毕业论文-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 -电力变压器设计摘 要电力变压器是电力系统中关键设备之一。随着电力工业的迅速发展，其容量日渐升高、电压等级也在突破原有等级、结构尺寸越来越大，其设计和制造的工艺是直接影响其运行质量和经济效益的关键。因此电力变压器的电磁计算就显得极为重要。若可以在变压器设计和制造上提出更加合理可行的方案，解决以往解决不了的问题，使变压器的结构优化，将会具有重要的技术和经济意义。本文主要是对电力变压器进行电磁计算。首先对电力变压器的发展历史、基本的特性及变压器的设计方法进行了简单的阐述。电磁计算中，最开始的关键点是铁心

2、的选择，这是变压器设计的起点；然后是绕组材料和绝缘结构型式的选择，绕组相关数据，关键的是短路阻抗、负载损耗、空载电流、空载损耗等变压器性能参数的计算；最后完成变压器油箱、变压器温升、短路电动力、变压器总油量和总质量的确定与计算。其中的短路阻抗计算数据较大，经过反复计算才可达到技术要求；在电磁计算的全过程中较为详细的阐述了电力变压器设计相关的基本公式和计算方法，给出了一套完整的设计方案。拓展了减小空载损耗和负载损耗的若干措施。关键词: 电力变压器；电磁计算；绕组Electric power transformersAbstractElectric power transformers are o

3、ne of the key equipment in the power system. Along with the rapid development of the electric power industry, the increasing capacity and voltage level of power transformers, and increasing size of power transformer, transformers structure, its design and manufacturing quality are directly affects i

4、ts operation quality and the key of economic benefit. Therefore the electromagnetic of power transformer is particularly important. If you can provide more reasonable and feasible design scheme solving difficult problem which previous experience cant solve, which for optimizing the structure of tran

5、sformers will have important technical and economic significance.This paper presents a bill of the electromagnetism calculation for power transformer. First of all simply expound the development history of power transformer, the basic characteristic and the design method of power transformer. In the

6、 electromagnetic calculations, the first thing is the choice of the core, it is the starting point and a key point for transformer design. then is winding materials and patterns selection, coils of related data calculation, the key is short-circuit impedance, load loss, idle current transformer desi

7、gn no-load loss, as an important parameter calculation, and finally complete the transformers mail, transformer temperature, short circuit force , transformer oil and the total weight which shuould be identified and calculated. The impedance vlotage bing on the biggest dificult in the process of ele

8、ctromagnetic calculation, for it need to be calculaed repeated to achieve technical requirement. In the process of electromagnetic calculation it is detailed introduced the basic formula in the calculation of the power transformer and calculation method, an integrative design method given.Keywords:

9、Power Transformer; Electromagnetic Calulation; WindingPAGE II- - PAGE IV -目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328366052 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328366052 h 1 HYPERLINK l _Toc328366053 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc328366053 h 1 HYPERLINK l _Toc328366054 1.2 我国电力变压器的最新发展趋势及现状

10、PAGEREF _Toc328366054 h 2 HYPERLINK l _Toc328366055 1.3 电力变压器的作用 PAGEREF _Toc328366055 h 3 HYPERLINK l _Toc328366056 1.3.1 变压器的工作原理 PAGEREF _Toc328366056 h 3 HYPERLINK l _Toc328366057 1.3.2 变压器在电网中的作用 PAGEREF _Toc328366057 h 3 HYPERLINK l _Toc328366058 1.3.3 电力变压器的结构特点 PAGEREF _Toc328366058 h 4 HYPE

11、RLINK l _Toc328366059 1.3.4 电力变压器的性能参数 PAGEREF _Toc328366059 h 5 HYPERLINK l _Toc328366060 1.4 变压器的设计原则 PAGEREF _Toc328366060 h 5 HYPERLINK l _Toc328366061 1.5 变压器计算的一般程序 PAGEREF _Toc328366061 h 5 HYPERLINK l _Toc328366062 第2章 变压器电磁计算 PAGEREF _Toc328366062 h 7 HYPERLINK l _Toc328366063 2.1 本设计的技术条件

