高压变压器及继电保护设计

./高压变压器及继电保护设计前言电力的经济输送、分配与安全使用,需要升高或降低电压,变压器是根据该种需要利用电磁感应原理制成的。变压器理论是电机学的一个分支。尽管变压器是一个静止电气设备,但由于高电压、大容量变压器的出现,变压器理论同样是一门负载的科学,所涉及知识面广,难度也很大。其基本理论是建立在电机专业和高压专业的理论基础和专业基础之上的。变压器设计工作应本着多快好省的原则,根据国家的经济、技术政策和资源情况以及运行和制造方面的要求,合理地制定变压器的性能数据和相应的结构。由于运行和制造所考虑的角度不同,对某些性能数据的要求也往往不同。本次设计的题目为：高压变压器及继电保护设计。它是根据给定的技术数据来进行的。变压器的电磁计算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及计算变压器的重量和外形尺寸。计算的结果必须满足给定的性能指标和使用部门的要求。变压器的结构设计的任务在于选定结构型式,绘制零部件图。结构设计应特别注意保证线圈的绝缘强度、动、热稳定性,保证铁心、油箱等的机械强度,使变压器能安全运行,同时应使整体结构及其零部件的制造符合节省材料和工时以及便于运输、安装和维护等等。继电保护任务在于保护变压器在短路等危险情况下不损坏,安全运行。本说明书中介绍6300KVA35KV油浸式风冷电力变压器的计算程序及其继电保护控制线路的设计和元件选择。目录摘要IAbstractI第一章6300KVA35kv级变压器计算11.1产品规格及技术要求11.2主要材料11.3变压器主要结构的确定11.4定电压和额定电流的计算21.5铁心直径的选择31.6铁心截面的设计31.7线圈匝数的计算51.8线圈形式的选择及线圈排列71.9导线的选择91.10线圈辐向尺寸的计算111.11绝缘半径计算111.12阻抗电压计算131.13高压线圈数据计算141.14低压线圈数据计算151.15铁心计算161.16空载损耗Po的计算171.17空载电流Io%的计算181.18涡流损耗百分数Kw的计算191.19线圈对油温升的计算191.20油箱尺寸的估计211.21杂散损耗计算221.22总损耗计算221.23箱壁散热面计算231.24散热器的选择241.25油平均温升Ts的计算251.26油顶层温升Ts计算251.27线圈平均温升Tx的计算251.28变压器重量计算26第二章继电保护282.1继电保护原理282.2继电保护要求292.3变压器故障类型292.4继电保护类型31参考文献35致谢36附录37高压变压器及其继电保护摘要:本文通过给定的技术数据计算变压器的电磁方案和主要几何尺寸,计算性能数据和各部分的温升及计算变压器的重量和外形尺寸,使计算的结果符合给定的性能指标。而继电保护的设计是保证保护变压器在短路等危险情况下不损坏,安全运行。本文主要例举了6300KVA/35KV油浸式风冷电力变压器的计算程序及其继电保护控制线路的设计和元件选择。关键词:高压变压器;继电保护;电磁方案。highvoltage-transformerwithelectricityprotectionAbstract:Thistextpassestocomputetheelectromagnetismprojectofthetransformertothetechniquedatathatsettlewithmainseveralwhysize,computethefunctiondatatoriseandcomputetheweightofthetransformerwitheachpartoftempreturewiththeshapesize,makecalculatingtheresultmatchtothefunctionindexsignthatsettle.Butaftergiveorgetanelectricshocktheprotectivedesignistoguaranteetoprotectthetransformerandunderthedangerouscircumstanceinshort-circuitetc.doesnotdamage,thesafetycirculate.Mainacalculationforraising6300KVA/35KVcoldelectricpowerinbreezeinimmersetypeinanoiltransformerprocedureinthistextanditschoosewithapieceafterthedesignoftheelectricityprotectioncontrolcircuit.Keywords:Highpressuretransformer;Protectaftertheelectricity;Theelectromagnetismscenario.