毕业论文-S10-20035电力变压器设计

1、PAGE PAGE IV哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计 题 目： S10-200/35电力变压器设计 院、 系：哈尔滨理工大学电气工程及其自动化 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 2012 年 6 月 2哈尔滨理工大学学士学位论文S10-200/35电力变压器设计摘要电力变压器是电网中重要的组成部分，要求其严谨的设计、制造优良并有良好的稳定性。本文涵盖了电力变压器计算中的设计原理、基本公式和计算方法，在此基础之上做出了S10-200/35电力变压器设计。本文对该变压器计算的结果为：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

2、计算、线圈损耗、引线损耗、负载损耗计算、变压器温升计算、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）。通过比较设计结果，本文计算结果满足计划任务书和国家标准的要求。关键词：变压器发展；电力变压器；电磁计算S10-200/35 Power Transformer DesignAbstractThis text introduce the S10-200/35 power transformer calculating and basic knowledge project in electromagnetism primarily, and clarifies the cal

3、culating and basic formula in transformer in power detailed with compute the method. This article covers the power transformer design basic principle, formula and method, on the basis of the S10-200/35power transformer design. Among the included choice and calculations of the transformer core, trans

4、former coil material, pattern choice, high certain, the voltage and current computes and the coil computes, the short-circuit resistance computes, the coil exhausts, the fuse exhausts, miscellaneous spread to exhaust, load to exhaust the calculation, the transformer temperature rises the calculation

5、, short circuit electricity the motive computes, total oil in transformer measure, total weight, conveyance the weight computes, the transformer insulates the school checkup. By comparing the design results, the calculation results meet the plan and the requirement of national standard.Key words: tr

6、ansformer development;power transformer;electromagnetic computation目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328513196 摘要 PAGEREF _Toc328513196 h I HYPERLINK l _Toc328513197 Abstract PAGEREF _Toc328513197 h II HYPERLINK l _Toc328513198 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328513198 h 1 HYPERLINK l _Toc328513199 1.1 课题背景 PAG

7、EREF _Toc328513199 h 1 HYPERLINK l _Toc328513200 1.2 变压器简介及结构分类 PAGEREF _Toc328513200 h 1 HYPERLINK l _Toc328513201 1.3 国内变压器的发展前景 PAGEREF _Toc328513201 h 3 HYPERLINK l _Toc328513202 1.4 变压器计算的一般程序 PAGEREF _Toc328513202 h 6 HYPERLINK l _Toc328513203 第2章 变压器电磁计算 PAGEREF _Toc328513203 h 8 HYPERLINK l

8、_Toc328513204 2.1 基本设计参数 PAGEREF _Toc328513204 h 8 HYPERLINK l _Toc328513205 2.2 铁心计算 PAGEREF _Toc328513205 h 8 HYPERLINK l _Toc328513206 2.2.1 铁心直径 PAGEREF _Toc328513206 h 8 HYPERLINK l _Toc328513207 2.2.2 铁心中磁通及磁感应强度 PAGEREF _Toc328513207 h 8 HYPERLINK l _Toc328513208 2.2.3 铁心质量 PAGEREF _Toc328513

9、208 h 9 HYPERLINK l _Toc328513209 2.2.4 空载损耗 PAGEREF _Toc328513209 h 9 HYPERLINK l _Toc328513210 2.2.5 空载电流 PAGEREF _Toc328513210 h 10 HYPERLINK l _Toc328513211 2.3 绕组计算 PAGEREF _Toc328513211 h 10 HYPERLINK l _Toc328513212 2.3.1 电压、电流计算 PAGEREF _Toc328513212 h 10 HYPERLINK l _Toc328513213 2.3.2 绕组匝数

10、 PAGEREF _Toc328513213 h 11 HYPERLINK l _Toc328513214 2.3.3 电压比较 PAGEREF _Toc328513214 h 12 HYPERLINK l _Toc328513215 2.3.4 标准线规选择 PAGEREF _Toc328513215 h 13 HYPERLINK l _Toc328513216 2.3.5 绕组轴向高度和电抗高度 PAGEREF _Toc328513216 h 14 HYPERLINK l _Toc328513217 2.3.6 绕组的辐向尺寸计算 PAGEREF _Toc328513217 h 15 HY

11、PERLINK l _Toc328513218 2.3.7 绕组绝缘半径 PAGEREF _Toc328513218 h 16 HYPERLINK l _Toc328513219 2.3.8 绕组平均半径计算 PAGEREF _Toc328513219 h 18 HYPERLINK l _Toc328513220 2.3.9 绕组平均匝长计算 PAGEREF _Toc328513220 h 18 HYPERLINK l _Toc328513221 2.3.10 绕组导线总长度计算 PAGEREF _Toc328513221 h 18 HYPERLINK l _Toc328513222 2.3.

