三相变压器设计.doc

河南理工大学毕业设计（论文）说明书 - 1 - 摘 要 三相变压器是电力系统中输配电力的主要设备，在电力系统中，三 相变压器的总安装容量为发电机安装容量的 68 倍。近年来，随着能源 的日趋紧张，对变压器这一重要用电设备进行节能设计越来越受到人们 的重视。此设计主要从节能的角度来设计三相变压器。 对变压器进行节能设计的原则就是满足性能指标条件下，降低变压 器的损耗及有效材料成本。在具体设计过程中，往往需要反复调整和计 算，因为降低损耗和降低材料成本在某种条件下又是相互矛盾的，反复 调整和计算的过程就是使得全局优化的过程。节能变压器与普通变压器 设计的程序相同，但在参数选择方面偏重点不同，如电流密度和磁通密 度的选取都比普通变压器低一些。这些在具体设计过程中将作详细介绍。 关键词: 三相变压器；损耗 ；节能；电流密度 ；磁通密度； 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 - 2 - abstractabstract three-phase transformer is the main equipment to transit and distribute power in the electricity system. the total installed capacity of the three-phase transformer is 68 times as much as that of the generator in the electricity system. in recent years, with the energy tensing increasingly, people paid more and more attention to this important power consuming equipment the energy. this text designed the three-phase transformer in terms of energy-conservation mainly the energy-conservation designing principle of three-phase transformer required that the loss of the transformer and the cost of the effective material were reduced with the performance indexes met. in the course of the concrete design, adjusting and calculating are needed repeatly,because it is contradictory for each other to reduce various loss and the material costs under a certain condition.so, the course of adjusting and calculating repeatly is the course of making the overall situation optimization. the design procedure of energy-conservation transformer and ordinary transformer is the same,and they are different in the choose of parameter, for example the electric current density and magnetism flux density choose a little lower than the ordinary voltage transformer. these will make detailed introduction in the course of design concretely. keyword: three-phaser transformer; loss ; energy-conservation; electric current density ; magnetism flux density; 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 - 1 - 目录目录 1 概 述1 1.1 变压器设计计算的任务1 1.2 变压器设计的步骤 2 2 变压器电磁计算3 2.1 电压计算 3 2.2 电流计算 3 2.3 铁心直径估算 4 2.4 变压器容量的折算 5 2.5 铁心柱和铁轭截面设计5 2.6 线圈匝数计算 6 2.7 电压比校核 7 3 线圈设计9 3.1 线圈结构型式的确定10 3.2 导线与电流密度的选择10 3.3 饼式线圈段数及每段匝数的确定 10 3.4 线圈辐向和轴向尺寸计算12 4 绝缘结构的确定14 4.1 绝缘半径计算 14 4.2 窗高计算 14 4.3 确定主、纵绝缘结构的依据 15 4.4 35kv 及以下变压器的主、纵绝缘结构16 5 阻抗电压的计算21 