第一章6300KVA35kv级变压器计算1.1产品规格及技术要求1变压器额定容量：6300KVA2变压器额定线电压U和分接范围高压〔一次侧电压UL1：3500022.5%V低压〔二次侧线电压UL2：10500V3变压器连接组：Y,d114变压器相数：3相5额定频率f：50赫6冷却方式：油浸风冷式7高压和低压线圈对空气的温升△R：658油顶层对空气的温升△H：559油对空气的平均温升：4010空载损耗P0：8800W11负载损耗PK：43000W12空载电流I0：1.2%13阻抗电压UK：7.5%14高压线圈一分钟工频试验电压：85KV；低压线圈一分钟工频试验电压：35KV15变压器运行周围条件：用于一般地区,海拔在1000m以下,气温最高+40低-30,年平均为+20。1.2主要材料1硅钢片：冷轨硅钢片DQ133-302线圈导线：纸包扁铜线3绝缘材料,用A级绝缘材料,最高平均温度不超过105。4线圈绝缘漆：1030#,硅钢片绝缘漆：1161#高温快干漆1.3变压器主要结构的确定1.3.1贴心柱的夹紧,采用环氧为维玻璃丝带绑扎。铁轭螺杆和方铁通过夹件夹紧。铁心的迭积采用半直半斜迭片,迭积图如图所示。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,铁轭截面可以与贴心柱一致,节省了材料。线圈的压紧采用压板。采用单相五位置DWJ型无励磁开关。采用拱顶油箱,节省变压器油及钢材,并增加油箱刚度。图铁心迭积1.4定电压和额定电流的计算1.4.11.4.2ULI-1=350001.05=36750V,公式1-1ULI-2=350001.025=35870V,公式1-2ULI-3=35000V,公式1-3ULI-4=350000.975=34130V,公式1-4ULI-5=350000.95=33250V；公式1-5其相电压分别为UP1-1=ULI-1/=36750/=21220V,公式1-6UP1-2=ULI-2/=35870/=20710V,公式1-7UP1-3=ULI-3/=35000/=20210V,公式1-8UP1-4=ULI-4/=34130/=19710V,公式1-9UP1-5=ULI-5/=33250/=19200V,公式1-101.4.3低压线既UL2=UP2=10500V。1.4.4高压线圈为IL1=IP1===103.9A公式1-11低压线圈为"d"型接线时,其线电流IL2和相电流IP2分别为IL2===346.4A,公式1-12IP2=IL2=200A公式1-131.5铁心直径的选择铁心直径的大小,直接影响材料的用量、变压器的体积及经济指标。故选择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少。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D与变压器容量P的四分之一次方成正比的关系,但因为变压器分为单相、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,均以每柱物理容量Pa为基础,按下式求出铁心直径DD=Kmm公式1-14式中K——系数,由硅钢片性能和导线材料而定。采用冷扎硅钢片、铜导线时取53-57。现取55。Pa——一柱容量。三相双绕组变压器每柱容量为Pa===2100KVD=55=372mm按标准直径取31.6铁心截面的设计1.6.1铁心柱截面为一多阶梯形,外形接近一个圆。这个阶梯形的级数越多,有效截面越大,但制造工时也越多。根据材料供应情况和制造工艺水平,尽力增加铁心柱级数,选定级数为11级。每级片宽的确定每级片宽是根据硅钢片入厂时的宽度而定。为了套裁,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裁,而且进厂硅钢片的宽度又是不固定的,故每级片宽一般采用10mm片系数及铁心有效截面Ac迭片系数是由硅钢片的标称厚度、波浪性、绝缘膜厚度及铁心夹紧程度而定。一般主要根据波浪性来确定迭片系数,因其他因素变化不大,根据DQ133-30硅钢片,迭片系数取0.95。故铁心有效截面Ac=965.77cm²铁心温升铁心允许温升为80,铁心对油的温升为Q=Q1+Q2公式1-15Q1——铁心表面对油温升；Q2——铁心内部对铁心表面的温升。铁心直径在500mm以下,Q1,Q2按下式计算Q1=0.35qo公式1-16Q2=28PWa2K10-4公式1-17式中qo——铁心表面热负荷qo=PWFS公式1-18PW=PC〔1+=1.1391.2=1.367公式1-19FS===545公式1-20PC——硅钢片的每公斤的损耗瓦数；本设计取1.139C——校正系数,%；取20%a——最大的片宽。