电力变压器的电磁设计

目录

摘要3

Abstract5

第1章绪论6

1.1课题背景6

1.2变压器在电力系统中的作用6

1.3电力变压器的开展6

1.4电力变压器的结构特点10

1.5电力变压器性能参数11

1.6变压器的设计原那么12

1.7变压器计算的一般程序12

第2章变压器电磁计算14

2.1本设计的技术条件14

2.2变压器设计14

变压器主要结构确实定14

硅钢片的选用14

铁心直径确实定14

铁心截面积确定15

铁心级数确实定15

2.3电磁计算15

额定电压和额定电流的计算15

绕组匝数计算16

绕组计算18

绝缘半径及导线长度计算20

75c时绕组直流电阻计算22

绕组导线质量计算22

短路阻抗计算23

负载损耗的计算25

空载损耗及空载电流计算26

绕组的温升计算27

2.4油箱尺寸计算29

油箱尺寸估计29

箱壁散热面积计算30

散热器的选择及油和绕组温升的计算31

2.5短路电动力计算32

绕组区域划分32

安匝分布计算33

漏磁计算33

短路电流稳定值倍数计算34

不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算34

绕组导线应力计算34

2.6变压器质量计算35

总油量计算35

变压器箱体质量计算36

附件质量计算36

变压器总质量计算37

2.7本章小结37

结论38

致谢39

参考文献40

附录41

100/35/0.4电力变压器的电磁设计

Abstract

Powertransformeristhemainelectricalgridequipment.Thedesignand

manufactureofgoodorbadisdirectlyaffecttheoperationqualityandeconomic

benefitofthekey,sotheelectromagneticccmputingpowertransfornerare

particularlyimportant.Electromagneticcomputingtaskistodeterminethe

transformerelectrical,magneticloadandthemaingeometrysize,

computationalperformancedataandvariouspartoftemperatureriseand

calculationoftheweightofthetransformer,shapeandsizehavebeencompared

reasonabletechnicalandeconomiceffect.Thecalculationresultsmustmeet

thenationalstandardsandrelevanttechnicalstandardsofregulationsanduse

therequirementsofthedepartment.

Inthispaper,the100kVA,35kVpowertransformerintheelectromagnetic

computing.Firstofpowertransformer,thedevelopmenthistoryofthebasic

characteristicsandthetransformerdesignmethodofsimplepaper.Tnthe

electromagneticcomputing,thebeginningisthechoiceofcore,thisisthe

startingpointofthetransformerdesignisalsoakeypoint,andtheniswinding

materialsandpatternofchoice,windingdataaboutthecalculation,tnemost

importantthingisshortcircuitimpedance,loadloss,idlecurrentno-load

loss,suchastheperformanceparametersoftransformercalculation,and

finallycompletetransformeroiltank,transformer,electricpower,

short-circuittemperaturetransformeroilandtotalqualityalwayssetand

calculation.Oneofthemostdifficultcalculationshort-circuitimpedance,

needtopasstherepeatedcalculationtoachievetechnicalrequirements.In

theelectromagneticcomputinginthewholeprocessofthemoredetailed

illustratesthebasicformulacomputingpowertransformerandcalculation

methods,givesacompletesetofdesignscheme.

Keywordspowertransformer;Electromagneticcomputing;winding

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开展，

特别是随着电力工业的大规模开展而不断开展。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年代开展到llOkV级；60年代开展

到220kV级；70年代开展到330kV级；80年代已开展到500kV级电力变压器,

近几年电压等级更是开展到了750kV、±800kV>1000kVo建国前的1936年，

我国只能生产单台容量为3()()kVA的小型配电变压器，到建国后5()年代中期

已能仿制31500kVA的电力变压器，电压等级已开展到UOkV。60年代初我国

由仿制阶段过渡到自行设计和制造阶段，60年代中期已开展到制造220kV、

120000kVA电力变压器。到60年代末期，电力变压器的容量已经开展到

260000kVAo70年代初期已到达生产330kV级、360000kVA电力变压器的水

平，到80年代国内最大容量为400(X)0kVA,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开

展趋势是：进一步降低损耗水平，提高单台容量，电压等级向10()()〜15()()kV

特高压方向开展。

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，到达远苑离送

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。⑴

1.3电力变压器的开展

变压器是利用互感原理来改变同频率交流电压上下的一种电气设备，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IkVA的发电机容量，需8〜8.5kVA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，以到达节能的目的。

一、国外中小型电力变压器的开展概况

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良(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,