12、11 75时每相绕组直流电阻 PAGEREF _Toc328513222 h 19 HYPERLINK l _Toc328513223 2.3.12 绕组导线质量计算 PAGEREF _Toc328513223 h 19 HYPERLINK l _Toc328513224 2.4 短路阻抗 PAGEREF _Toc328513224 h 20 HYPERLINK l _Toc328513225 2.4.1 绕组漏磁分布图 PAGEREF _Toc328513225 h 21 HYPERLINK l _Toc328513226 2.4.2 绕组的平均电抗高度 PAGEREF _Toc328513

13、226 h 21 HYPERLINK l _Toc328513227 2.4.3 漏磁总宽度 PAGEREF _Toc328513227 h 21 HYPERLINK l _Toc328513228 2.4.4 漏磁空道总面积 PAGEREF _Toc328513228 h 21 HYPERLINK l _Toc328513229 2.4.5 洛氏系数 PAGEREF _Toc328513229 h 22 HYPERLINK l _Toc328513230 2.4.6 短路阻抗的电抗分量 PAGEREF _Toc328513230 h 22 HYPERLINK l _Toc328513231

14、2.4.7短路阻抗的电阻分量 PAGEREF _Toc328513231 h 22 HYPERLINK l _Toc328513232 2.4.8 短路阻抗的百分值 PAGEREF _Toc328513232 h 22 HYPERLINK l _Toc328513233 2.5 负载损耗 PAGEREF _Toc328513233 h 22 HYPERLINK l _Toc328513234 2.5.1 绕组电阻损耗（75时） PAGEREF _Toc328513234 h 23 HYPERLINK l _Toc328513235 2.5.2 绕组附加损耗 PAGEREF _Toc328513

15、235 h 23 HYPERLINK l _Toc328513236 2.5.3 引线损耗计算 PAGEREF _Toc328513236 h 24 HYPERLINK l _Toc328513237 2.5.4 杂散损耗 PAGEREF _Toc328513237 h 24 HYPERLINK l _Toc328513238 2.5.5 负载损耗 PAGEREF _Toc328513238 h 24 HYPERLINK l _Toc328513239 2.6 温升计算 PAGEREF _Toc328513239 h 25 HYPERLINK l _Toc328513240 2.6.1 层式绕

16、组铜油温差计算 PAGEREF _Toc328513240 h 25 HYPERLINK l _Toc328513241 2.6.2 油温升计算 PAGEREF _Toc328513241 h 27 HYPERLINK l _Toc328513242 2.7 变压器质量计算 PAGEREF _Toc328513242 h 29 HYPERLINK l _Toc328513243 2.7.1 总油质量计算 PAGEREF _Toc328513243 h 29 HYPERLINK l _Toc328513244 2.7.2 器身质量 PAGEREF _Toc328513244 h 30 HYPER

17、LINK l _Toc328513245 2.7.3 变压器总质量 PAGEREF _Toc328513245 h 31 HYPERLINK l _Toc328513246 2.8 本章小结 PAGEREF _Toc328513246 h 31 HYPERLINK l _Toc328513247 第3章 变压器参数调方法 PAGEREF _Toc328513247 h 32 HYPERLINK l _Toc328513248 3.1 变压器主要参数调整方法 PAGEREF _Toc328513248 h 32 HYPERLINK l _Toc328513249 3.3 本章小结 PAGEREF

18、 _Toc328513249 h 34 HYPERLINK l _Toc328513250 结论 PAGEREF _Toc328513250 h 35 HYPERLINK l _Toc328513251 致谢 PAGEREF _Toc328513251 h 36 HYPERLINK l _Toc328513252 参考文献 PAGEREF _Toc328513252 h 37 HYPERLINK l _Toc328513253 附录 PAGEREF _Toc328513253 h 38- PAGE 47 -第1章 绪论1.1 课题背景变压器是根据电磁感应定律，将交流电转变为同频率、不同电压交流

19、电的非旋转式电机，由此，变压器是的诞生与电磁感应现象分不开的，变压器的诞生从实际应用中证明了电磁感应正确性。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，其性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。高速发展的现代化的企业广主要依靠电力作为能源，而发电厂所处的位置往往不在工业发展中心，这就需要发出的电力经远距离传输才能到达用电地区。在整个电力传输的过程中，总是伴随着各种各样的损耗。在功率不变时，传输电压等级越高，传输的电流就越小。导线的电阻损耗正比于传输电流的平方和导线电阻，由于导线电阻往往不能改变，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗。

