毕业论文-SF11-1600066电力变压器电磁计算

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 -SF11-16000/66电力变压器电磁计算摘要电力变压器是电力系统中的一种重要设备，其发展趋势是提高可靠性、节省材料、降低损耗水平，明显缩短产品的设计周期、降低生产成本和提高产品的质量，从而增强产品的市场竞争力，取得显著的社会经济效益，因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要。本文介绍了变压器设计的课题背景，变压器计算的一般程序以及其基本结构特征。根据变压器的基本设计思路，完成了一台SF11-16000/66的变压器电磁计算工作，主要内容包括电流电压计算，铁芯主要尺寸的确定，线圈匝数，几何尺寸，阻

2、抗电压、空载、负载损耗、温升、短路电动力等的计算。电磁计算结果满足国家标准和技术参数的要求。关键词 电力变压器；电磁计算；短路阻抗；温升 The Electromagnetical Calculation of SF11-16000/66 Power TransformerAbstractThe further development of power transformer, which is an important equipment in power system, is to improve the liability, save material and reduce loss,

3、obviously shorten product design period, reduce the cost, improve product quality, strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance. Therefore, the electromagnetical calculation of power transformer is especially important.This article describes the background of the subj

4、ect of the transformer design, the general procedure of transformer calculation as well as the basic structural features. According to the basic design concept of the transformer, completed a sets of SF11-16000/66 transformer electromagnetic calculations,the main contents include the current and vol

5、tage calculations, the main core size determination,the calculation of coil turns,the calculation of coil geometry size as well as the impedance voltage.These results of the electromagnetic calculation meet the requirements of national standards and technical parameters, and including the main conte

6、nts of impedance voltage, load and no-load loss, temperature rise, short-circuit electromagnetical force and so on.Keywords Power transformer, Electromagnetic calculation, Short-circuit impedance, Temperature rise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 IV -目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN

7、 II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296925193 1绪论 PAGEREF _Toc296925193 h 1 HYPERLINK l _Toc296925194 1.1课题背景 PAGEREF _Toc296925194 h 1 HYPERLINK l _Toc296925195 1.2变压器计算的一般程序 PAGEREF _Toc296925195 h 1 HYPERLINK l _Toc296925196 1.3变压器的工作原理与结构 PAGEREF _Toc296925196 h 2 HYPERLINK l _Toc296925197 1.3.1

8、变压器的基本工作原理 PAGEREF _Toc296925197 h 2 HYPERLINK l _Toc296925198 1.3.2电力变压器基本结构 PAGEREF _Toc296925198 h 3 HYPERLINK l _Toc296925199 1.4本课题的目的和意义 PAGEREF _Toc296925199 h 4 HYPERLINK l _Toc296925200 2电力变压器电磁计算 PAGEREF _Toc296925200 h 6 HYPERLINK l _Toc296925201 2.1技术条件 PAGEREF _Toc296925201 h 6 HYPERLIN

9、K l _Toc296925202 2.2额定电压和电流的计算 PAGEREF _Toc296925202 h 6 HYPERLINK l _Toc296925203 2.2.1高低压线圈额定电压计算 PAGEREF _Toc296925203 h 6 HYPERLINK l _Toc296925204 2.2.2高低压线圈电流计算 PAGEREF _Toc296925204 h 6 HYPERLINK l _Toc296925205 2.3铁芯主要尺寸的确定 PAGEREF _Toc296925205 h 7 HYPERLINK l _Toc296925206 2.3.1铁芯直径选择 PAG

10、EREF _Toc296925206 h 7 HYPERLINK l _Toc296925207 2.3.2铁芯截面积计算 PAGEREF _Toc296925207 h 7 HYPERLINK l _Toc296925208 2.4线圈匝数计算 PAGEREF _Toc296925208 h 8 HYPERLINK l _Toc296925209 2.4.1初选每匝电压 PAGEREF _Toc296925209 h 8 HYPERLINK l _Toc296925210 2.4.2低压线圈匝数确定 PAGEREF _Toc296925210 h 8 HYPERLINK l _Toc2969

11、25211 2.4.3高压线圈匝数确定 PAGEREF _Toc296925211 h 9 HYPERLINK l _Toc296925212 2.4.4电压比校核 PAGEREF _Toc296925212 h 9 HYPERLINK l _Toc296925213 2.5线圈几何尺寸的计算 PAGEREF _Toc296925213 h 10 HYPERLINK l _Toc296925214 2.5.1导线选取 PAGEREF _Toc296925214 h 10 HYPERLINK l _Toc296925215 2.5.2线段排列 PAGEREF _Toc296925215 h 10