其绕组由铁锲合金制成，浸在-269℃的液氨中使用，这种超导变压器的体

积比普通变压器小70%,损耗降低50%

二、我国变压器的开展概况

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—>S、—>S（、->S-j—>―>>SCB—>SH\1....o

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。

1982年5月，S%系列节能铝线变压器通过国家级技术鉴定，其性能到

达西德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°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送，在国

内迅速得到推广应用。1983年SL?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那么几乎

全部为低损耗电力变压器。

由于SL,系列低损耗变压器在仝国推广时铝导线供给紧张，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S,铜线变

压器，以致型号混乱，极不统一，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S（）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根底。

工型高效节能变压器比S’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0.3"如（相当于国产DQ147-30）

优质冷轧晶粒取向硅钢片，仍采用45°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SG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送，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到达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开展的需要，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

要经济技术指标到达当代世界同类产品的水平。它的特点是：800kVA以上

产品的上下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

到达当代国外同类型产品水平。

近年来，国内电力变压器广泛用YSF4型压力释放阀取代变压器防爆管,

其优点是：动作精度高（到达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、变压器的开展动向

随着电力系统向高电压、大容量方向开展及社会环境、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。

1.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。

2.提高单台式变压器的输出容量

3.开发抑制故障电流的高阻抗变压器

4.进一步降低单台变压器的运输重量

5.进一步降低变压器自身损耗（再降低20-30%）

6.降低噪音水平（到达10dB以卜）

7.进一步开发防火、防爆干式变压器

8.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（。8月8。）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（S4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、我国电力变压器开展方向

根据我国电力工业装备政策及技术政策要求，电力变压器的开展趋势应为提

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.750kVk特高压（lOOOkV等级）、大容

量、轻结构、不吊芯方向开展。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

器应向难燃方向开展，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

到达节能、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，在技术经济比拟合理的情况下，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美经济开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，要开展我国电力工业，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那么发生变化，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。⑵

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，

但根本原理和结构是相似的，结构那么由下面几局部组成。

⑴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。

⑵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。

⑶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。

⑷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。

⑸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。

⑹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，经过净油器到达吸取油

中的水分、渣、酸、氯化物的作用。

⑺储汕器：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。

⑻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。

⑼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

变压器较多采用酒精温度计，大型变压器那么采用信号温度计，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

⑴变压器额定容量（ZVA）；

⑵相数；

⑶频率（乩）；

⑷变压器一、二次侧的额定电压（kVh

⑸绕组接线方式和联结组；

⑹变压器冷却方式；

⑺负载特点：连续负载或短时间断负载；

⑻安装特点：户内或户外特点；；

⑼短路阻抗；

⑩负载损耗迎W）;

（11）空载损耗（ZW）；

⑫空载电流。

上述的⑴至⑻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；⑼至⑫项性能数据由国家标准《三相油浸电力变压器根本参数和技术要

求》（GB/T6451-1999：和有关技术条件所规定。⑶

1.6变压器的设计原那么

变压器作为产品，有商品的属性特点。变压器的设计原那么与其他商品

属性根本一致“在完成功能中追求价格优势是最正确的。不过在当今强调降

低本钱的同时，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、本钱不高、如此的变压器设计得到越来越多的广阔市

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，才能在茫茫

市场群体中站住脚。⑼

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，特种变压器计算根本上与之相

同，只需要考虑其中特殊要求和自身特点即可。

⑴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。

⑵确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁规

截面。

⑶根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。

⑷初算低压绕组匝数，凑成整数匝，根据比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

⑸根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器的

主、纵绝缘结构。

⑹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。

⑺计算绝缘半径，确定变压器中心距M。，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。

⑻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。

⑼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，那么需要调整变更铁心柱直径。

⑩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。

(11)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C

⑫计算变压器重量。⑷

设计变压器时，在遵循根本物理概念的根底上，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，己有比拟成熟的方法。⑸

第2章变压器电磁计算

2.1本设计的技术条件

本设计的根本技术条件如下，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：Pr=iOOkVA

电压组合：高压H=35H/低压=0-4kV

分接系数：±5%

联接组标号：Ky/iO

空载损耗：Po=0.29kW

空载电流：/。=1.80%

负载损耗：Pk=2.02kW

短路阻抗：Zk=6.5%

2.2变压器设计

2.2.1变压器主要结构确实定

1.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。

2.铁辄结构:铁辄的级数与铁心柱级数完全一致，这样两者磁通分布均

匀，铁桅截面可以与铁心柱一致节省了材料。

222硅钢片的选用

铁心采用30QG130冷轧硅钢片。

2.2.3铁心直径确实定

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。铁心分为心柱和铁辗两个局

部。铁心柱上套装线圈，铁轨将铁心柱连接起来，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O[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，到达最经济的效果，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根底，按下式求出铁心直径