cm；b——两油道间迭厚,无油道时为总迭厚,cm；qo=1.367545=745Q1=0.357450.6=18.5Q2=281.36736.0520.90310-4=4.49铁心对油温升Q=18.5+4.49=23油平均温升一般取40,故铁心对空气温升为23+40=63,小于标准80,铁心中可不加油道1.7线圈匝数的计算匝电压et的确定按电磁感应定律得U=4.44fWm10-5=WBAC〔V公式1-21式中f——频率,50赫；W——线圈匝数；Φm——磁通,Φm=BAc；B——磁通密度,千高斯；Ac——铁心有效截面,厘米²。选每匝电压et/用D330-0.35,磁密最高可取17千高斯或者更高。试取16.5千高斯et/==35.4伏/匝公式1-22低压线圈匝数的确定,最后求得每匝电压et和磁密B用et/和低压线圈电压初算低压线圈匝数W2/W2/==296.6匝`公式1-23匝数不能有小数,低压线圈匝数W2为297匝,故每匝电压et为et==35.354伏/匝公式1-24磁密B为B===16.47千高斯公式1-25高压线圈各分接匝数的确定和电压比较核因为高压线圈的分接范围为35000±22.5%伏,故首先应求出2.5%相电压匝数。2.5%相电压=UP1-1—UP1-2=21220—20710=510伏,公式1-262.5%匝数=510/et=510/35.354=14.4匝,取14匝和15匝两种。实际2.5%电压为et13=35.35414=494.956V公式1-27et14=35.35415=530.31V公式1-28计算高压线圈匝数,首先从-5%开始。-5%时的匝数==543匝公式1-29实际-5%时相电压=54335.354=19192.335V公式1-30与标准电压误差为100=-0.039%〈0.25%公式1-31-2.5%时的匝数543+15=558匝公式1-32实际-2.5%时的相电压=19192.335+530.31=19722.645伏公式1-33与标准电压误差为=0.064%〈0.25%公式1-34额定时的匝数558+14=572匝公式1-35实际额定时的相电压=19722.645+494.956=20217.601伏公式1-36与标准电压误差为100=-0.038%〈0.25%公式1-37+2.5%时的匝数572+14=586匝公式1-38实际+2.5%时的相电压=20217.601+494.956=20712.557伏公式1-39与标准电压误差为〈0.25%公式1-40+5%时的匝数586+15=601匝公式1-41实际+5%时的相电压=20712.557+530.31=21242.867伏公式1-42与标准电压误差为公式1-431.8线圈形式的选择及线圈排列线圈高度的估计线圈的几何尺寸主要是由电抗计算确定的。当频率、匝数、电流、每匝电压确定后,电抗的大小与线圈的高度和线圈的径向尺寸有关。这样就有两个未知数,故不能一次就确定出线圈几何尺寸,往往都是假设一种线圈几何尺寸进行电抗计算,以后再进行反复调整。但是,为了使这个假设尽量符合实际,对于阻抗小于7.5%的变压器,其线圈高度HX可按下式估计：HX=1.1〔140+=1.1〔140+,公式1-44试取1070W——每相高压或低压线圈匝数；Ia——每相高压或低压线圈电流；选择线圈型式线圈型式是根据电流、匝数、容量选择的。采用连续式线圈。线圈撑条数最好为4的倍数,撑条主要是支撑线圈,故撑条数的最后确定,应由短路机械计算决定。按铁心的直径大小确定撑条数。由D=37低压线圈的段数及每段匝数的确定因为低压线圈处于内线柱,又由于整数匝起端与末端有搭头,使得线圈有局部突起,为了使线圈各部辐向尺寸近于一致,故低压线圈一般都用分数匝,以保证高低压线圈间的距离沿圆周方向一致,保证不因局部突出影响绝缘强度。每段匝数的分数部分均以撑条数N为分母表示出来,分数的分子尽量为撑条数N减1。但对首末两段,当有两根以上并绕时,由于换位占有一定撑条数,对首末两段的分子要求如下：当并绕根数n为偶数时,其分子小于或等于；当并绕根数n为奇数时,其分子小于或等于。低压线圈的段数,在没有分接头时,为了使首末出头在一侧,故段数必须取偶数。由撑条数N求出分数匝与接近的整数的差额。取N=12,差额=1/12=0.084低压线圈匝数为297匝,所接近的整数为5、4、3、6时,算出下列段数：段,取60段；段,取76段；段,取102段；段,取50段。现选择76段今设每段匝数为3的总匝数为76=297与实际低压线圈匝数差：297,多了8个撑条数,现用4段从3减为3,共减去8个撑条数。