12、 HYPERLINK l _Toc296925216 2.5.3线圈高度计算 PAGEREF _Toc296925216 h 11 HYPERLINK l _Toc296925217 2.5.4线圈辐向宽度 PAGEREF _Toc296925217 h 11 HYPERLINK l _Toc296925218 2.5.5绝缘半径及窗高 PAGEREF _Toc296925218 h 12 HYPERLINK l _Toc296925219 2.5.6导线长度 PAGEREF _Toc296925219 h 12 HYPERLINK l _Toc296925220 2.5.7线圈直流电阻 PA

13、GEREF _Toc296925220 h 13 HYPERLINK l _Toc296925221 2.5.8导线重量计算 PAGEREF _Toc296925221 h 13 HYPERLINK l _Toc296925222 2.6阻抗电压计算 PAGEREF _Toc296925222 h 13 HYPERLINK l _Toc296925223 2.7负载损耗和空载损耗 PAGEREF _Toc296925223 h 15 HYPERLINK l _Toc296925224 2.7.1负载损耗 PAGEREF _Toc296925224 h 15 HYPERLINK l _Toc29

14、6925225 2.7.2空载损耗 PAGEREF _Toc296925225 h 16 HYPERLINK l _Toc296925226 2.8温升计算 PAGEREF _Toc296925226 h 17 HYPERLINK l _Toc296925227 2.8.1高压线圈温升 PAGEREF _Toc296925227 h 17 HYPERLINK l _Toc296925228 2.8.2低压线圈温升 PAGEREF _Toc296925228 h 18 HYPERLINK l _Toc296925229 2.8.3油对空气温升 PAGEREF _Toc296925229 h 19

15、 HYPERLINK l _Toc296925230 2.8.4油箱尺寸 PAGEREF _Toc296925230 h 20 HYPERLINK l _Toc296925231 2.9变压器短路电动力计算 PAGEREF _Toc296925231 h 21 HYPERLINK l _Toc296925232 2.9.1安匝平衡计算 PAGEREF _Toc296925232 h 21 HYPERLINK l _Toc296925233 2.9.2短路时绕组导线上应力计算 PAGEREF _Toc296925233 h 23 HYPERLINK l _Toc296925234 2.10电磁计

16、算的小结 PAGEREF _Toc296925234 h 25 HYPERLINK l _Toc296925235 结论 PAGEREF _Toc296925235 h 27 HYPERLINK l _Toc296925236 致谢 PAGEREF _Toc296925236 h 28 HYPERLINK l _Toc296925237 参考文献 PAGEREF _Toc296925237 h 29 HYPERLINK l _Toc296925238 附录 PAGEREF _Toc296925238 h 30- PAGE 10 - PAGE 48 -绪论 课题背景电力变压器发明与十九世纪末，它

17、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里，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1。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。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

18、，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1。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。变压器计算的一般程序变压器计算应根据产品设计任务书中给定的数据进行，以下介绍变压器设计计算步骤2：a. 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。b. 确定硅钢片型号，及铁心结构形式，计算铁心直径，选择标准

19、直径得出铁心和铁轭截面积。c. 根据硅钢片型号，初选铁轭中磁通密度，计算每匝电势。d. 初选低压线圈匝数，凑成整数匝，根据整数匝再重算出铁心中的磁通密度及每匝电势，再算出高压线圈匝数。e. 根据线圈的结构型式，确定导线规格，进行线圈段数（层数）、匝数的排列，计算线圈轴向高度和辐向尺寸。f. 计算阻抗电压，大容量变压器阻抗值应与阻抗电压标准值接近，小容量变压器的阻抗电压值应小于阻抗电压标准值。g. 计算变压器负载损耗达到标准规定范围。h. 计算线圈导线对油的温升，不合规定时，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，则需更改铁心直径。i. 计算短路机械力及导线应力，当超过