对于高、低各绕组容量均为100%的三绕组变压器，每柱容量为：

SN100

p==33.3m(2-1)

13

铁心直径估计。=Kx，下=(51〜55)x</333=122〜132mm由于设计需

要查表取

式中：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K。=52〜55。

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)均为矩形。本设计采用

心式变压器，故铁心柱制成阶梯圆柱形。

查表。=105mm,碟片系数取0.96时，有效截面积分=76.9%7"

2.2.5铁心级数确实定

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。根据材料供给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

⑴高压绕组相电压：高压绕组为Y联接，其线电压等于G倍的相电压

^-5%^,_33250

=19197.467(2-2)

u一1w为~忑_一G

q_35000

%=20207.85V(2-3)

4%=以评=等=2⑵8.2.(2-4)

⑵低压绕组相电压：低压绕组为y联接,

U=牛=翠=230.95V(2-5J

⑶高压绕组额定电流：高压绕组线电流

与"=“65A

(2-6)

73(7,73x3500()

⑷低压绕组线电流:

/=钎=4=144.3424

(2-7)

'V3&73x40()

2.3.2绕组匝数计算

⑴每匝电势

，二2J6.99xl.7“w/匝

(2-8)

4545

纥'-铁心柱内磁通密度初选值⑴，对于冷轧硅钢片片'=1.77~1.757

(小容量取小值),此处取1.77

⑵低压绕组匝数计算：

23025=7941(2-9)

2.91

Z

取80匝

故

“於誓=2./匝

(2-10)

磁通密度

(2-11)

⑶高压绕组匝数计算：高压绕组在额定分接时的匝数，即根本绕组匝数:

乂一二需……而

(2-⑵

调压绕组匝数&V=7000x5%=35()匝

1分接位置时,NlTl=7350匝(+5%)

2分接位置时,乂门=7000匝（额定分接时）

3分接位置时,N\T5=665001(-5%)

⑷电压比偏差（V%）计算

e.w—u

V%=^-------X100%(2-13)

u

一般K±0.25%

式中：e厂每匝电势（V）；

卬-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）

2.89x7350-21218.24xl()0%=0J1%

匕5%%=合格

21218.24

%%=筌理*Z与ioo%=o.u%合格

2.89x6650-19197.46

匕%5%=xl00%=0.11%合格

19197.46

2.3.3绕组计算

.1高压绕组：

⑴高压根本线圈的匝数为7350匝，采用层式，端部出线，8根撑条

⑵每层匝数460匝，不满层匝数450匝，共分16层

⑶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1.044mm绝缘厚度为0.047mm

⑷线圈导线面积:0.7088mm2

⑸电流密度:2.50A/W

⑹高压绕组尺寸计算

①高压线圈轴向高度：

/=幽・%（叱.+1）+与］心（2-14）

式中：。一包绝缘后的绝缘导线宽度（〃0z）,如采用圆导线，那么为

绝缘导线直径（Q）；

司广当导线沿幅向2根并联（〃%=2）时;需在每层的%处进行一次换

位，而使线圈轴向增加一根绝缘导线宽度舔=⑸；如

mb=1（无换位）时，那么练=0；

〃「沿线圈轴向导线的并联根数

叱「每层匝数;

%「圆筒式线圈轴向裕度系数。

=[1.044xlx(460+l)+0]xl.12=539.038mm取539机加

高压线圈电抗高度：

Hk=Hq-B,ynh(275)

式中：”一圆筒式线圈轴向高度(mm)

BI两端出头的绝缘导线宽度或绝缘导线直径(Q)

4-导线沿线圈轴向的并联根数

②高压线圈幅向厚度

Bq=»,〃+£%(2T6)

式中：24、一油道两侧的所有线圈幅向厚度之和

£A,、二线圈层间所有轴向油道厚度之和

油道每侧的幅向厚度

%=[A——低C+多.Q)kf(2-17)

式中：4-包绝缘后的绝缘导线厚度(〃?帆)，如采用圆导线，那么

为绝缘导线直径(B)；

机厂沿导线径向的导线并联根数；

「油道一侧的层数；

2一层绝缘每张厚度(，皿):

