毕业论文-S9-80kVA10kV0.4kV电力变压器电磁设计

1、哈尔滨理工大学学士学位论文PAGE PAGE VS9-80kVA/10kV/0.4kV电力变压器电磁设计摘 要电力变压器是电力网中的主要电气设备。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。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、外型尺寸,以取得比较合理的技术经济效果。计算结果必须满足国家标准及有关技术标准的规定和使用部门的要求。本文对S9-80kVA/10kV/0.4kV电力变压器进行了电磁计算。首先对电力变压器的作用、发展、基本结构、性能参数及变压器的设计一般步骤、原则进

2、行了简单的介绍。在电磁计算过程中，最初是铁心尺寸、材料的选择，然后是变压器绕组材料和型式的选择，绕组有关数据的计算，电磁计算最为关键的是短路阻抗、负载损耗、空载损耗、空载电流等变压器性能参数的计算，最后是变压器温升、短路电动力、变压器油箱尺寸、变压器总质量的确定与计算。其中在计算短路阻抗过程中，需要结合负载损耗、空载损耗的计算，经过反复计算才能达到技术要求。在电磁计算的全过程中较为详细的阐明了电力变压器计算的基本公式和计算方法，给出了一套完整的设计方案。关键词电力变压器；电磁计算；损耗Design of S9-80kVA/10kV/0.4kV Power transformerAbstract

3、Power transformer is the main equipment in power network. The design and manufacturing quality is the key to directly affect the operation quality and the economic benefit, so the electromagnetic calculation of power transformer is very important. Electromagnetic computing task is to identify transf

4、ormer electric, magnetic load and main dimensions, computing performance data and the various parts of the temperature rise and the calculation of transformer weight, dimensions, in order to obtain the reasonable technical and economic effect. The calculation results must meet the national standards

5、 and the relevant technical standards and the use of department.This paper presents a bill of the electromagnetism calculation for S9-80kVA/10kV/0.4kV power tansformer.Firstly, simply instruct the use of transformerthe, development history of power transformer,basic structure, performance parameters

6、 and general step,principle of transformer design. In the electromagnetic calculation process, the first is core size, material selection, then the transformer winding material and type selection, data relating to the calculation of winding, the most critical of electromagnetic calculation is short-

7、circuit impedance of no-load loss, load loss, no load current transformer, the performance parameters of the calculation, finally the transformer temperature rise, short circuit force of transformer tank transformer, size, total quality determination and calculation. In the process of calculating th

8、e short circuit impedance process, requires a combination of load loss, no load loss calculation, after repeated calculation can reach the technical requirements. In the electromagnetic calculation of whole process detailed expounds the power transformer basic calculation formula and method, given a

9、 complete set of design scheme. Key words power transformer; electromagnetic computing; loss目录摘要 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328514971 PAGEREF _Toc328514971 h I HYPERLINK l _Toc328514972 Abstract PAGEREF _Toc328514972 h II HYPERLINK l _Toc328514973 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328514973 h 1 HYPERLINK l _T

10、oc328514974 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc328514974 h 1 HYPERLINK l _Toc328514975 1.2 变压器在电力系统中的作用 PAGEREF _Toc328514975 h 1 HYPERLINK l _Toc328514976 1.3 电力变压器的发展 PAGEREF _Toc328514976 h 1 HYPERLINK l _Toc328514977 1.4 电力变压器的结构特点 PAGEREF _Toc328514977 h 4 HYPERLINK l _Toc328514978 1.5 电力变压器性能参数 PAGEREF _Toc

11、328514978 h 4 HYPERLINK l _Toc328514979 1.6 变压器的设计原则 PAGEREF _Toc328514979 h 5 HYPERLINK l _Toc328514980 1.7 变压器计算的一般程序 PAGEREF _Toc328514980 h 5 HYPERLINK l _Toc328514981 第2章 变压器电磁计算 PAGEREF _Toc328514981 h 8 HYPERLINK l _Toc328514982 2.1 本设计的技术条件 PAGEREF _Toc328514982 h 8 HYPERLINK l _Toc328514983

