毕业论文-S10-2006.3 电力变压器设计

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文- PAGE II - PAGE II -S10-200/6.3 电力变压器设计摘要电力变压器是电力网中的主要电气设备，它的性能与质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益，因此在电力变压器制造工业中对变压器的各项性能指标和主要尺寸应有严格限制，以使得输电、配电过程中，电力网更加安全、可靠、节约。电力变压器电磁计算必须根据国家的经济、技术政策和资源情况以及制造和运行方面的要求，合理地制定变压器的性能指标和相应的主要尺寸。本文主要介绍了变压器制造的背景与意义，变压器的基本概况以及发展过程。全文针对变压器的铁心、绕组、短路阻抗、负载损耗、温

2、升以及变压器的质量等重要尺寸与性能指标进行了电磁计算与优化设计。最终电磁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。关键词交流输电；电力变压器；电磁计算Design of S10-200/6.3 Power TransformerAbstractPower transformer is the main electrical equipment in the power grid,and its performance and quality is directly related to power system reliability and operational eff

3、iciency.Therefore in the power transformer manufacturing industry, the performance indicators and the main dimensions of transformer should be strictly limited, so that the transmission, and distribution process, the power grid could be more secure, reliable, and saving.Power transformer electromagn

4、etic calculation must be based on the countrys economic and technical policies and resources, as well as manufacturing and operational aspects, then we can get rational performance indicators of the transformer and the corresponding size. This paper describes the background and significance of the t

5、ransformer manufacturing, basic overview of the transformer and its development process. In this paper, we also perform electromagnetic calculation and optimization design for size and performance of the transformer, such as iron core, winding, short-circuit impedance, load loss, temperature rise an

6、d transformer quality. The final electromagnetic calculations must meet national standards, relevant technical standards, and the requirements of user departments.Keywords AC Transmission; Power transformer; Electromagnetic calculation - PAGE 10 - PAGE 54 -目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II T

7、OC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328566413 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328566413 h 1 HYPERLINK l _Toc328566414 1.1 课题背景与意义 PAGEREF _Toc328566414 h 1 HYPERLINK l _Toc328566415 1.2 电力变压器的运行及发展动态 PAGEREF _Toc328566415 h 2 HYPERLINK l _Toc328566416 1.2.1 我国电力变压器的发展 PAGEREF _Toc328566416 h 2 HYPERLINK l _Toc3285664

8、17 1.2.2 电力变压器的发展动向 PAGEREF _Toc328566417 h 2 HYPERLINK l _Toc328566418 1.2.3 电力变压器的运行 PAGEREF _Toc328566418 h 3 HYPERLINK l _Toc328566419 1.3 电力变压器的结构及分类 PAGEREF _Toc328566419 h 3 HYPERLINK l _Toc328566420 1.3.1 电力变压器的结构 PAGEREF _Toc328566420 h 3 HYPERLINK l _Toc328566421 1.3.2 电力变压器分类 PAGEREF _Toc

9、328566421 h 4 HYPERLINK l _Toc328566422 1.4 变压器计算的一般程序 PAGEREF _Toc328566422 h 5 HYPERLINK l _Toc328566423 1.5 本设计的主要研究内容 PAGEREF _Toc328566423 h 5 HYPERLINK l _Toc328566424 第2章 变压器电磁计算 PAGEREF _Toc328566424 h 7 HYPERLINK l _Toc328566425 2.1 性能参数 PAGEREF _Toc328566425 h 7 HYPERLINK l _Toc328566426 2

10、.2 变压器铁心的计算 PAGEREF _Toc328566426 h 7 HYPERLINK l _Toc328566427 2.2.1 铁心直径计算 PAGEREF _Toc328566427 h 7 HYPERLINK l _Toc328566428 2.2.2 铁心质量计算 PAGEREF _Toc328566428 h 7 HYPERLINK l _Toc328566429 2.2.3 铁心磁通、磁密计算 PAGEREF _Toc328566429 h 8 HYPERLINK l _Toc328566430 2.2.4 空载损耗 PAGEREF _Toc328566430 h 8 H

11、YPERLINK l _Toc328566431 2.2.5 空载电流 PAGEREF _Toc328566431 h 8 HYPERLINK l _Toc328566432 2.3 绕组计算 PAGEREF _Toc328566432 h 9 HYPERLINK l _Toc328566433 2.3.1 绕组电流、电压计算 PAGEREF _Toc328566433 h 9 HYPERLINK l _Toc328566434 2.3.2 低压匝数确定 PAGEREF _Toc328566434 h 9 HYPERLINK l _Toc328566435 2.3.3 高压匝数确定 PAGER

