以及少数大容量超高压变压器的高压绕组 （2） 线匝的排列 = 1 * GB3 圆导线绕制的多层圆筒式

37、绕组。用圆导线绕制的多层圆筒式绕组适用于高压绕组。无论是中部调压还是中性点调压，调压分接头都可以用原线从绕组的线匝中引出。所以在排线时可以没有分接线匝与基本线匝之分，只要排列好绕组总匝数即可。有时为了散热，在层间设置了油道，油道将绕组分成了若干段；而轴向的线匝因为绝缘的要求也被分成了若干段。 = 2 * GB3 扁导线绕制的单层或多层圆筒式绕组用扁导线绕制的单层或多层圆筒式绕组，多用于低压绕组。对于单层圆筒式来说，总匝数只排列在一层中；对于多层圆筒式来说，总匝数均匀排列在各层中，线匝的排列方法与圆导线绕制的多层圆筒式绕组完全相同。 = 3 * GB3 铜板弯制的单匝和双匝圆筒式绕组特大电流的低

38、压绕组，可以用铜板弯制而成，对于这种圆筒式绕组来说，一层圆筒就是一匝。表2.2列出了绕组选型参考表，以供一般情况下使用表2.2 绕组选型参考表绕组接法电压等级/kV容量/kVA内、外线柱绕组形式Yy00.410-630内线柱双层或四层圆筒式800-1600半螺旋式或螺旋式6、1010-500外线柱多层圆筒式630半连续式800-1600外线柱Yd6、10630外线柱半连续式或连续式3、6内线柱多层圆筒式6、10800-6300外线柱外线柱3、6、10内线柱连续式Yy0及Yd3550-630外线柱多层圆筒式800-6300内线柱半连续式或连续式602000及以下外线柱多层圆筒式2500及以上外线

39、柱纠结连续式1105000及以上外线柱纠结连续式（3）导线规格的选择导线的选择。过去为了节约用铜，变压器容量为63000KVA及以下时，一般采用铝导线，容量更大时，采用铝合金导线或铜导线。现在，低损耗变压器一般采用铜导线。常用的导线有漆包圆线（QQ、QZ型等）和纸包扁线（ZB型）。常用漆包圆线的裸线直径为0.062.44mm,纸包扁线的裸线直径为1.05.2mm;直径在1.02.02 mm范围内时，宜选用漆包圆线。援用扁导线的宽厚比要求：扁导线的宽度16mm，厚度5.6 mm；其宽厚比一般为：圆筒式1.53，螺旋式24，连续式或纠结式2.55电流密度的选择。通常铜导线取j=3.04.5A/mm

40、2。小型变压器电流密度可取较低；容量较大，电流密度可取高些；低损耗变压器（如S9型）铜导线电流密度一般为2.53 A /mm2，不超3.5 A /mm2。2.7 绕组轴向尺寸、辐向尺寸及绝缘半径的计算绕组的几何尺寸主要是由电抗计算确定的。当频率、匝数、电流、每匝电压等确定后，电抗的大小与线圈的高度和线圈的辐向尺寸有关。这样就有2个未知数，故不能一次就确定出线圈的几何尺寸，需假设一种线圈几何尺寸进行电抗计算，然后再进行反复调整。现针对本次涉及的圆筒式线圈结构来讲解。(1) 绕组轴向尺寸计算 带绝缘导线的直径或宽度导线沿轴向的并绕根数 （2） 绕组辐向尺寸计算 带绝缘导线的直径或厚度导线沿辐向的并

41、绕根数 层数（油道的一侧） 层间绝缘总厚度（n-1）层绝缘厚 辐向厚度，取整数或0.5尾数 辐向尺寸为导线计算厚度与层数乘积加上层间绝缘总厚,再加辐向绕制裕度并凑成0.5的倍数。表2.3 圆筒式线圈绕制裕度表类别裕度10kV线圈35kV线圈纸包扁线漆包圆线纸包圆线漆包圆线纸包圆线单根绕并 绕辐向7%8%8%10%12%15%15%18%3%6%4%7%轴向0%1%2%3%0.5%1.5%2%3%0.5%1.5%0.8%1.2%（3）绕组的绝缘半径计算 R0铁芯半径；+C （C为低压线圈至铁芯距离） R2 低压线圈内半径； +a2M低压线圈辐向厚度； R2M低压线圈外半径； +b22 高、低压线