12、 2.2 变压器设计 PAGEREF _Toc328514983 h 8 HYPERLINK l _Toc328514984 2.2.1 变压器主要结构的确定 PAGEREF _Toc328514984 h 8 HYPERLINK l _Toc328514985 2.2.2 硅钢片的选用 PAGEREF _Toc328514985 h 8 HYPERLINK l _Toc328514986 2.2.3 铁心直径的确定 PAGEREF _Toc328514986 h 8 HYPERLINK l _Toc328514987 2.2.4 铁心截面积确定 PAGEREF _Toc328514987 h

13、 9 HYPERLINK l _Toc328514988 2.2.5 铁心级数的确定 PAGEREF _Toc328514988 h 9 HYPERLINK l _Toc328514989 2.2.6 变压器主纵绝缘 PAGEREF _Toc328514989 h 10 HYPERLINK l _Toc328514990 2.3 电磁计算 PAGEREF _Toc328514990 h 10 HYPERLINK l _Toc328514991 2.3.1 额定电压和额定电流的计算 PAGEREF _Toc328514991 h 10 HYPERLINK l _Toc328514992 2.3.

14、2 绕组匝数计算 PAGEREF _Toc328514992 h 11 HYPERLINK l _Toc328514993 2.3.3 绕组计算 PAGEREF _Toc328514993 h 13 HYPERLINK l _Toc328514994 2.3.4 绝缘半径及导线长度计算 PAGEREF _Toc328514994 h 17 HYPERLINK l _Toc328514995 2.3.5 75时绕组直流电阻计算 PAGEREF _Toc328514995 h 19 HYPERLINK l _Toc328514996 2.3.6 绕组导线质量计算 PAGEREF _Toc32851

15、4996 h 19 HYPERLINK l _Toc328514997 2.3.7 短路阻抗计算 PAGEREF _Toc328514997 h 21 HYPERLINK l _Toc328514998 2.3.8 负载损耗的计算 PAGEREF _Toc328514998 h 22 HYPERLINK l _Toc328514999 2.3.9 空载损耗及空载电流计算 PAGEREF _Toc328514999 h 24 HYPERLINK l _Toc328515000 2.3.10 绕组的温升计算 PAGEREF _Toc328515000 h 26 HYPERLINK l _Toc32

16、8515001 2.4 油箱尺寸计算 PAGEREF _Toc328515001 h 29 HYPERLINK l _Toc328515002 2.4.1 油箱尺寸估计 PAGEREF _Toc328515002 h 29 HYPERLINK l _Toc328515003 2.4.2 箱壁散热面积计算 PAGEREF _Toc328515003 h 30 HYPERLINK l _Toc328515004 2.4.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算 PAGEREF _Toc328515004 h 31 HYPERLINK l _Toc328515005 2.5 短路电动力计算 PAGERE

17、F _Toc328515005 h 33 HYPERLINK l _Toc328515006 2.5.1 绕组区域划分 PAGEREF _Toc328515006 h 33 HYPERLINK l _Toc328515007 2.5.2 安匝分布计算 PAGEREF _Toc328515007 h 34 HYPERLINK l _Toc328515008 2.5.3 漏磁计算 PAGEREF _Toc328515008 h 34 HYPERLINK l _Toc328515009 2.5.4 短路电流稳定值倍数计算 PAGEREF _Toc328515009 h 35 HYPERLINK l

18、_Toc328515010 2.5.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 PAGEREF _Toc328515010 h 36 HYPERLINK l _Toc328515011 2.5.6 绕组导线应力计算 PAGEREF _Toc328515011 h 36 HYPERLINK l _Toc328515012 2.6 变压器质量计算 PAGEREF _Toc328515012 h 38 HYPERLINK l _Toc328515013 2.6.1 总油量计算 PAGEREF _Toc328515013 h 38 HYPERLINK l _Toc328515014 2.6.2 变压器箱