生-两层间长绝缘的张数；

以-两层间短绝缘的张数；

C「长绝缘的层间数；

Q-短绝缘的层间数；

和-圆筒式线圈幅向裕度系数；

不设油道，那么

Bq=1.044x16+0.08x(5xl5+4xl5)]xl.l2=30.80mm工3Qmm

.2低压绕组

⑴低压线圈匝数为80匝，采用层式，端部出线，8根撑条

⑵每层匝数40匝，共2层

⑶导线规格：选用ZB-0.45,导线绝缘厚度为0.45厚的纸包铜扁线,

导线尺寸为500x11.80

(4)线圈导线面积：58.14mm2

⑸电流密度:2.5A/mm1

⑹低压绕组尺寸计算

①低压线圈轴向高度：

%=[12.25xix(40+l)+0]x1.03=517.317//????取517〃?w

②高压线圈幅向厚度

Bq=Bq、、=(5.45x2+0.008x3)xl.03=11.47/wn取115mm

2.3.4绝缘半径及导线长度计算

.1线圈绝缘半径计算

105铁心直径(mm)

・2

52.5铁心半径

+3铁心至纸筒间隙

55.5内线圈纸筒内半径

+1内线圈纸筒内半径

56.5内线圈纸筒外半径

+1纸筒至内线圈的油道厚度

57.5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纸筒至外线圈的汕道厚度

96外线圈内半径

+30外线圈幅向厚度

126外线圈外半径

义2

252外线圈直径

+15相间距离

267铁心柱中心距离

绕组尺寸示意图：

.2绕组平均半径

低压绕组平均半径

=R+上=57.5+U=63.25mm(2-18)

P-22

高压绕组平均半径

B

=7?.+^=96+—(2-19)

p,322

.3绕组平均匝长计算

Lpl=2成〃乂10—3(2-20)

式中：各线圈平均半径

低压绕组

高压绕组

.4绕组导线总长计算

4=此・4，+〃〔2-21〕

式中：W二线圈的每相匝数；

线圈每相出头长，对圆筒式线圈一般取〃=1。72左右，此处取1.0加

低压绕组

高压绕组

23575℃时绕组直流电阻计算

Rq=PjLq/Sq(2-22)

2

式中：0-导线电阻系数，铜导线(75°C)：pk=0.02135Q-mm/m

线圈导线总截面积

低压绕组

高压绕组

2.3.6绕组导线质量计算

2.3.6.1裸导线质量计算

Gq=mx%Sq,PqX10-3〔2-23〕

式中：巴-相数

p「线圈导线的密度，铜导线：g/=8.9g/c/

低压绕组

高压绕组

2.3.6.2带绝缘导线质量计算

…[1+盆)

(2-24)

式中：G%-线圈导线绝缘占裸导线重量的百分数，扁导线:

K%(a+。一0.86〃+0.785用后

G%=md(2-25)

S

a、〃一单根裸扁导线的厚度、宽度

L单根裸扁导线的圆角，此处〃=1.0

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：

低压绕组

高压绕组

2.3.7短路阻抗计算

短路阻抗4％由电阻分量4%和电抗分量Xk%两局部组成

22

ZA%=J(X,%)+(/?,%)(2-26)

电抗分量

49.6〃四斗即(2_27)

6

etHkU)

电抗高度

Hk==537956+504.75=521.353帆牝=52.1452(2-28)

人22

漏磁宽度

4=Bql+A2+纥2(2-29)

Hk52.14

=7.61(2-30)

~~T~68.5

洛氏系数查表取夕=0.958

漏磁等值总面积

Z。R川+%（J+小与2（2-31）

■*

电抗分量

v49.6x50x1.65x7350x35.80x0.958x0.93一2

A.f%t/=-------------------------------------------------------=0.37%(2-32)

2.89x52.14x10°

电阻分量

&%=赢=磊=2.02%(2-33)

短路阻抗

22

ZA%=A/6.37%+2.02%=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3〜4%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A及每匝电势Q。当电抗值偏大时，可增加每匝电势Q增大,