20、以当前科技水平，要制造电压很高的发电机很困难，而为了达到上述目的，就需要一种保证频率不变，能改变转变前后的设备，这种专门的设备就是变压器。在用电区域，由于用电设备不能用传输过来的高压，所以必须降低传输到用电区域的电压，再经过配电输送到用电终端，最后达到用电设备所要求的电压。在整个电力传输的过程中，变压器作为重要的一环，其科技价值越来越被人们所认知。 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长，电压等级也不断提高。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年代发展

21、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。1.2 变压器简介及结构分类变压器广泛应用于电力系统，变压器的功能主要有：电压变换

22、； HYPERLINK /view/10897.htm t _blank 电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等其绝缘水平比同电压等级的线路要低，属于弱绝缘设备1。变压器分类及用途如下：1. 按相数分： a. HYPERLINK /view/2208551.htm t _blank 单相变压器：用于单相 HYPERLINK /view/680020.htm t _blank 负荷和三相变压器组。 b. HYPERLINK /view/1432600.htm t _blank 三相变压器：用于三相系统的升、降电压。2. 按冷却方式分：a. 干式变

23、压器：依靠空气对流冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。 b. 油浸式电力变压器：依靠油冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。3. 按用途分： a. 电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。 b. 仪器用变压器：如电压互感器、 HYPERLINK /view/427702.htm t _blank 电流互感器、用于测量仪表和 HYPERLINK /view/1134674.htm t _blank 继电保护装置。 c. 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/

24、2872730.htm t _blank 高压试验。 d. 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。 4. 按 HYPERLINK /view/1082654.htm t _blank 绕组形式分： a. 双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。 b. HYPERLINK /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。 c. 自耦变电器：用于连接不同电压的电力

25、系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。 5. 按铁芯形式分： a. HYPERLINK /view/3825908.htm t _blank 芯式变压器：用于高压的电力变压器。 b. 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 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。 c. HYPERLINK /

26、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 收音机等的电源变压器 。变压器结构简介：电力变压器是电力系统中输配电的主要设备，容量从几百千伏安到几十万千伏安，电压等级从几百伏到500千伏以上，变压器容量越大，空载所需要无功功率也越大。变压器的种类很多，在配电网应用广发的是油浸式双绕组配电

27、变压器，其结构可分为:1. 器身：包括铁芯，线圈，绝缘结构，引线和分接开关。其中铁芯是变压器导磁的主磁路，由硅钢片交替叠成，存在着一定的磁滞和涡流损耗，称为“铁损”：线圈式变压器的电路部分，由绝缘导线绕成，存在电阻，造成的损耗称为“铜损”。2. 油箱：包括油箱本身和变压器油以及冷却装置等。变压器损耗所转化的热量通过变压器油传给油箱和散热器，再由周围空气或冷却水进行冷却。3. 保护装置：包括储油柜，安全气道，气体继电器等。4. 出现装置：包括高压套管，低压套管。变压器发热和温升主要是由绕组的“铜耗”和铁芯的“铁损”引起的。这些损耗，一方面影响变压器运行的效率，一方面转化为热能，导致变压器本身温度

28、升高，对绝缘材料寿命影响很大，因此必须采取一定措施，出了合理的设计变压器的结构外，一个重要方面就是合理安排变压器的负荷。 1.3 国内变压器的发展前景1. 向大容量、高电压、高可靠性发展 交流电压等级由220kV、330kV、500kV和750kV向1000kV发展。直流电压由500kV向600kV、800kV、1000kV发展。容量由三相120MVA840MVA, 甚至900MVA、单相由250MVA400MVA,甚至533 MVA发展2。由于这些变压器一般都用在大型电站或电力输送上，其可靠性至关重要，因此制造厂为改善电、磁、热及力的性能和分布的合理性采取了很多措施。具体在运行可靠性上做了下

29、列技术工作：（1）提高绝缘性能的技术 由于避雷器性能的改进,与其进行绝缘配合的各类试验电压可得到降低, 即试验电压与额定电压的比值可降低。对于特高压和超高压产品而言,更要注意的是设备处于长期最高工作电压下的可靠性。应以设备长期最高工作电压下的作用场强低于绝缘结构的许用场强作为研发特高压和超高压绝缘结构的原则。同时,为了提高局放的熄灭电压,并使它高于设备的长期最高工作电压,应提高绝缘材料的许用场强.所以控制场强的技术是设计技术的发展趋势。在设计上降低作用场强，在工艺上提高许用场强，在运行中不改变出厂时变压器油中含水和纸中含水的平衡点，对变压器的安全、可靠运行十分重要3。（2）提高热性能的技术 变