19、体质量计算 PAGEREF _Toc328515014 h 40 HYPERLINK l _Toc328515015 2.6.3 附件质量计算 PAGEREF _Toc328515015 h 40 HYPERLINK l _Toc328515016 2.6.4 变压器总质量计算 PAGEREF _Toc328515016 h 41 HYPERLINK l _Toc328515017 2.7 本章小结 PAGEREF _Toc328515017 h 41 HYPERLINK l _Toc328515018 结论 PAGEREF _Toc328515018 h 42 HYPERLINK l _To

20、c328515019 致谢 PAGEREF _Toc328515019 h 43 HYPERLINK l _Toc328515020 参考文献 PAGEREF _Toc328515020 h 44 HYPERLINK l _Toc328515021 附录A PAGEREF _Toc328515021 h 45 HYPERLINK l _Toc328515022 附录B PAGEREF _Toc328515022 h 57PAGE 60绪论 课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

21、。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。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110kV级；60年代发展到220kV级；70年代发展到330kV级；80年代已发展到500kV级电力变压器,近几年电压等级更是发展到了750kV、800kV、1000kV。建国前的1936年，我国只能生产单台容量为300kVA的小型配电变压器，到建国后50年代中期已能仿制31500kVA的电力变压器，电压等级已发展到110kV。60年代初我国由仿制阶段过渡

22、到自行设计和制造阶段，60年代中期已发展到制造220kV、120000kVA电力变压器。到60年代末期，电力变压器的容量已经发展到260000kVA。70年代初期已达到生产330kV级、360000kVA电力变压器的水平，到80年代国内最大容量为400000kVA，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10001500kV特高压方向发展。 变压器在电力系统中的作用变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。它可以把一

23、种交流电压、交流电流的电能转化成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能。 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，达到远距离送电的目的；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1。 电力变压器的发展变压器是利用互感原理来改变同频率交流电压高低的一种电气设备，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1kVA的发电机容量，需88.5kVA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，以达到节

24、能的目的。国外中小型电力变压器的发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进（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）

25、，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（0.9 W/kg）的1/4，节能效果十分显著。瑞士ABB公司研制的330 kVA单相超导变压器，其绕组由铁镍合金制成，浸在-269oC的液氦中使用，这种超导变压器的体积比普通变压器小70%，损耗降低50%变压器的发展动向随着电力系统向高电压、大容量方向发展及社会环境、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。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

26、相适应的高压变压器。提高单台式变压器的输出容量开发抑制故障电流的高阻抗变压器进一步降低单台变压器的运输重量进一步降低变压器自身损耗（再降低2030%）降低噪音水平（达到10dB以下）进一步开发防火、防爆干式变压器开发不燃变压器不燃变压器室采用不燃性冷却介质以全氟化碳（）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（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。我国电力变压器发展方

27、向根据我国电力工业装备政策及技术政策要求，电力变压器的发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、750kV（西北联网，青海至新疆，青海内部基本都是750kV）、特高压（1000kV等级）、大容量、轻结构、不吊芯方向发展。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发展，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

28、，采用新材料、新结构，以达到节能、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，在技术经济比较合理的情况下，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民经济发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，

29、要发展我国电力工业，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则发生变化，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2。 电力变压器的结构特点变压器产品

30、包括变压器、互感器、调压器、电抗器等，品格规格繁多，但基本原理和结构是相似的，结构则由下面几部分组成。 = 1 * GB2 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。 = 2 * GB2 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。 = 3 * GB2 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。 = 4 * GB2 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

31、可固定引线,又起引线对地的绝缘作用。 = 5 * GB2 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。 = 6 * GB2 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，经过净油器达到吸取油中的水分、渣、酸、氯化物的作用。 = 7 * GB2 储油器：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。 = 8 *

32、GB2 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。 = 9 * GB2 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 * GB2 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，大型变压器则采用信号温度计，另外变压器上还用电阻温度计，压力式温度计等。 电力变压器性能参数 = 1 * GB2 变压器额定容量, kVA； = 2 * GB2 相数； = 3 * GB2 频率（Hz）； = 4 * G