12、EF _Toc328566435 h 10 HYPERLINK l _Toc328566436 2.3.4 高压比校核 PAGEREF _Toc328566436 h 11 HYPERLINK l _Toc328566437 2.3.5 绕组匝数的排列 PAGEREF _Toc328566437 h 11 HYPERLINK l _Toc328566438 2.4 绕组轴向高度计算 PAGEREF _Toc328566438 h 13 HYPERLINK l _Toc328566439 2.4.1 绕组辐向尺寸计算 PAGEREF _Toc328566439 h 14 HYPERLINK l

13、_Toc328566440 2.4.2 低压侧绕组辐向尺寸计算 PAGEREF _Toc328566440 h 15 HYPERLINK l _Toc328566441 2.4.3 高压侧绕组辐向计算 PAGEREF _Toc328566441 h 15 HYPERLINK l _Toc328566442 2.4.4 绕组绝缘半径计算 PAGEREF _Toc328566442 h 16 HYPERLINK l _Toc328566443 2.5 短路阻抗计算 PAGEREF _Toc328566443 h 18 HYPERLINK l _Toc328566444 2.5.1 电阻的平均电抗高

14、度 PAGEREF _Toc328566444 h 18 HYPERLINK l _Toc328566445 2.5.2 漏磁总宽度 PAGEREF _Toc328566445 h 18 HYPERLINK l _Toc328566446 2.5.3 漏磁空道总面积 PAGEREF _Toc328566446 h 19 HYPERLINK l _Toc328566447 2.5.4 求洛式系数 PAGEREF _Toc328566447 h 19 HYPERLINK l _Toc328566448 2.5.5 求短路阻抗的电抗分量 PAGEREF _Toc328566448 h 19 HYPE

15、RLINK l _Toc328566449 2.5.6 求阻抗的电阻分量 PAGEREF _Toc328566449 h 19 HYPERLINK l _Toc328566450 2.5.7 求短路阻抗百分值 PAGEREF _Toc328566450 h 19 HYPERLINK l _Toc328566451 2.6负载损耗 PAGEREF _Toc328566451 h 20 HYPERLINK l _Toc328566452 2.6.1 绕组导线的电阻损耗 PAGEREF _Toc328566452 h 20 HYPERLINK l _Toc328566453 2.6.2 绕组附加损耗

16、 PAGEREF _Toc328566453 h 22 HYPERLINK l _Toc328566454 2.6.3 引线损耗 PAGEREF _Toc328566454 h 22 HYPERLINK l _Toc328566455 2.6.4 负载总损耗 PAGEREF _Toc328566455 h 22 HYPERLINK l _Toc328566456 2.6.5 绕组漏磁分布图 PAGEREF _Toc328566456 h 23 HYPERLINK l _Toc328566457 2.7 温升计算 PAGEREF _Toc328566457 h 23 HYPERLINK l _T

17、oc328566458 2.7.1 绕组温升计算 PAGEREF _Toc328566458 h 23 HYPERLINK l _Toc328566459 2.7.2 铁心升温计算 PAGEREF _Toc328566459 h 26 HYPERLINK l _Toc328566460 2.8 变压器总质量计算 PAGEREF _Toc328566460 h 27 HYPERLINK l _Toc328566461 2.8.1 油箱质量 PAGEREF _Toc328566461 h 27 HYPERLINK l _Toc328566462 2.8.2 附件质量 PAGEREF _Toc328

18、566462 h 27 HYPERLINK l _Toc328566463 2.9本章小结 PAGEREF _Toc328566463 h 27 HYPERLINK l _Toc328566464 结论 PAGEREF _Toc328566464 h 29 HYPERLINK l _Toc328566465 致谢 PAGEREF _Toc328566465 h 30 HYPERLINK l _Toc328566466 参考文献 PAGEREF _Toc328566466 h 31 HYPERLINK l _Toc328566467 附录A 参考文献英文原文 PAGEREF _Toc328566

19、467 h 32 HYPERLINK l _Toc328566468 附录B 参考文献中文译文 PAGEREF _Toc328566468 h 40第1章 绪论1.1 课题背景与意义电力变压器发明于十九世纪末，它为现代远距离恒定电压电流输电系统的发展奠定了基础。在十九世纪之前，公用供电的早期阶段，均采用直流发电系统，人们不得不把发电设备靠近负载地点。于是在各种理论与实践的大力支持下，电力研究学者的共同努力下，电力变压器应运而生了。现代化的企业广泛采用电力作为能源，而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需的电流越小。线损正比于电流的平方，所以