30、压器绕组平均温升只是一种考核变压器热性能的试验指标,因为变压器选用的各种耐热等级的绝缘材料的老化性能与变压器绕组热点温度有关,故产品研发中必须注意绕组热点温度不能超过该耐热等级的绕组热点温度的允许值。 对油浸式变压器,绕组热点温度对顶层油温度差是绕组导线平均温度与冷却介质油平均温度之差的1.3倍。干式压器也是一样,绕组热点温升约为绕组平均温度的1.25倍。对大容量变压器, 必须在结构上保证绕组热点温度在合格范围内, 运行中能控制绕组热点温度的最高允许值,并能计及热点温度使绝缘预期寿命降低的情况,还能设法以降低热点温度（降低输出电流）来补偿所牺牲的寿命。（3）变压器制造技术的改进和提高在铁心制造

31、技术方面： 采用铁心柱嵌下轭工艺,达到不叠上铁轭的功效。这一工艺与常规工艺相比可节省大量的心柱叠装时间，提高铁心叠装质量。多级阶梯接缝铁心的采用。这不仅能降低变压器空载损耗15%以上,而且能降低噪声3%4%。实施铁心不叠上铁轭工艺。该工艺的优点：极大地减少晶粒取向的硅钢片受外力的影响, 降低变压器的空载损耗；极大地提高设备的使用范围；不仅节省铁心叠装与拆除上铁轭的工时,减少了操作者的重复劳动,而且提高了工效。在绕组制造方面： 新型全自动卧式绕线机和带轴向、辐向压紧的大型卧式绕线机的采用, 不仅可大大提高工效, 减轻操作者劳动强度, 且可使绕的绕组更紧密,更规范,以确保绕组的绕制质量。 大型变压

32、器的绕组采用地坑式或地面式立式绕线机绕制。它较卧式绕线有如下优点:借助导线自重和拉紧装置,可有效地控制绕组的轴、辐向尺寸,可确保绕组的绕制质量；可借助工装,实现对绕组“反段”的绕制,节省工时；可省去绕组直立工序,并可节省对绕组翻转直立设备的投资；立式绕线装模和绕组脱模极其方便；可为操作者提供最佳的安全的操作位置，借助花盘或操作平台的升降,可确保极佳的绕线位置；盖板的伸缩可保证操作者站位适中而安全；可绕制卧式绕线不便绕制的绕组。2. 向环保型发展 随着国家环保法规的不断健全和民众环保意识的增强,变电站的建设,特别是城市变电站建设受环保制约的程度越来越大。其中,变压器、电抗器在运行中所产生的能耗、

33、噪声和电磁场等都是变电站设计、配网布置或环境保护评价中应考虑的环境影响因数。为此,要求变压器和电抗器首先是环保型 4。（1）节能 节约能源和使用环保节能产品是我国一项基本国策。从20世纪80年代初期开始,随着晶粒取向优质冷轧硅钢片铁心材料取代热扎硅钢片。至90年代末期,随着冷轧硅钢片材料性能的提高以及新工艺、新技术的应用,7型系列产品也被作为高能耗产品,由9型系列取而代之。目前常用的低损耗10kV油浸式或干式配电变压器有S9型系列、S11型系列及非晶合金型等。对于城网以及防火要求较高的场合,建议使用10型及以上干式电力变压器；对油浸式配电变压器使用11型及以上产品或使用油浸式或干式非晶合金铁心

34、变压器；对电力变压器使用10型及以上产品。在这里值得一提的是降低变损耗应在技术上、结构上、原理上采用新技术、新结构、新工艺, 在运行可靠与不增加重量、材料成本的前提下降低变压器的空载损耗和负载损耗。 空载损耗是否低应由实测空载损耗与硅钢片重量与相关额定频率与磁密下单位重量损耗乘积之比为最小(此比值一般称工艺系数)衡量。不能单纯用好硅钢片(即较低单位重量损耗)与增加硅钢片用量来达到低损耗。 负载损耗是否低应分析负载损耗中附加损耗是否低。可由实测并折算到标准条件下的负载损耗与三相绕组中参考温度下电阻损耗之比为最小来衡量。此比值越小,说明附加损耗越低。对高压大容量变压器,比值最好控制在1.4以下。比