匝数A必然会减少，从而到达降低电抗的目的。假设使g改变需调整磁密和

铁心直径，这种方法因变动较大，一般都不用。

2.调整X。及上下压线圈平均有效电抗高度当电抗值偏大时。可

增加上下压线圈平均高度砥，%增大，Z。必然随之缩小。调整导线

尺寸及调整段数均可到达调整Hk及的目的。

3.调整上下压线圈间距离，在满足绝缘最小距离情况下，增减上下压线

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

PLZPR』』⑵35）

式中：Z与一被计算的一对绕组的导线电阻损耗之和

—被计算的一对绕组的导线附加损耗之和

被计算的一对绕组的引线损耗之和（本设计引线损耗不计）

匕-被计算的一对绕组的杂散损耗

2.3.8.1绕组导线电阻损耗计算

PR=m.\/Rq(2-36)

式中：团、-相数；

/-分接的相电流；

叫一分接的想电阻。

高压绕组

低压绕组

2.3.8.2附加损耗计算

Kf%

Pf=PR(2-37)

10()

式中：PR绕组导线的电阻损耗;

K/%-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

处勺.％=3%o

高压绕组

低压绕组

2.383杂散损耗计算

对于630左忆4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

2.3.9空载损耗及空载电流计算

2.3.9.1空载损耗计算

SO）

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；

p,「铁心硅钢片单位损耗，根据铁心柱磁通密度（纥查表取1.14W/Rg；

G“-铁心硅钢片总重量

=3汨、小x10-4+4MAx1厂+G。（2-31）

式中：「铁心柱重（版）；

GF2-铁加重（kg）；

”卬-窗高0加）；

也.两铁心柱中心距（加加）；

Sz厂铁心柱截面积（初2）；

4-铁胡截面积(a〃2),4=S.；

Go•角重伙g)；

片硅钢片比重，冷轧硅钢片为7.65g/cm3

2.392空载电流计算〔一般忽略由空载损耗产生的空载电流的有功局部)

中小型变压器063()(云”)的空载电流：

G+GX+

J0/(FIF2+GOka--S-n-q

%=------------------------------z-h---——)-12-32J

10Q

式中：KA-铁心转角局部励磁电流增加系数，对全接缝，一般取KA=4；

S».铁心柱净截面积9小)

〃厂铁心接缝总数，三相三柱式一般取8

狐.-铁心单位磁化容量(忆4/依)，根据铁心柱磁密(4),查表取3.7401M/必

幻■接缝磁化容量仅43/),根据斜接缝处磁密(优切=与"/后)，查表取

0.496VA/c/n2

2.3.10绕组的温升计算

⑴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。

温升的上下与变压器的结构特点、性能参数、运行电压、承当负载、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

证平安运行的

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。环型变压器的内孔根本上是不参与散热的，我们可以把环型变压器视为

一个圆柱体。用等效圆柱体的外表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。⑺

5“二%力2水内〃/10一6⑵33)

月

式中："修■铁心柱数，三相三柱式机”,=3

K厂被计算散热面折算系数，它与线圈外表接触的物体有关，瓦楞纸

板取K,“V=0.85；

R厂被计算散热面处的线圈半径(“〃)；

H-电抗高度(加〃2)。

高压绕组

低压绕组

⑵绕组的热负载计算

K/%)

PR1+

100

/(2-34)

式中：耳-被计算绕组的电阻损耗(w),当分接范围在±5%以内，且变压器

额定容量不超过250(%E4,选取主分接时的电阻损耗(W)

0%.被计算绕组的附加损耗系数；

被计算绕组的散热面(小)。

高压绕组

低压绕组

⑶线圈对油温升

变压器只有在特殊恒温条件时，即环境温度是恒定，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。⑺

%.=0.065碟+△乌十＜25K（2-35）

式中：%,-高压或低压绕组的热负我（卬//）

被计算线圈的层间绝缘校正温差（K）,当/〃K0.64"?〃?不予校正；

被计算线圈的层数校正温差（K），当＞0.64〃姓,按0.64mm

计算；△黑=0.002黑（%-2?底.

其中：b”被计算线圈的相邻的两层间绝缘总厚度，即绝缘加导线绝（加利）,

此设计中高压绕组6cm=0.471mm，低压绕3cm=0.69mm；

被计算线圈的总层数；

机「被计算的线圈与汕接触的散热面数

高压绕组：

低压绕组：

2.4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，但在计算时也应该尽

量估计准确。本设计采用矩形油箱。

⑴油箱内壁长度4估算

Lh=2Mo++C/'=2x267+252-f-100=886trun(2-36)

⑵油箱宽度纥估算

Bh=D}+Q=252+200=452mm(2-37)

⑶油箱内壁周长乙估算

lzh=2亿+练)=2x(886+452)=2676mm(2-38)

