低压变压器设计

1、PAGE 29第一章 设计任务书一、主要技术数据 1.额定容量：S=250KVA;2.频率：f=50Hz3.额定电压：U/U=8000V/400V;4.相数：m=3;5.连接组别：Y,Yn0;6.阻抗电压：U=4%7.空载损耗：P=640W;8.负载损耗：P=4000W;9.空载电流：I=2%;10.线圈对空气的温升：Q=65C;11.油顶层对空气的温升：Q=55C;12.油对空气的平均温升：Q=40C13.冷却方式：油浸自冷式；14.装置方式：户外。二、技术要求1.P和P设计值不应超过保证值的2%;2.U值不应超过保证值的2.5%;3.油面最高温升为55C，绕组最高温升为65C，铁心最高温升

2、为80C；4.一次绕组对地耐压为35Kv,二次绕组对地耐压为5Kv;三、材料硅钢片：冷轧钢片DQ151-35（35Z145）;导 线：铜线（纸包圆、扁铜线）。四、毕业设计工作项目1.变压器的电磁计算；2.变压器的温升计算。五、毕业设计说明书内容1.前言；2.变压器的一般说明；3.电磁计算单；4.温升计算单；5.变压器重量计算；6.结束语。六、毕业设计应完成的图纸1.总装图（2号图纸一张）；2.铁心图（2号图纸一张）；3.铁心装配图（2号图纸一张）；4.高、低压线圈图（3号图纸两张）；5.油箱图（2号图纸两张）。第二章变压器设计概述1、现状及发展趋势随社会经济的不断发展，电气产品的种类越来越多，

3、对电源电压等级和质量的要求也日益增加，并且现代化的工业企业广泛地采用电力做为能源，而电力传输，电压等级的改变等都必须由变压器来完成变压器在输配电系统中占着十分重要的地位，要求它能够安全可靠地运行当变压器在运行中损坏时，将造成停电事故，甚至造成重大的国民经济损失变压器除应用在电力系统中外，在其他方面的应用也十分广泛现已形成多极化发展趋势例如冶金用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，煤矿用的防爆变压器和特殊结构的矿用变压器，以及交通运输用的电力机车变压器和船用变压器等变压器也成为各行业中不可缺少的电气设备、优点及存在问题a . 结构方面：）单相和三相变压器三相电力变压器大量采用，三相变压器与相

4、同容量，相同电压等级的单相变压器相比较，三相变压可节约硅钢片，刚材和绝缘油等主要材料，还可以降低制造费用，缩短时间但三相变压器制造受运输条件的限制，某些特大容量的三相变压器还要做成单相变压器2 ). 铁心式和铁壳式铁壳式变压器绝缘结构和制造工艺比铁心式复杂，所以铁心式占有主要地位但有些国家却认为在大型电力变压器上铁壳式结构比较可靠，且可以得到较大容量）自藕式电力变压器同高压线圈和低压线圈分开的普通电力变压器比较,制造自藕式变压器可以减少铜和硅钢片的消费,降低损耗,提高单位容量.同时自藕式变压器还可以联成灵活的接线,节约高压设备.4 ). 有载调压电网的容量增长,需要随时调整电压,以便在各个发电

5、厂和变电所之间,电网各个区段之间经济地分配有功和无功负荷,保持用户的电压稳定,因此带负载调整电压的装置发展很快.b .安装方面电力变压器的单个容量增大时,重量和外径尺寸也相应增大,给运输带来不便,限制了变压器的单个容量制造限度,也促进了变压器的进一步发展.目前解决的方法主要有:1 ).采用导磁率比较高的冷轧钢片制造铁心,这样就可以选择较高的磁通,进而就经验减小铁心的直径,也就可以减小油箱的尺寸; 2 ). 改变绝缘结构,采用压缩系数比较小的新型绝缘材料,缩短相邻线圈之间的距离,可以减小电力变压器铁心尺寸. 3）.改进部件的结构，受运输条件的限制的部件，可合理改变结构，例如：把油箱做成分节式和钟

