毕业论文-SFPS8-120000220变压器电磁计算

哈尔滨理工大学学士学位论文55-SFPS8-120000/220变压器电磁计算摘要大型电力变压器是电力系统中主要和关键设备之一。随着电力工业的迅速发展，其容量越来越大、电压等级越来越高、结构尺寸越来越大，而其设计和制造的好坏是直接影响其运行质量和经济效益的关键所在。因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要。若能在设计和制造上提出更加合理和可行的方案，解决以往经验方法解决不了的问题，对变压器的结构进行优化，则将会具有重要的技术和经济意义。本文对220kV大型电力变压器电磁计算相关的基础知识进行了介绍，并对国内外电力变压器的发展趋势进行了分析，并介绍了电力变压器电磁计算的一般问题，并以220kV大型电力变压器为例详尽地介绍了变压器各参数计算的过程，如铁芯及空载参数计算，绕组及负载损耗计算，短路阻抗计算，温升计算等。关键词：电力变压器；电磁计算；温升计算ElectromagneticcalculationofSFPS8-120000/220transformerAbstractLarge-scaleelectricpowertransformersareimportantpartofthepowersystem.Withthedevelopmentofpowersystem,thecapacityandvoltagegradeoftransformerbecomeshigh.Thenthequalityofitsdesignandmanufacturingbecometheconcernofdesignoftransformers.Sotheelectromagneticcalculationofpowertransformerisespeciallyimportant.Ifitcanprovidemorereasonableandviableprojectindesign,itresolvestheformerexperiencemethodwhichcan'tresolveofproblem,andstrengthenthemarketcompetitivenessandgaindistincteconomicperformance.Thispaperintroducestheelectromagneticcalculationof220kVlargepowertransformer,andmakesanalysisandforecastonthedevelopingtrendsoflargepowertransformersathomeandabroad,andintroducesthecalculationprincipleandstructureofpowertransformer.Themaincontentincludestheproblemofelectromagneticcalculation.Andtake220kVpowertransformerasanexample,calculatestheprocessofelectromagneticparameter.Calculationofcoreandemptyparameter,calculationofwindingandloadloss,calculationofshort-circuitimpedance,temperaturecalculationandsoon.Keywords：powertransformer；electromagneticcalculation;temperaturecalculation目录TOC\o"1-3"\h\z\u13919第1章绪论 -1-235761.1我国电力变压器发展及发展趋势 -1-284481.2变压器行业规模和市场结构分析 -2-29761.3变压器变压器行业市场需求分析 -3-201691.4变压器的结构组成 -3-120331.5本课题的目的和意义 -4-30252第2章电力变压器的电磁计算 -6-313322.1技术条件 -6-279082.2额定电压电流计算 -6-127982.2.1绕组的相电压 -6-318562.2.2绕组的相电流 -7-166862.3电磁路计算 -8-302452.3.1铁心计算 -8-162222.3.2绕组匝数计算 -8-57062.3.3高电压比校核 -10-309642.3.4绕组的选择 -10-238362.3.5线段排列及计算 -11-12482.3.6绕组尺寸计算 -11-263162.3.7绕组绝缘半径计算 -12-295792.4额定短路阻抗的计算 -13-151602.5损耗计算 -15-189832.5.1负载损耗计算 -15-72692.5.2空载损耗和空载电流计算 -19-21948第3章温升和短路电动力计算 -21-209743.1温升计算 -21-315923.1.1线圈对油温差计算 -21-83823.1.2油箱尺寸计算 -23-60433.1.3油箱尺寸计算 -23-229983.1.4油箱对空气平均温升计算 -24-195583.2短路电动力计算 -25-327393.2.1线圈中电流分配比计算 -25-243403.2.2绕组区域划分 -26-171423.2.3安匝分布计算 -27-19523.2.4短路轴向电动力计算 -27-191073.2.5高压-中压运行突发短路时线圈导线应力计算 -28-268233.2.6中压-低压运行突发短路时线圈导线应力计算 -29-19011结论 -30-24008致谢 -31-30777参考文献 -32-29462附录A -34-哈尔滨理工大学学士学位论文绪论我国电力变压器发展及发展趋势电力变压器发明于十九世纪末期，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。在十九世纪以前，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。