20、规定值时，应调整安匝分布，或加大导线截面积。j. 计算空载性能及变压器总损耗。k. 计算变压器的重量。变压器的工作原理与结构变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的。因此，它的结构是两个或两个以上互相绝缘的绕组套在一个共同的铁芯上，它们之间通过磁路的耦合相互联系。所以，如同旋转电机一样，变压器也是以磁场为媒介的。两个绕组中的一个接到交流电源上，称为一次绕组，另一个接到负载上，称为二次绕组。当一次绕组接通交流电源时，在外加电压作用下，一次绕组中有交流电流流过，并在铁芯中产生交变磁通，其频率和外加电压的频率一样。这个交变磁通同时交链一次、二次绕组，根据电磁感应定律，便在二次绕组内感应出电

21、动势。二次绕组有了电动势，便向负载供电，实现了能量传递。图1-1 单相变压器原理图如图1-1所示，它是由两个匝数不等地绕组绕在一个闭合的铁芯上构成的。铁芯是用硅钢片叠装而成的，铁芯柱左边的绕组称为一次绕组（也称初级绕组或原绕组），其匝数为N1。另一侧绕组称为二次绕组(也称次绕组或副绕组)，其匝数为N2。当二次侧开路，将一次侧接入交流电压U1时，则一次绕组中便有电流I0流过，这个电流通常称为空载电流。空载电流便产生空载磁动势，在铁芯中便有磁通0通过，此时在一、二次侧便产生感应电动势。 (1-1) (1-2)式中：一次侧自感电动势(V)；二次侧互感电动势（V）；电源频率()；一次绕组匝数；二次绕组

22、匝数；交变主磁通的最大值（Wb）；在空载情况下，两绕组的电压比为： (1-3)式中为变压比4。电力变压器基本结构随着变压器技术的发展，其结构越来越趋于复杂。变压器的品种繁多，结构型式也是千变万化，如图1-2为一台电力变压器外形结构。图12 电力变压器外形实例图变压器是由套在一个闭合铁芯上的两个绕组组成的，铁芯和绕组是变压器最基本的组成部分。此外，还有油箱、储油柜、吸湿器、散热器、防爆管或压力释放阀、绝缘套管等等。变压器各部件的作用如下：铁芯：它是变压器电磁感应的磁通路，变压器的一、二次绕组都绕在铁芯上，铁芯是用导磁性能很好的硅钢片叠装成的闭合磁路。为了减少涡流，铁芯一般采用含硅1%4.5%，厚

23、度为0.23mm0.35mm的硅钢片叠装而成。绕组：它是变压器的电路部分。变压器分高、低压绕组，即一次、二次两绕组。它是由绝缘铜线或铝线绕成的多层线圈套装在铁芯上。导线外边的绝缘一般采用纸绝缘。油箱：它是变压器的外壳，内装铁芯、绕组和变压器油，同时起一定的散热作用。储油柜：当变压器油的体积随油温的变化而膨胀或缩小时，储油柜起着储油和补油的作用，以保证油箱内充满油。储油柜还能减少油与空气的接触面，防止油被过速氧化和受潮。一般储油柜的容积为变压器油箱容积的1/10。储油柜上装有游标管，用以监视油位的变化，即油位计。吸湿器：由一个铁管和玻璃容器组成，内装干燥剂如硅胶。储油柜内的油是通过吸湿器与空气相

24、通。吸湿器内装干燥剂吸收空气中的水份及杂质，使油保持良好的电气性能，吸湿器又称呼吸器。散热器：当变压器上层油温与下层油温产生温差时，通过散热器形成油的循环，使油经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。为提高变压器油冷却得效果，可采用风冷、强迫油循环和强油水冷等措施。安全气道：装于变压器的顶盖上，桶状或喇叭形管子，管口用玻璃板封住并用玻璃刀刻上“十”字。当变压器内有故障时，油温升高，油剧烈分解产生大量气体，使油箱内压力剧增，这时安全气道玻璃板破碎，油及气体从管口喷出，以防止变压器油箱爆炸或变形，目前一般采用压力释放阀来代替安全气道又称防爆管。高、低压绝缘套管：它是变压器高、低压绕组的引

25、线到油箱外部的绝缘装置，起着固定引线和对地绝缘的作用。分接开关：它是调整电压比的装置。双绕组变压器的一次绕组及三绕组变压器的一、二次绕组一般都有个分接头位置35（三个分接头中间分接头为额定电压位置，相邻分接头相差5%，多分接头的变压器相邻分接头相差2.5%）。气体继电器：它是变压器的主要保护装置，装于变压器的油箱和储油柜的连接管上。变压器内部发生故障时，气体继电器的上触点接信号回路，下触点接断路器跳闸回路，能发出信号并使断路器调闸。附件：变压器还有温度计、净油器、油位计等附件。本课题的目的和意义将在校的变压器的理论的学习与真正的变压器设计实践相结合，在系统学习变压器的结构原理基础上，通过自己独

