10000╱400伏油浸式变压器设计.doc

湖南工程学院毕业设计(论文)第1章 绪 论电力变压器是一种静止的电气设备。根据电磁感应原理，它将一种形态（电压、电流、相数）的电能转换成另一种形态的电能。发电机所发出来的电力，需要升高电压才能输送至远方用户，而用户则需把电压再降成低压才能使用，这两个任务都是用电力变压器来完成的，所以说电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一。随着输电距离，输送容量的增长，对电力变压器要求也愈来愈高，不仅需要数量多，而且要性能好，技术经济指标先进，还要保证运行安全、可靠、经济。20世纪50 年代以来，我国电力行业通过采用新材料和新工艺，特别是80年代以来，电力变压器技术取得了长足的发展，从S7到S9，再到新S9，S11，箱式变压器，干式变压器，在我国的城乡电网中起到了一定的节能环保作用。但总体来说，现在我国电力变压器技术还处于国际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，与国外发达国家相比，还存在一定的差距。本课题旨在通过对电力变压器各个部分结构的了解，对其参数进行研究，并对变压器各部分计算的探讨，同时根据任务书的技术参数，设计出一台型号为S9 2000KVA/10KV三相油浸式电力变压器，对其铁心方案设计和绕组方案设计以及电磁计算。根据损耗大小和国标选择铁心；由电压大小和工艺方法选择绕组方案；并进行电磁计算、进行温升计算、选择散热形式，画出变压器铁心结构图和油箱箱底结构图。本课题着重从对各种方案的选择上和变压器的各类计算出发，对影响变压器性能的各种参数进行比较，对常用结构进行分析，并具体设计S9 2000KVA/10KV电力变压器，力争在原有变压器的基础上有所改善和创新。第2章 变压器的工作原理 变压器的工作原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如图21）：当一次侧绕组上加上电压1时，流过电流1，在铁芯中就产生交变磁通1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势1，2，感应电势公式为：E4.44fNm 式中：E感应电势有效值 f频率 N匝数 m主磁通最大值图21由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压1和2大小也就不同。 当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流0，一部分为用来平衡2，所以这部分电流随着2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。 上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。第3章 油浸式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,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，则可分为铁芯式变压器和铁壳式变压器。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铁壳式变压器。二者不过在结构上稍有不同，在原理上没有本质的区别。电力变压器都系铁芯式。按照绝缘和冷却条件来分，可分为油浸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、强迫油循环风冷却第4章 变压器的主要组成部分4.1 铁心11变压器的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，叠片之中设有供散热用的油道。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，下夹件装有导油管，使冷却器打入油箱的油大部分导入绕组。所有的“S7”“S8”“S9”型变压器产品铁芯均为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。4.1.1 铁心结构的分类（1）单相两铁芯柱 如图41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，这两个铁芯柱上的绕组可以接成串联，也可以接成并联。通常将低压绕组放在内侧，即靠近铁芯，而把高压绕组放在外侧，即远离铁芯，这样便于绝缘和其它方面的要求，例如便于处理绕组的分接抽头等。图41中：1铁芯柱 2上铁轭 3下铁轭 4、5高低压绕组图41（2）三相三铁芯柱如图42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。 