33、B2 变压器一、二次侧的额定电压, kV； = 5 * GB2 绕组接线方式和联结组； = 6 * GB2 变压器冷却方式； = 7 * GB2 负载特点：连续负载或短时间断负载； = 8 * GB2 安装特点：户内或户外特点； = 9 * GB2 短路阻抗,%； = 10 * GB2 负载损耗, kV； = 11 * GB2 空载损耗, kV； = 12 * GB2 空载电流,A。上述的 = 1 * GB2 至 = 8 * GB2 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； = 9 * GB2 至 = 12 * GB2 项性能数据由国家标准三相油浸电力变压器基本参数和技术要求（GB

34、/T 6451-1999）和有关技术条件所规定3。 变压器的设计原则变压器作为产品，有商品的属性特点。变压器的设计原则与其他商品属性基本一致。在完成功能中追求价格优势是最佳的。不过在当今强调降低成本的同时，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、成本不高、如此的变压器设计得到越来越多的广大市场的青睐和追求。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

35、茫市场群体中站住脚4。 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，特种变压器计算基本上与之相同，只需要考虑其中特殊要求和自身特点即可。 = 1 * GB2 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。 = 2 * GB2 确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭截面。 图11 电力变压器计算程序框图 = 3 * GB2 根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。 = 4 * GB2 初算低压绕组匝数，凑成整数匝，根据此匝数再重新计算铁芯柱中的磁通

36、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 = 5 * GB2 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。 = 6 * GB2 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。 = 7 * GB2 计算绝缘半径，确定变压器中心距，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。 = 8 * GB2 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），

37、检查短路阻抗是否符合标准规定值。 = 9 * GB2 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，则需要调整变更铁心柱直径。 = 10 * GB2 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 * GB2 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。 = 12 * GB2 计算变压器重量5。 设计变压器时，在遵循基本物理概念的基础上，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、

38、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，已有比较成熟的方法6。变压器电磁计算 本设计的技术条件本设计的基本技术条件如下，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：kVA电压组合：高压kV低压kV分接系数：联接组标号： 空载损耗：kW空载电流：负载损耗：kW短路阻抗： 变压器设计 变压器主要结构的确定 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。实验表明，当接缝长度大于cm时，变压器的损耗会明显增大7。2.铁轭结构:铁轭的级数与铁心柱级数完全一致,这样两者磁通分布均匀，铁轭

39、截面可以与铁心柱一致节省了材料。 硅钢片的选用铁心采用30Q130冷轧硅钢片。在50Hz、1.7T时，单位损耗为1.240W/kg，磁化容量为3.140VA/kg。 铁心直径的确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0.270.35毫米的电工硅钢片叠制而成。铁心分为心柱和铁轭两个部分。铁心柱上套装线圈，铁轭将铁心柱连接起来，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8。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

40、的铁心直径就是硅钢片和导线材料的用量比例适当，达到最经济的效果，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基础，按下式求出铁心直径。对于高、低各绕组容量均为100%的双绕组变压器，每柱容量为： kVA （1-1）铁心直径估计mm查表取mm(附录B1)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，此处取53。 铁心截面积确定心式变压器绕组为圆形，为

41、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mm，叠片系数取0.96时，有效截面积cm2 铁心级数的确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。根据材料供应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。实验表明，各级硅钢片的数目对铁心损耗无影响，这是由于当硅钢片数量增大时，搭接距离就会减小的原因7 。 变压器主纵绝缘主绝缘：图21 35kV以下变压器的主绝缘结

42、构图：下部端绝缘：15端圈+10下铁轭绝缘纵绝缘：绕组匝绝缘0.08mm，所有线段均垫内径垫条1.0mm。 电磁计算 额定电压和额定电流的计算 = 1 * GB2 高压绕组相电压：高压绕组为Y联接，其线电压等于倍的相电压VV V （21）VV = 2 * GB2 低压绕组相电压：低压绕组为y联接，V = 3 * GB2 高压绕组额定电流：高压绕组线电流 A （22） = 4 * GB2 低压绕组线电流：A 绕组匝数计算 = 1 * GB2 每匝电势 V/匝 （23）式中：铁心柱内磁通密度初选值（T），对于冷轧硅钢片 TT（小容量取小值），此处取T = 2 * GB2 低压绕组匝数计算： 取57