26、立的设计一台变压器，了解变压器设计的主要过程及相关的方法。在设计的过程中不断学习、消化、掌握变压器电磁计算的全过程，掌握其计算方法，从而对变压器有一个深入的了解。本论文的意义是：通过变压器设计加深对变压器原理的理解，掌握变压器的设计方法，达到举一反三，精通一类变压器的设计方法。为今后打下良好和坚实的基础。电力变压器电磁计算 技术条件额定容量：16000kVA，3相频率: 50Hz额定电压：高压66kV；低压10.5kV 绕组连接方法：YN，d11额定电压比：6622.5%/10.5kV 空载电流：0.65%空载损耗：22.0kW负载损耗：89.1kW阻抗电压：9% 额定电压和电流的计算 高低压

27、线圈额定电压计算高压线圈为Y联结：线电压：相电压：低压线圈为D联结： 高低压线圈电流计算高压线圈电流：低压线圈电流： 铁芯主要尺寸的确定 铁芯直径选择铁芯柱直径的大小，直接影响有效材料的消耗、变压器的体积及性能等技术指标，故选择技术经济合理的铁芯直径是变压器计算的重要内容。硅钢片重量和空载损耗随铁芯柱直径的增大而增大，而线圈导线重量和负载损耗则随铁芯柱直径增大而减小。合理的铁芯柱直径，应使硅钢片和导线材料用量比例适当，达到最经济的效果。铁芯直径选得过大时，铁重增大，而用铜量减少，变压器成矮胖形；铁芯直径选得过小时，则会得到相反的结果6。变压器每柱容量：应用经验公式计算铁芯柱直径，查电力变压器计

28、算表3.5冷轧片取56。=568.55=478.8(mm)(2-1)D取480mm。硅钢片选取：该变压器的硅钢片型号是DQ162-30厚度0.3mm，冷轧高导磁取向硅钢片。 铁芯截面积计算为了适应圆线圈的要求及充分利用线圈内部空间，铁芯柱一般制成阶梯圆柱形，各小阶梯（级）均为矩形，如图2-1。图21 铁芯截面图1接缝 2油道铁芯截面积1604.35cm2,铁芯级数为13级,迭片系数为0.95。由于冷轧硅钢片的方向性强，在铁芯柱与铁轭转角处，磁通沿垂直于硅钢片的轧制方向通过，引起励磁电流和空载损耗增加。为了避免这种情况，一般采用斜接缝叠积法，如图2-2。图22 铁芯的接缝 线圈匝数计算 初选每匝

29、电压根据电磁感应原理，感应电势的有效值与主磁通之间的大小关系： (2-2)式中：频率，取为50；线圈匝数；磁通，；铁芯柱内磁通密度初选值，暂定为1.72(T)；铁芯净截面积（cm2）；每匝电压计算如下：当额定频率为50Hz时(V/匝) 低压线圈匝数确定低压线圈匝数：(匝)取整数为：171匝确定每匝电压：磁通密度： 高压线圈匝数确定额定分接匝数(匝)取621匝分接的匝数(匝)取16匝各分接匝数：W1=653匝；W2=637匝；W3=621匝；W4=605匝；W5=589匝； 电压比校核一般只校核高压线圈的相电压，因为它带有分接调压线圈。由于et是根据低压线圈计算的，故低压线圈的相电压偏差很小，可

30、以不必计算。各分接线/相电压为： 对于22.5%分接调压的高压线圈的额定电压及各分接的电压按以下方式校核： (2-3)式中：相电压的标准值；计算的相电压；各分接的匝数；et每匝电势； 合格 合格 合格 合格 合格 线圈几何尺寸的计算 导线选取高压导线选取因为高压线圈相电流为140A，又因为电流密度与负载损耗、温升以及变压器二次侧突发短路时的动热稳定有关。其极值根据动热稳定要求确定。为了提高效率，希望变压器损耗降低，电流密度应须适当降低。电流密度初选3.5A/mm，则高压线圈导线导电面积大约为40mm，高压线圈导线选用2根纸包扁铜线ZB-t，规格为2.369.00，辐向并联绕制。导线导电面积为4