6、罩式，采用电容型套管，从油箱侧面引出高压套管等措施，以降低电力变压器的总高度。 4）.拆卸电力变压器的附件，减少运输尺寸和运输重量，在变压器运到目的地后，再组装。 c. 提高效率方面 1）.选择铁心结构和材料，采用冷轧硅钢片制造铁心，其损耗远小于热轧钢片制造的铁心。改进铁心的结构，如把硅钢片的连接处做成斜接头和采用卷制铁心等措施，以降低变压器的空载损耗。 2）.减少附加损耗，由漏磁所引起的涡流和磁滞等附加损耗，对大型变压器来说损耗甚为可观。因此，常用电或磁的屏蔽，以及改变漏磁通回路的方法来降低这部分损耗。 3）.改进冷却方式，油浸风冷是目前大中型变压器常用的冷却方式，当电力变压器容量达到100

7、000千伏安以上时，采用强迫油循环风冷或油循环水冷等效率更高的冷却方式。采用高效率的冷却方式，可以减少电力变压器的尺寸和降低变压器的制造成本。3、设计内容及指导思想 1）.设计内容 电力变压器设计包括：电磁计算和结构设计。电磁计算的任务在于确定变压器的电磁负荷和主要尺寸，计算性能数据以及重量、外形尺寸等。计算结果必须满足有关技术标准的规定和使用部门的要求。结构设计的任务是选定各种结构件的形式，核算各部分的强度。同时，应使整体结构及其零部件的制造符合节约原材料、加工方便以及便于安装、运输和维护修理等要求。进行系列产品设计时，还要做到统一技术条件、统一标准件、统一安装尺寸和连接尺寸、以及从整体系列

8、来考虑某些设计。本设计以三相低压油浸自冷式电力变压器为例，主要阐述了变压器的电磁计算和温升计算，并涉及到部分结构设计。 变压器的产品设计，尤其是系列产品设计，要根据国家经济技术政策、资源情况以及制造和运行部门的要求，合理制定变压器性能数据和相应结构。设计应立足全局，综合考虑各方面因素，力求所设计的产品的单位容量损耗和材料消耗都达到经济合理的指标。一般以“十年变电成本最低”的原则所设计的产品为最佳，同时，尽可能采用新材料、新工艺和新结构。总体设计方案1、变压器设计计算步骤：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。 a、根据技术合同，结

9、合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格极其相应的性能参数，如额定容量、额定电压、连接组别、短路阻抗、负载损耗、空载损耗及空载电流等；b、确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心直径；c、初步确定磁通密度，计算每匝电势；d、初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重新计算磁通密度及每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其他分接的匝数；e、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主、纵绝缘结构；f、根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组层数、匝数的排列，计算绕组的轴向高度及辐向尺寸；g、计算绝缘半径，确定变压器铁心中心距C，计算高压绕组及其引线电阻和损耗，并估算线圈的附加损耗；h、计

10、算绕组短路损耗，算出短路阻抗的有功分量，检查短路阻抗是否符合标准规定值；i、确定铁心的几何尺寸，计算心柱、铁轭截面积及铁心重量；j、计算空载性能及变压器的效率，计算变压器的油箱尺寸及冷却油管的数目、尺寸和总长度；k、计算油的温升，当油温升过高或过低时，应调整冷却器数目，计算绕组对油的温升，不合格时，可调整导线规格或调整每层匝数，当超过规定值过大时，则需要调整变更铁心柱直径。2、变压器设计程序框图第四章 详细设计方案（一） 变压器设计计算单一、主要技术数据 1.额定容量：S=250KVA;2.频率：f=50Hz3.额定电压：U/U=8000V/400V;4.相数：m=3;5.连接组别：Y,Yn0

11、;6.阻抗电压：U=4%7.空载损耗：P=640W;8.负载损耗：P=4000W;9.空载电流：I=2%;10.线圈对空气的温升：Q=65C;11.油顶层对空气的温升：Q=55C;12.油对空气的平均温升：Q=40C13.冷却方式：油浸自冷式；14.装置方式：户外。二、主要电气数据决定1.每相容量： =83.333（VA）；2.每柱容量： =83.333（VA）；3.额定电流高压侧： =18.43（A）；低压侧： =360.844（A）；4.相电流高压侧： =18.043（A）；低压侧 =360.844（A）；5.相电压高压侧： =4618.8（V）；低压侧： =230.94（V）；6.线的试