12、PAGEREF _Toc328366063 h 7 HYPERLINK l _Toc328366064 2.2 变压器设计 PAGEREF _Toc328366064 h 7 HYPERLINK l _Toc328366065 2.2.1 变压器主要结构的确定 PAGEREF _Toc328366065 h 7 HYPERLINK l _Toc328366066 2.2.2 硅钢片的选用 PAGEREF _Toc328366066 h 7 HYPERLINK l _Toc328366067 2.2.3 铁心直径的选择 PAGEREF _Toc328366067 h 7 HYPERLINK l

13、_Toc328366068 2.2.4 铁心截面的设计 PAGEREF _Toc328366068 h 8 HYPERLINK l _Toc328366069 2.3 电磁计算 PAGEREF _Toc328366069 h 8 HYPERLINK l _Toc328366070 2.3.1 额定电压和额定电流的计算 PAGEREF _Toc328366070 h 8 HYPERLINK l _Toc328366071 2.3.2 绕组匝数的计算 PAGEREF _Toc328366071 h 9 HYPERLINK l _Toc328366072 2.3.3 绕组计算 PAGEREF _To

14、c328366072 h 11 HYPERLINK l _Toc328366073 2.3.4 绝缘半径及导线长度计算 PAGEREF _Toc328366073 h 12 HYPERLINK l _Toc328366074 2.3.5 75时绕组直流电阻计算 PAGEREF _Toc328366074 h 14 HYPERLINK l _Toc328366075 2.3.6 绕组导线质量计算 PAGEREF _Toc328366075 h 14 HYPERLINK l _Toc328366076 2.3.7 短路阻抗计算 PAGEREF _Toc328366076 h 15 HYPERLIN

15、K l _Toc328366077 2.3.8 负载损耗的计算 PAGEREF _Toc328366077 h 17 HYPERLINK l _Toc328366078 2.3.9 空载损耗及空载电流计算 PAGEREF _Toc328366078 h 18 HYPERLINK l _Toc328366079 2.3.10 绕组的温升计算 PAGEREF _Toc328366079 h 20 HYPERLINK l _Toc328366080 2.4 油箱尺寸计算 PAGEREF _Toc328366080 h 21 HYPERLINK l _Toc328366081 2.4.1 油箱尺寸估算

16、 PAGEREF _Toc328366081 h 21 HYPERLINK l _Toc328366082 2.4.2 箱壁散热面积计算 PAGEREF _Toc328366082 h 22 HYPERLINK l _Toc328366083 2.4.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算 PAGEREF _Toc328366083 h 22 HYPERLINK l _Toc328366084 2.5 短路电动力计算 PAGEREF _Toc328366084 h 24 HYPERLINK l _Toc328366085 2.5.1 绕组区域划分 PAGEREF _Toc328366085 h

17、24 HYPERLINK l _Toc328366086 2.5.2 安匝分布计算 PAGEREF _Toc328366086 h 25 HYPERLINK l _Toc328366087 2.5.3 漏磁计算 PAGEREF _Toc328366087 h 25 HYPERLINK l _Toc328366088 2.5.4 短路电流稳定值倍数计算 PAGEREF _Toc328366088 h 26 HYPERLINK l _Toc328366089 2.5.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 PAGEREF _Toc328366089 h 26 HYPERLINK l _Toc32

18、8366090 2.5.6 绕组导线应力计算 PAGEREF _Toc328366090 h 26 HYPERLINK l _Toc328366091 2.6 变压器质量计算 PAGEREF _Toc328366091 h 28 HYPERLINK l _Toc328366092 2.6.1 总油量计算 PAGEREF _Toc328366092 h 28 HYPERLINK l _Toc328366093 2.6.2 油箱质量计算 PAGEREF _Toc328366093 h 29 HYPERLINK l _Toc328366094 2.6.3 附件质量计算 PAGEREF _Toc328