5.1 阻抗电压计算 21 5.2 内外线圈中无轴向油道22 5.3 内外线圈有轴向油道24 6 损耗的计算25 6.1 线圈数据计算 25 6.2 铁心数据计算 26 6.3 附加损耗计算 29 7 油箱设计及温升计算油箱设计32 7.1 油箱高度计算 32 7.2 油箱宽度计算 33 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 - 2 - 7.3 油箱长度计算 33 7.4 变压器的发热及散热过程34 7.5 线圈对油的温升计算35 7.6 油温升计算 38 8 重量的计算42 8.1 油重计算 42 8.2 器身重计算 43 8.3 油箱及附件重量计算43 9 三相变压器设计实例.46 9.1 产器规格及技术要求46 9.2 主要材料（根据供应情况定） 46 9.3 额定电压和额定电流47 9.4 铁心数据 47 9.5 线圈数据 48 9.6 阻抗电压计算 51 9.7 损耗计算 52 9.8 油箱尺寸 54 9.9 温升计算 54 9.10 重量计算 56 总 结57 致 谢58 参 考 文 献59 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 1 1 概概 述述 1.11.1 变压器设计计算的任务变压器设计计算的任务 变压器设计计算的任务，就是根据变压器的规格，按照国家标准 （或部标准）确定变压器的几何尺寸、电磁负载和电、热、机械方面的 性能数据，以满足使用的要求，而且要求尽可能降低有效材料成本和损 耗。这就要求设计工作应本着多快好省的原则，根据国家的经济、技术 政策和资源情况以及运行和制造的要求，合理地制定变压器的性能数据 和相应的结构。通常变压器的设计计算的任务应包括如下技术规范。 1. 变压器的型式 相数、绕组数；升压、降压、联络或配电变压器；自耦变压器； 2. 变压器的冷却方式 干式自冷、油浸自冷、油浸风冷、强油风冷或强油水冷。 3. 变压器的额定容量 变压器额定容量用 kva 表示，对于三线圈变压器或自耦变压器还 应注明第三绕组的容量。 4. 变压器的额定电压及调压方式 高压、中压及低压的额定电压；无励磁调压还是有载调压及调压范 围；有载调压应注明是线端调压还是中性点调压。 5. 变压器的连接组 6. 变压器额定频率 7. 变压器的阻抗电压 8. 变压器的空载电流、空载损耗及短路损耗 变压器的设计计算包括电磁计算和结构设计。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和外形尺寸。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。结构设计的任务在于选定结构型式、绘制 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 2 全部零件图。结构设计应特别注意保证线圈的绝缘强度，动、热稳定， 保证铁心、油箱等机械强度，使变压器能安全运行。结构设计在考虑适 用性的同时要兼顾到先进性和工艺性。电磁计算和结构设计是交错进行、 互相影响的。 1.21.2 变压器设计的步骤变压器设计的步骤 （1） 决定基本的电磁参数。 （2） 铁心直径估算和绕组匝数确定。 （3） 绕组设计及主纵绝缘的确定。 （4） 阻抗电压计算。 （5） 绕组数据、铁心数据确定及油箱设计。 （6） 损耗计算和温升计算。 （7） 重量计算。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 3 2 变压器电磁计算变压器电磁计算 2.12.1 电压计算电压计算 变压器规格中的额定电压均为线电压，为了确定绕组匝数以及进行 电磁计算需要的是相电压，所以应根据变压器绕组联结方式算出相电压 大小。无励磁调压和有载调压和有载调压器还要根据分接百分数算出分 接所对应的电压。 电力系统选定了一系列的电压作为标准的相、线电压，所以变压器 的额定电压不外乎是这些标准的线电压。 现以电压为 11082%/11kv，在 110 kv 中性点调压，连接组为 yn，d11 的有载调压变压器为例,确定各级电压及各分接电压。 调压范围为（8+8）2%=32%。因 110kv 中性点调压，而 110kv 系统 为接地系统，故中性点绝缘水平为 35kv 级。有载调压装置及调压线圈均 为按 35kv 级考虑。 级电压=（110000/）2%v1270.2v3 根据级电压可算出各分接电压大小。下面仅算出最大、额定、最小 三个分接电压值； 最大分接电压=110000/+81270.2v73672v3 额定分接电压=110000/63510v3 最小分接电压=110000/-81270.2v53348.8v3 2.22.2 电流计算电流计算 由给定的额定容量、电压、相数和绕组的联结方式，可以计算出变 压器的线电流、相电流和绕组中的电流。 三相变压器为 yn（y）联结，线电流 il与相电流 i相等，计算公式 如下 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 4 (2-1) 33 nn l l pp ii uu 式中，pn为三相变压器的额定容量。 