SFSZ10-31500／110电力变压器的电磁方案计算及减小局部放电措施的研究(优秀毕业设计)

- I - 10 电力变压器的电磁方案计算及减小局部放电措施的研究 摘要 本文完成了 10 电力变压器电磁方案 的 计算，文中 较为详细地阐述了电力变压器计算的基本公式和计算方法。 10电力变压器电磁方案计算，主要 包括变压器铁 心 的选择及几何尺寸计算、变压器线圈材料、型式选择、高度确定、电压电流计算及线圈几何尺寸计算、短路阻抗计算、线圈损耗、引线损耗、杂散损耗、负载 损耗计算、变压器温升计算、短路电动力计算、变压器重量（总油量、器身 重量、 油箱重 量 、 附件重量 、 运输重量计算）等，并进行了绝缘校核，得出 10 电力变压器的电磁计算方案。 本文同时对高电压变压器局部放电产生的原因进行了分析综述，在查阅文献的基础上，对减小变压器的局部放电在设计、制造、装配等方面提出了一些改进措施。 关键词 电力变压器；电磁计算 ； 局部放电 - 10 10 in in in in of to to in 10 it is in in to at is of of is it is a to on to of 10kV of 目录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 文研究的内容 . 1 第 2 章 电力变压器电磁计算方案 . 2 本设计的技术条件 . 2 定电压 电流计算 . 2 圈相电压 . 2 圈电流 . 3 芯的确定 . 5 圈匝数计算 . 5 压比校核 . 6 段排列及计算 . 7 圈绝缘半径及导线长度计算 . 11 路阻抗计算 . 12 载损耗计算 . 14 升计算 . 16 载特性计算 . 19 路电动力计算 . 20 压器重量计算 . 27 缘校核 . 30 第 3 章 局部放电的减小措施 . 32 部放电机理 . 32 小局部放电的措施 . 36 结论 . 43 致谢 . 44 参 考文献 . 45 - 1 - 第 1章 绪论 题背景 电力变压器是电力系统中的重要设备之一。随着我国社会主义现代化建设的发展，特别是随着电力网向超高压、大容量方向的发展，对电力变压器提出了新的更高的要求。近年来，我国在变压器的理论研究和生产实践方面取得了可喜的成就。 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 110； 60 年代发展到 220； 70 年代发展到 33080 年代已发展到 500电力变压器。建国前我国只能生产单台容量为 300小型配电变压器，建国后 50 年代中期已能仿制 31500压等级已发展到 11060 年代初我国由仿制阶段过渡到自行设计和制造阶段， 60 年代中期已发展到制造 220120000力变压器。到 60 年代末期，电力变压器的容量已经发展到 2600000 年代初期已达到生产 330、 360000力变压器的水平 (我国西北地区的刘关线 330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 )，到 80 年代国内变压器的最高电压等级为 500大容量为 4000001995 年制造出了容量为 450000力变压器，本世纪初我国已能够生产 74000电力变压器和90000自耦变压器。近年来随着我国经济建设的不断发展，电网的电压等级不断提高， 2005 年 9 月西北 750路已经投入运行，线路中的变压器、电抗器等主要设备均为国内生产。现在我国正在进行交流1000流 800电 线路的研究与输变电设备的研制工作，在不久的将来我国的输电网络将会以交流 1000流 800为主要框架，使我国的输变电技术走在世界的前列。 文研究的内容 本论文对目前电力网中经常使用的 10 电力变压器进行了电磁方案计算，计算出了该变压器的各项技术指标及各部分的几何尺寸，计算结果满足国家标准规定值。 