42、圈主空道距离； R2N高压线圈内半径；+a2N高压线圈辐向厚度；R3高压线圈外半径；2D1高压线圈外径；+E相间距离；M0两铁芯柱中心距离（一般凑成5的倍数）。2.8 短路损耗和阻抗电压计算 （1） 短路损耗计算 圆筒式绕组高、低压线圈的平均匝长及总长M线段的平均匝长（m）：N线段的平均匝长（m）：导线总长（m）：式中：W1N应包括+5%的分接头匝数。高压额定电压处导线总长（m）：低压平均匝长：高压平均匝长：每相电阻（分高压和低压）式中 L高压或低压的导线长（高压为额定电压时的长度）； S导线截面（mm2），并绕时为并绕的导线总面积。 短路损耗 （2-7）式中 I1、I2高压绕组和低压绕组中的

43、相电流（A）； r2、r2高、压绕组相电阻（）；Kp附加损耗系数，详见表2.4表2.4 附加损耗系数值电压（KV）容量（KVA）10KV级35KV级KPKP10/0.4或35/0.410-201.0330-501.0450-2501.051.05315-4001.0751.055001.0751.0756301.18001.210001.1512501.210/0.4或35/0.416001.251.2510/6.3或35/10.5200063001.051.05（2） 阻抗电压计算阻抗电压是变压器设计的一个重要指标。如果计算得出阻抗电压不符合标准，则根据这一数据来改变铁芯尺寸或电磁导线规格，

44、使其达标。 计算公式阻抗电压（曾称短路电压）是变压器主要性能之一，标准系列变压器在标准中均有规定。做短路试验时，阻抗电压就是施加给变压器的电压，并以额定百分数表示，。短路电压容许偏差为要求设计值与标准值的偏差不大于。阻抗电压包括电抗电压降和电阻电压即：（）电阻电压降（） （2-8）电抗电压降 （2-9）电阻电压降一般很小，可忽略不计，则有式中 75时短路损耗，；变压器容量，； 电源频率（50Hz）； 高压额定分接时总匝数； 高压额定相电流（A）； 按不同结构计算，见下面计算内容； 洛氏系数（）将在下面给出计算公式； 每匝电压，；电抗的系数，查下表2.4；表2.5 电抗系数绕组型式圆筒式连续式单

45、螺旋式双、四螺旋式1.01.021.051.08 电抗高度计算两个线圈的平均“电抗”高度式中内线圈有效电抗高度外线圈有效电抗高度 的计算 双绕组变压器内外绕组无辐向油道 （2-10）式中 Rn、Rx内外绕组（低、高压绕组）的平均半径，cm；RT漏磁空道的平均半径，cm；a12高低压绕组间漏磁空道的厚度（裸线间），cm。即：高低压绕组间的漏磁空道厚度加上导线匝绝缘二边的厚度。则：a12=A+0.5，其中A为高低压绕组间漏磁空道的厚度。 （2-11）2.9 变压器空载损耗和空载电流计算变压器的空载损耗又称铁耗，它属于励磁损耗而与负载无关，空载损耗的大小对变压器的制造成本与运行经济性都有较大的影响。

46、通常变压器的空载损耗包括铁心材料的磁滞损耗、涡流损耗以及附加损耗三部分。由于铁心本身为金属导体，所以由于电磁感应现象所感应现象所感生的电势将在铁心内产生环流，即为涡流。由于铁心中有涡流流过，而铁心本身又存在电阻，故引起了涡流损耗。由于涡流损耗和涡流的平方成正比，所以也就和感应电势的平方成正比，而感应电势的大小又取决于磁通的变化率。通常在变压器的总铁耗中磁滞损耗与涡流损耗所分别占的比重与硅钢片的牌号有关。当采用热轧硅钢片时磁滞损耗约占60%70%，涡流损耗占20%30%，而当采用冷轧高导磁硅钢片时，由于磁经曲线面积的缩小，磁滞损耗仅占20%30%。（1） 空载损耗计算 = 1 * GB3 铁心柱

47、质量（）的计算 （2-12） 式中 套有绕组的铁心柱数目；铁心窗高，mm ；铁心柱净截面，；硅钢片比重,对冷轧硅钢片。 = 2 * GB3 铁轭质量（）的计算 （2-13）式中 铁轭数；铁心柱中心距，mm， ；铁轭净截面， ；如果采用铁轭与心柱同形状等截面的结构时，则有； = 3 * GB3 角重的计算:一般可查表确定。 = 4 * GB3 铁心总质量的计算铁心质量是指硅钢片的总质量，它是铁心柱、铁轭和转角处质量的总和。即为 式中 铁心柱质量，kg；铁轭质量，kg；角重，kg。 = 5 * GB3 空载损耗的计算在具体进行空载损耗计算时，应区别下列两种不同情况来具体处理：对目前常采用的铁心柱和