因此,得各段匝数见下表：表段号段数每段匝数合计匝数PQ4723315282合计76297高压线圈的段数及每段匝数的确定高压线圈处于外线柱,由于局部突出不会影响绝缘距离,故不需要分数匝,因为高压线圈有分接线段,以最小分接的匝数计算,为了使各分接线均在辐向的外侧引出,如若取上下对称分接段处在正中间时,段数必须取4的倍数,但是如机械力计算允许,也可采取上下不对称,段数取偶数。高压最小分接匝数为543,当取每段匝数为10、9、8时,可算出如下段数：；取54段；,取60段；,取68段。初选68段为合理。如若每段都是8匝时,总匝数为68匝。此匝数与实际匝数之差544匝,故可将68段中的1段取7匝就会得出实际匝数。如图：表1段号段数每段匝数总匝数HFEG26671768714365367总计765931.9导线的选择段间油道高压线圈首末两端各6个油道,最小为6毫米,其余各油道最小为5毫米,线圈的中断点油道最小为9毫米。高压线圈导线的选择导线高度b的确定高压线圈共76段75个油道,油道总高度为+625+9=391,公式1-45纸板压缩后的的高度约为3910.95=371,公式1-46导线总高度为1079,公式1-47每根导线高度为,公式1-48每根导线高减去匝绝缘得裸导线高为9.2,公式1-50查表的相近的导线,选定导线高度为8.5mm导线宽度a的确定当用铜导线时,初选电流密度为2.3A/mm导线总截面A===45.2mm2公式1-51以A=45.2在导线面表b=8.5一行查当a=5.3是截面为46.84。则a太厚,涡流损耗大,故采用两根并绕。再以=mm2。在表中查的b=8.5时当a=2.8时,截面为23.25接近22.6。故选定高压导线为两根并绕ab=2.88.5,匝绝缘为0.45,按0.5计算。高压线圈高度计算导线带绝缘计算高度8.5+0.5=9导线总高度76=684公式1-52油道总高公式1-53线圈高度684+391-15=1060公式1-54其中15为纸板压缩高度,占391的3.84%低压线圈导线的选择导线高度b的确定低压线圈共76段75个油道,油道总高度为754.5=337.5mm,公式放大油道取80mm油道总高度为337.5+80=418mm按纸板压缩系数5%,得4180.95=397mm公式导线总高为1060663mm公式1-58每根带绝缘高度mm公式1-59减去匝绝缘高度为8.7mm公式1-60查表,得导线尺寸取8.0为合适。导线宽度a的确定铜导线电流密度取2.3A总导线截面A===87mm2公式1-61采用3根并绕,mm2查表得a=3.75时,截面为27.45接近29.14故选定低压导线为四根并绕ab=3.751.10线圈辐向尺寸的计算低压线圈导线厚a=3.75,加绝缘后,厚度为3.75+0.5=4.25每段匝数为,按4计算,并绕根数为3,辐向绕制裕度连续式线圈取3%。故：低压辐向厚度为mm。公式1-621.10.2导线厚度a=2.8加匝绝缘后为2.8+0.5=3每段匝数最大为8,并绕根数为2,故：高压辐向厚度为mm。公式1-631.11绝缘半径计算主绝缘距离是根据试验数据和制造经验确定的。图绝缘半径计算示意图δ1——低压线圈套装裕度,既低压纸筒内径对铁心圆边的空隙,δ1取8mm。C——低压线圈对铁心的绝缘距离,C=t1+δ2=5+10=15mmt1——低压线筒厚度,取5mmδ2——低压线圈内油隙,取10t2——高低压线圈间纸筒,取5mmδ3——低压线圈外油隙,取1δ4——高压线圈内油隙,取1A——高压线圈与低压线圈之间的绝缘距离：A=δ3+t2+δ4=14+5+14=33mmR2——低压线圈的内半径R2=R1+δ1+C=185+8+15=208mmR1——铁心柱半径,即1R3——低压线圈的外半径R3=R2+B1=208+52.5=260.5mmB1——低压线圈辐向尺寸：5R23——低压线圈平均半径：R23=R2+mm公式1-68R4——高压线圈内半径R4=R3+A=260.5+33=293.5mm公式R34——高低压线圈间空隙平均半径：R34=R3+mm公式1-70R5——高压线圈外半径R5=R4+B2=293.5+54.4=348mmB2——高压线圈辐向尺寸：54.4R45——高压线圈平均半径：R45=R4+mm公式1-72DX——高压线圈外径DX=2R5=2mm公式1-73MO——两铁心柱的中心距离MO=DX+δ5=696+34=730mmδ5——相间距离,取31.12阻抗电压计算在线圈几何尺寸确定后,应首先确定阻抗电压。当阻抗电压符合要求后,才能进行线圈数据计算。阻抗电压由电阻压降Ua%和电抗压降Up%两部分组成。但对较大容量变压器,因为阻压降很小,计算时可以略去。