35、值过大,有产生局部过热可能4。 然而,节能变压器的推广还需国家的优惠扶持政策, 树立节能变压器的品牌,作出强制性淘汰在用高能耗变压器规定以及制定三相配电变压器能效限定值及节能评价值的相关标准(据了解该标准已由中国国家标准管理委员会在2005年8月18日颁布),同时要扩大与最终用户的沟通，以克服不必要的障碍。否则,节能变压器推广恐怕会很难。（2）无渗漏 渗漏问题,近几年虽然随着企业“创一流”、“达标”工作的深入开展,有了较大好转,但是渗漏现象依然突出,特别是运行时间较长的变压器。这与环境保护要求是不相适应的，因此要求油浸式变压器在运行时或故障后不应泄漏油；六氟化硫气体变压器不应泄漏六氟化硫气体（

36、特别是故障后的有毒气体）；干式电力变压器在运行中或故障时不应释放有毒有害物质或气体。对空心电抗器，运行中的漏磁不应对周围建筑及设备构成威胁或干扰。（3）能降解回收利用 由于干式变压器具有无油、难燃、绝缘耐热等级高、体积小、噪声低、运行维护简单等,故常被用于地下铁道、高层建筑等对防火要求较严格的场所,而且应用数量越来越大。于是干式变压器，尤其是环氧浇注绝缘干式变压器在寿命到期后的处理问题(即回收利用可再生资源,环保处理废弃物料问题)也将日益突出。对干式变压器如何拆解变压器, 回收钢结构件及硅钢片；如何分解线圈,回收铜（或铝）导体；剩余的少量环氧树脂绝缘材料如何进行环保处理,目前尚无有关环保标准规

37、定如何处理, 也无有关部门或企业来协助处理.因此退役下来的干式变压器任其扔弃或堆放，对此的确是一个值得考虑解决的问题。3. 向紧凑型和现场组装型（或组合型）发展 变压器的紧凑型主要是对城市用电力变压器，特别是小型的配电变压器。因城市地方有限且昂贵,因此,包括变压器在内的配电装置常设计成组合式变电站和箱式变压器。不仅占地面积少、体积小、成本低,而且能伸入负荷中心等。正因为如此,目前组合式变电站和箱式变压器已逐步取代了传统低压变电站,并深受人们的欢迎。 现场组装型（或组合型）变压器主要用于地域偏僻的西南大水电或受运输限制的变压器。现场组装型产品的突出优点是安装面积小。其技术关键是便捷而又可靠的拆卸

38、、运输和复装的设计,以及现场要有一个适合“组装”的条件。 现场组装型三相变压器与普通三相变压器相比,价格为后者1.21.1.4 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5。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：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。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。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

39、匝数。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。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。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。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。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。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。

40、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，应调整冷却装置的数目。计算变压器重量。电力变压器计算的一般程序，如下页图1-1所示。不符合要求求时不符合要求求时另选线还不符合不合要求时记录原始数据：产品主要技术参数选定硅钢片牌号及铁心结构形式；计算铁心柱直径，设计铁心柱和铁轭截面选择铁心柱磁通密度，计算每匝电势先计算低压绕组匝数，凑成整数；重算每匝电势及磁通密度，再计算高压绕组匝数。绕组及绝缘结构设计；试计算短路阻抗，不合要求是调整绕组高度。估算绕组损耗，估算绕组温升。计算空载性能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总体平面布置图；引线及分接开关结构设计；

41、确定尺寸及冷却装置计算变压器重量绘制变压器外形尺寸图另选导线另选铁心柱直径图11 电力变压器计算的一般程序第2章 变压器电磁计算2.1 基本设计参数(1) 型号：S10-200/35(2) 额定变压比：35/0.4kV(3) 高压分解范围：5%(4) 容量：200kVA(5) 联结组别：Dyn11(6) 短路阻抗：6.5% (7) 空载损耗：P0 0.45kW(8) 空载电流：I0 1.5%(9) 负载损耗：Pk 3.5kW(10) 频率：50Hz 2.2 铁心计算铁心选用27ZH100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 铁心直径铁心直径尺寸由经验公式6

42、： (2-1)铁心每柱容量： (2-2)铁心直径：D=608.167=171.4 mm取铁心直径D=172 mm柱净截面积Ac= 193.61 mm2毛截面积经查表得出：Ae= 199.6 mm2三相角质量G=51.11 kg2.2.2 铁心中磁通及磁感应强度根据绕组匝数计算可知：ez=7.27 V/匝Wb (2-3)磁感应强度： T (2-4)2.2.3 铁心质量根据绕组计算可知：铁心窗高 H0=893.542 mm，铁心柱中心距M0=650.4 mm，冷轧硅钢片密度=7.65kg/dm3，则铁心柱质量：kg (2-5)铁轭质量： kg (2-6)角质量：G=51kg总质量： kg (2-7