43、匝故V/匝 （24）磁通密度 T （25） = 3 * GB2 高压绕组匝数计算：高压绕组在额定分接时的匝数，即基本绕组匝数： 取1503匝 调压绕组匝数 取38匝表2-1 分接情况分接位置分接比分接匝数开关位置11427214653额定分接15034154151579 = 4 * GB2 电压比偏差（V%）计算 一般式中：每匝电势（V）； 高压线圈各分接位置的每相匝数； 高压各分接位置的相电压（V） 合格 合格 合格 合格 合格 绕组计算2.3.3.1 高压绕组 = 1 * GB2 高压基本线圈的匝数为1579匝，采用层式，端部出线，8根撑条 = 2 * GB2 每层匝数122匝，不满层匝数

44、115 = 3 * GB2 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1.706mm绝缘厚度为0.106mm (附录B-2) = 4 * GB2 线圈导线面积：2.0106mm2 = 5 * GB2 电流密度：2.288A/ mm2 = 6 * GB2 高压线圈每匝平均长度：0.56m 0.65m = 7 * GB2 高压线圈导线总长度为934.66m = 8 * GB2 75时的高压线圈电阻为9.92 = 9 * GB2 三个线圈的净铜线总重量为50.175kg；三个线圈漆包线总重量为50.998kg = 10 * GB2 高压绕组尺寸计算 = 1 * GB3 高压线

45、圈轴向高度： （2-6）式中：包绝缘后的绝缘导线宽度（mm），如采用圆导线，则为绝缘导线直径； 当导线沿幅向2根并联时，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；如（无换位）时，则； 沿线圈轴向导线的并联根数 每层匝数； 圆筒式线圈轴向裕度系数。 mm 取mm油道厚度mm 高压线圈电抗高度： （2-7）式中：圆筒式线圈轴向高度，mm 两端出头的绝缘导线宽度或绝缘导线直径 导线沿线圈轴向的并联根数mm = 2 * GB3 高压线圈幅向厚度 式中：油道两侧的所有线圈幅向厚度之和 线圈层间所有轴向油道厚度之和油道每侧的幅向厚度 （2-8）式中：包绝缘后的绝缘导线厚度，mm，如采用圆

46、导线，则为绝缘导线直径； 沿导线径向的导线并联根数； 油道一侧的层数； 层绝缘每张厚度，mm； 两层间长绝缘的张数（附录B-7）； 两层间短绝缘的张数； 长绝缘的层间数； 短绝缘的层间数； 圆筒式线圈幅向裕度系数；油道内侧mmmm油道外侧 mmmmmm2.3.3.2低压绕组 = 1 * GB2 低压线圈匝数为57匝，采用层式，端部出线，8根撑条； = 2 * GB2 每层匝数29匝，不满层匝数28；一个设计良好的多层绕组损耗会比单层绕组损耗更低8。 = 3 * GB2 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5.008.00（附录B-3）； = 4 * G

47、B2 线圈导线面积：39.14mm2； = 5 * GB2 电流密度：3.104A/mm2； = 6 * GB2 低压线圈每匝平均长度：0.44m； = 7 * GB2 低压线圈导线总长度为26.34m； = 8 * GB2 75时的低压线圈电阻为0.01436； = 9 * GB2 三个线圈的净铜线总重量为27.25kg；三个线圈漆包线总重量为27.62kg； = 10 * GB2 低压绕组尺寸计算 = 1 * GB3 低压线圈轴向高度：mmmm mm = 2 * GB3 高压线圈幅向厚度mm 取mm 绝缘半径及导线长度计算2.3.4.1线圈绝缘半径计算 120 铁心直径，mm 2 60 铁

48、心半径，mm + 3 铁心至纸筒间隙，mm 63 内线圈纸筒内半径，mm + 1 内线圈纸筒内半径 ，mm64 内线圈纸筒外半径，mm+ 1 纸筒至内线圈的油道厚度，mm 65 内线圈内半径，mm + 11.5 内线圈幅向厚度 ，mm76.5 内线圈外半径，mm + 6.5 内线圈至外线圈纸筒的油道厚度，mm 83 外线圈纸筒内半径，mm + 2.5 外线圈纸筒厚度 ，mm85.5 外线圈纸筒外半径，mm + 0 纸筒至外线圈的油道厚度，mm 85.5 外线圈内半径，mm + 7.5 外线圈油道内侧的幅向厚度，mm 93 外线圈油道内测的线圈外半径，mm + 3 外线圈层间轴向油道厚度，mm