48、铁轭净截面相等（）的铁心结构，其空载损耗 为： （2-14）式中空载损耗附加系数，值与具体工艺、工装或结构有关，目前在一些技术先进的工厂的值已有较大的降低；铁心（硅钢片）的总质量（kg）硅钢片单位质量损耗， ；按设计磁通密度，查附表可得（2） 空载电流计算变压器的空载电流（I）就是有功分量（I）和无功分量(I)的矢量和 = 1 * GB3 有功分量（I）的计算空载电流的有功分量，常用额定电流的百分值来表示时：100%=,% （2-15）式中 空载损耗，W； S变压器的额定容量，kVA； = 2 * GB3 无功分量(I)的计算铁心柱和铁轭级数相同时，其空载电流无功分量的百分数为：I=K （2-

49、16）式中 q为铁心柱单位励磁容量（VA/kg），q为铁心柱接缝处单位面积的励磁容量（VA/cm），N为铁心中总的接缝数，A为接缝处的净截面积附加系数，按下表2.6选取 = 3 * GB3 空载电流占额定电流的百分数：表2.6 附加系数铁芯直径210及以下215360370及以上冷轧硅钢片1.11.21.3热轧硅钢片1112.10 温升计算无论油浸式变压器或是干式变压器，它们在运行的过程中，由于有铁耗与铜耗的存在，这些损耗都将转换成热能而向外发散，从而引起变压器不断发热和温度升高。具体而言，铁耗和铜耗所产生的热量将首先使铁心和绕组的温度逐步升高。最初，温度上升很快，但随着铁心和绕组温度的升高，

50、它们对周围的冷却介质（如油和空气）就有一定的温度差，这时绕组及铁心就将一部分热量传到周围的介质中去，从而使周围的介质温度升高，此时，由于绕组及铁心有一部分热传给周围介质，故本身温度上升的速度将逐渐减慢。经过一段时间后，绕组及铁心温度最终达到稳定状态，而不再升高，这时绕组和铁心继续产生的热量将全部散到周围介质中。这就叫做热平衡状态。上述过程是受“传热学”的规律所决定的。(1) 铁心对油温升计算 = 1 * GB3 发热中心高度 （2-17） = 2 * GB3 散热中心高度 （2-18） = 3 * GB3 油箱单位热负荷 （2-19）式中 qy单位热负荷（W/m2）； 总散热面积（m2）； P

51、0 空载损耗（W）； Pd（75）已考虑附加损耗的75时的短路损耗（a.自冷式变压器油对空气的平均温升 （2-20）b.最高油面温升的修正温差（见表2.8） （2-21）表2.7 值高压电压等级（Kv）容量（KVA）1050050-7050-60180630-630070-18060-803550-6300150-200140-150290表2.8 表K00.670.71-0.80.81-0.880.89-0.940.95-0.991-1.021.03-1.051.06-1.11.11-1.151.16-1.1822.533.544.55678c.油面最高温升： （2-22）式中 油对空气的平

52、均温升（K）；（2） 绕组对油的平均温升变压器在运行温度范围内，超过油温的绕组便面温升，一般根据下列用试验方法得出的经验公式进行计算 式中，n与绕组结构、被冷却的表面状况、油道尺寸及油的流速有关的经验系数；q绕组表面上的单位热负荷，;油的绝对黏度,cP.若油温超过6070时，可忽略的影响，得出简化计算公式如： 适用于自冷、风冷及强油冷等情况，n值一般在0.60.85之间。对于层式绕组（内外绕组）：（3） 绕组对空气的平均温升绕组对空气的温升: （2-23）式中 w绕组对油的温升（K）；y油对空气的温升（K）。绕组对空气的温升标准限值为65K，计算时通常控制在63K以下。在设计时，通常将绕组对油

53、的温升控制在23K以下，而油对空气的温升控制在40K以下。这样就能保证绕组对空气的温升不超过63K，又能保证顶层油对空气的温升不超过53K。2.11 变压器重量计算（1） 油重计算 = 1 * GB3 油箱油重： （2-24）式中油箱体积，;对平顶油箱，；器身体积油箱横断面积：=+2RL （2-25）式中油箱高，；油箱内半径，；油箱直线部分长，器身体积： 式中硅钢片总重，kg；各绕组带绝缘铜导线总重，kg；杂类系数，铜线及以下， = 2 * GB3 管式油箱油管中的油重： （2-26）式中每米长油管内油重，kg/m；油管总长，m（2） 器身质量计算（用于铜线变压器） （2-27）式中硅钢片总重