43、)图2-1 铁心形式2.2.4 空载损耗当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率正弦波形的额定电压时，所消耗的有功功率称空载损耗。 kW (2-8)根据设计书要求，空载损耗为0.45kW，在允许范围内。2.2.5 空载电流当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余绕组开路时，流过线路端子的电流。通常用该绕组额定电流的百分数表示。有功分量： (2-9)无功分量： (2-10)空载电流： (2-11)根据设计书要求，空载电流为1.5%，此计算结果在允许范围内。2.3 绕组计算高压绕组和低压绕组均采用层式绕组。2.3.1 电压、电流计算a. 高压绕组高压绕组为Dy接线，则线电压UN1=35

44、22.5% kV，线/相电压值为U1=3522.5% kV。、线电流为：A (2-12)相电流为：A (2-13)b. 低压绕组低压绕组为D接，则相电压为U2=0.4kV，线电压为UN2=0.4kV。线电流为：相电流：2.3.2 绕组匝数a. 每匝电势初选：Bc的取值范围为1.71.75，初选Bc=1.7。V/匝 (2-14)b. 低压绕组匝数：匝，N2取55匝 (2-15)验证磁感应强度是否符合标准范围T (2-16)磁通为：初选值可行。c. 高压绕组匝数相邻分接的相电压之差: (2-17) 则分接匝数为: (2-18)最大分接匝数为 (2-19)其他分接匝数为+12.5%分接： N2=50

45、55-120=4934匝额定分接： N34935-120=4814匝12.5%分接：N44815-120=4694匝22.5%分接：N54695-120=4574匝2.3.3 电压比较高压线圈电压，匝数及电压比计算：表2-1 高压线圈电压比较分接位置调压范围线电压相电压匝数电压比校核1+22.5%367503675050540.04%2+12.5%358753587549340.02%302.5%35000350004814-0.01%4-12.5%34125341254694-0.04%5-22.5%33250332504574-0.06%各分接电压均小于2.5%，合格。电流密度初选高压电密

46、初选J12.8A/mm2低压电密初选J22.8A/mm2线截面积估算高压导线截面积 (2-20)低压导线截面积2.3.4 标准线规选择a. 高压绕组根据上面高压导线截面积计算可得选用圆线，由于采用了层式绕组，根据高压导线截面积计算，经查表可得，选用裸线直径0.96，截面积0.7238的铜质导线，匝间绝缘可由下表中差得为0.3mm。表2-2 层式绕组纸包线匝绝缘绕组电压等级（kV）66圆线匝绝缘（kV）0.30.45扁线匝绝缘（kV）0.450.45电抗高度初选： (2-21)其中n的取值范围是25，初选n=2.03。则电抗高度为：mm绕组匝数排列每层匝数： (2-22)b1 单根绝缘导线轴向高

47、度mb 沿轴向排列导线总根数kc计算裕度kc 值经查表可取0.9则每层匝数为：匝绕组总层数：层 取整Nm=16 (2-23)b. 低压绕组由于计算出低压导线截面积可查表得，选取扁线，厚度a=5.5mm，宽度b=12.5mm。匝而低压侧一共55匝，则只排列一层即可。2.3.5 绕组轴向高度和电抗高度a. 高压绕组轴向高度计算公式为： b1 带绝缘层线高度（mm）； 沿轴向导线并联根数；h 每匝导线总高度（mm）；H1 每层匝数加上起末高度（mm）；+ 换位处增加一跟导线高度（单根线为0，mm）； Kc为轴H 为绕组轴向总高度（向裕度取整数，mm）； 为绕组到上铁轭距离（可查表得）； 绕组到下铁轭

48、距离（可查表得）；H0 铁心窗高（mm）。则铁心窗高为：带绝缘层线高度：1.26mm沿轴向导线并联根数：1根每匝导线总高度：1.261=1.26mm每层匝数加上起末高度：389.34绕组轴向总高度：389.340.9=350.4铁心窗高：350.4+70+15=435.4b. 低压绕组在计算低压绕组时也沿用上述公式，则低压绕组高度通过带入相关数据可计算出为384mm2.3.6 绕组的辐向尺寸计算a. 层间绝缘层式绕组的层间绝缘，目前多采用多层电缆纸，它取决于两层之间的最大工作电压，本设计选用的电缆纸是0.12mm。层间最大工作电压 V (2-24)通过查表得选用10层电缆纸，则层间绝缘距离为1