于是在各种理论和实践的大力支持下，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，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1000～1500kV特高压发展。油浸式配电变压器S9系列配电变压器，S11系列配电变压器，卷铁心配电变压器，非晶合金铁心变压器。为了使变压器的运行更加完全、可靠，维护更加简单，更广泛地满足用户的需要，近年来油浸式变压器采用了密封结构，使变压器油和周围空气完全隔绝，从而提高了变压器的可靠性。目前，主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高，它在绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿。近几年来，我国“节能降耗”政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。目前在网运行的部分高能耗配电变压器已不符合行业发展趋势，面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。2008年、2009年连续两年我国电网建设投资超过电源建设投资，预示着我国电网建设落后的问题或将得到改善。但要实现电源与电网的平衡，我国仍须提高电网的输配电能力，使之与电源规模相匹配。可见未来几年，电网建设和城乡配电网改造仍是我国电力工业的首要任务，配电变压器的市场需求量有望保持较强劲的增涨。变压器行业规模和市场结构分析制造企业通过多年的基本建设和技术改造，使电力变压器行业有了较大改观，我国变压器制造业将逐步接近世界先进水平。生产能力随着电力工业的发展，国内电力变压器厂家按计划需求进行了建设和改造。目前，我国注册的变压器生产企业1000多家（包括电力变压器、电子变压器、互感器和整流器等相关企业），据“八五”末期对900个有规模的生产厂家统计，每年生产变压器的容量约1.5亿kVA；2000年共生产各种变压器30多万台，容量约1.8亿kVA（其中10kV、35kV电压级占总台数的90%以上），相当于世界总产量的1/5以上。可以说，中国是世界上电力变压器的生产大国，也是应用电力变压器的大国。有能力生产500kV变压器的企业不超过10家，其中包括特变电工的沈阳变压器厂、衡阳变压器厂、西安变压器厂、保定天威保变电气股份有限公司、常州东芝变压器有限公司、重庆ABB变压器有限公司和上海阿尔斯通变压器有限公司等；能生产220kV变压器的企业不超过30家，能生产110kV级变压器的企业则有100家左右，其中年产超过百台的企业有特变电工衡变、沈变，保变、青岛青波及华鹏等厂家；生产干式配电变压器的企业约有100家，生产能力在100万kVA以上的企业有顺德、金乡、许继和华鹏等厂家；生产箱式变压器的企业有600～700家。我国变压器行业规模庞大，但中小企业居多。根据截止2008年11月的统计，我国变压器行业内共有企业1589个，工业总产值超过1亿元的只有130多家，员工人数超过2000人的只有16家。根据统计，销售收入最高的保定天威达到了107.9亿元，占全行业的5.86%，前10名企业的累计份额为20.6%。近年来，通过技术改造、兼并重组和扩张等方式，我国变压器类产品的生产能力大幅度提升。例如，特变电工拥有沈阳、衡阳、新疆和天津生产厂，西电公司拥有西安与常州生产厂，保定天威拥有保定、秦皇岛及合肥等生产厂。三个集团变压器类产品的生产能力均接近或超过80000MVA。与此同时，以华鹏、达驰、青岛和钱江等企业为代表的生产企业也在逐步地扩大自己的生产规模，提高自己的生产能力，年生产能力均在千万千瓦时以上。我国电力事业的蓬勃发展吸引了国际上电工装备跨国公司在我国的投资，近年来在我国建立的变压器合资生产企业，如ABB、西门子、阿海珐、东芝及晓星等，在我国变压器市场上尤其是在高电压等级产品上占有一定的份额。目前，在我国境内生产变压器的企业主要分为四大阵营：ABB、阿海珐、西门子和东芝等几大跨国集团公司以绝对优势形成了第一阵营，占据20%～30%的市场份额，且市场份额仍在不断扩大；保变、西变和特变等国内大型企业通过提升产品的技术水平和等级，占有30%～40%的市场份额；以江苏华鹏变压器有限公司、顺特电气有限公司、青岛青波变压器股份有限公司、常州变压器厂、山东达驰电气股份有限公司和杭州钱江电气集团有限公司等为代表的制造厂商形成了第三阵营；不少民营企业由于经营机制灵活，没有非生产性的负担，也占有了一定的市场份额，形成第四阵营。变压器变压器行业市场需求分析由于我国电网建设明显滞后于电源建设，加剧了电力供应紧张的局面。同时，由于主网架相对薄弱，以及电网结构不合理，也限制了对供电资源的调配能力。为全面解决电网建设滞后的问题，落实中央进一步扩大内需，促进经济增长的部署，国家电网将投资规划由原来的“未来两年投资5500亿元”调整为“未来两到三年投资1.16万亿元”，年均投资额由2750亿元提高至3866亿元，提高幅度达到40%。在电网建设中，主干电网建设将成为电网投资的重中之重，国内220kV及以上输电网建设在未来两三年将处于景气周期。受益于直流超高压线路的建设，500kV及以上产品的增长将有所提速，高压设备生产企业将明显受益，其中包括超（特）高压变压器。按照我国电站向大机组发展的趋势以及当前的输电模式，未来50%以上的电站将直接与500kV输电线路相接，另外50%则与220kV输电线路连接。预计我国220kV及以上输电网建设在2009～2010年仍将高速增长，2011年220kV及以上变压器的需求量将达到3.52亿kVA，2012年之后，国内220kV及以上变压器的需求也将出现饱和，考虑到产品更新换代的问题，220kV及以上变压器年均需求量将维持在3.5亿kVA。变压器的结构组成1. 铁芯铁芯是变压器的磁路，为提高变压器磁路的导磁率，大容量变压器铁芯材料采用低损耗的冷轧矽钢片，厚度0.3mm。