54、，kg各绕组带绝缘铜导线总重，kg杂类系数，对于铜 （3） 油箱重量 = 1 * GB3 箱盖重量：（平顶油箱） （2-28）式中平顶箱盖厚度，；油箱平均直径，；油箱直线部分长度， = 2 * GB3 箱底重量（平底） （2-29）式中箱底厚， = 3 * GB3 箱壁重量： （2-30）式中箱壁厚度,;油箱高度,;油箱周长, = 4 * GB3 油管重量： （2-31）式中每米长油管重，油管总长， 油箱重量（管式油箱） （2-32）式中杂类系数，管式油箱表2.9 储油柜重量表直径长度变压器总油重储油柜中油量储油柜中钢件重直径长度变压器总油重储油柜中油重储油柜钢件重18040090594408

55、001100521005001156109001230581046001377111000137065108250400176813120016407711550022011141400192090122600265131516002190103129700310161661090023701121328003531817100026301241353106004052065120031501481457004752468140036801731458005422771160042002001509006103074180047402241551000678347720005260248160

56、1100745378025006600300170（4） 附件质量 （2-33）式中：散热器重，散热器只数每只散热器重，套管重量， 高、中、低压套管只数每只套管重，查表储油柜质量，查表可知小车质量，查表可知风冷散热器装电机重，每台变压器风冷散热器数；每个风扇重25，每个风冷散热器装有2个电机净油器重， （5） 变压器总重G=G+G+G+G （2-34）1600KV-11/0.4型油浸电力变压器电磁计算3.1 变压器设计基本参数额定容量：额定电压：U=11KV5%, U=0.4kV联接组号：阻抗电压：负载损耗：空载损耗：空载电流：其它：符合GB1049，GB6451，油浸式 ，户外用3.2 电压

57、和电流计算（1）高、低压线电流高压 低压 （2）高、低压相电流（3）高压侧线电压（4）高压侧相电压（5）低压侧相电压U=3.3 铁心计算由铁芯柱直径经验公式D=K取K=55,S=533.33得D=264,由查表得到毛截面500.7cm，净截面475.66cm，角质量为195.13.4 绕组计算(1)每匝电压初选磁通密度每匝电压：(2)低压绕组匝数W=则:=B=(3)高压绕组匝数确定W= W= W= (4) 电压比较核额定分接处： +5%分接处： -5%分接处： 均符合要求3.5 电磁线选择及绕组轴向、辐向尺寸计算(1) 电磁线选择 = 1 * GB3 高压绕组为： 取纸包扁铜线， = 2 *

58、GB3 低压绕组为：， 低压并绕为：辐向*轴向=33(2) 线圈排布初选绕组高度H=nD=1.8264=475.2mm = 1 * GB3 高压绕组：N= b=10.6，k=1,m=1,H=475.2每层匝数：N=44.8取45匝总层数：N=8.3取9层 = 2 * GB3 低压绕组：N= b=14，k=1,m=3,H=475.2每层匝数：N=11.212匝总层数:N=1.08取2层（3） 绕组轴向高度mm 高压 低压 11.05 14.45 （4） 绕组辐向高度mm 高压 低压 2.81 6.05 3.6 绕组绝缘半径及导线长度计算（1） 绝缘半径mm 132 = 1 * GB3 绕组平均半

59、径计算：低压绕组平均半径r=R+B/2=142+36.75/2=160.37mm 高压绕组平均半径r=R+B/2=213.75+28.89/2=228.20mm = 2 * GB3 绕组平均匝长计算：低压绕组l=2r=23.14160.37=1.00m高压绕组l=2r=23.14228.2=1.43m = 3 * GB3 绕组导线总长度计算：低压绕组导线L=1.0013=13.00m高压绕道导线L=1.43375=536.25m3.7 绕组导线电阻计算，负载损耗计算（1） 75CR=0.02135=3.9310R=0.02135=0.45（2） 负载损耗计算P=mIrP=383.980.45=

60、9521(kw)P=323093.9310=6285.81(kw)P=P+P=1.005(9521+6285.81)=15806.81(kw)=9%10%,符合标准偏差要求3.7 阻抗电压计算（1） 高压线圈平均有效电抗高度H=（1259+1156）=1225.5mm=122.5cm（2）计算漏磁空道总面积,a=3.67cm,a=2.89cm,a=3.5cmR=R+a=14.2+3.67=16.03cmR=R+a=21.37+2.89=22.82cmR=R+a+a=14.2+3.67+3.5=19.63cm=（aR+aR）+aR=110.30cm（3） 求漏磁总宽度=a+a+a=3.67+2.