12、验电压 设表1 、类油浸式电力变压器的实验电压绝缘等级（KV）3610最大工作电（KV）3.56.911.5实验电压（KV）182535 注：1.油浸式或空气自冷式变压器线圈工作电压为1KV及以下者其实验电压为5 KV； 2.绝缘等级在10KV及以下者的空气自冷式变压器其实验电压用表所列数值的2/3。三、主要尺寸的决定7.铁柱直径 cm其中:-为铁柱中磁通密度,油浸式变压器对冷扎硅钢片取=1.65T；-为圆面积的总的填充系数,其中为圆面积填充系数；-圆面积的填充系数，取=0.93(预选7级),为压装系数,不涂漆的冷扎片时取=0.95,故=0.93；-为预计每匝电压,对铜线变压器,故V；d铁柱直

13、径，求得的值常加以修正，以0.005米进位修正；对铁柱直径进行修正，可得到0.17米和0.160米两种直径。即：最大、最小两种设计方案。方案一：（直径）8.漏磁间隙直径的平均值(初步值)其中:为铁柱与低压线圈间油道的宽度取=0.005m;为高低压线圈间油道的宽度,当时, =0.01m;为低压线圈的径向尺寸,在初步计算时取=9.线圈的轴向尺寸(初步值) 其中-为主要尺寸比,见表13-5,取=2.310.铁柱的有效面积(初步值)11.每匝电压(初步值)12.低压线圈匝数取整数：=3213.每匝电压最后值14.铁柱中的磁通密度(初步值)四.低压线圈的计算15.高低压线圈的平均电流密度由经验可知：容量

14、为100630KVA，线圈电压等级为0.4KV的圆筒式线圈电流密度范围为：3.04.3 初选。16.低压线圈线匝截面积的初步值17.低压线圈绕线方式采用扁线绕成的圆筒式线圈18.沿线圈圆周撑条的数目变压器容量在35KvA以上的撑条数目取819.低压线圈的结构 采用双层圆筒式(1)每层匝数(2)每线匝轴向尺寸的约值(3)按照已求得的A和 h的约值，确定导线规格 采用扁铜线,四根并绕,故导线规格为导线的标准面积为,所以A=(4)层间绝缘(轴向油道宽度)取(5)撑条宽度 取m(6)低压线圈端部绝缘高出线圈的高度(7)低压线圈与铁柱之间的轴向油道宽度(8)低压线圈到铁轭的绝缘距离 一般，取(9)低压线

15、圈不用胶木纸筒,在入铁心时,用0.001m绝缘纸板与铁心隔开。20.低压线圈的电流密度(最后值)21.低压线圈的轴向尺寸(净高)对修正，取-求得的值以0.001m进位加以修正；其中：-为工艺裕度,每两根导线之间加0.0001米 -为换向裕度，当导线沿径向有两根并绕时，径向增加的尺寸。22.压线圈的绝缘高度(总高)23.低压线圈的径向尺寸取其中：-以0.0005进位加以修正；-工艺裕度，一般为，取。24.低压线圈的内径25.低压线圈的外径五.高压线圈的计算26.选择由高压线圈中引出分接头的方式 1,2类变压器的高压线圈采用圆线多层圆筒式线圈,由高压线圈中引出的分接头的方式,如设计附图-01所示2

16、7.高压线圈匝数 调压所需匝数：28.高压线圈在各分接头处匝数；。29.电压比校核额定电压时： 1.05倍额定电压时：0.95倍额定电压时：30.高压线圈电流密度的初步值31.高压线圈线匝面积的初步值32.高压线圈导线的尺寸(1)由于A10,故采用两根纸包圆铜； 由查附录表4-1导线规格：导线面积：(2)整个线匝的面积(最后值)33.高压线圈的电流密度(最后值)34.高压线圈的结构(1)每层匝数取其中：；-轴向制造工艺裕度,取。(2)层数取11(3)在各层中的匝数 共726匝(4)高压线圈的轴向尺寸(净高) 取 其中：k为工艺裕度,取k=1.5%(5)把高压线圈分为两个同心线圈C 和D 里面的