19、366094 h 29 HYPERLINK l _Toc328366095 2.6.4 变压器总质量计算 PAGEREF _Toc328366095 h 30 HYPERLINK l _Toc328366096 2.7 本章小结 PAGEREF _Toc328366096 h 30 HYPERLINK l _Toc328366097 第3章 变压器的损耗的优化 PAGEREF _Toc328366097 h 31 HYPERLINK l _Toc328366098 3.1 概述 PAGEREF _Toc328366098 h 31 HYPERLINK l _Toc328366099 3.2 优

20、化减小空载损耗的措施若干 PAGEREF _Toc328366099 h 31 HYPERLINK l _Toc328366100 3.3 优化减小负载损耗的措施若干 PAGEREF _Toc328366100 h 31 HYPERLINK l _Toc328366101 结论 PAGEREF _Toc328366101 h 33 HYPERLINK l _Toc328366102 致谢 PAGEREF _Toc328366102 h 34 HYPERLINK l _Toc328366103 参考文献 PAGEREF _Toc328366103 h 35 HYPERLINK l _Toc328

21、366104 附录 PAGEREF _Toc328366104 h 36- PAGE 10 - PAGE 45 -绪论课题背景电力变压器发明于19世纪末，它为现代远距离恒定高压交流供电系统的发展奠定了基础。在19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。随着电力变压器的出现，这一切就发生了彻底的改变。电力变压器是电力系统的重要设备。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。我国的电力变压器制造工业，从建国以来，随着国民经济

22、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

23、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。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

24、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%），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（0.9W/kg）的1/4，节能效果十分显著。瑞士ABB公司研制的330kVA单相超导变压器，其

25、绕组由铁镍合金制成，浸在-269我国电力变压器的最新发展趋势及现状电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一,它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。20世纪50年代以来特别是改革开放以来为满足我国电力工业发、变、配电工程的建设需要电力变压器行业得到了较快发展1。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，只需少许维护或免维护，降低损耗，减少重量，实现有载调压，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)、特高压(1000kV等级)、大容量、轻结构、不吊芯方向发展。为解决运输困难，要降低运输

26、重量，采用新技术、新材料、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、材料更为可靠的干式变压器、SF6气体绝缘变压器及难燃油变压器，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型和全密封卷铁心单相及三相变压器，或非晶合金铁心变压器。季节性负荷变化大的地区，应积极

27、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势下，世界电力工业的科技进步与创新也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进步与创新是十分重和迫切的，设备的更新占有重要的地位。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，短路电流产生的机械力将大幅度降低，变压器可靠性更

28、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1。目前，我国生产的箔式绕组电力变压器经国家科委鉴定已达到90年代世界先进水平，它的绕组是采用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕组的，匝间距离小，层间分布电容增大，从而提高了变压器自身的功率因数，降低了自身的电能损耗，还具有较强的过载能力、较好的耐温性和可靠性，与同容量S9铜线变压器相比，其价格低5-10%。近年来，国内电力变压器广泛用YSF4型压力释放阀取代变压器防爆管，其优点是：动作精度高（达到美国凯利特劳尔公司产品标准）；延时时间短；自动开启，自动关闭，克服了防爆动作后必须停电更换零部件的缺点，因而维护、检修大大简化。大型变

29、压器要向超高压（500kV、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、SF6气体绝缘变压器及难燃油变压器，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

30、，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。电力变压器的作用变压器的工作原理变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应作用将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的交流电能。变压器是电力系统中重要的电器设备。众所周知，输送一定的电能时，输电线路的电压越高，线路中的电流和损耗就愈小，为此，需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压，通过高压输电线将电能经济地输送到用户地区，然后再用降压变压器将电能逐步从输电电压降到配电电压，供用户安全而方便的使用2。变压器在电网中的作用电

31、力变压器是电力网中的主要电气设备。变压器将水力或火力发电厂中发电机组所产生的交流电压升高后，向电力网输出电能的称为升压变压器。发电厂内还要安装该厂用电变压器，供起动机组之用。用于降低电压的变压器称为降压变压器。用于联络两种不同电压网路的变压器称为联络变压器(包括自耦变压器与三绕组变压器)。将电压降低到电气设备工作电压的变压器称为配电变压器。配电前用的各级变压器称为输电变压器。电力变压器的结构特点变压器产品包括变压器、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，电力变压器的外型如图1-1所示。图1-1 电力变压器外形图结构则由下面几部分组成：1. 铁心：电力变压器的铁心由硅

32、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. 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. 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. 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，套管既可固定引线，又起引线对地的绝缘作用。5. 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.