本设计中,阻抗电压与电抗压降相等〔式中尺寸单位一律为cm,见下图图阻抗电压计算结构示意图Up%=,公式1-75式中：f——额定频率,50赫；W——低压线圈安匝数W2=297——漏磁宽度=公式1-76=et——每匝电压,35.354VHX——高低压线圈平均有效电抗高度：HX=106——漏磁场总厚度=公式1-77——洛氏系数,与=有关表洛氏系数HX/1086543.5321.80.970.960.950.940.930.910.890.840.82由上表查得=0.958K——系数,取1.03则电抗电压为Up%==7.41%公式1-78误差为,符合标准的规定。1.13高压线圈数据计算1.13.1电流密度Δ1,A/mmΔ1=公式1-79A1——高压导线总截面。1.13.2平均匝长L1L1=2R4510-3=10-3=2.01公式1-801.13.3导线总长l1l1=L1W1+2=2.01593+2=1194公式1-81额定电压时,导线总长l1H,ml1H=L1W1H+2=2.01572+2=1152公式1-82式中W1——最高分接电压时的匝数；W1H——额定电压时的匝数；2——考虑引线长度。M1.13.475时额定电压时的电阻R75,欧姆R75=公式1-83——铜电阻系数,=0.021351.13.575时高压线圈负载损耗,P1X,WP1X=3=公式1-84式中3——三相,故乘3。高压线圈铜线重量G1m,kgG1m=-3=1482公式1-85G——铜的毛重,取8.9带绝缘的导线重=kg公式1-86〔导线绝缘重量占导线重约2.5%1.14低压线圈数据计算1.14.1电流密度Δ2,A/mmΔ2=公式1-871.14.2平均匝长L2L2=公式1-881.14.3导线总长l2l2=L2W2+1=公式1-89式中l——考虑引线长度,m。1.14.475时低压线圈电阻R75R75=公式1-901.14.575时低压线圈负载损耗P2X,WP2X=公式1-911.14.6低压线圈导线重量G2MG2M=公式1-92带绝缘导线重=10221.046=1069〔导线绝缘占导线重的4.6%1.15铁心计算线圈几何尺寸确定后,则可计算铁心各部的几何尺寸和铁心硅钢片的重量1.15.1铁心柱中心距Mo的计算公式1-93式中Dx——高压线圈外径,mm——相间距离。1.15.2mm公式1-94式中Hx——高低压线圈高度,mm；h——线圈对铁轭或压板最小绝缘距离,按规定35KV电压级最小取70mm；t——线圈压板的厚度取40毫米,实际应根据线圈轴向机械力的大小和线圈套装时的压紧力来计算压板厚度,一般取40mm——压板对铁轭的空隙,考虑线圈制造公差,最小取25mm。1.15.3Gc=公式1-95式中3——三个心柱；g——硅钢片的比重；Hw——铁窗高度,mmAc——铁心截面,cm2。1.15.4Gy=公式1-96g角重查电力变压器手册得D=370mm时,为570.03kg铁心硅钢片重量GFC=Gc+Gy+Go=2804+2157+570=5531Kg公式1.16空载损耗Po的计算变压器的空载损耗,就是硅钢片中的损耗,又称为铁心损耗。这个损耗决定于硅钢片的材质和工艺加工的质量,也决定于铁心各部分的磁通密度和重量。1.16.1取DQ133—30表磁通密度〔高斯单位重量损耗〔w/kg磁化容量安匝/厘米伏安/公斤155000.9523.4351.33156000.9693.5581.38157000.9863.6811.44158001.0043.8041.50159001.0223.9271.57160001.0404.0501.65161001.0594.2951.74162001.0794.5401.84163001.0784.7851.95164001.1185.0302.06165001.1395.2752.20166001.1605.5202.40167001.1825.7652.60168001.2046.0102.80169001.2276.2553.00170001.2506.5003.30171001.2746.9503.701.16.2按磁通密度B=16470高斯,查得每公斤硅钢片的损耗为1.139W/Kg。公式1-98式中K——系数,冷轧硅钢片采用半直半斜迭片,并经过退火处理,取值1.2。因为7560W〈8800W,所以合格。1.17空载电流Io%的计算空载电流Io是以额定电流的百分数表示的,它有两部分组成Io%=公式1-99式中I01%——有功分量占额定电流的百分数I01%=%公式1-100I02%——空载电流无功分量占额定电流的百分数I02%=%公式1-101式中Ko——系数,取1.2；gc——铁心单位激磁容量,伏安/公斤；查表得2.2；gi——接缝数单位面积激磁容量,伏安/厘米2,查表得3.19;C——接缝数,在半直半斜的三相铁心中C=8；IO%=77%〈1.2%,合格。1.18涡流损耗百分数Kw的计算涡流损耗的计算,首先要算出涡流损耗占短路损耗的百分数Kw。