叠成三相五柱式结构；叠装采用斜接缝，即全斜无孔，用环氧玻璃粘带绑扎，其上下铁轭及旁轭均采用椭圆形截面，这样既解决了散热问题，又使损耗降到最低。变压器铁芯与油箱绝缘，铁芯地线经附加绝缘套管引至油箱外接地。2.绕组绕组是变压器的电路部分，一般采用无氧铜导线绕制；国内多数变压器都采用同心式绕组，即将高低压绕组同心地套装在一个芯柱上，低压绕组在内，高压绕组在外侧，中间留有油道利于冷却；低压绕组为双螺旋式，匝间绝缘为0.75；高压绕组为外接内屏蔽式，部分线股采用换位导线绕制，匝间绝缘≥0.95，绕组设有散热油道。3.油箱安放变压器器身和存放变压器油的容器称为油箱，大型变压器的油箱为钟罩式，分上、下两部分。变压器油受热后要膨胀，因此油箱不能密封，为了减小油与空气的接触，在油箱盖上横装一个容器称为储油柜（或称油枕）。变压器在发生严重故障时，油箱内会产生大量气体，压力迅速升高，为了减小压力，在油箱顶盖装有压力释放阀，动作于信号报警。上部油箱为钟罩式，检修时可只把上部吊起即可，下部油箱壁同底板焊接在一起，器身座落在其中。4.绝缘及绝缘套管变压器的绝缘分为主绝缘和纵向绝缘两大部分。主绝缘是指绕组对地、相间和同一相而不同电压等级的绕组间的绝缘；纵向绝缘是指同一电压等级的一个绕组层间、匝间、绕组对静电屏蔽之间的绝缘。主绝缘结构为油——隔板绝缘，即薄纸筒小油隙结构。变压器的绝缘套管将变压器内部的高、低压引线引到油箱的外部，不但作为引线对地的绝缘，而且担负着固定引线的作用。因此绝缘套管一般是磁质的，其结构主要取决于电压等级。1kV以下的采用空心瓷套管，10～35kV采用空心充气式或充油式瓷套管，电压在110kV及以上时，采用电容式瓷套管。5.变压器的冷却系统主变设有五组冷却器（其中一组备用），每组两台风扇（每台风扇功率1.5kW）一台潜油泵。其功率为2.2kW，油泵电动机及风扇电动机均为封闭式变压器的其它主要部件（1）测温元件变压器油箱上安装二只远方测温热电阻（一只接计算机，一只备用），热电阻为三线双支铂（Pt100）电阻。就地温度指示报警采用BWY-803A，并有两对干接点。（2）瓦斯继电器变压器上安装了两只瓦斯继电器，当变压器内部发生故障产生气体或油箱漏油使油面降低，作为主变内部故障的主保护，一只动作于信号，另一只动作于跳闸。本课题的目的和意义本论文是结合当前变压器的发展趋势，以及以后将从事变压器电磁设计工作的需要来完成的，主要希望达到以下的目的：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，通过自己独立的设计一台变压器的电磁计算，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，希望以后在从事变压器设计、制造的工作过程中，能够更快的进入工作角色。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。为今后从事变压器设计打下良好和坚实的基础，争取在变压器设计、开发方面能有一定的贡献。电力变压器的电磁计算技术条件（1）变压器容量：120000kVA（2）变压器电压比：（22081.25%）/121/10.5（3）频率：50Hz（4）联结组：YNyn0d11（5）短路阻抗：高—中12%~14%；高—低22%~24%；中—低7%~9%（6）负载损耗：480kW（7）空载损耗：122kW（8）空载电流：0.56%额定电压电流计算绕组的相电压1.高压线圈相电压，高压线圈为Y联接，在个分接下的相电压：（U3＋8×1.25％U1）/＝242000/=139720V（U3＋7×1.25％U1）/＝239250/=138130V（U3＋6×1.25％U1）/＝236500/=136540V（U3＋5×1.25％U1）/＝233750/=134950V（U3＋4×1.25％U1）/＝231000/=133370V（U3＋3×1.25％U1）/＝228250/=131780V（U3＋2×1.25％U1）/＝225500/=1130190V（U3＋1×1.25％U1）/＝222750/=128600VUA3=U3/=220000/=127020V（U3-1×1.25％U1）/＝217250/=125430V（U3-2×1.25％U1）/＝214500/=123840V（U3-3×1.25％U1）/＝211750/=122250V（U3-4×1.25％U1）/＝209000/=120670V（U3-5×1.25％U1）/＝206250/=119080V（U3-6×1.25％U1）/＝203550/=117490V（U3-7×1.25％U1）/＝200750/=115900V（U3-8×1.25％U1）/＝198000/=114320V2.中压绕组的相电压，线圈为Y联接：UA2=U2/=121000/=69860V3.低压绕组的相电压，绕组为联接：UA1=U1==10500V绕组的相电流1.高压绕组Y联接，线电流等于相电流。=/U3=314.9A（2-1）2.中压绕组Y联接，线电流等于相电流。=/U2=572.6A（2-2）3.低压绕为联结6598.5A=/=/3U1=3810A（2-3）电磁路计算铁心计算1.硅钢片采用30QG120冷轧硅钢片50Hz，1.7T时，单位损耗为1.14W/kg2.铁心直径的计算铁心是变压器的基本部件，是变压器的磁路和安装骨架。在原理上铁心的磁导体是变压器的磁路。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，故选择合理的铁心直径是变压器设计中的一个重要环节。硅钢片总量和空载损耗随铁心直径的增大而增大，而线圈导线的总量和负载损耗随铁心直径的增大而减小。合理的铁芯直径就是硅钢片和导线材料的用量比例适当，达到经济的效果。根据经验得：=60000kVA（2-4）=54=843.5mmSz为每柱容量D取840mm铁芯级数为16级，叠片系数取0.96，净面积为4821.11。绕组匝数计算1.每匝电势初选（2-5）取1.75T带入数据=187.488V/匝2.