33、 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. 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. 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，向运行人员发出信号或自动切断电源，保护变压器。9. 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.

34、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。 电力变压器的性能参数1.变压器额定容量；2.相数；3.频率；4.变压器一、二次侧的额定电压；5.绕组接线方式和联结组；6.变压器冷却方式；7.绝缘水平；8.负载特点；9.安装特点；10.短路阻抗；11.负载损耗；12.空载损耗；13.空载电流3。以上技术参数中前九项是由电力系统技术条件和环境及使用条件决定的。最后四项参数是由“三相油浸式电力变压器技术参数和要求”规定的，或者由用户和制造厂商共同协商而定，是变压器设计中重要的四个参数，在进

35、行变压器设计之前，必须明确设计任务书中的这些技术参数。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，在市场群

36、体中站住脚。变压器计算的一般程序电力变压器电磁计算的任务在于确定变压器的电、磁负荷和主要几何，计算性能数据和各部分的温升以及计算变压器的重量、外形尺寸，利用电磁计算可以比较合理确变压器生产和运行的经济性、运行的可靠性等，因此变压器的电磁计算是变压器生产制造的基础，也是变压器能否安全运行的基础。变压器计算的一般手工计算的设计程序如下：1. 确定硅钢片品种、牌号及铁心结构形式，计算铁心直径，选定标准直径，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，根据整数匝在重算铁心柱中的磁通密度计每匝电势，在算出高、中压绕组、4. 根据

37、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. 根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组段数、匝数的排列，计算绕组的轴向高度及辐向尺寸。6. 初算阻抗电压无功分量（f）值，应小于便准值（zk）。7. 计算绕组负载损耗，算出阻抗电压的有功分量(r)，检查阻抗电压是否符合标准规定值，若不符合时应调整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，则需要变更铁芯柱直径。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

38、过低时，应调整冷却装置的数目。11. 计算变压器重量。应该指出，电力变压器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数据和相应的主要几何尺寸。由于制造和运行的角度不同，对某些性能数据的要求也往往有所不同。在进行变压器计算时必须综合考虑各方面因素，并应进行多种方案比较，以便从中选取最佳方案4。目前，电子计算机在变压器计算和设计方面的广泛应用，给快速进行变压器计算、设计和方案比较、选择最佳方案提供了方便条件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： 1000kVA 电压组合：

39、 高压10kV 低压 0.4kV 分接系数： 5%联接组标号： Yyn0 空载损耗： 1.70kW空载电流： 1.0%负载损耗： 10.30kW 短路阻抗： 4.5%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。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30Q140冷轧硅钢片。在50Hz、1.7T时，单位损耗为1.240W/kg，磁化容量为3.140V/kg。铁心直径的选择铁心直径的大小，直接影响材料的用量、变压器的体积及性能等经济指标。故选择

40、经济合理的铁心直径是变压器设计的重要一环。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D。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)因此铁心直径:mm式中:Pn 各

41、绕组额定容量的总和；mzh套有绕组的铁心柱数；KD铁心直径经验系数；K系数，由硅钢片性能和导线材料而定。采用冷轧硅钢片、铜导线时，K取5560。按标准铁心直径D取为240mm铁心截面的设计铁心柱截面积确定：铁心柱截面形状应根据绕组结构型式而定。壳式变压器绕组为矩形，则铁心柱截面积亦为矩形。心式变压器绕组为圆形，为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。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