三相变压器为 d 联结时，计算公式如下 (2-2) l n l u p i 3 (2-3) l nl u pi i 33 2.32.3 铁心直径估算铁心直径估算 铁心直径的选取直接影响变压器的技术和经济指标,如材料的消耗、 变压器的成本、重量、体积及运输等。当直径选取过大时,则变压器的铁 心重量、空载损耗将增大,而线圈所用的导线和 负载损耗则减小,变压器 较矮。当直径选取过小时,则得到相反的结果。 铁心直径的确定采用经验公式估算,用估算的铁心直径按计算程序进 行计算,当计算阻抗电压时,如果阻抗电压值与标准值相差较大时,此时应 调整铁心直径,直到调整到阻抗电压合格或相差很小时为止,阻抗电压的 计算值相差很小可以通过调整其他尺寸来满足阻抗电压的要求。 铁心直径的选取通常采用下述经验公式进行计算 (2-4) 4 pkd 式中，d 为铁心直径尺寸（cm） ；p 为每柱容量（kva） ；k 为经验系数。 经验系数 k 值随电源频率、铁心磁通密度及结构形式的不同而变化,这 里推荐的经验系数供计算中选取铁心直径时参考，见表 2-1。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 5 表 2-1 与 与关系及经验系数 k n pp k 铝线圈铜线圈 变压器类别与的关系式 冷轧圈热轧圈冷轧圈热轧圈 三相双绕组3/ n pp 5054566053576064 三相三绕组2/ n pp 4852545851555862 单相双绕组2/ n pp 5054566053576064 单相双绕组4/3 n pp 4852545851555862 单相双绕组单柱 n pp 5054566053576064 效益系数 5 . 0 b k 三 相 自 耦 2/ nbp kp 4852545851555862 铁心为单相双柱式 2.42.4 变压器容量的折算变压器容量的折算 双绕组变压器由于两侧绕组均为额定容量,因而在计算每柱容量时则 不需折算。三绕组变压器有时中压或低压绕组的容量不是额定容量,因此 在计算中必须将三绕组的容量折算为同一容量。 三绕组变压器折算成同一容量: (2-5) 3 dzg n ppp p 式中，为高压绕组容量；为中压绕组容量；为低压绕组容量。 g p z p d p 三绕组变压器折算成双绕组变压器容量(同一绝缘等级),则 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 (2-6) 2 dzg n ppp p 2.52.5 铁心柱和铁轭截面设计铁心柱和铁轭截面设计 铁心柱和铁轭通常采用多级梯形结构。在直径一定的条件下,级数愈 多有效截面积愈大,铁心制造工艺则较复杂,一般铁心柱截面的级数可以 动手设计,也可参照一些材料或工厂化的标准型号选用。铁心截面设计必 须从节约材料和简化工艺两方面考虑。既要充分利用线圈内圆空间,又要 避免使铁心制造工艺过分复杂。 叠片系数的选择:叠片系数的大小与硅钢片的厚度有关。通常对于 0.35mm 厚的冷轧硅钢片,若不涂漆时,叠片系数可取 0.930.94。 铁轭截面通常是与铁心截面完全相同的多级梯形,铁轭截面也可采取 “t”形或矩形（比铁心柱截面级数少） ，这样铁轭截面比铁心柱截面增 大 5%10%,以减小空载损耗和空载电流。 为了改善铁心内部散热条件，铁心柱直径为 380mm 及以上时，须设 置冷却油道，油道的位置应使其分割的各部分铁心柱截面积近似相等。 特大型变压器中，漏磁场在铁心柱最小级叠片内产生涡流较大，为了防 止局部过热，可在该级叠片上开槽或增设磁分路。 2.62.6 线圈匝数计算线圈匝数计算 通常在选好铁心直径后，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。 2.6.1 初算每匝电压 当频率为 50hz 时 = (2-7) t u 45 t ba 式中 为初算每匝电压（v） ； 为铁心截面积（cm） ；b 为磁通 t u t a 密度（t） 。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 7 通常 0.35mm 厚的冷轧硅钢片用于一般电力变压器时磁通密度取 1.61.75t，用于中小型节能变压器时，为了降低空载损耗，磁通密度 适当降低，选在 1.5t 左右。 2.6.2 初算低压线圈匝数 (2-8) d d t u n u 式中，为初算的低压线圈匝数；为低压线圈相电压（v） 。 d n d u 按照上式计算的低压线圈匝数不一定是整数，应调整为整数 d n 。 d n 2.6.3 确定每匝电压 (2-9) d d t n u u 式中，值算至小数点后三位。 t u 2.6.4 磁通密度计算 当确定了每匝电压以后，便可正式确定磁通密度 (2-10) t t a u b 45 式中，b 的单位是 t。 2.6.5 高压或中压线圈匝数计算 通常高压线圈带有分接，根据各分接相电压求出相应分接的匝数。 首先计算出最大分接的匝数，随后根据两个相邻分接的相电压之差，求 出每调一级电压的分接匝数。 首先计算出最大分接匝数 (取整数匝) (2-11) t g u u n 1 1 g n 式中，为对应最大分接相电压。 1 u 每分接匝数 为 g n 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 8 （取整数匝） (2-12) t g u u n g n 式中，为两个相邻分接相电压之差。 