在进行 10 电力变压器电磁方案计算的同时，本文还对变压 器局部放电的产生原因及减小局部放电的措施等进行了讨论。 - 2 - 第 2章 电力变压器电磁计算方案 变压器的电磁的方案计算，就是在保证满足国家和行业以及用户所提出的技术要求的基础上，在符合现行工艺条件的前提下，计算出变压器的各项主要经济技术指标、各部分的几何尺寸等。变压器的电磁计算决定了变压 器 的经济特性和运行特性，因此电磁计算是变压器生产制造的重要环节之一。 本设计的技术条件 本设计的基本技术条件如下，其他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： 1500 电压组合： 110 %/35/V 联结组标号： 11y W 负载损耗： 49 短路阻抗： , 7定电压 电流计算 圈相电压 一 、 高压线圈 相 电压： 高压线圈为 Y 联结 ： 3%1 =3121000 69860 V 3%1 =3119630 69070 V 3%1 =3118250 68270 V 3%1 =3116880 67480 V - 3 - 3%1 =3115500 66680 V 3%1 =3114130 65890 V 3%1 =3112750 65110 V 3%1 =311380 64300 V 31U =3110000 63510 V 3%1 =3108630 62710 V 3%1 =3107250 61920 V 3%1 =3105880 61270 V 3%1 =3104500 60340 V 3%1 =3103130 59540 V 3%1 =3101750 58750 V 3%1 =3100380 57950 V 3%1 =399000 57160 V 二、中压线圈相电压： 中压线圈为 y 联结，故其相电压为 235000/ 3 =20210 V 三 、低压线圈相电压 低压线圈为 d 联结，故其相电压为30500 V 圈电流 一、 高压线圈电流： 高压线圈为 Y 联结，其线电流等于相电流： - 4 - 1I=31013 = % %013 %013 %013 %013 %013 %013 %013 31013 %013 %013 %013 %013 %013 %013 %013 - 5 - %013 二、中压线圈电流： 高压线圈为 y 联结，故其相电流等于线电流： 2I=31023 =3500031031500 3 、低压线圈电流： 低压线圈线电流：3I=31033 =3850031063000 3 低压 线圈相电流：03I=33I = 1000 A 芯的确定 变压器铁 心 的计算关系到整台变压器的技术经济特性，也关系到变压器的运行特性。合理的铁 心 尺寸可以提高变压器制造厂的经济效益，同时还可减少变压器在中的损耗，以创造良好的社会效益。 一、 硅钢片的选用： 铁 心 采用 轧硅钢片。在 50 时， 二、 铁 心 直径计算： 4 S 582.4 取 D 580 其中 经验系数，取 52； 三相双线圈变压器每柱容量，31500/2=15750 三、 铁 心 柱截 面积： 铁 心 级数为 15 级，撑条数为 20， 迭片系数为 净截面为 2375 铁轭截面积与铁 心 柱截面积相同。 根据电力变压器计算附表 1 查得。 圈匝数计算 一、每匝电势初选值： 45 、 低压线圈匝数计算： 取 15 匝 - 6 - 三、每匝电势准确值： 31510500 、磁通密度： 、磁通： 510450 =b 六、 中压线圈匝数 计算： 2W= 取 2W =221 匝 七 、 高压线圈匝数计算： 额定匝数： 取 1W =694 匝 调压线圈匝数 ： W = 取 W =9 匝 压比校核 额定电压及各分接电压的偏差，按下式计算： %00 V） ； 各分接位置实际计算电压（ V）； 计算分接匝数）。 