低压绕组的匝数确定==56.004（2-6）凑成整数匝，则低压线圈匝数为56匝3.每匝电势准确值==187.500V/匝（2-7）4.磁通密度：T 5.磁通：=0.84Wb 6.中压绕组的匝数==372.6匝（2-8）取373匝7.高压绕组额定分接时的匝数=匝（2-9）取678匝8.调压线圈匝数=1587V（2-10）取=1585V取调压线圈8匝即选择开关位置1分接位置时,N1=742匝（+10%）+x1调压绕组正接2分接位置时,N2=734匝（+8.75％）+x2调压绕组正接3分接位置时,N3=726匝（+7.5％）+x3调压绕组正接4分接位置时,N4=718匝（6.25％）+x4调压绕组正接5分接位置时,N5=710匝（+5％）+x5调压绕组正接6分接位置时,N6=702匝（+3.75％）+x6调压绕组正接7分接位置时,N7=694匝（+2.5％）+x7调压绕组正接8分接位置时,N8=686匝（+1.25％）+x8调压绕组正接9分接位置时,N9=678匝（额定分接时）10分接位置时,N10=670匝（-1.25％）x1调压绕组反接11分接位置时,N11=662匝（-2.5％）x2调压绕组反接12分接位置时,N12=654匝（-3.75％）x3调压绕组反接13分接位置时,N13=646匝（-5％）x4调压绕组反接14分接位置时,N14=638匝（-6.25％）x5调压绕组反接15分接位置时,N15=630匝（7.5％）x6调压绕组反接16分接位置时,N16=622匝（-8.75％）x7调压绕组反接17分接位置时,N17=614匝（-10％）x8调压绕组反接高电压比校核-0.052%0.083%0.070%以上各分接位置电压误差，经计算都小于标准规定的误差0.25%绕组的选择1.高压线圈选取因为高压线圈相电流为314.9A，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2.7A/mm2，则高压线圈导线导电面积大约为116.6mm2，因为是中部出线，并联数2选用组合导线ZB-1.95。实际导电面积为115.8mm2，电流密度：2.71A/mm2。2.中压线圈选取中压线圈相电流为572.6A，电流密度初选2.7A/mm2，则中压线圈导线导电面积大约为212.07mm2，辐向并联4根导线，选用纸组合导线ZB-1.35，。导线实际导电面积为212.16mm2，所以电流密度为2.7A/mm2.3.低压线圈选取低压线圈相电流为6598.5A，电流密度初选2.9A/mm2，则低压线圈导线导电面积大约为1313.79mm2，并联方式为24×2选用导线ZB-0.9，实际导电面积为1316.16mm2，则电流密度为2.9A/mm2。4.调压线圈选取调压线圈相电流为314.9A，电流密度初选3.0A/mm2，则调压线圈导线导电面积大约为116.67mm2，调压线圈选用纸包扁铜线ZB-2.95，实际导电面积为115.8mm2，则电流密度为2.9A/mm2。线段排列及计算高压线圈排列选择及计算高压线圈采用中部出线结构，线圈形式采用纠结连续式，分为2×50段，具体如下：；；；；2.中压线圈排列选择及计算中压线圈采用端部出线结构，线圈型式采用插入电容式，分为100段，具体如下：；；；；；低压线圈和调压线圈排列选择及计算低压线圈和调压线圈均采用双螺旋式线圈。低压线圈24根导线并联，总段数为114段；调压线圈8根导线并联，总段数2×18=36段。螺旋式线圈是由多根扁导线并联叠绕而成，其绕制方法与并联的层式线圈很相似，但相邻匝间用平尾垫块或绝缘纸筒隔开。绕组尺寸计算1.高压线圈尺寸计算高压线圈导线辐向尺寸 考虑工厂加工系数1.02A=14×7.1×1.02+5=106mm高压线圈的辐向尺寸为106mm导线轴向高度：11.8×100+2.4×0.9×100=1396mm油道高度：（6×10+20×8+60×5+13×4）×0.97=554mm高压线圈轴向高度：1396+554=1950mm2.中压线圈尺寸计算中压线圈导线辐向尺寸 考虑工厂加工系数1.03A=4×3×6.28×1.03+25=103mm中压线圈的辐向尺寸为103mm导线轴向高：12.5×100+1.8×0.9×100=1412mm油道高度：（2×10+23×8+24×6+50×4）×0.98=538mm中压线圈轴向高度：1412+538=1950mm3.低压线圈尺寸计算低压线圈导线辐向尺寸 考虑工厂加工系数1.02A=1.02×24×1×3.2=78mm导线轴向高度：12.5×（2×56+2）+0.9×（2×56+2）×0.89=1516mm油道高度：113×4×0.96=434mm低压线圈轴向高度：1516+434=1950mm4.调压压绕组尺寸计算调压线圈导线辐向尺寸 A=1.02×5.31×8=43m导线轴向高度：12.5×18+2.95×18×0.9=273mm油道高度：17×14×0.96=228.5mm调压线圈轴向高度：（228.5+273）×2+947=1950mm铁心窗高计算铁心窗高：1950+120+100+59+50+56=2335mm绕组绝缘半径计算420纸筒内径（mm）16纸筒和撑条总厚度（mm）436低压绕组内径（mm）78低压绕组辐向厚度（mm）514低压绕组外径（mm）40纸筒和撑条总厚度（mm）554中压绕组内径（mm）103中压绕组辐向厚度（mm）657中压绕组外径（mm）72纸筒和撑条总厚度（mm）729高压绕组内径（mm）106高压绕组辐向厚度（mm）835高压绕组外径（mm）60纸筒和撑条总厚度（mm）895调压绕组内径（mm）43调压绕组辐向厚度（mm）938调压绕组外半径（mm）21876调压绕组外径（mm）90相间绝缘距离（mm）1966相间铁心柱中心线距离（mm）额定短路阻抗的计算1.线圈的电抗高度cm（2-11）cm（2-12）cm（2-13）2.漏磁宽度=10.6+7.2+10.3=28.1cm（2-14）=10.6+21.5+7.8=39.9cm（2-15）=10.3+4+7.8=22.1cm（2-16）==（2-17）==（2-18）==（2-19）3根据值查表找纵向洛氏系数=0.95 =0.93=0.964额定分接时的漏磁面积计算。