49、96 外线圈油道外侧的线圈内半径，mm + 16 外线圈油道外侧的幅向厚度，mm 112 外线圈外半径，mm 2 224 外线圈外直径，mm+ 8 相间距离，mm 232 铁心柱中心距，mm绕组尺寸示意图：图2-2 绕组尺寸示意图2.3.4.2绕组平均半径低压绕组平均半径mm油道内侧高压绕组平均半径 mm油道外侧高压绕组平均半径 mm2.3.4.3绕组平均匝长计算 （2-9）式中：各线圈平均半径低压绕组m油道内侧高压绕组m油道外侧高压绕组m2.3.4.4绕组导线总长计算式中：线圈的每相匝数； 线圈每相出头长，对圆筒式线圈一般取m左右，此处取m低压绕组m高压绕组额定分接m高压绕组最大分接m 75

50、时绕组直流电阻计算 （2-10）式中：导线电阻系数，铜导线： mm2/m 线圈导线总截面积低压绕组高压绕组 绕组导线质量计算裸导线质量计算 （2-11）式中：相数 线圈导线的密度，铜导线：g/cm3低压绕组kg高压绕组kg带绝缘导线质量计算 （2-11）式中：线圈导线绝缘占裸导线重量的百分数，扁导线： （2-12） 单根裸扁导线的厚度、宽度 单根裸扁导线的圆角，此处 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 kg高压绕组 kg 短路阻抗计算短路阻抗由电阻分量和电抗分量两部分组成 （2-12）电抗分量 （2-13）式中：电抗高度cm 漏磁宽度 cm 洛氏系数 漏

51、磁等值总面积 cm2 电抗分量电阻分量短路阻抗电抗分量调整：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34%以下，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N及每匝电势。当电抗值偏大时，可增加每匝电势增大，匝数N必然会减少，从而达到降低电抗的目的。若使改变需调整磁密和铁心直径，这种方法变动较大。2.调整及高低压线圈平均有效电抗高度。当电抗值偏大时。可增加高低压线圈平均高度，增大，必然随之缩小。调整导线尺寸及调整段数均可达到调整及的目的。3.调整高低压线圈间距

52、离，在满足绝缘最小距离情况下，增减高低压线圈间的距离，可使电抗值增大或减小。这种方法浪费材料，最好不用 负载损耗的计算一对绕组运行时的负载损耗式中：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 被计算的一对绕组的杂散损耗绕组导线电阻损耗计算 （2-14）式中：相数； 分接的相电流； 分接的相电阻。高压绕组W低压绕组W附加损耗计算 （2-15）式中：绕组导线的电阻损耗； 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。高压绕组W低压绕组W引线损耗计算有时为了计算简便起见，引线损耗可用引线损耗占绕组导线电阻损耗的百分数来估计

53、： （2-16）式中：引线损耗占绕组导线电阻损耗的百分数，查表高压绕组，低压绕组。（附录B-4）高压绕组W低压绕组W杂散损耗计算对于kVA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，不再单独计算。负载损耗小计kW 空载损耗及空载电流计算空载损耗计算 （2-17）式中：空载损耗工艺附加系数，铁心为全接缝时，查表取； 铁心硅钢片单位损耗，根据铁心柱磁通密度。查表取W/kg；（附录B-5） 铁心硅钢片总重量 式中：-铁心柱重，kg； -铁轭重，kg；-窗高，mm； -两铁心柱中心距，mm； -铁心柱截面积，cm2； -铁轭截面积，cm2，； -角