17、C 的层数：4层 外面的D 的层数：9层(6)高压线圈的绝缘高度(总高)其中：-为高压线圈端部绝缘高出线圈的高度,当,(7)高压线圈绕组在电木纸筒上,电木纸筒的厚度(8)线圈 和 间的轴向油道的宽度(9)调节分接头在第760匝、800匝和840匝处以原线打圈方式引出；(10)层间电压(11)层间绝缘采用电缆纸做层间绝缘，由查表得电缆层数及厚度为：，层间绝缘长于线圈一端的长度为10mm.(12)高低压线圈间轴向油道宽度当时，取(13)相邻两铁柱的高压线圈之间的距离当时，取(14)相间隔板厚(15)高压线圈到铁轭的距离当时，取35.高压线圈的径向尺寸 其中：-里面的线圈层数； -外面的线圈层数；

18、和-为线圈C和为线圈D的工艺裕度，每层加，所求得的C和D的厚度均加以修正，以0.0005m进位。36.高压线圈的内径37.高压线圈外径38.线圈轴向和径向结构其结构图如设计附图2所示。39.相邻两铁柱的中心距取注：所求得的C值以5mm进位加以休正。六、短路损耗的计算40.低压线圈铜重(1)低压线圈的平均直径(2)低压线圈平均匝长(3)低压线圈铜线总长(每相)其中：-为出头长度，取(4)低压线圈铜重(不带绝缘) 其中：-为铜的密度，(5)低压线圈带绝缘铜重 其中：为扁铜线由于绝缘所增加的重量； 由下表查得：=3%导线尺寸以下重量增加（%）54341.高压线圈铜重(1)高压线圈平均直径(2)高压线

19、圈平均匝长(3)高压线圈铜线总长(每相) 导线总长：(4)高压线铜重(5)高压线圈带绝缘铜重其中：为圆铜线由于绝缘所增加的重量，取=5%。42.高低压线圈的总铜重43.低压线圈电阻其中：为铜的电阻系数，时44.高压线圈电阻45.低压线圈中电阻损耗46.高压线圈中电阻损耗47.高低压线圈中附加损耗(包括导线中涡流损耗及油箱等钢结构中的杂散损耗)其中：附加损耗占电阻损耗的百分数， 48.低压引线中的损耗(1)低压引线的总长度变压器的低压线圈接成星形，如设计附图3所示。引线总长为：(2)低压引线的铜重 低压引线采用裸圆铜线 由，选引线为裸圆铜线，(3)低压引线中的损耗其中：49.高压引线中的损耗 高

20、压引线采用裸圆铜线，（1）高压引线的总长度变压器的高压线圈接成星形，如设计附图3所示。高压引线的总长度为： (2)高压引线的铜重 由，选引线为裸圆铜线，(3)高压引线的损耗其中：50.高低压引线中的总损耗51.短路损耗校验：误差= 结论：合格。52总的铜重七、短路电压的计算53.短路电压的有功分量54.短路电压的无功分量(1)绕组的绝缘半径(2)漏磁间隙的折合面积 式中：-为低压线圈里线圈的匝数 -为高压线圈外线圈的匝数(3)平均电抗高度 其中：-为低压线圈电抗高度， ； -为高压线圈电抗高度， 。(4)罗果夫斯基系数(5)短路电压的无功分量55.短路电压校验：误差=结论：合格八、铁心几何尺寸

21、最后确定56.铁柱面上各级硅钢片的宽度由d=170mm 查变压器手册得：57.铁柱面上各级硅钢片的厚度58.阶梯形的总面面积 59.铁柱的有效面积60.铁轭总面面积其中：-铁轭放大系数，取。61.铁轭厚度 62.铁轭高度63.铁轭的总面积(最后值)65.铁轭的有效面积(最后值)66.铁柱长度(窗高)67.铁柱上的硅钢片重其中：-为冷扎硅钢片的密度,取68.铁轭上的硅钢片重(1)在最外两铁柱中心线之间的部分(2)铁轭四角(3)铁轭总重69.整台变压器的硅钢片重九、空电流的计算69.磁通密度的最后值 70.硅钢片的单位损耗 根据、值及硅钢片牌号查得： ； 71.空载损耗 其中：-空载损耗附加系数，冷轧钢片铁心。校验：误差结果：合格。十、空载电流计算72.单位激磁功 根据硅钢片的牌号,查表得：由得由得空气隙处73.激磁功率 74.空电流的有功部分75.空电流的无功部分其中：-为激磁电流附加系数,对冷轧片76.空载电流校验：误差结果：合格。77.效率 十一、油浸式变压器温升计算78.油箱尺寸