31、2.486mm，所以电流密度为3.3A/mm。低压线圈选取低压线圈相电流为507.9A，电流密度初选3.5A/mm，则低压线圈导线导电面积大约为145.11mm，低压线圈导线选用8根2.368.00导线ZB-t轴向并联绕制。导线实际导电面积为151.04mm，所以电流密度为3.36A/mm。 线段排列高压线圈排列选择及计算对已知的高压总匝数进行分析，总匝数为653匝，选用线性调压方式，高压线圈匝数为最小分接数589匝。高压线圈选择饼式连续式绕线方式，加16根撑条，16个垫块。每16匝导线为一饼，则高压线圈分为82段。则每饼匝数分布为：正常饼段数为34段，分接段数为4段，特殊段数为3段，总匝数为

32、653匝。(34A +3B +4H)2=82段 16 15 1634(匝)2. 低压线圈排列选择及计算低压线圈匝数为171匝，绕线方式选择饼式连续式绕法，171匝分为89段绕制，匝与匝间垫入垫块以增加散热面积。加16根撑条，16个垫块。低压正常段取匝，首末端取匝。解得x=87，y=2 线圈高度计算 电力变压器线圈高度,对阻抗电压值以及变压器的温升、机械力、材料消耗和重量等技术指标均有影响，因此，在线圈型式选定后，确定线圈高度是变压器计算中重要内容。线圈高度，一是指线圈压缩后的总高度；另一是指线圈的电抗高度。所谓电抗高度，是指变压器阻抗电压计算时的线圈净高度（线圈起末头间，裸线到裸线之间的距离）

33、。中小型变压器及一部分大型变压器，不受铁路运输高度限制，这种变压器线圈高度的计算，主要是满足阻抗电压的要求。低压线圈：HL=(mm)高压绕组 线圈辐向宽度高压线圈：低压线圈： 绝缘半径及窗高绝缘半径240铁芯半径+ 15 纸筒 油隙 255 低压线圈内半径+ 55.4 低压线圈的辐向厚度310.4 低压线圈外半径+ 36 高低压绕组主空道距离 346.4 高压线圈内半径+ 110.7 高压线圈的辐向厚度 457.1 高压线圈外半径 2 914.2 高压线圈外径+ 40 相间绝缘距离954.2铁芯中心距窗高的计算 =1269.3+80+80+30+40 =1499.3因此，H0取1500mm 导

34、线长度线圈平均半径低压线圈为高压线圈为线圈平均匝长低压线圈为高压线圈为线圈导线总长度低压线圈为 高压线圈为 线圈直流电阻75时每相导线直流电阻计算如下：低压线圈：()高压线圈：() 导线重量计算1. 裸导线重量 (2-4)式中：导线总长(m)；导线的面积mm2由电力变压器计算续表4.3查得；导线比重，铜导线(8.9g/cm3)低压线圈重量高压线圈重量带绝缘导线重量 (2-5)低压线圈： c=10.14% 高压线圈 c=9.8% 阻抗电压计算阻抗电压的大小表征了变压器在额定负载时的电压降，是变压器的重要技术参数，它对变压器的制造成本、短路电流的大小、电压质量的高低以及系统运行性能等都有显著的影响

35、。我国双绕组和三绕组变压器以及自偶电力变压器的标准短路阻抗值，应根据国家标准的规定。对于特种变压器，其阻抗电压的标准值应根据其具体运行特性而定7。它是变压器计算中的重要内容，对变压器的运行和技术经济指标均具有重要的影响。漏磁空道总面积(2-6)低压线圈平均半径 (cm)高压线圈平均半径漏磁空道的平均半径低压线圈辐向宽度(cm)；高压线圈辐向宽度(cm)；漏磁空道的宽度(cm)；线圈平均电抗高度漏磁总宽度 (2-7)查电力变压器计算表6.2得洛氏系数=0.95额定阻抗电压:(2-8)式中： 额定电流(A)；主分接匝数；每匝电势(V/匝)；两个线圈的平均电抗高度(cm)。 负载损耗和空载损耗 负载

36、损耗负载损耗主要由高低线圈的电阻损耗组成，另外还加上涡流损耗和杂散损耗8。电阻损耗 (2-9)式中：相数；被计算线圈的相电流(A)；被计算线圈的75每相直流电阻()。高压线圈：低压线圈： 涡流损耗 (2-10)高压线圈：涡流损耗：低压线圈：涡流损耗： 杂散损耗：引线损耗： 负载损耗： 空载损耗铁芯柱重量式中：冷轧硅钢片=7.65（）；窗高(mm)；铁芯柱净截面积()；铁轭重量式中： 两铁芯柱中心距(mm)；铁轭净截面积()。总重量式中：角重(kg)由电力变压器计算续附表3.1查得。空载损耗式中：硅钢片单位损耗(W/kg)；空载损耗附加系数；铁芯总重量(kg)。空载电流空载电流是以额定电流百分数