42、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。根据经验本本设计中铁心的级数选为8级。硅钢片最大片宽的确定：迭片宽度是根据硅钢片入厂时的宽度而定。为了套截，成张硅钢片宽度应为每级片宽的倍数，硅钢片波浪度较大时，还要考虑去边。由于大中小型变压器的铁心可以互相套截，而且进厂硅钢片的宽度又是不固定的，故每级片宽一般是采用10mm一进级。必要时，允许有个别5mm一进级的，直径取D=240mm时，直筒内径为250mm。 有效截面积Szh=410.7电磁计算额定电压和额定电流的计算1. 在假定变压器没有电阻，没有漏磁和没有铁耗的情况下进行对电压、电流及匝数的计算。2. 低压绕组为

43、“Y”型接线，其线电压与相电压相等，线电流等于 EQ R(,3) 倍的相电流：VA3. 高压绕组“Y”型接，其线电压等于 EQ R(,3) 倍的相电压，线电流等于相电流：VA4. 高压绕组各分接处的线电压及相电压：+15分接处：kVkV-15分接处：kVkV绕组匝数的计算1. 每匝电势初选值：V/匝Bc铁心柱内磁通密度初选值（T），对于冷轧硅钢片Bc=1.71.75T（小容量取小值），此处取1.7T。2. 低压绕组匝数计算：匝 取15匝V/匝磁通密度：T3. 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375匝调压绕组匝数: 取19匝选择开关位置 1分接位置时， 2分接位

44、置时， 3分接位置时， 4. 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 合格绕组计算低压绕组1. 低压绕组匝数为15匝2. 双螺旋式绕组，8根撑条，30mm宽垫块; 3. 导线规格ZB-0.45，14根并联，即14| ；4. 电流密度： 5. 低压绕组尺寸计算： 低压绕组辐向尺寸为：72.811.02=20.063mm； 低压绕组轴向尺寸为：1515.452=463.5导线高度,mm + 90 油道高度,mm553.5 - 27.5（5%）压缩系数 526电抗高度,mm 25绕组到上轭的距离,mm + 2

45、5绕组到下轭的距离,mm 576铁窗高度,mm高压绕组1. 高压绕组匝数为375匝；2. 连续式绕组，8根撑条，30mm宽的垫块；3. 导线规格ZB-0.45， 导线有效截面积为19.64mm24. 电流密度： 5. 高压绕组尺寸计算高压绕组辐向尺寸：（72.54+41+7）1.02=22高压绕组轴向尺寸：1256.45=574.75导线高度,mm- 48.75（10.8%）压缩系数526电抗高度,mm25绕组到上轭的距离,mm+ 25绕组到下轭的距离,mm 576铁窗高度,mm绝缘半径及导线长度计算线圈绝缘半径计算 120 铁心柱半径,mm + 10 低压绕组到铁心的距离C ,mm 130

46、低压绕组内半径,mm + 20 低压绕组辐向厚度,mm150 低压绕组外半径，mm + 14 高低压绕组主空道距离,mm164 高压绕组内径,mm + 22 高压绕组辐向厚度,mm193 高压绕组外径,mm 2 386 高压绕组外直径,mm + 31 相间主空道距离,mm 410 铁心中心距,mm 其中a12、相间空道距离查表取14、31。绕组尺寸示意图：图2-1绕组尺寸示意图 绕组平均半径1.低压绕组平均半径：mm2.高压绕组平均半径：mm绕组平均匝长计算式中：Rp各线圈平均半径。低压绕组：m高压绕组：m绕组导线总长计算低压绕组：m高压绕组：m75时绕组直流电阻计算直流电阻计算公式：式中：p

47、k导线电阻系数。铜导线（75）：m/mm2 Sq线圈导线总截面积低压绕组：高压绕组：绕组导线质量计算式中：-相数 -线圈导线的密度，铜导线：1.低压绕组:kg2.高压绕组:kg ， kg式中：绝缘纸占裸导线质量的百分数； 纸包扁铜线：，%式中：导线每边匝绝缘厚度，mm； 裸导线的厚度，mm； 裸导线的宽度，mm； 单根导线截面积，。1.低压绕组%kg2.高压绕组%kg短路阻抗计算当线圈几何尺寸确定后，应首先计算阻抗分量。短路阻抗Zd由电阻分量Rd%和电抗分量Xd%两部分组成，但对较大容量变压器，因为电阻分量Rd%很小，计算时可以略去。电抗分量Rd%都是以额定电压的百分数表示的，其计算公式如下：