20、用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗，要制造电压很高的发电机，目前技术很困难，所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去，这种专门的设备就是变压器。另一方面，在受电端又必须用降压变压器将高压降低到配电系统的电压，故要经过一系列配电变压器将高压降低到合适的值以供使用。由以上可知，变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器在电力系统中，变压器的地位十分重要，不仅所需数量多，而且要求性能好，运行安全可靠。变压器除了应用在电力系统中，还应用在需要特种电源的工矿企业中。例如：冶炼用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，焊接用的电焊变压器，试验用的试验变压器，交通用的牵引

21、变压器，以及补偿用的电抗器，保护用的消弧线圈，测量用的互感器等。我国的电力变压器制造工业，从建国以来，随着国民经济的发展，特 别是随着电力工业的发展而不断发展，电力变压器单台容量和安装容量迅速增电长，压等级也不断提高。50年代发展到110 kV级，60年代发展到了220kV级，70年代发展到330kV级，80年代发展到550kV级，现在发展到750kV级、1000kV级。40年来，我国电力变压器制造技术得到飞速发展，突破高压和超高压技术禁区，科研开发手段和产品创新能力得到进一步加强。500kV电力变压器的科研成果和制造技术的应用，转化和逐步改善以及其他变压器类产品的移植，扩散必将促进变压器制造

22、总体水平的进一步提高。电力是全球人类消费的最主要的终端能源。据外国较权威机构预测：今后20年，电力将是全球增长最快的终端能源，估计世界电力消耗年平均增长3.4%。我国电力也必须保持一定的发展速度，以支持国家工业化和国民经济的持续发展。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特高压发展。1.2 电力变压器的运行及发展动态1.2.1 我国电力变压器的发展电力变压器是电力系统的主要设备之一，变压器容量的增加时衡量地区电网发展的重要指标。近几年来，为适应工农业生产发展的需要，电网的发展3相当迅速，随之对电力变压器的需求也快速增长。1990年以来，全

23、国电网（不含农电系统）110kV及以上电力变压器的容量平均增长率达6.9%。至1994年底，全国110kV及以上电力变压器的总台数达8169台，总容量为496331MVA,尤其是超高压500kV电力变压器从1980年引进第一台投入运行后，至今全国以达400台，而且国产500kV电力变压器占相当大的比例。1.2.2 电力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工作1。1提高电压等级为了解决远距离输电，美国第一条765kV输电线路已经于1969年投入运行，2005年将采用1500kV等级的网络。我国现已经采用500kV输电线路

24、。为此，必须制造与之相适应的高压变压器。2提高单台变压器的输出容量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6降低噪音水平（达到10dB以下）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是采用不燃性冷却介质以全氟化碳为主要成分的的氟化惰性液体。此介质除不燃外，其物理性能、电气特性都很好，特别是粘度很低。变压器绕组和铁芯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、噪声小等特点，现在正由日本立制作所与日本中部电力株式会共同开发。1.2.3 电力变压器的运行

25、长期以来，各级电力部门、主管单位对110kV及以上电压等级变压器的管理极为重视，先后制定了有关规章制度及其预防电力变压器事故的技术措施，为提高电力变压器的运行可靠性作了许多工作，但是，由于多方面因素的影响，全国110kV及以上电力变压器损坏事故仍时有发生。根据不完全统计，在19901994年5年内全国共有292台110kV及以上电力变压器在运行中损坏，事故变压器容量达23864MVA。事故率之高是惊人的，年平均台次和容量事故率分别为0.81%和1.09%。值得一提的是变压器等级越高，容量越大，则事故率越高。这说明从事高电压、大容量电力变压器的制造、运行、检修、维护等各方面技术仍存在不少问题。1

26、.3 电力变压器的结构及分类1.3.1 电力变压器的结构电力变压器由铁心、绕组、主绝缘结构、油箱结构、附件等组成。 铁心开始生产变压器时，铁心采用单位损耗较大的热轧硅钢片，叠片采用直接缝，铁心柱采用螺旋杆夹紧的结构，故硅钢片的利用率低，空载性能较差。随着冷轧硅钢片的发展，我国各变压器厂已经过渡到采用冷轧硅钢片卷料制造铁心，而铁心叠片的叠积方式，已由直接缝过渡到全斜接缝、小型变压器采用卷铁心。铁心柱采用了半干性无纬玻璃粘带绑紧的结构。铁轭采用螺旋夹紧或玻璃粘带绑紧，而铁心的拉紧则由拉螺杆逐渐为拉板所代替等的结构型式。由于铁心材质与结构的改进，从而使空载性能得到了很大改革。 绕组在20世纪60年代