37、表示的。它由两部分组成：一部分是供给硅钢片所消耗的能量的电流，称为有功分量；另一部分是供给硅钢片中建立磁通的电流，称为无功分量（磁化电流）8。有功分量：式中：空载损耗(W)；变压器额定容量(kVA)；无功分量：式中：空载电流附加系数；铁芯重量(kg)；变压器额定容量；铁心单位磁化容量。总空载电流 温升计算变压器在运行时，有一部分电磁能量将转变为热能，也就是说，变压器运行时，在铁芯、绕组和钢结构件中均要产生损耗。这些损耗将转变为热能发散到周围介质中去，从而引起变压器发热和温度升高。因此在设计时要特别注意温升不能超过规定的限值。变压器的散热方式主要包括辐射换热和对流换热，对流换热包括自然对流和强制

38、对流换热。当负载较小、气温较低时，冷风机关停，散热方式为辐射和自然对流换热。 高压线圈温升高压线圈：垫块数垫块高=1640表面单位热负荷：(2-11)式中：铜导线系数22.1；额定电流A；电流密度；导线中的附加损耗百分数(85)。线饼的遮盖系数：线饼的周长：式中：a1带绝缘的导线的厚度(mm)；b1带绝缘导线的宽度(mm)；n线饼中沿辐向导线并联总根数.线圈对油温升:(K)线圈绝缘校正温升:(K)油道校正温升:(K)线圈对油的平均温升:(K) 低压线圈温升高压线圈：垫块数垫块高=1630表面单位热负荷：式中：铜导线系数22.1；额定电流A；电流密度；导线中的附加损耗百分数(85)2 线饼的遮盖

39、系数：3 线饼的周长：式中：a1带绝缘的导线的厚度(mm)；b1带绝缘导线的宽度(mm)；n线饼中沿辐向导线并联总根数.4 线圈对油温升:(K)5 线圈绝缘校正温升:(K)油道校正温升:(K)线圈对油的平均温升:(K) 油对空气温升片式散热器的有效散热面积选用310可拆式片式散热器代号5ET.423.346.27中心距1750mm片高1920mm片式散热器总的几何面积：式中：散热器数； 油箱有效散热面积：箱盖：箱壁的几何面积：片式散热器油箱总有效散热面积：油箱单位热负荷：85时变压器总损耗，油对空气的平均温升油浸风冷式： (2-12)线圈对空气的平均温升：K高压线圈：K 合格低压线圈：K 合格

40、 油箱尺寸油箱内高度式中：铁芯窗高(mm)；铁轭的最大片宽(mm)；垫脚高(mm)，变压器设计手册（电磁计算部分）表11-1；铁芯至箱盖距离(mm)由变压器设计手册（电磁计算部分）表11-2查得。油箱宽度：式中：外线圈的直径(mm)；高低压侧对油箱空隙(mm)由变压器设计手册（电磁计算部分）表11-3查得。油箱长度计算：式中：外线圈的直径(mm)；铁芯柱中心距(mm)；长轴方向A、C相外线圈对油箱空隙，由变压器设计手册（电磁计算部分）表11-3查得 变压器短路电动力计算 安匝平衡计算 表2-1区域划分区域高压(66KV)低压(10.5KV)匝数高度mm匝数高度mm127252871.6524.

41、32.4591.411.62587.43.64121.817.441314.27252871.6524.3表2-2安匝分布表区域高压安匝%低压安匝%不平衡安匝%平均安匝%平均高度Mm141.6575526.1556.8589.439.810.2-0.410126.4441.6541.50.1541.575526.15总和1001000.001001250.25-0.15图2-3 不平衡安匝分布图漏磁组总安匝(%) (2-13)短路电流稳定值倍数(KI)的计算线路阻抗(%)：% (2-14)式中：额定容量(MVA)；系统短路容量(kVA)由电力变压器计算表9.4查得110kV 取6106kVA。