6 9 8 6 0 8 6 0 合格 6 9 0 7 0 0 7 0 合格 6 8 2 7 0 2 7 0 合格 6 7 4 8 0 4 8 0 合格 6 6 6 8 0 6 8 0 合格 - 7 - 65890 合格 6 5 1 1 0 1 1 0 合格 6 4 3 0 0 3 0 0 合格 6 3 5 1 0 5 1 0 合格 6 2 7 1 0 7 1 0 + 合格 6 1 9 2 0 9 2 0 + 合格 6 1 2 7 0 2 7 0 + 合格 6 0 3 4 0 3 4 0 + 合格 59540 合格 5 8 7 5 0 7 5 0 + 合格 5 7 9 5 0 9 5 0 + 合格 5 7 1 6 0 1 6 0 + 合格 段排列及计 算 为了减少调压时对漏抗的影响，将调压线匝单独做成一个调压线圈，把额定电压下的高压基本线圈匝数做成高压基本线圈，线圈的布置为铁心中压基本线圈 调压线圈，通过具有选择转换器的三相 Y 联结的有载分接开关，连接调压线圈和高压基本线圈，由 于转换选择器可将调压线圈与高压基本线圈正，反相连，故可减少一半的调压匝数。 一、 高压基本线圈 高压基本线圈的匝数为 694 匝 ， 采用纠结 部出线， 20根撑条并用宽度 50 垫块，每只高压线圈的段数是 2A+2B+66E=70 段 各段匝数 8， 9， 10 各种线段总匝数： 7 2+7 2+8 66=694 匝 - 8 - 导线规格：选用 线绝缘厚度为 纸包铜线，导线尺寸为（ （ 采用 2 根并联，即 2 线圈导线的面积： 2 电流密度： 高压线圈每匝平均长度为 3.5 m 高压线圈导线总长度为 2429 m 75时高压线圈电阻为 三 个线圈净铜线总重量为 4203 三个线圈纸包铜线总重量为 5205 高压线圈三相负载损耗为 高压线圈尺寸计算： E 线段辐向尺寸为 2 10 8 A 线段辐向尺寸为 2 9 9 9 垫 条） =88 B 线段辐向尺 寸为 2 8 0+18 垫条）=88 高压线圈 轴向尺寸： 导线高度 + 284 油道高度 - 压缩系数 1240 + 26 静电板和油道高度 1266 + 95 上铁轭绝缘距离 65 下铁轭绝缘距离 65 线圈压板及间隙 1491 铁窗高度 二、 中压线圈 中压线圈匝数为 221 匝 连续式线圈， 20 根撑条并用 40m 宽垫块 ， 线段数 2M+73N=75 段 每个线段匝数为 19 162 , 220 20- 9 - 每种线段总匝数为 19220 73+ 16220 2=221 匝 导线规格 导线绝缘厚度为 0.6 纸包铜线，导 线尺寸为 （ （ ，采用 6 根导线并联，即 6 导线总截面积为 6 电流密度为 中压线圈每匝平均长度为 2.8 m 中压线圈导线总长度为 618.8 m 75 时中压线圈电阻为 三个线圈净铜线总重为 3043 三个纸包铜线总重为 3150 中压线圈三相负载损耗为 58.3 中压线圈尺寸计算： 正常线段辐向尺寸为 6 19220 7.5 加强线段辐向尺寸为 6 16220 4.5 3 条） =57.5 中压线圈 轴向尺寸： 978 导线高度 + 296 油道高度 1274 - 8 压缩系数 1266 + 95 上 铁轭绝缘距离 65 下 铁轭绝缘距离 65 线圈压板及间隙 1491 铁窗高度 三、 低压线圈 低压线圈匝数为 115 匝 单螺旋式线圈， 20根撑条并用宽度为 30 的垫块 导线规格 线绝缘厚度为 的纸包铜线，导线 尺 寸为 （ 3 6） /（ ，采用 20 根导线并联，即 20 导线总截面积为 20=325 2- 10 - 导线电流密度为 低压线圈导线平均匝长为 m 低压线圈导线总长度为 m 75时中低压线圈电阻为 低压线圈三相导线净铜线总重为 2303.5 低压线圈三相导线纸包铜线总重为 3200 低压线圈 三相负载损耗为 51 低压线圈尺寸计算 低压线圈辐向尺寸为 20=70 低压线圈轴向尺寸： （ 115+4） “ 424”换位 导线总高度 + 513 油道高度 压缩系数 1266 + 95 上铁轭绝缘距离 65 下铁轭绝缘距离 65 线圈压板及间隙 1491 铁窗高度 四、 调压线圈 一 有载分接开关的选择 有载分接开关必须满足下列技术要求 : 