27、中期以前，绕组全部采用铜导线绕制。在70年代以前，除了导线采用直径在1.5mm及以下，以及大型电力变压器仍采用铜导线外，其余的变压器也曾采用铝导线。目前，变压器绕组多采用铜导线。从绕组结构型式来看，110kV及以上的绕组由过去曾采用静电圈补偿结构型式到采用静电环结构发展到纠结连续式、全纠结式结构型式及内屏蔽式等。 主绝缘结构在20世纪60年代中期以前，采用厚纸筒大油隙主绝缘结构。60年代后期开始采用薄纸筒小油隙的主绝缘结构。应用变压器油体积效应，而使主绝缘距离大为缩小。 油箱结构中小型变压器由管式发展到带片式散热器的油箱，波纹油箱以及采用密封式结构等。目前，为了方便检查，凡是器身质量大于25T

28、的变压器油箱，设计成钟罩式，25T以下时才设计成平顶油箱。这样，只要吊起钟罩就可检查变压器的器身，从而使起吊设备大为简化。 附件变压器的主要附件是套管、分接开关、气体继电器、吸湿器、信号温度计等。随着变压器制造技术的发展，这些附件也有了不少的改进，如储油柜采用波纹膨胀型，安全气道已采用压力释放阀等。套管芯子已由油纸绝缘发展到油纸电容式绝缘结构；有载分接开关的过渡阻抗已由电抗式发展为电阻式；强迫油循环变压器所用油泵与电动机组，现在已发展到浅油泵，泵与电动机组合为一体。1.3.2 电力变压器分类按相数分： 1. HYPERLINK /view/2208551.htm t _blank 单相变压器：

29、用于单相 HYPERLINK /view/680020.htm t _blank 负荷和三相变压器组。 2. HYPERLINK /view/1432600.htm t _blank 三相变压器：用于三相系统的升、降电压。 按冷却方式分： 1. 干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。 2. 油浸式电力变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。 按用途分： 1. 电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。 2. 仪器用变压器：如电压互感器、 HYPERLINK /view/427702.htm t _blank 电流互感器、用于测

30、量仪表和 HYPERLINK /view/1134674.htm t _blank 继电保护装置。 3. 试验变压器：能产生高压，对 HYPERLINK /view/1487672.htm t _blank 电气设备进行 HYPERLINK /view/2872730.htm t _blank 高压试验。 4. HYPERLINK /view/2926152.htm t _blank 特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。 按 HYPERLINK /view/1082654.htm t _blank 绕组形式分： 1. 双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。 2. HY

31、PERLINK /view/1061789.htm t _blank 三绕组变压器：一般用于电力系统区域 HYPERLINK /view/406127.htm t _blank 变电站中，连接三个电压等级。 3. 自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。 按铁芯形式分： 1. HYPERLINK /view/3825908.htm t _blank 芯式变压器：用于高压的电力变压器。 2. HYPERLINK /view/1907129.htm t _blank 非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型 HYPERLINK /view/2087550.htm

32、 t _blank 导磁材料，空载电流下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等 HYPERLINK /view/1159364.htm t _blank 负载率较低的地方。 3. HYPERLINK /view/3825907.htm t _blank 壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、 HYPERLINK /view/3457657.htm t _blank 电焊变压器；或用于 HYPERLINK /view/822206.htm t _blank 电子仪器及电视、 HYPERLINK /view/11168.htm t _blank

33、收音机等的电源变压器 。1.4 变压器计算的一般程序电力变压器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、外型尺寸和取得比较合理的技术经济效果。变压器计算应根据产品设计技术任务书中给定的数据进行，一般程序如下：1确定硅钢片品种牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，选下标准直径，得出铁心柱和铁轭截面积。2根据硅钢片牌号，初选区铁心柱中的磁通密度，计算每匝电势。3初算低压绕组匝数，凑成整数匝，根据整数匝再重算铁心柱中的磁通密度及每匝电势，再算出高压绕组匝数。4根据变压器额定容量及电压等级，确定变压器的主、纵绝缘结构。5根据绕组结构型式，确定导线

34、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。6初算短路阻抗无功分量（ux）值，大容量变压器的ux值应与短路阻抗（uzk）标准值相接近，小型变压器的ux值应小于uzk标准值。7计算绕组负载损耗，算出短路阻抗的有功分量（ur），检查短路阻抗是否符合标准规定值，若不符合时应调整，并达到标准规定值范围。8计算绕组导线对油的温差，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，则需要变更铁心柱直径。9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。10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，应调整冷却装置的

35、数目。11计算变压器重量。1.5 本设计的主要研究内容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，对变压器的电磁性能指标要求也越来也高，尺寸要求也越来越重要。本文第一章比较全面的阐述了变压器制造工业的背景与意义，变压器的运行及发展动向，变压器的结构及分类，变压器计算的一般程序。本文第二章是最重要的一章，通过大量工厂的实际设计方法，与大量经验公式，着重对变压器电磁进行计算与优化设计。完成以下内容：铁心的选择及几何尺寸计算。变压器线圈选材、型号选择、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。负载损（耗绕组的导线电阻损耗，绕组附加损耗，绕组引线损耗）。变压器温升计