=（2-20）=（10.6×78.2+10.3×60.55）+7.2×69.3=983.16cm2=（2-21）=1736.01cm2=（2-22）=544.99cm2图2—1变压器的线圈尺寸及漏磁分布5阻抗电压的计算（2-23）（2-24）（2-25）损耗计算负载损耗计算线圈电阻损耗计算高压线圈电阻损耗：kw（2-26）中压线圈电阻损耗：kw（2-27）低压线圈电阻损耗：kw（2-28）调压线圈电阻损耗：（2-29）2.线圈中附加损耗计算高压——中压运行线圈中磁通密度为：（2-30）=1.85kGS此时附加损耗占电阻损耗的百分数为：（2-31）（2-32）高压——低压运行线圈中磁通密度为：（2-33）=1.81kGS此时附加损耗占电阻损耗的百分数为：（2-34）（2-35）（2-36）中压——低压运行线圈中磁通密度为：（2-37）=1.87kGS此时附加损耗占电阻损耗的百分数为：（2-38）（2-39）杂散损耗计算高压线圈与中压线圈运行时，杂散损耗为：（2-40）=28.35kW高压线圈与低压线圈运行时，杂散损耗为：（2-41）=48.93kW中压线圈与低压线圈运行时，杂散损耗为：（2-42）=15.9kW负载损耗高压线圈与中压线圈运行时，负载损耗为：（2-43）=373.16kW高压线圈与低压线圈运行时，负载损耗为：（2-44）=378.77kW中压线圈与低压线圈运行时，负载损耗为：（2-45）=293.58kW空载损耗和空载电流计算变压器铁心重量计算铁心柱重量：（2-46）kg铁轭重量：（2-47）kg旁柱重量：（2-48）kg旁轭重量：（2-49）kg铁心总重量：kg空载损耗和空载电流计算变压器铁心采用30QG120型硅钢片，当铁心磁通密度为1.75T时，该种硅钢片单位铁损为1.11W/kg，磁化容量为2.45VA/kg，所以：空载损耗：（2-50）=86.4kW空载电流：（2-51）温升和短路电动力计算温升计算线圈对油温差计算高压线圈对油温差的计算高压线圈表面单位热负荷计算（按85℃计算）线圈单位表面积所散出的热量：（3-1）其中：K1=22.1；K2=1；L1=2（147.1+13075）+41.95=234.1mmK3=7.8；K4=1-=1-I1=314.9A；A/mm2；WC=14。所以，=1230.4W/m2（3-2）导线绝缘厚度的温度校正值计算导线绝缘厚度的温度校正值：℃（3-3）（3）线段油道宽度校正值计算线段油道宽度校正值：℃（3-4）线圈表面对油平均温度计算线圈表面对油平均温度：=23.9K（3-5）中压线圈对油温差的计算（1）中压线圈表面单位热负荷计算（按85℃计算）线圈单位表面积所散出的热量：（3-6）其中：K1=22.1；K2=1；L1=2（166.28+13.85）=228.66mmK3=7.1；K4=1-=1-I2=572.6A；A/mm2；WC=14。所以，=902W/m2（3-7）（2）导线绝缘厚度的温度校正值计算导线绝缘厚度的温度校正值：℃（3-8）（3）线段油道宽度校正值计算线段油道宽度校正值：℃（3-9）（4）线圈表面对油平均温度计算线圈表面对油平均温度：=19.2K（3-10）低压线圈对油温差的计算（1）中压线圈表面单位热负荷计算（按85℃计算）线圈单位表面积所散出的热量：（3-11）其中：K1=22.1；K2=1；L1=4（126.4+12.75）=358.2mmK3=7.8；K4=1-=1-I3=3810A；A/mm2；WC=14。所以，=1185.2W/m2（3-12）（2）导线绝缘厚度的温度校正值计算导线绝缘厚度的温度校正值℃（3-13）（3）线段油道宽度校正值计算线段油道宽度校正值：℃（3-14）（4）线圈表面对油平均温度计算线圈表面对油平均温度：=22.9K（3-15）油箱尺寸计算油箱高度计算Hb=窗高+2铁轭高度+垫脚厚度+铁心至箱盖距离=2335+2430+29+116=3340mm油箱宽度计算Bb=调压线圈外直径+线圈到箱壁距离=1876+584=2460mm油箱长度计算Lb=2M0+调压线圈外直径+2MD+间隙=21965+1862+2（938+242+40）+274+274=8780mm油箱尺寸计算平顶油箱盖几何面积计算A1=LbBb=24608780=21.60m2箱壁几何面积计算A2=2（Bb+Lb）Hb=2（2460+8780）3340=5.08m2片式散热器有效散热面积计算选用中心距为2000mm，片数为24片，有效散热面积为30.367m2，器身重为431.85kg，油重为124.20kg，共计用该种散热器14个。A3=mAg=1430.367=425.138m2油箱总有效散热面积计算A=0.75A1+0.85A2+A3=505.158m2油箱对空气平均温升计算油箱单位热负荷计算W/m2油对空气平均温升计算K油面对空气最高温升计算mmmm℃℃线圈对空气平均温升计算高压线圈对空气平均温升：K中压线圈对空气平均温升：K低压线圈对空气平均温升：K短路电动力计算线圈中电流分配比计算一般当中间线圈短路时，总阻抗值最小，短路电流最大，是比较严重的一种情况。所以下面只研究这种情况下短路电流稳定值倍数的计算。三相变压器短路时，中线柱短路，所以线路阻抗ZS2=0，低压线圈和高压线圈并联。线圈线路阻抗计算PSd1为系统短路容量，查表得系统电压等级220kV时为15×106；110kV时为8×106；10kV时为0.5×106。