49、.2mm。b. 层间油道本次试验的电压最高等级为35kV，则选用一个油道即可，油道宽度为7mm。轴向尺寸计算轴向尺寸计算时，应将油道左右两侧的绕组厚度分开计算，用下计算公式可得相关数据。 带绝缘导线的厚度（mm）； 导线沿轴向并联根数； a1 左（或右）边的总层数；B1 层间绝缘总厚度，每层绝缘厚度（mm）；B2 辐向计算裕度； 绕组左边（或右边）的辐向厚度（取整数或0.5尾数）。带入相关数据可得出，绕组左边的辐向厚度为：带绝缘导线的厚度：0.96+0.3=1.26mm导线沿轴向并联根数：1根左边的总层数：2层层间绝缘总厚度：（2-1）1.2=1.2mm绕组左边的辐向厚度：13.6绕组右边的辐

50、向厚度：23.4 轴向绕组总厚度=油道左边辐向厚度+油道右边辐向厚度+中间油道宽度，mm。轴向绕组总厚度：13.6+7+23.4=44mm2.3.7 绕组绝缘半径根据铁心柱直径、绕组辐向尺寸及油道宽度，便可计算出绝缘半径及导线长度。图2-2绕组结构示意图a. 绕组绝缘半径计算R0 铁心柱外接圆外半径（mm）； 低压绕组到铁心距离（mm）；R2 低压绕组内半径（mm）； 低压绕组辐向厚度（mm）；R3 低腰绕组外半径（mm）； 高低压绕组主空道距离（mm）；R4 高压内绕组半径（mm）； 高压绕组中的辐向厚度（mm）；R5 高压绕组外半径（mm）；D 高压绕组外径（mm）； 相间距离（mm）；

51、两铁心柱中间距（mm）。带入相关数据得：铁心柱外接圆外半径：86mm低压绕组到铁心距离：12mm低压绕组内半径：86+12=98mm低压绕组辐向厚度：12.6低压绕组外半径：98+12.6=110.6高低压绕组主空道距离：2高压内绕组半径：110.6+20=130.6高压绕组中的辐向厚度：44高压绕组外半径：130.6+44=174.6高压绕组外径：174.62=349.2相间距离：15mm两铁心柱中间距：359.2+15=3 绕组平均半径计算低压绕组平均半径：mm (2-25)高低压绕组主空道半径：mm (2-26)左边高压绕组平均半径：mm (2-27)右边边高压绕组平均半径：mm (2-

52、28)高压绕组平均半径：mm (2-29)2.3.9 绕组平均匝长计算低压绕组：m/匝 (2-30)左边高压绕组：右边高压绕组：2.3.10 绕组导线总长度计算低压绕组导线：L2=l2低压绕组总匝数=0.65355=35.9m (2-31左边高压绕组导线：右边高压绕组导线：高压绕组导线总长度： m (2-32)2.3.11 75时每相绕组直流电阻绕组电阻计算公式如下： (2-33)式中，L为绕组总长度（m），为75时电阻系数（mm2/m），铜导线的0.02135高压绕组：低压绕组：2.3.12 绕组导线质量计算a. 裸导线质量计算根据经验公式kg (2-34)式中，m为相数；S为导线总面积（m

53、m2）；为导线密度（kg/dm3）；铜线的=8.9kg/dm3，L为绕组导线总长度。高压侧裸铜导线质量：低压侧裸铜导线质量：b. 带绝缘导线质量计算 (2-35)式中，c为绝缘纸裸导线质量的百分比。b. 纸包圆铜铜线 (2-36)t为导线每边匝绝缘厚度，mm。高压侧带绝缘导线质量：kg (2-37)纸包扁导线 (2-38)低压侧带绝缘导线质量：kg (2-39)2.4 短路阻抗变压器短路阻抗是当负载阻抗为0时，变压器内部为等效阻抗。折算至同一匝数的两个绕组的漏电抗之和，是变压器短路阻抗的电抗分量。在变压器阻抗中，电抗分量所占比例较大，而且随着变压器容量的增大，此比例也将增大7。在变压器中，凡是

54、不按照铁心所规定的磁路流动的一切其他磁通，称为漏磁通。双绕组变压器的漏磁通是由二次绕组的磁势和与其平衡的一次绕组磁势负载分量共同产生的，并在一、二次绕组中分别感应出漏抗电势。三相双绕组变压器每一相的高压绕组和低压绕组痛心地套于同一铁心柱上，通常高压绕组套于外面，这是三相双绕组变压器常见的结构形式，所以先分析这种变压器的纵向电抗高度，为了计算方便，可以假设高低压绕组折合至同一匝数N，绕组高度相同，且电流在整个断面均匀分布，一次绕组的励磁电流为0。2.4.1 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。2.4.2 绕组的平均电抗高度cm (2-40)2.4