压线圈涡流损耗百分数Kw的计算Kw=公式1-102=式中K——系数,由材料和温度而定,铜导线75℃时,取m——垂直于漏磁场方向的导线根数；n——平行于漏磁场方向的导线根数；a——垂直于漏磁方向裸导线宽度,mm;Ax——单根导线截面积,mm²;Hx——线圈有效电抗高度,mm。低压线圈涡流损耗百分数Kw的计算Kw=公式1-103=1.19线圈对油温升的计算线圈对油温升的计算,首先要算出线圈表面热负荷,即线圈单位表面积所负担散出的损耗瓦数。一般连续式线圈的热负荷计算,是以一个负荷最大的线饼计算的,按下式计算gx=<W/m²>公式1-104表匝绝缘厚度〔mm0．6及以下0.7511.422.533.5K0.00040.00090.001750.002950.00490.00620.00790.0094式中I——线饼中流过电流,A；K1——系数,与导线的导电率有关,铜导线时取22.1；——线饼中的电流密度,A/mm²；W——线饼中匝数,即每段匝数,如有分数匝时应进为整数匝；K2——线匝绝缘校正系数,当a1≤1.75a时,K2=1,当a>1.75a时,K2=；a——导线厚度,mm；a1——导线带绝缘厚度；K4——导线中总的附加损耗百分数；K5——线饼的有效散热面积与线饼表面积之比；L——线饼断面周长,〔mm,当每个饼为n根导线时,则L=2<n*a1+b1>;高压线圈的热负荷L=2283.3+29=123.6公式1-105采用40宽的垫块12个K5=1-=0.764公式1-106Qx1==438W/m²公式1-107高压线圈对油温升Txy1=0.159qx10.7+Tj1+ty1=11.6℃公式1-108式中Tj1——线圈绝缘校正温升；Ty1——段间油道宽度校正温升Ty1=公式1-109P值按下表查出表段间油道线圈辐向尺寸〔mm303540455055604.5-3-2-10+0.5+0.75-3.5-3-2-10+0.5+0.86-4.8-4-3-2.5-2-1-0.5低压线圈的热负荷L=2344.25+28.5=119公式1-110采用30宽的垫块12个K5=1-=0.755公式1-111Qxy2==464W/m²公式1-112低压线圈对油温升Txy2=0.159gx20.7+Tj2+Ty2=12.1℃公式1-113Tj2=0.0004464=0.2℃公式1-114Ty2==0.21℃公式1-1151.20油箱尺寸的估计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,但在计算时也应尽量估计准确。因为高压侧电压较低,套管较小,故油箱尺寸主要由开关决定,开关是选用DWJ型单相夹片式的,线圈对箱壁的距离按35kV级绝缘距离取55mm即可,但考虑降低杂散损耗,最小取75~100mm。按图中要求的距离估算油箱尺寸。图油箱截面尺寸图油箱断面尺寸油箱宽度BB=696+2152=1000mm公式1-116油箱长度LL=2Mo+φD+2<75~100>公式1-117=2730+696+287=2330mm油箱直线部分长L´L´=L-B=2330-1000=1330mm公式1.20.2垫脚厚取20mm,垫脚绝缘厚取5mm,上铁轭至油箱顶端一般为100~150mm。这里取125mm。油箱高度=垫脚厚+垫脚绝缘厚+窗高+2*铁轭高+上铁轭至油箱顶端距离油箱高度20+5+1265+2380+125=2175mm公式1-1191.21杂散损耗计算油箱周长l=1000π+2<2330-1000>=5800mm公式1-120油箱平均半Rp==468mm公式1-121漏磁通在结构上产生的损耗Kz=公式1-122==3994W式中K――系数,三相变压器当电抗Ux≤10.5%时,取2.19;Ux――电抗压降百分数；φn――每柱磁通B*Ac=16470*965.77=15906千线Hx――线圈有效电抗高度；R34――高低压线圈间空道的平均半径mm。1.22总损耗计算首先要算出75℃时的负载损耗,因为这项损耗标准是按75还要算出85℃时的损耗,用来计算油温升,因为变压器的寿命是按年平均气温20℃时计算的,因此线圈温度为65℃+表项目75℃85℃高压线圈负载损耗17132高压涡流损耗334低压线圈负载损耗1284低压涡流损耗1530杂散损耗3994引线损耗257总负载损耗3475436073空载损耗75607560总损耗42514428331.23箱壁散热面计算图拱顶形油箱面积计算图拱顶部分几何面积,米²A1=8R²+πRL=80.5²+0.51.33π=4.09公式1-123下部箱壁,m²A2=<2πR+2L>H=<20.5π13.5>1.68=9.7公式1-124箱壁有效散热面积,m²A3=1.05<A1+A2>=1.05<4.09+9.7>=14.5公式1-1251.24散热器的选择估算油平均温升Ty´线圈温升标准规定为65℃,如考虑到制造裕度,一般都算到最高为63Ty´=63-线圈对油温升=63-12.1=50.9℃公式估算热负荷Py按Ty´=0.191qy0.8-7=50.9℃,公式算出qy=1265W/m²注：式中减7是考虑散热器上风扇电机的风扇叶修改角度后,提高了散热效能的结果。