36、算。变压器重量计算（总油量、器身重量、油箱重量、附件重量、运输重量计算）。第2章 变压器电磁计算2.1 性能参数型号：S10 200/6.3额定电压比：6.325% / 0.4kV容量：200 kVA联结组别：Yyn0短路阻抗：4.0 % 阻抗偏差：-5 +5%空载损耗：P0 0.48kW空载电流：I0 1.5%负载损耗：Pk 2.73kW温升： 顶层油：55K 绕组平均：65K 铁心及金属件：80K冷却方式：ONAN频率：50Hz2.2 变压器铁心的计算铁心5选用30ZH120冷轧硅钢片，全斜接缝，叠片系数k0=0.97，铁心型式：三相三柱式。2.2.1 铁心直径计算 根据经验公式得铁心直径

37、取 D=160查表2得铁心柱净截面=180.13cm 三相角质量44.12kg2.2.2 铁心质量计算铁心柱质量： 铁轭质量：为硅钢片密度，冷轧硅钢片=7.65铁心总质量：=+G=370.78.1kg2.2.3 铁心磁通、磁密计算根据绕组匝数计算可知：ez=7.219V/匝则磁密：磁通：2.2.4 空载损耗令铁心柱和铁轭级数相同，取硅钢片30ZH120W式中 为硅钢片单位损耗（）；为空载损耗附加系数。空载损耗P0 0.48kW ，符合标准。2.2.5 空载电流有功分量：式中为空载损耗（W）；为变压器额定容量（kVA）。无功分量：空载电流：由于无功分量与磁通相位相同，而有功分量与磁通成角，故总的

38、空载电流为：因为标准空载电流I0 1.5%，所以符合标准，合格。2.3 绕组计算 绕组导线选用铜线。绕组型式：高压绕组采用双层层式，低压绕组采用双螺旋式。2.3.1 绕组电流、电压计算高压线电流：低压线电流：高、低压相电流： 高压侧线电压：高压侧相电压：低压侧相电压：2.3.2 低压匝数确定初选磁通密度：每匝电压：在f=50Hz条件下 低压绕组匝数： 取每匝电势确定值：磁通密度：2.3.3 高压匝数确定高压绕组为最大分接电压匝数 2.3.4 高压比校核表2-1 高压线圈电压比校核分接位置调压范围相电压V匝数电压比校核1+22.5%3655.25060.065%2+12.5%3646.15040

39、.210%302.5%36375020.209%412.5%36285000.330%522.5%3618.84980.400%非额定分接的允许偏差可比0.25%略大一些，但额定分接必须在允许偏差之内。所求结果符合题意。2.3.5 绕组匝数的排列 导线截面积估算：根据经验值得： 标准线选择高压绕阻导线6：纸包扁导线 低压绕阻导线：纸包扁导线 低压绕组轴向并绕2根，幅向并绕2根 导线电流密度准确计算 电抗估算高度4 每层匝数 取=66匝 取=13匝式中：绕组总层数 取=8层 取表2-2高压绕组排列层号12345678每层匝数6666666666666644 低压绕组分3层，第一、二层每层13匝，

40、第三层6匝。2.4 绕组轴向高度计算 式中：低压绕组轴向高度：高压绕组轴向高度：由高低压绕组轴向高度知道：窗高 H0=3762.4.1 绕组辐向尺寸计算 绕组辐向尺寸计算公式6：式中：2.4.2 低压侧绕组辐向尺寸计算低压绕组层间最大工作电压为：则根据经验得：层间选用2张0.12mm厚的电缆纸，选用一层4mm厚油道低压绕组辐向尺寸：油道左侧绕组厚度： 油道右侧绕组厚度： 2.4.3 高压侧绕组辐向计算高压绕组层间最大工作电压为：则根据经验得：层间选用3张0.12mm厚的电缆纸，选用一层4mm厚油道油道左侧绕组辐向尺寸为： 油道左侧绕组辐向尺寸为： 2.4.4 绕组绝缘半径计算图2-1 三相双绕

41、组变压器一相绕组的纵断面绕组绝缘半径计算公式：如图2-1 三相双绕组变压器一相绕组的纵断面式中：绕组绝缘半径：得到两铁心柱中心距：2.5 短路阻抗计算2.5.1 电阻的平均电抗高度2.5.2 漏磁总宽度式中：2.5.3 漏磁空道总面积其中：2.5.4 求洛式系数经查表得 ：2.5.5 求短路阻抗的电抗分量式中：2.5.6 求阻抗的电阻分量其中：2.5.7 求短路阻抗百分值满足规定 负载损耗2.6.1 绕组导线的电阻损耗 高低压线圈匝长 高压线圈匝长：低压线圈匝长：平均高低压绕组线圈高压绕组线圈平均匝长：低压绕组线圈平均匝长： 75由公式其中：得：高压每相绕组直流电阻：低压每相绕组直流电阻： 绕