u 利用分别减去、2，就可以分别求出其他各分接所 1g n g n g n 对应的匝数。 2.72.7 电压比校核电压比校核 （最好在 0.25%以内） (2-%3 . 0 u uu 13) 式中,为相电压；为根据匝数和匝电压计算的相电压。 u u 高压线圈具有分接电压比的校核，通常先校核主分接，然后校核最 大和最小分接。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 3 线圈设计线圈设计 变压器绕组是变压器的关键部件，由导线和绝缘层组成。绕组线圈 不但在长期额定电压下工作，而且还会受到过电压以及相应的电磁力的 影响，使其受到绝缘击穿、过热、变形或破坏。因此设计的变压器绕组 应具有足够的机械强度、耐热能力以及良好的散热条件，而且还要有合 理的结构和工艺性。 表 3-1 绕组选型参考表 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 注： 内线柱指低压绕组，外线柱指高压绕组 3.13.1 线圈结构型式的确定线圈结构型式的确定 线圈结构型式是根据变压器容量的大小及电压的高低等来确定的。设 计时可以参考表 3-1。 容量 kva电压 kv绕组型式绕组位置 630 及以下0.4双层圆筒式内线柱 500 及以下310 630 及以下35 多层圆筒式外线柱 2000 及以下60两段圆筒式外线柱 80010000.4双螺旋 125020000.4四螺旋 4000100003 16000500006 400006300010 单螺旋或单半螺旋 31500 及以上35单螺旋、单半螺旋、连 续式 31500 及以上60连续式 内线柱 80031503 700100006 630 及以上10 800 及以上35 连续式或半连续式 2500 及以上60纠结一部分结连续式 5000 及以上110内屏蔽连续式 31500 及以上220纠结式、内屏式、分级 补偿 外线柱 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 3.23.2 导线与电流密度的选择导线与电流密度的选择 3.2.1 导线的选择 线圈常用的导线有高强度漆包圆线（qq-2 和 qql-2） 、纸包圆线、纸 包扁线。通常导线直径在 1.5mm 以下时采用 qq-2 型，导线直径在 1.52.5mm 时采用 qql-2 型；其余可采用纸包扁铝（铜）线。选用 导线时应注意宽厚比，通常层式线圈为 1.53；螺旋式线圈为 24；连 续式与纠结式为 2.56。 3.2.2 电流密度的选取 电流密度主要取决于负载损耗、线圈的温升及变压器二次侧突然短 路时的动、热稳定性。一般铝导线的电流密度取 1.62.1a/mm2；铜导 线的电流密度取 34 a/mm2。节能变压器的电流密度选取应略小于普通 变压器。 3.33.3 饼式线圈段数及每段匝数的确定饼式线圈段数及每段匝数的确定 3.3.1 线段分配的一般方法 饼式线圈沿其高度方式分为若干段，其段数和每段匝数按一定规律 分配。通常是先分配高压线圈（带分接）的段数。段数的多少应满足阻 抗电压及线圈温升等参数的要求。 高压线圈的每段匝数一般取与分接段匝数相同。每段匝数尽可能满 匝，避免垫段过多（有主绝缘要求者除外） 。 3.3.2 确定线圈段数及每段匝数 高压线圈总段数通过计算实践现推荐表 3-2 作为选用。 高压线圈分接段每段匝数 ： f n （3-1） fgf nnn/ 式中，为高压分接段匝数；为高压分接段段数。 g n f n 高压线圈正常段每段匝数 为 g n （取整数） （3-)/( 11fg nnnn 2） 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 式中，为最小分接电压的匝数；n 为高压线圈总段数；为分接段段 1 n 1f n 数。通常 10kv 级取=4；35 级端出线者取=8。 1f n 1f n 低压线圈的段数多数选在 5090 段范围内，且应于相配合的高压线 圈的段数相适应。由于低压线圈多是内线圈，所以线段均为分数匝，内 线圈线段分数匝的分数部分见表 4-2。确定内线圈线段数及每段匝数大 致按如下步骤进行： 首先线段数使 （n 为总匝数，为每段匝数） ， 1 n n nnn d 1 / 1 d n 并尽量为整数。 表 3-2 高压线圈总段数 线圈电压等 级（kv） 103563110 总段数 n4060567660806080 2（3444 ） 表 3-3 线段分数匝的分数部分 线段名称正常段首 末 出 头 段 沿辐向并绕 根数 1612.34.56 分数匝的分 数部分 （m-1）/m(m-1)/m(m-2)/m(m-2)/m(m-4)/m 注：m 为并绕根数 3.43.4 线圈辐向和轴向尺寸计算线圈辐向和轴向尺寸计算 3.4.1 层式线圈 (1) 辐向尺寸计算 对于多层式线圈，如果层间有油道时应将油道左右两侧分开，进行 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 分别计算如下 （3- a kmmab)( 111 3） 式中，为油道一侧厚度（mm） ； 为带绝缘的导线直径或厚度（mm） ； 1 ba 为导线辐向并绕根数；为层数（指油道一层） ；为层间绝缘厚度 m 1 m 1 （mm） ；为辐向裕度，见表 3-4。 