高压线圈的最大通过电流 : 高压线圈联结组及调压方式 :结 ,中性点调压 有载分接开关对地绝缘水平 :工频 85 击时 ,线圈最大电压不大 开关绝缘水平 调压范围 :20% 调压级数及级电压 : 8 共 17 级调压 ,级电压为 780 V 开关寿命 :电气 寿命不低于 2 万次 ,机械寿命不低于 20 万次 有载分接开关的安全保护装置 :按上述要求 ,选择带有转换选择器的- 11 - 有载分接开关 ,其规格为三相中性点有载分接开 关 最大额定电流 500 A;三秒钟热稳定电流 8 稳定电流 20 电压 3000 V 每级容量 1500 重 280 度 2383 m ;级数 19 级 ;对地绝缘水 平 110 大工作电压 125 开关具有安全保护装置 ,可满足技术要求 。 二 调压 线圈尺寸计算 为了保证结构的稳定性，此变压器的调压线圈采用双螺旋式线圈结构，共 8 级调压 调压线圈匝数： 8匝，串联后调压线圈匝数为 64匝 双螺旋不换位， 20根撑条，宽度为 50 块，线圈段数 16 段 导线规格：导线采用 缘厚度为 纸包铜 线，导线尺寸为（ （ 采用两根并联， 即 2 线圈导线截面积： 电流密度，最大分接时为 额定分接时为 0；最小分 接时为 调压线圈每匝平均长度 4.1 m 调压线圈导线总长 262.4 m 75时调压线圈导线串联电阻 调压线圈净铜线总重： 483 调压线圈纸包铜线总重： 530 调压线圈三相负载损耗：最大分接时为 8.1 最小分接时 为 调压线圈尺寸计算 调压线圈的辐向尺寸为 2 2 7.5 m 调压线圈的轴向尺寸： （ 16+2） 导线高度 + （ 16+1） 17 = 612 油道高度 压缩系数 846 调压线圈电抗高度 圈绝缘半径及导线长度计算 一、 线圈绝缘半径 - 12 - 铁心 柱直径为： 580 铁心 柱直 径放大为 594 R 297 铁芯柱半径 + 23 筒和撑条总厚度 320 低压 线圈内半径（3R） + 70 低压线圈辐向厚度（3B） 390 低压线圈外半径 + 26 主空道厚度（23a） 416 中压线圈内半径 （2R） + 中压线圈辐向厚度（2B） 中 压线圈外半径 + 40 主空道厚度（ 12a ） 高压线圈内半径（ 1R ） + 88 高 压线圈辐向厚度 （ 1B ） 高压线圈外半径 + 40 纸筒和撑条厚度 调压线圈内半径 + 调压线圈辐向厚度 659 调压线圈外半径 2 1318 线圈总外径 + 40 相间绝缘距离 1358 相间铁芯柱中心线距离 路阻抗计算 线圈平均电抗高度： 12253 25.3 - 13 - 13253 25.3 23266 26.6 漏磁总宽度： 212112 313113 323223 漏磁空道总面积： 1 1 2 2 1 2 1 212 13D a r a r a r = 1 8 . 8 5 5 . 7 5 5 . 7 5 4 4 . 4 7 5 4 4 9 . 3 53 1 1 3 3 1 3 1 313 13D a r a r a r 28 2 2 2 3 3 2 3 2 323 13D a r a r a r 洛氏系数： 力变压器计算表 力变压器计算表 力变压器计算表 短路阻抗的电抗分量： 6121212 % 6131313 - 14 - % 6232323 % 式中， f 为频率（ ； W 为额定匝数； I 为额定电流（ A ） ； =估算的横向电抗系数。 短路阻抗的电阻分量： 312121 3 9 . 5 1 0 0 . 4 4 %1 0 1 0 3 1 5 0 0 式中，12压 载损耗（ W ） 313131 4 8 . 3 1 1 0 0 . 4 7 %1 0 1 0 3 1 5 0 0 式中，13中压运行时的负载损耗（ W ） 323231 2 9 . 1 6 1 0 0 . 4 1 %1 0 1 0 3 1 5 0 0 式中，23压 载损耗（ W ） 短路阻抗百分值： 221 2 1 2 1 2 1 0 . 