54、重，kg； -硅钢片比重，冷轧硅钢片为g/cm3kW空载电流计算中小型变压器（kVA）的空载电流： = 1 * GB2 无功分量 （2-18）式中：铁心转角部分励磁电流增加系数，对全接缝，一般取； 铁心柱净截面积，cm 铁心接缝总数，三相三柱式一般取8 铁心单位磁化容量，VA/kg，根据铁心柱磁密，查表取3.740 VA/kg（附录B-5） 接缝磁化容量VA/cm2，根据斜接缝处磁密，查表取0.496 VA/cm2（附录B-5） = 2 * GB2 有功分量空载电流 绕组的温升计算 = 1 * GB2 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

55、热能向外扩散，使变压器各部位的温度不同程度地升高。温升的高低与变压器的结构特点、性能参数、运行电压、承担负载、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，保证安全运行9 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。环型变压器的内孔基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。用等效圆柱体的表面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。10 （2-19）式中：铁心柱数，三相三柱式 被计算散热面折算系数，它与线圈表面接触的物体有关，瓦楞纸板取； 被计算

56、散热面处的线圈半径，mm； 电抗高度，mm。高压绕组 低压绕组 m2 = 2 * GB2 绕组的热负载计算 （2-20）式中：被计算绕组的电阻损耗，W，当分接范围在以内，且变压器额定容量不超过kVA，选取主分接时的电阻损耗，W被计算绕组的附加损耗系数； 被计算绕组的散热面，m2。高压绕组W/m2低压绕组W/m2 = 3 * GB2 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11。 K式中

57、：高压或低压绕组的热负载，W/m2 被计算线圈的层间绝缘校正温差（K），当mm不予校正； 被计算线圈的层数校正温差，当mm，按mm 计算； 其中：被计算线圈的相邻的两层间绝缘总厚度，即绝缘加导线绝缘，mm，此设计中高压绕组mm，低压绕组mm； 被计算线圈的总层数； 被计算的线圈与油接触的散热面数高压绕组：KK低压绕组：KK 油箱尺寸计算 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 = 1 * GB2 油箱内壁长度估算mm = 2 * GB2 油箱宽度估算mm = 3

58、* GB2 油箱内壁周长估算mm = 4 * GB2 油箱高度估算mm式中：铁心中心距，mm；调压绕组外直径，mm；至油箱两边空隙，mm；延绕组宽度方向至油箱两边总空隙，mm；铁轭高度，mm；垫脚总高度，mm；铁心顶部至油箱空隙，mm。 箱壁散热面积计算 = 1 * GB2 箱盖几何面积计算 m2 = 2 * GB2 箱壁几何面积计算 m2 散热器的选择及油和绕组温升的计算散热器的选择选用片式散热器5ET.423.345.5；共选用2只5片散热器，自冷式的每片散热面积为m2，每片散热器油重kg，每片散热器本体重kg，则有：有效散热面积：式中：箱盖有效散热系数，取； 箱盖有效散热系数，查表取0.

59、85；（附录B-6） 箱盖几何面积，m2； 箱壁集合面积，m2； 片式散热器总有效散热面积，m2式中：片式散热器只数； 片距修正系数； 半片宽与片间空隙之比，； 片式散热器宽度，mm，取310； 片间中心距，mm，取50； 片厚，mm，取13。 片式散热器中心距，mm； 片数修正系数，mm； 片高修正系数， 表面系数，自冷式： 对流散热面，m2， 辐射但热面，m2，-每只片式散热器片数m2m2油箱单位总热负载计算W/m2油对空气的温升计算油对空气的平均温升：K绕组对空气的平均温升计算低压绕组：K高压绕组：K 短路电动力计算线圈的机械力是由交变的漏磁通引起的（变压器正常运行时，高、低压线圈中都有

60、漏磁通存在，并随电流的加大而增加），高、低压电流的方向相反，作用于线圈上的力的方向将把两个线圈推开，称辐向力。漏磁通的方向并不完全垂直线圈的辐向，而有一部分横向漏磁通穿过线圈，这是将产生所谓轴向力，使线圈压缩。轴向力沿线圈的高度分布是不均匀的，其大小与线圈所在位置的横向磁场的磁通密度成正比。对于辐向力，沿线圈圆周高度，都可以看成是均匀分布的。一般结构的变压器，其辐向力大于轴向力。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倍。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