a k （2）轴向尺寸的计算 线圈轴向尺寸计算就是线圈高度计算，公式为 （3- b kmbmh) 1( 1 4） 式中，为线圈高度（mm） ；b 为带绝缘的导线直径或宽度（mm） ；m 为h 每层匝数；为轴向裕度，见表 3-4。 b k 4.4.2 饼式线圈 饼式线圈辐向及轴向尺寸计算方法比较接近，计算时要着重注意沿 辐向轴向导线根数的计算方法。 表 3-4 线圈辐向及轴向裕度 层式 线圈饼式线圈 10kv 级35kv 级纸包扁线连续 式 名称 漆包 线 纸包 线 漆包 线 纸包 线 单根并绕螺旋 式 纠结 式 辐向 裕度 78810121 5 151 8 364736 轴向 裕度 00.50.81.2垫块压缩 910 注：线圈干燥工艺为带压干燥，一般取含水量 5%7%。 （1） 辐向尺寸计算 线圈辐向尺寸 b 的计算公式为 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 （3- 21m akb a 5） 式中，为辐向裕度，见表 3-3；为导线带绝缘层的直径或厚度（mm） ； a k 1 a 为线圈沿辐向导线根数，单螺旋式=并绕根数；双螺旋式=并绕 2 m 2 m 2 m 根数/2；四螺旋式=并绕根数；连续式和纠结式（线段有分接匝时， 2 m 应进位至整数匝）=每段匝数*并绕根数。 2 m （2） 轴向尺寸计算 轴向尺寸计算应注意沿轴向的油道数 n 和轴向导线根数的确定，有 油道数 n 算出沿轴向垫块总高 h（经压缩后尺寸） ；根据沿轴向导线根数 m 算出沿轴向的导线总高 h。则轴向尺寸 h 的计算公式为 （3- 221 hmbhhh 6） 由上面公式计算轴向尺寸时，如果有静电环应加上静电环的高度。垫块 压缩后总高=垫块总高*压缩系数。压缩系数见表 4-3,油道。1 1 mm 沿轴向导线根数 m，单螺旋式（有一次标准换位和两次特殊换位） ；双螺旋式（交叉换位）；四螺旋式（交4匝数m22匝数m 叉换位）（分开出线） ；连续式和纠结式端2444匝数或匝数m 布出线 段数；中部出线段数。m 2m 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 15 4 绝缘绝缘结构的确定结构的确定 绝缘半径和窗高是变压器器身两个主要尺寸，这两个尺寸一确定， 整个变压器的外限尺寸就基本上能定下来。 4.14.1 绝缘半径计算绝缘半径计算 绝缘半径计算公式： r 铁心半径 + 1 低压线圈至铁心距离 r1 低压线圈内半径 + bd 低压线圈辐向尺寸 r2 低压线圈外半径 + 2 高低压线圈之间距离 r3 高压线圈内半径 + bg 高压线圈辐向尺寸 r4 高压线圈外半径 2 dg 高压线圈直径 + ex 相间距离 m0 两铁心柱中心距离 低压线圈平均半径 rd=r1+bd/2 高压线圈空道平均半径 rt=r2+2/2 高压线圈平均半径 rg=r3+bg/2 4.24.2 窗高计算窗高计算 窗的高度计算公式： （4-hhehh yk 0 1） 为窗高；为线圈高度；为静电板与靠静电板油道距离之和（无 0 hh k e 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 16 经典板时取消） ；为压板厚度；为压板至铁轭之间空隙。 k hh 注：以上计算单位均为 mm。 4.34.3 确定主、纵绝缘结构的依据确定主、纵绝缘结构的依据 主绝缘是指同一铁心柱中各绕组间的绝缘、相间绝缘、绕组与油箱、 绕组与铁心间绝缘，绕组与铁轭间绝缘。而纵绝缘主要指层间、匝间及 段间绝缘。合理地设计变压器主纵绝缘结构对变压器安全可靠运行有重 大作用，对降低变压器重量和成本也有着重要意义 变压器的运行可靠性取决于绝缘结构。合理的绝缘结构设计、改进 绝缘工艺是杜绝变压器质量事故最根本的措施之一。 变压器在运行中要经受下列三种电压的考验：正常运行中长期最高 工作电压、雷击所引起的大气过电压和操作、故障等原因引起的内过电 压，对于以上三种电压的作用，目前在制造厂体现为国家标准规定的工 频与感应试验电压、冲击试验电压（全波和截波） 、局部放电试验操作冲 击试验。后两种试验主要在高压和超高压变压器上进行。工频试验电压 值和冲击试验电压值分别见表 4-1 和表 4-2。 表 4-1 工频试验电压（有效值） （kv） 额定电压361015203563110220 最高工作电 压 3.56.911.517.52340.569126252 工频试验电 压 182330405080140185395 表 4-2 冲击试验电压（峰值） （kv） 额定电压361015203563110220 最高工作电 压 3.56.911.517.52340.569126252 全波试验电 压 406075105125200325480950 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 17 续表 4-2 冲击试验电压 （峰值） （kv） 截波试验电 压 4565801151402203605301050 注：220kv 级内部绕组时，试验电压可降低。 一般来说，工频耐压试验主要考核主绝缘，冲击试验主要考核纵绝缘，但有时 冲击试验也成为考核主绝缘的重要依据。 