图42中：1铁芯柱 2上铁轭 3下铁轭 4绕组图42（3）三相五铁芯柱如图43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。 图43中：1铁芯柱 2上铁轭 3下铁轭 4旁轭 5,6高低绕组图43铁心的截面又有三种形状：矩形截面、多级圆形截面、多级椭圆形截面。其中多级圆形截面广泛适用于各种变压器。对于叠铁心来说，铁心由硅钢片叠压而成，其级数于铁心的直径有如表44的关系：常见的几种铁心边柱接缝和中柱接缝如图45所示表44：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0.87图45：常见的几种铁心边柱接缝和中柱接缝451边柱直接缝 452 边柱混合接缝（半直半斜） 453 边柱标准斜接缝 454 边柱台阶斜接缝 455 边柱标准斜接缝 456 中柱直接缝 457 中柱混合接缝 458 中柱标准接缝 459 中柱台阶斜接缝4.1.2 铁轭结构的分类对于叠铁心来说，铁轭截面又分为矩形、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。4.2 绕组15绕组是变压器的重要组成部分，它是变压器变换和输配电能的中心。4.2.1 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。4.2.2 绕组形式的分类变压器的绕组又有同心式和交叠式两种形式。 我国生产的电力变压器，基本上只有一种结构型式，即芯式变压器，所以绕组都采用同心式结构。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)，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。同心式绕组有下列几种形式： (a)单层圆筒 (b)双层圆筒图46（1）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，如图46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)外形 (b)纵剖面导线排列图47（2）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，如图47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换位导线纸包绝缘图48（3）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48所示。 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 式中：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，因为是线圈绕一匝的圆周长度，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。(a)外形 (b)纵剖面导线排列图49（4）连续式绕组连续式绕组没有焊接头，只能用扁线绕制。导线的匝间排列如图49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。4.3 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。4.3.1 吊器身式油箱图410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，就可以进行详细的检查和必要的修理。 图410中：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4104.3.2 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铜导线，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，如图411所示。这种箱壳其下部有可作螺栓紧固的箱沿法兰，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。 图411中：1钟罩式箱壳(上节油箱)，2器身；3下节油箱图4114.4 冷却系统变压器冷却系统的形式可分为油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环冷却三种，下面分别介绍下这三种冷却系统的形式。4.4.1 油浸自冷式 较小容量的变压器采用这种结构，它分为平滑式箱壁，散热筋式箱壁，散热管或散热器式冷却三种形式。