42、组导线质量计算.1 裸导线质量计算 由公式 其中 得：高压裸导线质量：低压裸导线质量：.2 由绕组绝缘纸占裸导线的百分数计算公式： 得：高压绕组绝缘纸占裸导线的百分数：压绕组绝缘纸占裸导线的百分数：则：高压带绝缘导线质量：低压带绝缘导线质量： 绕组75下的直流电阻总损耗计算由绕组75下的直流电阻损耗公式:得：高压绕组的直流电阻损耗：低压绕组的直流电阻损耗：电阻总损耗：2.6.2 绕组附加损耗式中：2.6.3 引线损耗式中：2.6.4 负载总损耗负载损耗,符合要求2.6.5 绕组漏磁分布图图2-3 绕组漏磁分布图 其中，HV为高压绕组漏磁，LV为低压绕组漏磁。2.7 温升计算2.7.1 绕组温升

43、计算 高出油温的绕组温升计算2.7.1高压绕组截面积：低压绕组截面积：.2 85高压绕组表面单位热负荷：低压绕组表面单位热负荷：2.7.1高压绕组表面对油温升：压绕组表面对油温升：2.7.1a 由于高压侧两层之间绝缘总厚度为：则高压绕组绝缘修正值为：b 由于低压侧两层之间绝缘总厚度为：则低压绕组绝缘修正值为：.5 绕组层数高压绕组层数修正值：低压绕组层数修正值：2.7.1高绕组对油平均温升：低绕组对油平均温升： 油对空气平均温升计算油箱采用钟罩式拱顶型，外加五片中心距625mm的片式散热器，冷却方式为：ONAN.1 油箱的高:油箱的长：油箱的宽：.2 a 箱盖面积：b 箱壁面积：c 散热器有效

44、散热面积：由经验得： 则散热器有效散热面积：d 总有效散热面积：.3 85式中：.4 .5 高压绕组对空气平均升温：压绕组对空气平均升温：均符合要求。.6 符合要求。2.7.2 铁心升温计算 铁心内部对表面温升的计算根据Bc=1.6679T, 查表6得: 根据D=160mm ,最大片宽 B=15.9cm铁心叠片总厚度 b=14.7cm铁心内部对表面温升: 铁心表面对油温升计算铁心表面单位面积重量：铁心表面单位负荷：铁心表面对油温升： 铁心内部对有的最大温升 铁心温升符合要求。2.8 变压器总质量计算2.8.1 油箱质量a 油盖质量：式中：b箱底质量：式中：c箱壁质量：式中：d 油箱总质量：2.

45、8.2 附件质量a 散热器质量:b 储油柜质量： 选用250500储油柜，查表得储油柜质量： c 散热器电动机质量:d 小车质量：附件总质量：2.6.3 变压器总质量本章小结本章变压器理论计算包括七个内容：基本性能参数、铁心计算、绕组计算、短路阻抗计算、负载损耗、温升、变压器重量计算。本次设计为三相三柱式铁心，绕组部分选用双绕组，短路阻抗经过计算为3.92%,设计要求为4.0%在可允许的范围能，符合设计要求。负载损耗通过计算为2713.21W，设计要求为2730W，符合要求。变压器运行时，铁心，绕组和钢结构件中均要产生损耗。这些损耗将转变为热量发散于周围介质中，从而引起变压器发热和温度升高，所

46、以要进行温升计算。本篇文章采用冷却措施为油浸自冷。变压器质量计算的目的主要是为了计算变压器各部分的材料消耗量以及整台变压器的制造成本。经过计算变压器的总质量为：482.12。结论在掌握了电力变压器电磁计算方法的基础上，本文完成了一台S10200/6.3电力变压器的电磁计算。得到如下结论：1、本文完成的变压器铁芯计算，变压器线圈材料、型号选择、高度确定、电压电流计算及线圈计算，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，变压器总油量、总重量、运输重量计算等内容均满足任务书,国家标准及有关技术标准的规定和使用部门的要求。本文变压器电磁的计算结果分析如下：经第二章计算得