估算总的有效散热面AA=P/Pg=43633/1265=34.5m²公式1-128式中P为85℃散热器的总散热面A4A4=A-A3=34.5-14.5=20m²公式1-129式中A3为箱壁有效散热面,m²散热器上下联管中心距的选择根据油箱高度及散热器规格表选取上节油箱高度=2175-130=2045,根据2045选中心距为1650mm为合适。表散热器联管中心距〔mm吹风时有效散热面88根管100根管140015．9165018．118802022．720002123．8228523．826．4248526．628．2散热器管数的选择散热器总散热面积A4=20m²。从表8中看出,选择88根管,中心距为1650mm的2只散热器总散热面积为218.1=36.2m²与A4最为接近,同时考虑油箱周围布置2只散热器的位置是可以的。1.25油平均温升Ts的计算总有效散热面A=36.2+14.5=50.7m²公式1-130热负荷qy=43633/50.7=861W/m²公式1-131Ty=0.191qy0.8-7=0.1918610.8-7=35.6℃公式1-1321.26油顶层温升Ts计算Ts=1.2Ty+TΔs=1.235.6+10=52.7℃<55℃公式油顶层温升,最高算到53℃,留有2式中TΔs为散热中心校正值,此值是根据值Ty和发热中心高h1与散热中心高h2比值H而定。H===0.89公式1-134查表得TΔs=10表HTyTΔ3TyTΔ3TyTΔ3TyTΔ30.8912519626.5835.5100.8813.5520628837100.8715521.5629838.5101.27线圈平均温升Tx的计算高压先圈Tx1=Txy1+ty=11.6+35.6=47.2℃<65℃式中Txy1为高压线圈对油温升Ty为油平均温升低压线圈Tx2=Txy2+ty=12.1+35.6=47.7℃公式式中Txy2为低压线圈对油温升1.28变压器重量计算1.28.1G器=<GFC+Gcu>K=<5531+2628>1.2=9197kg公式1-137式中K——杂类系数；GFC——硅钢片重,kg；Gcu——铜线重,kg。1.28.2G油=0.9<V箱-V器>kg拱顶油箱体积为V箱=S*H+V拱=〔πR²+2RLH+<dm³>公式1-138式中R——油箱内半径,R=5dm;L——油箱直线部分长,L=13.3dm;H——油箱直线部分高,L=16.9dm。V箱=<π5²+2513.3>16.9+公式1-139=4430dm³器身体积为V器=1850dm³公式1-140油箱内油重G油=0.9<4430-1850>=2322kg;公式1-141散热器内油重按设计手册查出2129=258kg;储油柜内油重为148kg;变压器内总的油重G总油=2322+258+173=2753kg。公式1-1411.28.3箱壁采用6mm钢板,则箱壁重量为G壁=<A1+A2>67.85=13.867.85=650kg;公式1-142式中A1、A2见第23节箱底采用12mm钢板,箱底重量为G底=<π5²+2513.3>0.127.85=200kg;公式1-143油箱本体重量G箱=<650+200>1.6=1360kg;公式1-144散热器重量2372=744kg;公式1-145吹风零件重250=100kg;公式1-146储油柜重140kg;套管重80kg;杂类重450kg;油箱及附件总重量为G箱及附件=1360+744+100+140+80+450=2874kg。公式1-1471.28.4变压器总重G总=G器+G总油+G箱及附件公式1-148=9791+2753+2874=15420kg第二章继电保护2.1继电保护原理变压器的继电保护是利用当变压器内外发生故障时,由于电流、电压、油温等随之发生变化,通过这些突然变化来发现、判断变压器故障性质和范围,继而作出相应的反应和处理。动作后的检查与处理继电保护动作后,如确认是速断保护动作,可暂时解除信号音响。如有瓦斯保护,先检查瓦斯保护是否动作,如未动作,说明故障点在变压器外部,重点检查变压器及高压断路器向变压器供电的线路,看电缆、母线是否有相间短路故障。此外,还应重点检查变压器高压引线有无明显故障点和其他明显异常现象,如变压器喷油、起火、温升过高等。如果发现是瓦斯动作,可基本判断故障在变压器内部。一是,当变压器绕组匝间与层间局部短路、铁芯绝缘不良,以及变压器严重漏油,油面下降,轻瓦斯均会动作；当变压器内部发生严重故障,如一次绕组故障造成相间短路,故障电流使变压器产生强烈气流和油流,冲击重瓦斯挡板,使重瓦斯动作,断路器掉闸并发出信号。