4.4.2 油浸风冷式在大、中型变压器的拆卸式散热 器的框内，可装上风扇，当散热管内油循环时，依靠风扇的强烈吹风，使管内流动的热油迅速得到冷却，冷却效果比自然冷却的效果好得多。4.4.3 强迫油循环冷却这是变压器最常用的冷却方式，它又分为强油循环风冷却和强油循环水冷却两种方式，详细介绍如下：（1）强油循环风冷却器 强油循环风冷却的变压器均装有风冷却器，见图412，装用冷却器的数量是按变压器总损耗选择的。 风冷却器是用潜油泵强迫油循环使油与冷却介质空气进行热交换的冷却器，它由冷却器本体、潜油泵、风扇电动机、导风筒、流速继电器、冷却器支架(或拉杆)、联管、活门及塞子、分控箱等组成。 风冷却器本体为一组带有螺旋肋片的金属管，两端各有一个集油室，金属管的端部在集油室的多孔板上。由于冷却器是多回路的；在集油室内焊有隔板，用以形成多回路的油循环路径。潜油泵装在本体的下方，导风筒在本体的外侧，风扇电动机装在风筒内，流速继电器装在潜油泵出油端的联管上，如果油的流速低于规定速度，流速继电器可自动发出报警信号。每台变压器有一个总控制箱，每组冷却器装一个分控制箱，可以控制油泵和风扇的自动投入或切除。图412（2）强油循环水冷 强油循环水冷却的变压器上均装有YS型水冷却器，按变压器的总损耗选择的。 强油循环水冷却器是用潜油泵强迫油循环使油与冷却介质水进行热交换的冷却器，它是由水冷却器本体、潜油泵、净油器、压差继电器、流速继电器、电动阀门、普通阀门、压力计、温度计等组成。每台变压器的冷却系统均有一总控制箱。 水冷却器本体是由一个油室和两个水室构成。油室为一圆钢筒，两端为多孔端板，两端板间装有冷却铜管，管内通水。管外空间沿高度方向有数块横隔板，形成曲折通道，热油流由进油口流入油室，在冷却铜管外自上向下流动，且被横隔板阻隔从而呈“S”形流动。下水室内设一隔板，水流由下水室进水口流入，沿多管区上升到上水室，再从少管区向下流入下水室，经出水口流出，呈“n”形流动。因此，形成油水热量交换的冷却系统，从而使变压器油充分冷却。 压差继电器是水冷却器的重要保护装置，其高压端接在油出口处，低压端接在冷却水进口处，为防止水管损伤时水渗入到油通路中，油压必须大于水压58.8kPa，否则发出报警信号。图4134.4 变压器油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，带给箱壁或散热器、冷却器进行冷却。其实变压器油的成份是很复杂的，主要是由环烷烃、烷烃和芳香烃构成，它的相对介电常数在2.22.4之间，纯净的变压器油的耐电强度是很高的，可达4000kV/cm以上，但是工程上用的净化的变压器油，只能达到5060kV25mm，这主要是因为在制造和运行过程中不可避免地会有杂质、水分、气泡等混入，而且在运行中受电场和热的影响，油会分解出气体和聚合物。在高电场中，这些分解出来的气体，以及油中的水分和纤维等杂质，在电场作用下，顺着电场方向，排列成“小桥”，成为泄漏的通道，情况严重时，导致“小桥”击穿，使油的耐压强度降低。因此，变压器内部绝缘的结构，要考虑上述因素，采取必要措施，防止形成“小桥”。热老化在所有变压器油中都存在，油箱中既有原来残留的氧，而纤维分解时也会产生氧。运行温度较高时，变压器油的氧化过程就进行得比较快，使得粘度增高、颜色变深、泊泥增多、tg值增大、击穿电压下降等。另外，还存在着电老化的问题，随着加压时间的延长，油间隙的击穿电压下降。油浸电力变压器中，高场强处产生局部放电，促使油分子进一步互相缩合成更高分子量的腊状物质，同时逸出低分子的气体。腊状物质积聚于高场强区附近的绕组绝缘上，堵塞油道、影响散热、产生的气体增多，放电更易发展。 因此在运行中需经常对油进行检查、试验，并及时进行处理(滤油等)。现在不少大型变压器采用充氮保护或隔膜保护措施。隔膜保护是用一略小于储油柜的耐油橡胶胶囊填充于储油柜的油面上，胶囊与大气相通，因而隔绝了变压器油与大气的接触。这样就保证了油性能的稳定。4.5 变压器瓷套管变压器的瓷套管，是将变压器内部的高、低压引线引到油箱的外部，不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。因此，必须具有制造标准中规定的电气强度和足够的机械强度。变压器瓷套管中的导体是载流元件之一，在变压器运行中，长期通过负载电流；短路时通过短路电流，因此瓷套管必须具有良好的热稳定性。变压器瓷套管有各种各样的外型，如图414：图414电容式瓷套管具有较高的击穿电压，其高电位引线与接地的末屏之间，是一个由多层的绝缘纸和铝箔交错卷制而成的电容芯子。根据材质及制造方法的不同，又分为胶纸电容式和油纸电容式两种。第5章 电力变压器性能参数的确定6在电力变压器进行设计之前，首先必须明确任务书中的各项技术参数，包括变压器的容量、相数、频率、变压器一次二次侧的额定电压、绕组接线方式和联结组别、变压器的冷却方式、绝缘等级、负载特性、装置方式，以及三相油浸式电力变压器的四项性能指标：它们分别是短路阻抗、负载损耗、空载损耗和空载电流。