42、短路电流稳定值倍数：(2-15)式中：变压器阻抗电压(%)；线路阻抗(%)；不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力()(2-16)式中：短路电流稳定值倍数；额定相电流(A)；每相额定匝数；洛氏系数；线圈辐向平均半径(cm)；漏磁宽度(cm)；冲击短路电流系数，取1.6。 短路时绕组导线上应力计算变压器在负载运行时,原副线圈均有电流流动,都要受到电磁力的作用,在额定工况下,电磁力一般不太大,线圈本身结构及线圈两端的绝缘垫块、压圈、夹件等紧固装置足以承受它.但当变压器副边发生突然短路时,电流冲击值可达到额定电流的2030倍,由于电磁力与电流的平方成正比,所以突然短路时电磁力可达到额定工况的几百倍.因此,

43、准确计算变压器线圈所受的电磁力对变压器线圈及结构件的设计提供重要理论依据,具有很高的参考价值9。外线圈a.短路时线圈导线的拉应力：b短路时线圈导线上轴向弯应力：c导线总应力：内线圈a短路时线圈导线上的幅向压应力：(2-17)b短路时线圈导线上轴向弯应力：(2-18)c短路时线圈导线上径向弯应力：(2-19)d导线总应力：式中：冲击短路电流系数；短路电流稳定值倍数；线圈相应的短路匝数；线圈的平均半径(cm)；(cm)；线圈外半径(cm)；线圈垫块数；线圈垫块宽度(cm)；(cm)；线圈撑条宽(cm)；洛氏系数；每相并联导线根数；线饼中并联导线根数；线圈的电抗高度(cm)；单根导线的截面积(cm2

44、)；线圈裸导线辐向尺寸即厚度(cm)；线圈裸导线轴向尺寸即宽度(cm)； 电磁计算的小结技术参数空载电流标准值 0.65%， 计算值 0.45% 合格空载损耗 标准值 22.0kW， 计算值 21.1kW 合格负载损耗 标准值 89.1kW, 计算值 81.6kW 合格阻抗电压 标准值 9%, 计算值 8.89% 合格变压器温升许用值65K， 计算值 高压45.63K 合格 低压41.63K 合格短路电动力许用值1000 kg/cm2 计算值 高压绕组749.6 kg/cm2 合格 低压绕组775.5 kg/cm2 合格变压器设计具体步骤及数据 1额定电压和电流的计算 高压相电压38.1kV，

45、相电流140A；低压相电压10.5kV，相电流 507.9A 2铁芯主要尺寸的确定 铁心直径系数选56，直径480mm，面积1604.35cm 3线圈匝数计算 匝电压 61.40V，磁通密度1.722T，低压171匝，高压额定621 匝，高压分接16匝，高压各分接匝数653,637,621,605,589，电压比 较核合格4线圈几何尺寸的计算 高压线圈：导线2.369.00，两根并联，电流密度为3.3A/mm2 线圈高度1249.3mm，宽度110.7mm，导线长1645.56m 线阻0.787，线重2049.3kg 低压线圈：导线2.368.00 ，八根并联，电流密度为3.36A/mm2 线

46、圈高度1267.4mm，宽度55.4mm ，导线长306.38m 线阻0.043，线重1360.8kg5阻抗电压计算 漏磁空道总面积318.7cm2，漏磁总宽度20.1cm，阻抗电压 8.89%6负载损耗和空载损耗 负载损耗81.6kW，空载损耗21.1kW，空载电流0.45%7温升计算 高压绕组对空气温升45.63K 低压绕组对空气温升41.63K 油箱尺寸3120mm1340mm2570mm8变压器短路电动力计算 不平衡安匝总轴向力9876kg 高压绕组导线总应力749.6kg/cm2 高压绕组导线总应力775.5kg/cm2 结论电力变压器电磁设计是电力变压器设计和制造的基础，它的好坏直

47、接影响后续工作的进行。通过手算了解各部分参数之间存在比较复杂的关系。本文除了介绍了变压器设计的课题背景，变压器计算的一般程序以及其基本结构特征，主要针对电磁设计进行研究，主要研究内容：进行了16000kVA/66kV电力变压器的电磁分析和计算，主要内容包括阻抗电压、空载、负载损耗、温升、短路电动力等的计算，计算结果能够满足技术规范要求。其中：阻抗电压 标准值 9%, 计算值 8.89% 合格空载电流标准值 0.65%， 计算值 0.45% 合格空载损耗 标准值 22.0kW， 计算值 21.1kW 合格负载损耗 标准值 89.1kW, 计算值 81.6kW 合格变压器温升许用值65K， 计算值