48、%式中：低压线圈安匝数（或取高压线圈安匝数），安匝；每匝电势（V）；绕组平均有效电抗高度（cm）；洛式系数：； 漏磁场总宽度（cm）；漏磁宽度（cm）。电抗高度：cm漏磁宽度： cm 洛氏系数：漏磁等值总面积： cm2 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，从上可知符合标准。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ez。当电抗值偏大时，可增加每匝电势ez增大，匝数N必然会减少，从而达到降低电抗的目的。若使ez改变

49、需调整磁密和铁心直径，这种方法因变动较大，一般都不用。2. 调整D及高低压线圈平均有效电抗高度Hk。当电抗值偏大时。可增加高低压线圈平均高度Hk，增大，D必然随之缩小。调整导线ab尺寸及调整段数均可达到调整Hk及D的目的。3. 调整高低压线圈间距离，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：PR被计算的一对绕组的导线电阻损耗之和；Pf被计算的一对绕组的导线附加损耗之和； Py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电阻损耗计算公式：式中：mx相数；I

50、分接的相电流；Rq分接的想电阻。高压电阻损耗：W低压电阻损耗：W附加损耗计算附加损耗：式中： Kf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Kf=5%，低压Kf=12%。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PR的百分数来估计：式中：Ky%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。高压绕组：W低压绕组：W杂散损耗计算对于1000kVA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，不在单独计算。负载损耗计算负载损耗：W10.3kW合格空载损耗及空载电流计算

51、空载损耗计算空载损耗：式中：kpo空载损耗工艺附加系数，铁心为全接缝时，取1.3；Ptx铁心硅钢片单位损耗，根据铁心柱磁通密度。查表取W/kg； Gtx铁心硅钢片总重量W空载电流计算空载电流由两部分组成。一部分电流使铁心产生主磁通，称励磁电流（）。另外在铁心接缝处有间隙存在，磁阻增大也要消耗一部分励磁能量，需要供给一部分电流，这部分电流称为接缝励磁电流（）。这两部分电流的总和称为空载电流的无功分量（）。另外，变压器铁心中有空载损耗存在，此损耗需要电源供给能量，即需要一部分电流。由于此电流是损耗所要求，作了功，故称为空载电流的有功分量（）。有功分量（）计算:，%式中：空载损耗，W；变压器额定容量

52、，。故%无功分量（）计算：，%式中：铁心柱单位励磁容量，； 铁心柱接缝处单位励磁容量，； 铁心柱中总的接缝数； 励磁电流附加系数。故% 符合标准。绕组的温升计算绕组热负荷计算： ， 式中：系数，85时铜导线:=22.1； 线段中的电流，A；绕组没段匝数；线匝绝缘修正系数； 当 时：=1； 当 时：；裸导线厚度，mm；带绝缘导线厚度，mm；导线中总的附加损耗百分数（）；线饼的遮盖系数； 线饼的周长，mm；绕组辐向并联根数；带绝缘导线宽度，mm。2.绕组的温差计算（1）低压绕组：a.表面热负荷计算：=22.1，=577.38，=1，=1，=2.95，；代入式（23）得： b.绕组对油的平均温升计算

53、：Kc.绕组的绝缘校正温差计算：因匝绝缘厚度为0.45mm，故d.线段油道宽度的校正温升计算：Ke.绕组对油的温升按式计算： K（2)高压绕组：a.表面热负荷计算：，l=，；代入式（23）得：b.绕组对油的平均温升计算：Kc.线圈的层间绝缘校正温差计算：Kd.层式绕组表面最热点对油的平均温升计算 K油箱尺寸计算油箱尺寸估算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. 油箱内壁长度Lb估算：mm2. 油箱宽度Bb估算：mm3. 油箱内壁周长lzh估算：mm4. 油箱高度Hb估算：