5.1 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。5.2 负载损耗负载损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。附加损耗主要时指涡流损耗和漏磁在钢结构件中引起的损耗。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。5.3 空载损耗变压器的空载损耗主要是指磁滞损耗和涡流损耗。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。5.4 负载电流变压器在空载运行时的电流就是空载电流。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。因此，要降低变压器的负载电流就必须选择合适的铁心结构和适当的加工工艺，同时对硅钢片的性能也必须认真考虑。第6章 电力变压器计算步骤10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，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。电力变压器计算的一般程序，如下图所示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，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第7章 S9 2000KVA/10KV 油浸式变压器电磁设计程序17.1 设计任务书（1）变压器总容量S(kVA)； 2000kVA（2）相数m； 3相（3）频率f(Hz)； 50Hz（4）高压侧及低压侧额定电压； 高压侧10kV 低压侧0.4kV （5）线圈连接图和线圈连接组； Yyn0（6）冷却方式 油浸式（7）负载特性 连续的（8）短路电压(%)； 5.5%（9）短路损耗(W)； 17800W（10）空载损耗(W)； 2520W（11）空载电流(%)； 0.6%（12）装置方式 户外的7.2 主要电气数据的决定1每相容量 =666.667kVA 2柱容量 666.667kVA式中 C变压器的有效（带有线圈的）铁柱数。3定电流高压侧 =115.47A低压侧 =2886.75A4电流高压侧 =115.47A低压侧 =2886.75A5相电压 高压侧 =5773.5V低压侧 =230.94V6线圈的试验电压 35KV7.3 主要尺寸的决定7铁柱直径 =5.35.08=26.93=0.2693m 系数K取5.3 查表选标准直径=0.27m8漏磁间隙直径的平均值（初步值）=0.34588m 低压线圈的径向尺寸（初值） 铁柱与低压线圈间油道的宽度（m），0.005；高压与低压线圈间油道的宽度（m），0.010；9线圈轴向尺寸（初步值）式中 主要尺寸的比值，在2.43.4之间选择，容量大的选低值10铁柱有效截面积（初步值） 圆面积的总的填充系数， 11每匝电压（初步值） 初步选用的铁柱中的磁通密度（T），油浸式变压器对冷轧硅钢片取1.601.70特斯拉；12低压线圈匝数 取进位整数 取13匝13每匝电压（最后值） V/匝14铁柱中的磁通密度（初步值） T7.4 低压线圈的计算15高压和低压线圈的平均电流密度 16低压线圈线匝截面积的初步值17低压线圈的型式 低压线圈采用纸包扁铜线绕成的双层圆筒式线圈18沿线圈圆周撑条的数目为8 19低压线圈的结构（1）每层匝数 （2）每线匝的轴向尺寸的约值 （3）按照已求得的和的约值，根据附录2决定导线规格。导线规格 式中 分别为导线宽边和窄边绝缘后的尺寸，通常变压器采用纸包扁铜线，两面绝缘厚度一般为0.45毫米。线匝截面积 2052.34=1046.8对于用扁线绕成的圆筒式线圈，选择导线时要注意以下各点：第一、并绕导线根数不超过4；第二、并绕导线尺寸不超过两种；第三、并绕导线的径向尺寸应该相等；第四、计算出线圈高度应比小0.0050.015米；第五、当立绕时，导线宽边与窄边之比应不小于1.3，不大于3.0；（1）层间绝缘（轴向油道的宽度） =0.0040.006m（2）撑条宽度 =0.015m（3）低压线圈端部绝缘高出线圈的高度 =0.005m（4）低压线圈与铁柱之间的轴向油道的宽度 =0.005m（5）低压线圈到铁轭的绝缘距离 0.015m（6）低压线圈不用胶木纸筒，在套入铁心时，用0.1厘米绝缘纸板与铁心隔开。20低压线圈的电流密度（最后值） 21低压线圈的轴向尺寸（净高） =0.694255+0.000113=0.695555m 式中 求得之值以0.001米进位加以修正；工艺裕度，每两根导线之间加0.0001米。当导线沿轴向有两根并绕时，轴向尺寸尚须考虑换位一次所需的尺寸。