55、.3 漏磁总宽度 cm (2-41) 2.4.4 漏磁空道总面积 (2-42)2.4.5 洛氏系数 (2-43) 洛氏系数与有一定函数关系，通过查询电力变压器理论与计算书中相关数据，可得=0.97。2.4.6 短路阻抗的电抗分量 (2-44)2.4.7短路阻抗的电阻分量 (2-45)Pfz为负载损耗，通过下面的计算得出，此处为了方便书写提前引用。2.4.8 短路阻抗的百分值 (2-46)依据设计书要求，短路阻抗的百分值为6.5%，此计算结果在允许范围之内。2.5 负载损耗负载损耗是将变压器的一组绕组(高压或低压)短接，而在另一组绕组（低压或高压）施加比额定电压小得多的电压（短路电压），并使绕组

56、中产生额定电流，此时，从电源绕组上所接瓦特表测量出的功率。变压器的负载损耗主要是由绕组导线的电阻损耗，绕组的附加损耗（包括导线的涡流损耗及环流损耗），引线损耗以及钢铁结构件中的杂散损耗等。2.5.1 绕组电阻损耗（75时）电阻损耗计算公式如下：W (2-47)式中m为相数，I为被计算绕组的相电流（A），R为75C时被计算绕组的每相电阻（）。高压侧：低压侧：绕组电阻损耗：W (2-48)2.5.2 绕组附加损耗绕组附加损耗，按下式计算：,W (2-49)Pf为被计算绕组的导线钓组损耗（W）;Kf为被计算绕组的附加损耗百分数（%）。 对于层式绕组的附加损耗百分数，一般根据生产经验估算通过下表可以查

57、得相关数值。表2-3附加损耗取值200kVA及以下Kf=3%左右250315kVKf=5%左右400630kVKf=8%左右则绕组附加损耗：W2.5.3 引线损耗计算当电流通过引线时，由于引线有电阻存在，而产生引线损耗，它可用占绕组电阻损耗的百分数来估计。即 ，W (2-50)Pr 为绕组电阻损耗（W）；为引线损耗占绕组电阻损耗的百分数（%）。表2-4 引线损耗占绕组电阻损耗的百分数绕组电压等级（kV）106Y结时Ky（%）不可计0.51D结时Ky（%）0.512Ky(%)的值可以通过上表中得出，则引线损耗为：2.5.4 杂散损耗变压器运行时，由于漏磁通穿过钢铁结构件（夹件、钢压板、螺栓及油箱

58、壁等），并在其中产生咋算损耗。在大容量变压器的负载损耗中，杂散损耗可达负载损耗的30%40%，必须引起足够重视。考虑到漏磁通路径的复杂性，精确计算是有困难的，所以杂散损耗只能采用近似方法计算。对于630kVA及以下的变压器采用层式绕组结构时，考虑到它的漏磁通不大，故将杂散损耗一并在附加损耗里予以考虑，不再计算。2.5.5 负载损耗变压器的负载损耗，是在短路试验状态下，测得的一对绕组的损耗。对于双绕组变压器而言，它包括两个绕组的电阻损耗、附加损耗、引线损耗及杂散损耗。负载损耗可按下式计算：kW (2-51)根据设计书要求，负载损耗为3.5kW，此计算结果在允许范围之内。2.6 温升计算变压器运行

59、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。为使变压器各部分温度不超过规定的限值8，应采取相应的有效冷却措施以保证温度变化。图2-4 沿绕组厚度方向温差分布图本次设计为S10-200/35,根据相关资料选用油浸自冷散热方式。2.6.1 层式绕组铜油温差计算绕组表面单位热负荷（q）（按80计算），W/m2 (2-52)Pfz 为被计算绕组75时负载损耗（W）；1.032 为将75的损耗折算到80S 为被计算绕组的有效散热面积（m2）。图2-5 层式绕组示意图a. 低压绕组层式绕组散热面积： (2-53)绕组表面单位热负荷:W/m2绕

60、组表面对油温升： K (2-54)绝缘修正值：K (2-55)绕组层数修正：绕组对油平均温差：K (2-56)温升符合标准，合格。b. 高压绕组层式绕组散热面积： (2-57)绕组表面单位热负荷W/m2绕组表面对油温升：绝缘修正值：绕组层数修正：K (2-58)绕组对油平均温差：K (2-59)温升符合标准，合格。2.6.2 油温升计算油箱尺寸计算油箱内壁半径：=mm (2-60)油箱直线长度： mn (2-61)油箱内壁长度： mm (2-62)油箱高度： (2-63)图2-6 油箱尺寸简图容量35kV的小型变压器，常采用平滑油箱结构，油箱上无散热装置，当平滑油箱散热面不够时，常焊有扁管10