图 4-1 35kv 及以下主绝缘结构 1绝缘筒 2铁轭绝缘隔板 3相间隔板 4撑条 4.44.4 35kv35kv 及以下变压器的主、纵绝缘结构及以下变压器的主、纵绝缘结构 4.4.1 35kv 及以下变压器的主绝缘结构 低压线圈对铁心的主绝缘尺寸参见图 4-1 和表 4-3，而高压对低压 低 压 线 圈 高 压 线 圈圈 线 压 高 铁 柱 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 18 线圈等主绝缘尺寸参见图 4-1，表 4-4。套装间隙 c 由结构和工艺决定。 4.4.2 35kv 及以下变压器纵绝缘结构 对于层式线圈，匝间绝缘不作规定，可按导线规格选择。匝绝缘厚度 即指导线两边绝缘层得总厚度，对电力变压器来说绝大部分用电缆纸作 匝绝缘。层间绝缘厚度按层间最大工作电压选取，参见表 4-5。当两层 间电压较高，层间绝缘较厚时，层间绝缘可以采取分级绝缘结构，见图 4-2。层间油道数量按温升计算确定，层间油道宽度可参见表 4-6。 表 4-3 低压线圈对铁心得主绝缘尺寸 尺 寸（mm）低压线圈电压等级 （kv） 线 圈 型 式 3 b 2 2 h 4 h 高压线 圈电压 等级 0.41.01.01510 0.41.01.02515 0.41.01.05535 3、69.03.0251510 3、69.03.0301815 3、6、10103.0553335 15 层 式 143.0553335 0.4、3、6、9.53.5352015 0.4、3、6、10103.5553335 15 连 螺 续 旋 式 式143.5553335 未注明的尺寸按结构要求确定 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 19 表 4-4 高压线圈主绝缘尺寸 电压等级 （kv） 1015351535 线圈型式层 式连续式 联结法ydydydy 或 dy 或 d 0 b913271627 1 2.5343.54 1 b0013156131 5 2 b6.5108106.5810 1 h203070（65）3565 3 h81848（43）2050 3 22203 4 b812121520271727 尺 寸 （mm） 4 02023333 中性点在外层引出。 指低压线圈至高压线圈静电屏尺寸。 h1=70，h2=48 时，高压导线为漆包线；h1 =65，h3 =43 时为纸包线。 表 4-5 圆筒式线圈层间绝缘得选取 两层间最大 工作电压 （v） 500kv 及以 下 501 1300 1301 1800 1801 2300 2301 2800 2801 3300 3301 3800 3801 4300 4301 4800 用 0.12mm 厚电缆纸张 数 2345678910 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 20 用 0.08vm 厚电缆纸张 数 3467910121314 图 4-2 分级结构层间绝缘示意图 表 4-6 层间油道宽度 线圈高 度 40 0 401 450 4515 00 501 550 551 600 601 650 65 1 油道宽 度 44.555.566.57 对于连续式线圈，匝间绝缘段间绝缘参见表 4-7，表中 35kv 线圈 得段间纸圈伸出线圈外径每边至少 8mm，不大于 15kv 线圈的至少 5mm。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 21 表 4-7 连续式线圈得匝间绝缘及段间绝缘 电压等级（kv）15153535 匝间绝缘（mm）全 部 0.45 首末端段间绝缘 （mm） 奇数段间为 2.5 纸圈偶数段间 为 6 油道 正常部分段间绝 缘（mm） 全部为 1.5 纸圈和 4 油 道交错排列 全部为 4 油道 1.5 纸圈和 4.5 油道交错排列 4.5 油道 中断点油道 （mm） 8989910910 中断点油道 （mm） 1212 中部调压 中性点调压，线圈反接。 三相容量 2500kva 及以下，电压 35kv 时，线圈首末端各 4 段得的 匝数应为正常段匝数的 70%左右。此时，匝间应均匀垫以绝缘纸条，使 线段外径与正常段一致。 35kv 以上的变压器主纵绝缘结构参看有关资料。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 22 5 阻抗电压的计算阻抗电压的计算 5.15.1 阻抗电压计算阻抗电压计算 阻抗电压值是变压器重要性能数据，标准主阻抗电压在性能标准中 已有规定。 在额定电流下主分接阻抗电压得允许偏差，一般为10%，但由于制 造上的偏差和试验误差的存在，一般要求阻抗电压的计算值和标准值的 偏差不大于2.5%。 阻抗电压包括电阻电压降和电抗电压降两个分量，一般电阻电压降 很小，对于额定容量在 8000kva 及以上的变压器可略去不计，阻抗电压 一般以额定电压得百分数表示。 电阻压降的百分数的计算式为 （5-% 10 n kn n k r u ri p p u 1） 式中，%为电阻压降百分比；为 75时的负载损耗（w） ；为额 r u k p n p 定容量（kva） ；为额定电流（a） ；为额定电压（v） ；为换算 n i n u k r 75时的线圈电阻。 电抗压降百分数为 （5-% n kn kx u xi u 2） 式中，为线圈电抗值。 