47、变压器短路阻抗为3.92%，任务书要求短路阻抗为4.0 %，阻抗偏差为-5 +5%，经对比完全符合要求；经计算变压器空载电流为1.126%，任务书要求空载电流I0 1.5%，符合要求；计算变压器负载损耗为2713.21W,任务书要求负载损耗Pk 2.73kW，经比较完全符合要求。综上本文的计算结果还是很准确的，基本均达到了任务要求。2、由于时间限制，本文的计算结果没涉及变压器的成本核算，没有设计多种方案进行比较，以后可以在此基础上进一步优化。致谢本设计是在指导教师赵大伟老师悉心指导下完成的，赵老师敏锐的学术思想、严谨的治学态度和兢兢业业的精神，给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。在论文期间赵老

48、师提出了很多宝贵意见，为论文的撰写和修改提供了具体的指导和帮助。在此对赵我衷心的感谢我的父母及姐姐，他们在我的学业上一直支持鼓励着我，他们是我学习下去的源泉和动力。感谢哈理工大学、电气工程及其自动化系的全体老师及08级电气工程及其自动化系的全体同学们。感谢赵大伟老师在我做毕业设计中提供的帮助。感谢421寝的同学在生活上的帮助，因为他们，我的大学生活才多姿多彩。参考文献1. 孙林，王梦云 我国电力变压器发展现状及趋势 电力设备期刊, 2003：15232. 刘传彝电力变压器设计计算方法与实践辽宁科学技术出版社，2002：1221403. 21世纪初我国电力变压器技术发展展望 高兴耀 2000：1

49、4. 路长柏，郭振岩电力变压器理论与计算辽宁科学技术出版社，2007：35405. 潘淑萍 张晓玲 电力变压器铁心柱截面的优化设计 机械设计与制造 2006：51596. 电力变压器手册 编写组.电力变压器手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1990：3383407. 梶井信一 500千伏主变压器结构的改进和损耗降低效果 OHM电气杂志 1982：11128. Meek,J.M.,J.D.Craggs, Electrical Breakdown of Gases,John Wiley & Sons,1978：12229. 贺以燕. 变压器工程技术. 北京：中国标准出版社，2000:9311010.

50、 Bengtsson C. Status and trends in transformer monitoring. IEEE Trans.Power Deliv. 1996 , 11(3) :13791384.11. Linden W. Pierce, Member, transformer design and application considerations for non-sinusoidal load currents . IEEE 1998：111512. 马红霞，李绍强，马 敏 电力变压器运行维护的方法探究 应用技术期刊 2011:7375附录A 参考文献英文原文附录B 参考

51、文献中文译文研究直流变压器内部陡峭浪涌传播的高压绕组三相分布式模型摘要一个三阶段的分布常数模型变压器的高压绕组。考虑引入一些相线圈之间的相互耦合逼近。应用Clarke变换10的建议模型，电压和电流涌浪被一个简单的数值计算方法提供。以这种方式，模型可以用于设计单线圈匝数之间的和绕组和铁芯之间的绝缘。应用该方法得到的数值结果与其他作家所取得的成果比较，证实了该模型的有效性。此外，由进一步的结果得到：被建议的方法还能够发现电压和电流波形不对称故障。关键词 电力变压器保护；电力变压器绝缘；时域分析；变压器绕组1 引言磁场绕组瞬变的基础性工作由瓦格纳在1915年完成。他将整个现象分为三个时段：一段时间的

52、初始电压分布，自由振荡期间，pseudofinal分布。然而，他没有考虑电感匝间的相互影响。这种效应被布鲁姆和Boyajian考虑2。其他的方法被海勒、Veverka和abetti实施。在20世纪50年代中期，一种方法由Abetti等提交，为了在带有二次短路的初级绕组中决定固有频率和波形（无铁芯）。Rdenberg对瞬态和暂态的波形进行了深入的分析在线圈和变压器中。在1940年，他推出了“亚临界”和“超临界”谐波的基本概念。此外，他在不同类型的绕组中计算了变压器和波速的固有频率。 比尤利从正在传播的波沿着浪涌绕组的观点调查瞬变波形状态：完整的解决方案，在单相变压器中现象的完整解决方案被发现即分

53、离和又中性接地。1978年，三木等证实和解释了在脉冲绕组响应下铁芯起到的作用是微不足道的。在最近的一些研究中，三相变压器的研究正发展成为用单相等效变压器。然而，以上文献中没有在一篇中，不同相之间的分布式相互耦合被考虑。变压器的响应分析受到一个印象深刻的浪涌电压，考虑到所涉及的频率，准TEM方法，以及在一般情况下的分布常数模型。通过两个三相互相耦合等效线路代替高压绕组和低电压（LV）的线路，进行全面分析。该模型的集成，可以在时域进行或在频域进行。在第一种情况下，状态方程的方法通常被采用，连同使用拉普拉斯变换。这种类型分析的优点是有很详细研究变压器高频电磁短暂的可能性（即在故障当中）。在第二种情况