22低压线圈的绝缘高度（总高） 0.695555+20.0050.705555m 23低压线圈的径向尺寸 =2(25.2+0.5)+6=27.8mm=0.0278m 式中 以0.0005米进位加以修正；工艺裕度，一般为0.00040.0005米。当导线沿径向有二根并绕时，径向尺寸尚须考虑并绕根数。24低压线圈内径 =0.27+20.005=0.28m 25低压线圈外径 =0.28+20.0278=0.3356m 7.5 高压线圈的计算26高压线圈中引出分接头的方式27高压线圈匝数 取整数 为325匝调压所需匝数 0.0532516.25匝28高压线圈在各分接头处匝数； 342；325；309；29电压比校核额定电压时 1.05倍额定电压时 0.95倍额定电压时 30高压线圈电流密度的初步值2337148527576903985280A/31高压线圈线匝截面积的初步值=0.0007243532高压线圈导线的尺寸（1）根据已求得的的约值，由附录查得；导线规格 并绕根数是考虑到每根导线直径不致过大。导线截面积 34.45（2）整个线匝的截面积（最后值）34.4533高压线圈的电流密度（最后值）34高压线圈的结构（1）每层匝数 （2）层数 取7层（3）在各层中的匝数（4）高压线圈的轴向尺寸（净高）（49.197+1）12.95（1+7）695.555mm=0.695555m（5）把高压线圈分为两个同心线圈C和D 里面的C；（3）层（占总层数的大约1/3）； 外面的D；（4）层（占总层数的大约2/3）；（6）高压线圈的绝缘高度（总高） 0.695555+20.015=0.725555m（7）高压线圈绕在电木纸筒上，电木纸筒的厚度为0.00250.003m（8）线圈C和D间轴向油道的宽度为 =0.006m 撑条的宽度为 =0.015m 数目为8（9）节分接头在第309，325，342匝处以原线打圈的方式引出（10）层间电压249.19717.765=1747.97V（11）层间绝缘。采用电缆纸做层间绝缘，电缆纸层数及厚度（毫米）采用40.12（12）高低压线圈间轴向油道的宽度 =0.010m（13）相邻两铁柱的高压线圈之间的距离 =0.008m（14）相间隔板的厚度 =0.002m（15）高压线圈到铁轭的距离 =0.025m35高压线圈的径向尺寸(3.253+240.12+30.3)+6+(3.254+340.12+40.3)=33.25mm=0.03325m式中 里面的线圈的C层数; 外面的线圈的D层数; 层间绝缘厚度（m）； 和线圈C和线圈D的工艺裕度，每层加米。所求得的C和D的厚度均加以修正，以0.0005米进位。36高压线圈的内径0.3356+20.01=0.3556m37高压线圈的外径0.3556+20.03325=0.4221m 39相邻两铁柱的中心距0.4221+0.008=0.4301m 所求得的C的值，以0.5厘米进位加以修正。7.6 短路损耗的计算40低压线圈铜重a) 低压线圈平均直径mb) 低压线圈平均匝长 0.3078=0.967mc) 低压线圈铜线总长（每相） 130.967+0.35=12.921m 式中 K出头长度，K=0.35md) 低压线圈铜重（不带绝缘） 312.9211046.88.9=361.136 式中 铜的密度, =8.9kg/e) 低压线圈带绝缘铜重361.136(1+3%)=371.97 式中 k扁铜线由于绝缘所增加的重量，由表查得k=3%41高压线圈铜重（1）高压线圈平均直径 =0.38885m（2）高压线圈平均匝长 0.38885=1.2216m（3）压线圈铜线总长（每相） 导线总长 3421.2216=417.7872m 对中间一级电压 417.78720.95=396.9m（4）高压线圈铜重3417.7834.458.9=384.286（5）高压线圈带绝缘铜重 384.286(1+3%)=395.81 式中 k扁铜线由于绝缘所增加的重量，由表查得k=3%42高低压线圈的总铜重361.136+384.286=745.422371.97+395.81=767.7843低压线圈电阻 式中 铜的电阻系数（）时44高压线圈电阻 45低压线圈中的电阻损耗 30.00026353=6588W46高压线圈中的电阻损耗30. 