48、 高压45.63K 合格 低压41.63K 合格短路电动力许用值1000 kg/cm 计算值 高压绕组749.6 kg/cm 合格 低压绕组775.5 kg/cm 合格致谢本文是在导师赵大伟教授的悉心指导和直接关怀下完成的。赵老师严谨的学风和渊博的知识让我受益无穷。在此谨向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢。在整个毕业设计过程中，赵大伟教授不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，此外，我还要感谢同窗好友张超、纪海山和许多同学的帮助，他们的勤勉进取和勇于创新的品质使我受益匪浅，在此向他们深表谢意。参考文献高兴耀.21世纪初我国电力变压器技术发展展望.变压器

49、,2000,37(1):16孙林,王梦云,瞿向向等.我国电力变压器发展及趋势.电力设备,2008,4(4):14 贺以燕.国内外变压器现状及发展.电器工业,2002,40(4):4347尹克宁.变压器设计原理.北京:中国电力出版社,2003孙先春.基于KBE的电力变压器设计研究及开发.武汉理工大学硕士论文,2006:2831路长柏，朱英浩等.电力变压器计算. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1990朱鸿飞.干式电力变压器电磁设计研究.东南大学硕士论文,2006:1725电力变压器手册编写组.变压器设计手册（电磁计算部分） .沈阳:辽宁科学技术出版社,1990席自强，辜承林.电力变压器电磁分析与计

50、算方法湖北工学院学报，1998，13(3)：8788梁永勇关于110kV变压器结构和工艺特点介绍技术改进与创新，2004：3335张国强.电力变压器绝缘结构和电磁方案设计的研究,华北电力大学博士论文,2006;115K.Preis, A.Optimal design of dectromagnetic devise with evolution stragteies.Vol.9, supplement A, ,1990;112119.D.J. Tschudi, AC insulation design, WICON Insulation conference, Rapperswil, Inte

51、rmaticnal Electrotechnical Comission. INTERNATIONAL STANDARD. On pas, 1999: 933附录INTERNATIONAL STANDARDPOWER TRANSFORMERS1. Scope and service conditions 1.1 ScopeThis part of international Standard IEC60076 applies to three-phase and single-phase power transformers (including auto-transformers) with

52、 the exception certain categories of small and special transformers such as:-single-phase transformers with rated power less than 1 KVA and three-phase transformers less than 5 KVA;- instrument transformers;- transformers for static convertors;-traction transformers mounted on rolling stock;-startin

53、g transformers ;-testing transformers ;-welding transformers ;When standards do not exist for such categories of transformers, this part may still be applicable either as a whole or in part.1.2 Service conditionsThis part gives detailed requirement for transformers for use under the following condit

54、ions:Altitude A height above sea-level not exceeding 1000 m .b) Temperature of ambient air not below - 25 and not above +40 .For water-cooled transformers , a temperature of cooling water at the inlet not exceeding +c) Wave shape of supply voltageA supply voltage of which the wave shape is approxima

55、tely sinusoidal.NOTE This requirement is normally not critical in public supply systems but may have to be considered in installations with considerable convertor loading in such cases there is a conventional rule that the deformation shall neither exceed 5 % total harmonic content nor 1 % even harm

56、onic content .Also note the importance of current harmonic for load loss and temperature rise.d) Symmetry of three-phase supply voltageFor three-phase transformers, a set of three-phase supply voltage which are approximately symmetrical .e) Installation environment An environment with a pollution ra

57、te that does not require special consideration regarding the external insulation of transformer bushings or of the transformer itself.An environment not exposed to seismic disturbance which would otherwise require special consideration in the design. This is assumed to be the case when the ground ac

58、celeration level is below 2 m/s .Provision for unusual service conditionsAny unusual service conditions which may lead to special consideration in the design of a transformer shall be stated in the enquiry and the order . These may be factors such as high altitude , extreme high or low temperature ,

59、tropical humidity , seismic activity , severe contamination , unusual voltage or load current wave shapes and intermittent loading . They may also concern conditions for shipment ,storage and installation , such as weight or space limitations.Supplementary rules for rating and testing are given in o

60、ther publications for :Temperature rise and cooling in high ambient temperature or at high altitude for oil-immersed transformers , and for dry-transformers .External insulation at high altitude :for oil-immersed transformers, and for dry-transformers.2. Definitions For the purpose of this part , th