54、下，优势源自考虑到一些模型参数的固有频率的可能性。作者运用频域telegraphists方程，而论文考虑到基于修正的麦克斯韦方程组的全频损失。此外，15代表一个时域仿真的瞬态电压互感器，其中有很多曲折的电压变压器数值方法。另一种类型的分析，基于载体的实验数据拟合，被Gustavsen和Semlyen提出。这种方法也是有效的，当频率响应显示一个或多个共振时，因为它通常伴随变压器产生，因为它被Rdenberg和degeneff所展示。在本文中，一个对于相与相之间带有分布式互感的变压器高压绕组的三相的分布常数模型被提出。联轴器是局部的：事实上，只有一些互感被考虑，因为它被解释在第二节的细节。这种模式

55、能够计算在浪涌电压施加之后被强加在绕组中的电压和电流波形。介绍了一些必要的简化，以便在绕组的项目阶段定义一个三相模型。去除这些简化是作者的目的之一，更详细的模型将在未来的工作中被提出。本文安排如下。在第二节中，相互耦合的三相模型。在第三节中，相关的双曲型方程被推倒，和通过Clarke变换分析模型的复杂性被减少。在第四节中，电压和电流波行被不同的浪涌实施的数值方法提供。首先，被得到的结果与文献资料比较，以确认该模型的有效性，然后一些进一步的模拟被实施，从模拟结果中一些意见被提出。2 三相模型一种简单的变压器被认为是：绕组是同心，单层由光盘线圈构成。为简单起见，假设每相分为N匝，由一个线圈构成。每

56、匝线圈对应一个基本部分那部分的理论长度是DX，其中x是纵向空间横坐标;；理论长度将被离散空间取代，使下面的关系进行了验证： 其中是目前波形中最短波长，是每匝绕组的总长。此外，绕组被认为是是统一的，因此，相同的参数能够被用于每个基本部分。单线圈匝数之间和绕组和铁芯之间的绝缘在第一瞬间遭受最高的电磁应力在电压和电流波形应用高压端子涌浪之后。在这个阶段，低压绕组不会受到此现象的影响，因为从高压侧到低压侧不可避免的传播延迟。因此，在这个区间，根据先前在文献中的研究，低压绕组存在可以被忽略，考虑这个研究变压器是一个代表在高压绕组呗描述的图中。 在这幅图中，一些分布式电感展示了：互感代表了每相基本部分和其

57、它相的基本部分之间的耦合。互感代表了每相部分的磁耦合。图1（B）完整模型的每相分布参数被展示：这种模式是不容易处理，以便进一步简化是必要的。在电动旋转机中，在高频率变压器工作中，浪涌电压被施加到高压绕组当中之后在第一瞬间磁芯不允许一个重要的磁通量渗透。为了证明这一说法，让我们考虑图2，其中在一些被用于制造变压器铁心的通用的电磁材料中磁通量厚度的频率依赖性被展示。对于比几千赫兹更高的频率厚度几乎为零。这方面的考虑允许我们将磁芯作为参考点对于在相当于阶梯的网络中的电压测量。此外，磁性参数将能够被计算没有考虑在磁芯中结束的通量管。相与相之间的分布式磁耦合将被部分考虑，为了获得一个很容易处理，而不是复

58、杂的运行的模型：特别是，在带有相同横坐标X的转子之间只有互感将被考虑。这种选择在波形的计算中引出了一些错误，但是是必要的对于一个首次逼近模型。值得注意的是，在不同的基本部分之间的互感将引入分析模型，由于其不对称并发症。作为又一种方法忽略这些数量将是可能的；然而，在这项工作中作者决定考虑一个等效分布电感。显示在图所代表的基本部分 1（B）。模型的进一步发展将需要考虑互感M的准确值。图2器磁芯常用的磁性材料通量穿透厚度的频率依赖匝数之间以及匝数与地面之间的损失有关参数gdx和Gdx分别可以去除，因为这种近似引入的误差可以忽略不计。最后，让我们考虑分布参数Rdx和Ldx。本文提出的一个在时域开发的一项研究中，其频率依赖进行许多分析并完成。因此，在与其他工作论文中所做的东西的类比，并不考虑频率依赖，参数值是频率范围50赫兹到1兆赫兹的范围内的平均值。考虑变压器的特点和计算分布参数的数值报告在附录A。考虑到以前所有的假设和假设，初级三个阶段的细胞模型结果显示在图3。3 模型分析方程分析方程是利用电路表示基于受控发电机（图4初级阶段的细胞）和应用基尔霍夫法律他们的微分形式。结果是下面的系统（见（2）在页面底部）。（2）区分纵向第二变量，它是从中，考虑到从第一和第三（2）它是从而得到这同