54、mm式中：M0铁心中心距（mm）；D1调压绕组外直径（mm）；CL至油箱两边空隙（mm）；CB延绕组宽度方向至油箱两边总空隙（mm）；hem铁轭高度（mm）；hj 垫脚总高度（mm）；CH 铁心顶部至油箱空隙（mm）。箱壁散热面积计算1. 箱盖几何面积计算m2 2. 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；共选用2只7片散热器，自冷式的每片散热面积为：每片散热器油重：每片散热器本体重：则有效散热面积：式中：Kg 箱盖有效散热系数，取； Kpb 箱盖有效散热系数，取0.85； Sg 箱盖几何面积（m2）； Sb 箱壁集合面积（m2）； Sps片式散热器

55、总有效散热面积（m2）。式中：mps片式散热器只数； P片距修正系数 -半片宽与片间空隙之比，； Bp片式散热器宽度（mm），取310； ap片间中心距（mm），取50； s片厚（mm），取13； Cps片式散热器中心距（mm）； p片数修正系数：； Kph片高修正系数： p表面系数，自冷式： SD对流散热面（m2）： =m2 SF辐射但热面（m2）： =m2 np每只片式散热器片数。m2m2油箱单位总热负载计算油对空气的温升计算： W/m2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：高压绕组：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

56、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

57、度加以核算8。绕组区域划分表2-1 绕组区域划分区域高压绕组低压绕组匝数高度匝数高度 = 1 * ROMAN I100144.74144 = 2 * ROMAN II99144.14144 = 3 * ROMAN III99144.13144 = 4 * ROMAN IV99144.14144安匝分布计算表2-2安匝分布区域高压安匝低压安匝不平衡安匝平均安匝平均高度 = 1 * ROMAN I25.326-0.725.65147.744 = 2 * ROMAN II24.926-1.125.45146.592 = 3 * ROMAN III24.926-1.125.45146.592 = 4

58、* ROMAN IV24.922-2.921.45123.552总和1001000100578漏磁计算漏磁高度：cm横向洛式系数计算：cm m =0.316 漏磁总安匝计算6.321.45 =2.5489 短路电流稳定值倍数计算式中：Zk变压器短路阻抗； Zs线路阻抗。式中：Pad -系统短路容量（kVA），查表取。不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 kg 式中：Kd短路电流冲击系数，一半计算时取1.6；Rp 绕组平均半径（cm）。绕组导线应力计算高压绕组导线应力计算1. 由辐向力引起的拉应力：式中：IN额定相电流（A）；N每相额定匝数；mb每个绕组并联分支数；nb 线段中导线并联根数；Hd

59、绕组有效高度（cm）；-单根导线截面积（cm2）。2. 由轴向力引起的弯曲应力：式中：am最大漏磁组的不平衡安匝百分数；a、b导线轴向宽度（cm）、导线幅向厚度（cm）；R被计算绕组的外半径（cm）；Z沿圆周分布的垫块数；A垫块宽度（cm）。 3. 高压绕组导线上受到的总应力：kg/m2 低压绕组导线应力计算1. 由轴向力引起导线的弯曲应力计算： kg/m2 2. 由辐向力引起的导线压缩力计算： kg/m2 3. 由辐向力引起的弯曲应力计算： kg/m2 4. 内绕组导线总应力计算： kg/m2铜导线的许用应力，由此可见：总应力小于铜导线的许用应力，因此是允许的。 变压器质量计算 总油量计算器

60、身总油量计算：式中：GFe硅钢片质量（kg）；GCu戴绝缘的铜导线质量（kg）。（kg）油箱横截面积： m2油箱装油量计算：kg 油箱内油质量kg附件中油质量计算：冷却装置油质量：kg储油柜油质量：储油柜中的油质量，一般为变压器总油量的4%-5%3kg净油器中油质量：kg总油质量计算：kg变压器箱体质量计算：kg 油箱质量计算箱盖质量：kg箱底质量：kg箱壁质量： kg油箱总质量：kg 附件质量计算散热器质量：kg储油柜质量：kg净油器质量：kg散热器电动机质量kg附件总质量kg 变压器总质量计算kg本章小结通过已知的参数，对变压器的额定电压与电流、变压器阻抗电压、导线重量和电阻阻值、负载损耗