5 9 %z k r xu u u （标准植 合格 221 3 1 3 1 3 1 8 . 7 %z k r xu u u （标准植 17 合格 222 3 2 3 2 3 6 . 4 7 %z k r xu u u （标准植 合格 载损耗计算 一、电阻损耗 高压线圈 ： 1211 r 中 压线圈 ： 2222 r 低压线圈 ： 3233 r 式中， m 为相数； 1I 2I 3I 为额定相电流 ,A。 二、 涡流损耗 - 15 - 高压线圈： 2 21 773 . 8 5 0 2 0 7 0 2 . 8 3 2 . 41 0 1 0 1 2 4 0ww xK f m n a 10% 1 1 1 5 8 . 7 1 0 % 5 . 8 7w r K 中压线圈： 2 22 773 . 8 5 0 1 8 7 5 2 . 5 3 0 . 71 0 1 0 1 2 6 6ww xK f m n a 2 2 2 5 8 . 3 6 . 3 6 % 3 . 7w r K 低压线圈： 2 231 773 . 8 5 0 2 0 1 1 5 3 1 6 . 2 5 7 . 4 5 %1 0 1 0 1 2 6 6ww xK f m n a 3 1 3 3 1 5 1 7 . 4 5 %w r K 3.8 低压线圈为单螺旋结构，线圈采用“ 424”换位， 不完全 换位损耗为 ： 2 2325 0 3 1 1 5 1 6 . 2 50 . 7 3 8 1 0 1 2 9 0 2 4 4 . 7 %1266w b m xf a s 3 2 3 3 2 5 1 4 . 7 % 2 . 4w r K 312.2 三、 引线 损耗 高压引线采用 50 2电缆，每相长度约为 4 m ，则： 1450= 1 中压线圈引线采用 50 2电缆，每相长度约为 3 m ，则： 2350= 2 低压线圈引线采用 95 2每相长度约为 5 m ，则： 3595= 3 21000 .4 四 、 杂散损耗 高压 - 16 - 222 2 2 2 3012212( 1 0 ) 2 ( ) 5 0z s x z k x p b p NK u a H R R S 2 2 2 321 . 4 7 4 1 1 0 . 5 9 1 2 5 3 1 1 . 81 1 0 4 9 1 2 5 3 2 ( 8 8 6 . 5 4 9 3 . 5 ) 高压 222 2 2 2 3013212( 1 0 ) 2 ( ) 5 0z s x z k x p b p NK u a H R R S 2 2 2 321 . 4 7 4 1 1 8 . 7 1 2 5 3 231 1 0 4 9 1 2 5 3 2 ( 8 8 6 . 5 4 5 1 . 7 5 ) 中压 222 2 2 2 3023212( 1 0 ) 2 ( ) 5 0z s x z k x p b p NK u a H R R S 2 2 2 322 . 1 9 4 1 6 . 4 7 1 2 5 3 5 . 5 61 1 0 4 9 1 2 5 3 2 ( 8 8 6 . 5 4 0 3 ) 五 、负载损耗 高 压 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2f z r r y y w w z P P P P P P 139.5 149 合格 高压 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3f z r r y y w w z P P P P P P 149 合格 中压 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 1 2 9 . 1 6f z r r y y w w z P P P P P P 149 格 升计算 一、 线圈对油的温差计算 高压线圈： 根据国家标准规定，有载调压变压器的高压线圈 表面单位热负荷 按其在 分接位置计算。 在 接位置时： 1=1I= 100