24597=9838.8W47高低压线圈中的附加损耗（包括导线中涡流损耗及油箱等钢结构中的杂散损耗）65888%=527W9838.88%=787W式中 附加损耗占电阻损耗的百分数，8% 48低压引线中的损耗=65883%=197.64W1249高压引线中的损耗=9838.81%=98.388W12 式中 三相引线损耗占对应电压等级的百分数，低压取3，高压取150高低压引线中的总损耗 197.64+98.388296W51短路损耗6588+9838.8+527+787+296=18036.8W52总的铜重77.7 短路电压的计算53短路电压的有功分量54短路电压的无功分量（1）漏磁间隙的折合面积 0.1539+0.194425+0.010.1728+0.0050.1539+0.0060.19248=0.0066m 式中 低压线圈里线圈的匝数； 高压线圈外线圈的匝数；（2）平均电抗高度 式中 低压线圈电抗高度(m), 0.695555-0.06037=0.635185m高压线圈电抗高度(m), 0.695555-0.00902=0.686535m（3）罗果夫斯基系数（4）电抗电压（即短路电压的无功分量） 对f=50赫兹的变压器55短路电压7.8 铁心几何尺寸的最后确定56铁柱截面上各级硅钢片的宽度 57铁柱截面上各级硅钢片的厚度 58阶梯形的总截面积59铁柱的有效截面积0.950.05396=0.051262 压装系数（铁柱有效截面积对阶梯形面积的比值），对不涂漆的冷轧片为0.95；60铁轭的总截面积（初步值）1.150.05396=0.062054式中 铁轭放大系数，当铁轭截面为矩形时，取1.1561铁轭厚度0.26262铁轭高度63铁轭的总截面积（最后值）0.2370.2620.062164铁轭的有效截面积（最后值）0.06210.950.05899565铁柱长度（窗高）0.695555+20.0250.745555m66铁柱上的硅钢片重30.0512620.7455557.65=877.1式中 硅钢片的密度 ，对于冷轧片为7.65/67铁轭上的硅钢片重（1）在最外面铁柱中心线之间的部分 220.43010.0589957.65=776.4 （2）铁轭四角 20.2370.0512627.65=185.88（3）铁轭总重776.4+185.88=962.2868整台变压器的硅钢片重877.1+962.28=1839.387.9 空载损耗的计算69磁通密度的最后值70硅钢片的单位损耗根据、值及硅钢片牌号由表 查得=1.03 W/及=0.773 W/71空载损耗 2172.5W式中 空载损耗附加系数，冷轧钢片铁心取1.3。7.10 空载电流的计算根据硅钢片的牌号，由表查得：在铁柱中 1.55VA/在铁轭中 0.962VA/在空气隙处 2.42VA/73激磁功率1.55(877.1+)=1503.56VA0.962(776.4+)=836.3VA72.420.051262=8683.7828VA1503.56+836.3+8683.7828=11023.6VA74空载电流的有功部分75空载电流的无功部分式中 为激磁电流附加系数，对冷轧片1.1。76空载电流77效率 7.11 油浸式变压器温升计算78油箱高0.745555+20.237+0.181.399555m取0.18m79油箱长20.4301+0.4221+0.08=1.3623m80油箱宽0.4221+0.18=0.6021m81箱盖的散热面积 +(1.3623-0.6021)0.6021=0.74244 箱盖有效散热面积0.750.74244=0.556882油箱箱壁散热面积83油箱总有效散热面积0.5568+4.77522+84.88=44.372选用中心距为1m的散热器8组、13片、每组散热面积4.8884箱壁的单位面积散热量 W/85油对周围空气的平均温升 由表查得86最上层油温升1.235+5.5=式中 油面最高温升修正量， 87高压线圈的单位面积散热量（1）高压线圈的散热面积3(20.18948+20.19548+0.3556)0.695555-2380.0150.695555=6.877（2）高压线圈的单位面积散热量88高压线圈的平均温升35+26.5=式中 高压线圈对油的平均温升。由表查出为。89低压线圈的单位面积散热量（1）低压线圈的散热面积3(0.14+20.1514+20.1564+20.1678)0.695555-3380.0150.695555=6.4021 （2）低压线圈的单位面积散热量90低压线圈的平均温升35+21=式中 低压线圈对油的平均温升。由表查出为。结束语经过近百天的努力，从任务书的下达，到相关资料的查询搜索，再经过设计方案的确定，最后在说明书撰写，我的毕业设计S9 2000KVA/10KV油浸式变压器设计，即将接近尾声！这次毕业设计的课题其实是各大变压器厂已经生产设计出来的成品，但并不否定这次毕业设计的意义。这次毕业设计的目的并不是要去制造产品，而是在设计的过程中去加深对电机专业课程的理解和运用，力争在原有的产品上有所改进和优化。 在本次设计中，我通过对变压器各方面知识的综合运用，并且认真的翻阅了与变压器设计相关的各类书籍，同时还在刘金泽老师的精心指导下，圆满完成了次设计任务，本人在设计中也获得了不少的体会，下面就让我来说下在电力变压器设计中几个需要注意的地方：第一、高低压绕组中相电流、相电压、线电流、线电压之间的计算本变压器的连结组别是Yyn0，也就是说高压绕组为“Y”连接，其相电