所以：低压线圈线路阻抗：（3-16）中压线圈线路阻抗：（3-17）高压线圈线路阻抗：（3-18）线圈等值阻抗计算低压线圈等值阻抗：（3-19）中压线圈等值阻抗：（3-20）高压线圈等值阻抗：（3-21）线圈阻抗计算低压线圈阻抗：（3-22）中压线圈阻抗：（3-23）高压线圈阻抗：（3-24）电流分配比计算低压线圈中电流分配比：（3-25）高压线圈中电流分配比：（3-26）总等值阻抗计算总等值阻抗：（3-27）短路电流稳定倍数计算短路电流稳定倍数：K1=100/UZ=100/10.86=9.2（3-28）绕组区域划分表3-1绕组区域划分区域高压线圈中压线圈低压线圈匝数高度mm匝数高度mm匝数高度mm128段匝53126段匝53113匝531212段匝24012段匝239.58匝240310段匝203.512段匝203.57匝204安匝分布计算表3-2安匝分布区域高压安匝+低压安匝%中压安匝，%不平衡安匝%平均高度mm平均安匝%最大分接最小分接最大分接最小分接最大分接最小分接127.9225.0924.923.000.17531.52526.42025.005212.2413.8512.75-0.511.1240.75012.49513.30039.8411.0612.33-2.49-1.27203.80011.08511.695总和50505000975.0005050短路轴向电动力计算三线圈联合运行线圈最大分接时漏磁阻总安匝计算三线圈联合运行线圈最大分接时漏磁阻总安匝为：（3-29）短路轴向电动力计算参数计算：S=1.6+0.03×84=4.12cm；hp=97.5cm；RCP=60.55cm；λ=106+103+78+36+72+40+60-（1.95+0.45）/2=49.38cm；K1=9.2；Kd=1.4；由u=λ/hp=0.506；γ=S/hp=0.046；可得横向洛式函数=0.66；冲击短路电流下总的轴向力为：kg（3-30）高压-中压运行突发短路时线圈导线应力计算高压线圈导线应力计算辐向力引起的拉应力为：kg/cm2（3-31）轴向引起的导线弯曲应力为：kg/cm2（3-32）线圈导线上受的总应力：kg/cm2中压线圈导线应力计算辐向力引起的拉应力为：kg/cm2（3-33）轴向引起的导线弯曲应力为：kg/cm2（3-34）轴向力引起的弯曲应力为：kg/cm2（3-35）线圈导线上受的总应力：kg/cm2中压-低压运行突发短路时线圈导线应力计算1.中压线圈导线应力计算辐向力引起的拉应力为：kg/cm2（3-37）kg/cm2（3-38）线圈导线上受的总应力：kg/cm22.低压线圈导线应力计算辐向力引起的拉应力为：kg/cm2（3-39）轴向引起的导线弯曲应力为：kg/cm2（3-40）轴向力引起的弯曲应力为：kg/cm2（3-41）线圈导线上受的总应力：kg/cm2铜导线的许用应力kg/cm2，由此可见，总应力小于铜导线的许用应力，因此是允许的。结论电力变压器是电网中的主要电力设备之一，其电磁计算是变压器设计和制造的基础，它的好坏直接影响后续工作的进行。本文主要对120MVA/220kV变压器电磁计算进行研究，对计算中涉及的大量数据进行分析。总结全文的研究内容，可得到以下结论：1.根据给定的设计指标，对变压器铁芯进行计算与选择，变压器线圈材料、型式选择、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，短路电动力计算等，计算结果都符合要求。2.铁芯柱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的增大而减小。合理的铁芯直径就是硅钢片和导线材料用量比例适当，达到最经济的的效果。3.变压器阻抗电压的计算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。它的计算不能一次就能成功，往往要经过几次调整才能符合与标准规定的数值。计算大容量变压器时，通常只计算纵向电抗分量即可。如初次试算值与标准值相差较大时，就要重新选择铁芯柱直径。当初选值偏大时，说明初选的铁芯柱直径偏小，调整时要采用较大的铁芯柱直径。当初选值偏小时则铁芯柱直径要适当地减小。如果阻抗电压值只差10%左右，则可采取调整线圈高度、改变线圈辐向尺寸（重新选取导线规格或改变段数）等方法来满足标准规定值的要求。

致谢在本论文的写作过程中，陈庆国老师给了我很大帮助，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的刘文里老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着学校学习生活的结束，工作学习生活的开始。

参考文献路长柏,朱英浩.电力变压器计算.黑龙江科学技术出版社,1990:22~77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,2002:126~159尹克宁.变压器设计原理.中国电力出版社,2003:1~15王宝珊.变压器设计手册（电磁计算部分）.沈阳变压器研究所,1985:1~16沈阳变压器厂.电力变压器手册.辽宁科技出版社,1990:2-34汤蕴璆,罗应立,梁艳萍.电机学.第三版.机械工业出版社,2008:1-46王峰丽.变压器产业及技术现状和发展趋势.电气制造,2010,(2):16-20贺以燕.我国配电变压器标准的历史、产品现状及发展.电工技术杂志,2002,(6):48-50高兴耀.21世纪初我国电力变压器技术发展展望.变压器,2000,(1):5-20姜益民.电力变压器发展趋势及攻关方向.上海电力,2007,(1):15-35郭振岩.中国变压器行业的现状及发展趋势.