⑷油箱高度凡估算

%="o+2%,+/2j+C〃=686.038+2x10+5+30=741.03mm（2-39）

式中：

-铁心中心距（rnm）；

0-调压绕组外直径（，加%）；

至油箱两边空隙（〃加?）；

孰-延绕组宽度方向至油箱两边总空隙（，加）

儿-铁心窗高（〃加2）；

%广铁胡高度（〃加力；

%-垫脚总高度（nun）；

-铁心顶部至油箱空隙（即?）。

2.4.2箱壁散热面积计算

⑴箱盖儿何面积计算

⑵箱壁几何面积计算

2.4.3散热器的选择及油和绕组温升的计算

2.4.3.1散热器的选择

选用片式散热器5E7.423.345.13；共选用2只5片散热器，自冷式的每片

散热面积为%=1.39冽2,每片散热器油重g声=21匕，每片散热器本体重

gaz=29kg，那么有：

有效散热面积：

S.=K凡+K而S/£Sps（2-40）

式中：K*・箱盖有效散热系数，取0.75；

厂箱盖有效散热系数，查表取（）.85；

S小箱盖几何面积（加2）；

S厂箱壁集合面积向2）；

»外■片式散热器总有效散热面积仇2）

式中：勺,「片式散热器只数；

片距修正系数

=1-0.02（%-4产=1-0.02'（4.19-4产=0.9973；

。厂半片宽与片间空隙之比，总°仆=4.19；

2凡-/2x（50-13）

纥「片式散热器宽度（加72）,取310；

4厂片间中心距（〃?勿?），取50；

3P.片厚（〃加7）,取13。

Cps-片式散热器中心距（""72）

以-片数修正系数，

=1.1-0.027（〃〃-3产=1.1-0.027x（5-3）0-58=1.06；

K.厂片高修正系数，

4,■外表系数，自冷式：

5。-对流散热面（〃/）,

5尸-辐射但热面（〃广），

〃厂每只片式散热器片数

2.4.3.2油箱单位总热负载计算

1.。5（—=1,。5><（28。+202。）=565.57卬/病〔24〕

»Svv4.27

2.433油对空气的温升计算

油对空气的平均温升：

08

伙.=KV/「8=0.262X565.57=41.71K（2-42）

2.434绕组对空气的平均温升计算

低压绕组：

高压绕组：

2.5短路电动力计算

当变压器接有正常的负载运行时，作用在线圈导线上的力很小。当变压

器发生突然短路的故障时，短路的冲击电流高达额定电流的30多倍，导线

上的应力要增大1000咯。这样大的力，可能使线圈损坏，所以设计变压器

时，必须对线圈的机械强度加以核算。⑻

2.5,1绕组区域划分

区域高压绕组低压绕组

匝数匝数

高度（/阳区）高度（7WI）

11835120.0620122.5

21837120.0620122.5

31838120.0620122.5

41840120.0620122.5

2.5.2安匝分布计算

区域高压安匝低压安匝不平衡安平均安匝平均高度

(%)(%)匝(％)(%)(nim)

I24.97925.0-0.02124.9895121.28

II24.99325.0-0.00724.9965121.28

III24.99425.0-0.00624.997121.28

IV25.03425.00.03425.017121.28

总和1001000100485.12

不平衡安匝分布图;

0.028

0.034

2.5.3漏磁计算

漏磁高度hs=48.512cm

横向洛式系数计算

查图得2=0.215

漏磁总安匝（％）计算

2.5.4短路电流稳定值倍数计算

K/=」一（2-43）

Zk+Zs

式中：Z/.变压器短路阻抗（％）；

Z■线路阻抗（％）;Z,.="”

‘Pad

式中：P-系统短路容量（左幺），查表取1X106

ad

2.5.5不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算

式中：Kd・短路电流冲击系数，一半计算时取1.6；

（・绕组平均半径（皿）。

2.5.6绕组导线应力计算

2.5.6.1高压绕组导线应力计算

⑴由辐向力引起的拉应力：

式中：〃■额定相电流（4）;

N.每相额定匝数；

〃〃-每个绕组并联分支数；

〃厂线段中导线并联根数；

兄-绕组有效高度（四）；

S「单根导线截面积加

⑵由轴向力引起的弯曲应力:

式中：最大漏磁组的不平衡安匝百分数;

〃、导线轴向宽度(c/n)、导线幅向厚度(cm)；

R-被计算绕组的外半径(cm)；

Z彳