k x 阻抗压降百分数的计算公式为 （5-%100 22 kxrk uuu 3） 阻抗电压值对变压器正常运行或突然短路都有很大的影响,它决定短路电 流的大小和由此产生的机械力和热效应,影响二次侧电压的变化和并联运 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 23 行中各变压器的负载分配,以及变压器的附加损耗等。选择不同的铁心直 径和线圈匝数时,所决定的变压器就是不同的阻抗压降和不同的制造成本。 变压器标准规定阻抗压降的允许偏差为10%(见表 5-1),因为变压器制 造公差对阻抗压降影响较大,所以设计时允许的偏差应控制在3%5% 左右。阻抗电压列入国家标准,一般情况下按标准选取,设计任务中有规 定的,按设计规定选取。 表 5-1 变压器技术性能的允许偏差 项 目允 许 偏 差适 用 范 围 空 载 损 耗+15% 短路损耗+10% 总损耗+10% 空载电流+30% 阻抗电压10% 所有变压器 1%电压比小于 3 的变压器电压比 0.5%其他变压器 线 2% 相 4% 630kv 及以下变压器直流电阻 不平衡率 相(无中性点引出时为线) 2% 其他变压器 5.25.2 内外线圈中无轴向油道内外线圈中无轴向油道 对于内、外线圈无轴向油道的双线圈变压器,阻抗电压百分数计算公 式(当不考虑横向漏磁时)为 （5-% 10 6 . 49 6 t kx u kdfin u 4） 式中,f为电源频率(hz);i为额定电流(a);n为额定分接总匝数(i、n为 同一侧数据); 为每匝电压(v/匝);h为两个线圈平均电抗高度(cm), t u 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 24 ;为内外线圈的电抗高 2 21kk hh h 212211 , kknknk hhhhhhhh 度;h1,h2为内外线圈的计算高度,hn见表 5-2;, 1212 2211 3 ra rara d r1,r2为内外线圈的半径;r12 为漏磁空道平均半径; a12为漏磁空道宽; a1,a2 为内外线圈宽度;为洛 氏系数;k为附加电抗系数。 洛氏系数是考虑电抗公式推导时未考虑磁力线端部弯曲的系数, 用它修正理想磁场与实际漏磁磁场作用的差异,可近似表示为 （5- hh e h 1)1 (1 / 5） 式中, =r2-r1 ,r1,r2 分别为内线圈的内半径和外线圈的外半径;h 为线 圈高度。 由于线圈结构不同造成沿线圈高度安匝分布不均匀而产生的横向漏 磁及其相关的附加电抗,用 k 值修正.当不平衡安匝在 5%以下时由表 7-3 选取,大于 5%时按下式计算 （5-)1 ( 2 1 hx k h h k s k x 6） 式中, hx 为不平衡安匝所占区域高度,hx=hx1+hx2；hk 为较高线圈的电抗 高度；ks 为系数，见表 5-4。 表 5-2 hn的值 线圈型 式 层式连续式单螺旋式四螺旋式双螺旋式前后出线四螺 旋式 1 根导01 根导线高4 根导线2 根导线高加 2 个油箱 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 25 hn线高加 1 个油箱 高 高加 4 个 油箱高 高 表 5-3 不平衡安匝小于 5%的k值 接法y、yo 630容量 (kv.a) 501 25 160 315 400 500 6308001000 1250 1500 连续 式 螺旋 式 电压 10kv 0.9511.031.051.11.151.21.021.05 电压 35kv 0.930.960.991.011.061.11.151.021.05 表 5-4 k 的值 h/h1.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2 k0.50.510.510.520.540.550.570.580.60.610.620.63 h/h3.43.63.84.04.24.44.64.85.05.25.45.6 k0.650.660.670.680.690.690.700.710.720.720.730.74 5.35.3 内外线圈有轴向油道内外线圈有轴向油道 阻抗电压百分数计算公式仍为 （5-% 10 6 . 49 6 hu kdfin u t kx 7） 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 26 这种结构的阻抗电压的计算只有 d 的计算不同。 （5- 22 2 22 2 2211 2 21 1 112 22121211 1 )()()( 3 1 )( 3 1 r nn n ar nn n araararaad 8） 式中 n1,n1分别为低压线圈 1 与低压线圈 1主分接时的总匝数; n2,n2分别为高压线圈 2 与高压线圈 2主分接时的总匝数。 本节中长度单位一律为 cm。 6 损耗的计算损耗的计算 6.16.1 线圈数据计算线圈数据计算 当阻抗电压的计算值已符合标准或者设计要求后，便可正式填写和 计算下述线圈数据。 首先将前面已经算过的线圈有关数据重新填写一次，主要有：线圈 的接法；相电压、线电压；相、线电流；线圈各分接匝数；线圈段数及 每段匝数；各段单根导线尺寸及导线截面电流密度等。