电器工业,2008,(12):10-25Lowdon.E.PracticalTransformerDesignHandbook.McGraw-Hill.Inc.2ndedition,1989McLyman,W.T.TransformerandInductorDesignHandbook.Dekker.NewYork.USA.3rdedition,2004.Rubaai.A..Computeraidedinstructionofpowertransformerdesignintheundergraduatepowerengineeringclass.IEEETrans.OnPowerSystems,Aug1994,9(3):1174-1181Jewell.W.T.Transformerdesignintheundergraduatepowerengineeringlaboratory.IEEETrans.onPowerSystems,May1990,5(2):499-505Shahzad,F.ShwehdiandM.H.Humancomputerinteractionofsingle/threephasetransformerdesignandperformance,IndustrialandCommercialPowerSystemsTechnicalConference,May97:193-196HurleyW.G,WölfleW.H.andBreslinJ.G.Optimizedtransformerdesign:inclusiveofhigh-frequencyeffects.IEEETrans.OnPowerElectronics,July1998,13(4):651-659PetkovR.Designissuesofhigh-powerhighfrequencytransformer.Proc1995InternationalConferenceonPowerElectronicsandDriveSystems,Feb1995,(1):401-410.AsensiR.,CobosJ.A,GarciaOPrietoRandUcedaJ..Afullproceduretomodelhighfrequencytransformerwindings.IEEEPowerElectronicsSpecialistConferencePESC’94,June1994,(2):856-863附录APOWERTRANSFORMERDESIGNUSINGMAGNETICCIRCUITTHEORYANDFINITEELEMENTANALYSIS.ACOMPARISONOFTECHNIQUESSimonC.BellandPatS.BodgerUniversityDepartmentofElectrical&ComputerEngineeringChristchurchAbstractThispapersummarisesareversemethodoftransformerdesignwheretheconstructiondetailsofthetransformeraredirectlyspecifiedandareusedtodeterminethedeviceperformanceandratings.Twomagneticmodelsarepresentedfortheinductive-reactancecomponentsoftheSteinmetz‘exact’transformerequivalentcircuit.Thefirstmodel,basedonmagneticcircuittheory,isfrequentlytaughtinundergraduatepowersystemcoursesatuniversities.Thesecondmodelisbasedonmagneto-staticfiniteelementanalysis.Thereversedesignmethodisusedtodesigntwosamplehighvoltagetransformers.Theperformanceofthetwomagneticmodelsiscomparedtothemeasuredperformanceoftheas-builttransformers.Themagneticmodelbasedonfiniteelementanalysisisshowntobemoreaccuratethanthemodelbasedonmagneticcircuittheory,thoughattheexpenseofcomplexityofprogramming.1.IntroductionFromamanufacturer'sperspectiveitisconvenienttodesignandproduceasetrangeoftransformersizes.Usually,theterminalvoltages,VAratingandfrequencyarespecified.Intheconventionalmethodoftransformerdesignthesespecificationsdecidethematerialstobeusedandtheirdimensions.Thisapproachtotransformerdesignhasbeenutilisedandpresentedindetailintextbooks[1,2].Ithasbeenusedasadesigntoolforteachingundergraduatepowersystemcoursesatuniversities[3-5].Inaddition,ithasalsobeenusedextensivelyindesigningswitchedmodepowersupplies[6,7].Finiteelementanalysishasalsobeenapplied,concurrentwiththeaboveapproach,toaidtheoveralldesignprocess[8,9].However,bydesigningtoratedspecifications,considerationisnotexplicitlygiventowhatmaterialsandsizesareactuallyavailable.Itispossiblethatanengineer,havingdesignedatransformer,maythenfindthematerialsizesdonotexist.Theengineermaythenbeforcedtouseavailablematerials.Consequentlytheperformanceoftheactualtransformerbuiltislikelytobedifferentfromthatofthedesigncalculations.Inthereversedesignapproach,thephysicalcharacteristicsanddimensionsofthewindingsandcorearethespecifications.Bymanipulatingtheamountandtypeofmaterialactuallytobeusedinthetransformerconstruction,itsperformancecanbedetermined.Thisisessentiallytheoppositeoftheconventionaltransformerdesignmethod.Itallowsforcustomiseddesign,asthereisconsiderableflexibilityinmeetingtheperformancerequiredforaparticularapplication.Thispaperfirstsummarisesthereversemethodoftransformerdesign.Modelsfortheresistiveandinductive-reactancecomponentsoftheSteinmetz‘exact’transformerequivalentcircuitaredevelopedfromfundamentaltheory,aspreviouslypresentedin[10].Severalanomaliesarecorrected.Thentwoandthree-dimensionallinearandnon-linearmagnetostaticfiniteelementmodelsareintroducedasanalternativemodelfortheinductive-reactancecomponents.Theperformanceofthetwomagneticmodelsiscomparedtothemeasuredperformanceoftwoas-builttransformers.2.ReverseTransformerDesignAtransformerprofileshowingknownmaterialcharacteristicsanddimensionsisdepictedinFigure1.Inthereversedesignmethod,thetransformerisbuiltupfromthecoreoutwards.Thecorecross-sectiondimensions（diameterforacircularcoreandsidelengthsforarectangularcore）areselectedfromcataloguesofavailablematerials.Acorelengthischosen.Laminationsthatareavailablecanbespecifiedinthickness.Acorestackingfactorcanbeestimatedfromtheratioofirontototalvolume.Giventhecorelength,cl,anddiameter,DC（orcorebandcorewforarectangularcore）,theinsidewinding（usuallythelowvoltagewinding）iswoundonlayerbylayer.Thewiresizecanbeselectedfromcatalogues.Theyalsospecifyinsulationthickness.Thedesignercanthenspecifyhowmanylayersofeachwindingarewound.Insulationisplacedbetweenthecoreandtheinsidewinding（former）andbetweeneachlayerforhighvoltageapplications.Insulationcanalsobeplacedbetweeneachwinding.Theouterwinding（usuallytheHVwinding）iswoundovertheinsidewinding,withinsulationbetweenlayersaccordingtothevoltagebetweenthem.Windingcurrentdensitiesandvoltsperturnbecomeaconsequenceofthedesign,ratherthanadesignspecification.Theonlyratingrequirementsaretheprimaryvoltageandfrequency.ThesecondaryvoltageandtransformerVAratingareaconsequenceoftheconstructionofthetransformer.Thenumberofturnsonthewindingsareestimatedtobe：（1）where:lc=lengthofthecoreL1,L2=numberofprimaryandsecondarywindinglayerst1,t2=axialthicknessofprimaryandsecondarywindingwireThiscalculationassumesthatthewindinglengthisequaltothecorelength.Theactualwindinglengthsmaybeusediftheprimaryandsecondarywindingengthsaredifferent