然后再进行线圈 数据计算。 6.1.1 导线长度计算 平均匝长 lp=2rx (6-1) 式中，rx 为线圈平均半径。 导线总长 l=lpnm (6-2) 式中，nm为最大分接时线圈总匝数。 在计算导线总匝数时应考虑各种线圈出头的长度，通常应加 1.52m。 额定匝数时总长 n l npn l (6-3) 式中，为额定电压时的总匝数。 n n 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 27 6.1.2 导线重量计算 裸导线重量 （kg） (6- 3 103 lagx 3) 式中， 为导线密度，铜导线为 8.9g/cm；铝导线为 2.7 g/cm；a 的 单位为 mm2；l 的单位为 mm。 带绝缘时重量 x gkg) 1( (6-4) 式中，k 为绝缘重占导线重百分数，一般为 3%6%。 6.1.3 线圈直流电阻计算 线圈直流电阻是变压器的一个重要数据。在变压器制造过程中，通 过线圈直流电阻的测量可以查出线圈内部的导线焊接质量；引线与线圈 的焊接质量；引线与套管的接触是否良好；三相支流电阻是否平衡。线 圈的支流电阻在 75时为标准值。 r75=75 (6-5) a ln 式中，r75为在 75时线圈的直流电阻；75为在 75时的电阻率， 铜导线为 0.02135mm/m，铝导线为 0.357mm/m；a 为线圈导线 的总截面积。 6.1.4 线圈电阻损耗计算 电阻损耗 pr ripr 2 3 (6-6) 式中，i为相电流；r 为线圈导线 75时的直流电阻。 6.26.2 铁心数据计算铁心数据计算 6.2.1 铁心重量计算 变压器的容量和电压等级决定了铁心的结构形式，这里以三柱式为 例进行介绍，其他类型可以此作参考。 心柱重： （kg） (6-7) 4 01 103 tf ahg 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 28 铁轭重: (kg) 0 4 02 104gamg ef (6-8) 铁心总重: 21fff ggg (6-9) 式中,h0为窗高(mm);m0为两铁心柱中心距(cm);at为铁心柱截面积(cm2); ae为铁轭截面积(cm2); 为硅钢片密度,冷轧硅钢片为 7.65g/cm2,热轧 为 7.6g/cm2;g0为角重(kg)。按标准型号查出参照类似的情况计算出来。 6.2.2 空载损耗计算 变压器的空载损耗主要为铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，其中磁滞 损耗占 90%左右，对于给定的硅钢片而言，在一定频率下，单位铁损 （w/kg）的大小取决于选择的磁通密度。硅钢片的单位损耗见表 6-1。 空载损耗 p0（w）的计算如下： p0=k1（p1gf1+p2gf2） (6-10) 式中，k1为附加损耗系数，见表 6-2，它随着叠积结构的改变和加工工 艺的改变而应调整；p1、p2分别为铁心柱和铁轭的单位损耗（w/kg） ； gf1、gf2分别为铁心柱和铁轭的重量（kg） 。 表 6-1 冷轧硅钢片数据 w3100.35w3200.35w3300.35q15135 铁损磁化容量铁损磁化容量铁损磁化容量铁 损 磁化容量 磁通 密度 w /kg 安 匝 va /kg w /kg 安匝va /kg w /kg 安 匝 va /kg w /kg 安匝va /kg 1.411.8112.981.5432.58910.641.312.18.61 1.451.91151.6353.02512.81.392.410.250.90.311.7 1.52.0517.517.53.5715.51.52.8120.90.341.95 1.552.2120.71.914.2319.11.643.415.51.10.372.32 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 29 1.62.424.52.074.922.71.794.118.81.20.433.0 1.652.628.42.286.9533.61.995.225.41.30.54.23 1.72.81342.59.044.52.26.5321.40.676.6 1.753.03422.751366.752.468.744.751.51.010.5 1.803.017892.721157.51.71.6617.5 表 6-2 附加损耗系数 k1 铁心直 径 d（mm ） 12 0 125 16 0 165 20 0 205 25 0 255 29 0 300 36 0 37 0 k11.41.361.321.281.251.221.20 8.2.3 空载电流计算 变压器的空载电流包括两部分，其一为有功分量，其二为无功分量， 通常以额定电流的百分数表示，计算如下 空载电流有功分量百分数 i0a为 % 10 0 0 n a p p i (6-11) 式中，p0为空载损耗（w） ；pn为变压器的额定容量（kva） 。 空载电流无功分量百分数 i0r为 % 10 00 n tifc r p caggg ki (6-12) 式中，k0为附加系数，冷轧硅钢片取 1.3；gf为铁心重量（kg） ；at为铁 心有效截面积（cm2） ；gc为单位铁重励磁功率（va/kg） ，见表 6-1；gj 为