二是,如当时变压器无明显异常,可收集变压器瓦斯气体,进一步分析、确定故障性质。收集到的气体若无色、无味,且不可燃,说明瓦斯继电器动作的原因是油内排出的空气引起；如果收集到的气体是黄色的,不易燃烧,说明是变压器木质部分故障；如气体是淡黄色带有强烈臭味并可燃的,则为绝缘纸或纸板故障；当气体为灰色或黑色易燃,则为绝缘油故障。对于室外变压器,可以打开瓦斯继电器的气阀,点燃从放气阀排出的气体,如果气体可燃,则将燃烧并发出明亮的火焰。需要注意的是当油开始从放气阀外溢出时,应迅速将放气阀关闭；对于室内变压器,应禁止在室内进行点燃试验；判断气体颜色要迅速,否则气体颜色会很快消失；取变压器瓦斯气体时应停电后进行。三是,如瓦斯保护动作仍未查明原因,为了进一步证实变压器是否为良好状态,可取出变压器油样作简化试验,看有无耐压降低和油闪点下降的现象。如仍然没有问题,应进一步检查瓦斯保护二次回路,看是否因瓦斯保护误动作,以证实继电保护的可靠性。变压器重瓦斯动作时,断路器掉闸,如未进行故障处理并未确实证明变压器无故障时,不可重新合闸送电。若发现是差动保护动作,需对动作原因进行判断。要准确判断出是变压器套管等原因造成的,还是变压器内部故障的原因。继电保护装置应选用质量优良的继电器及保护元件,元件的接点尽量要少；安装质量要合格,保护盘、控制盘应牢固可靠,避免装在有震动的场所,接线端子质量要合格,接线要良好。继电器投入运行前,值班人员、运行人员应清楚地解读保护装置的工作原理等。继电保护装置运行中,发现异常现象应加强监视并立即报告主管负责人；运行中的继电保护装置,除经调度部门或主管同意,不得任意甩掉保护运行,也不得随意变更整定值及二次线路；运行人员对运行中的继电保护装置的投入或退出,必须经调度员或主管负责人批准,并记入值班记录簿。如需要变更继电保护整定值或二次回路接线时,须经过继电保护专业人员的同意。2.2继电保护要求电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一,对电力系统的安全稳定运行至关重要,尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏,其检修难度大、时间长,要造成很大的经济损失；另外,发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此,它对继电保护的要求很高。对大型高压、超高压电力变压器的保护设计,一般要求解决以下一些技术问题。〔1快速准确的区分出变压器的励磁涌流和各种故障情况,区内故障和区外故障；〔2迅速准确的识别出变压器过励磁情况,解决对变压器保护的影响；〔3提高变压器在带负荷运行情况下发生轻微匝间短路和高阻接地故障时保护的灵敏度；〔4解决电流互感器TA二次电路断线或短路时对变压器差动保护的影响；〔5消除TA饱和时对变压器差动保护的影响；〔6解决和应涌流对变压器保护的影响；〔7提高变压器过激磁保护对各种变压器过励磁倍数曲线的适应性等等。2.3变压器故障类型变压器故障一般分为内部故障和外部故障两种。内部故障是指变压器油箱内可能发生的故障,如线圈的相间短路、层间或匝间短路、单相接地短路等。内部故障如不迅速排除,有引起油箱爆炸的严重后果。变压器的外部故障,系指引出线上绝缘套管相间短路和引出线接地等。变压器的不正常运行方式,主要是指由于外部短路或过负荷引起的过电流和温度升高超过允许值以及油面降低等。根据变压器容量不同以及控制和保护装置间配合情况,一般按下表装设相应的继电保护装置。变压器容量〔千伏安保护装置名称备注带时限的过电流保护①电流速断保护纵联差动保护瓦斯保护单相接地保护②过负荷保护温度信号<400——————>320千伏安的车间内变压器装设——————一般用高压熔断器保护400~750一次侧采用断路器时装设一次侧采用断路器且过流保护时限>0.5S时装设——车间内变压器装设低压侧为干线制的Y/Y0-12接线变压器装设并列运行的变压器装设〔作为其他备用电源的变压器根据过负荷的可能性装设③——一般采用GL型继电器兼作过负荷及电流速断保护800——装设装设1000~1800装设过电流保护时限>0.5S时装设————同上>5330千伏安的单相变压器宜装远距离测温2000~6300当电流速断装置不能满足灵敏度要求时装设6300~8000装设单独运行的变压器负荷不太重要的变压器装设并列运行的变压器或当电流速断保护不能满足灵敏度要求时装设装设——同上装设>8000千伏安的单相变压器宜装远距离测温>10000装设——装设装设——同上装设同上①当过电流保护不满足灵敏度要求时,应采用低电压起动的过电流保护。②单相接地保护当利用一次侧过电流保护及二次侧出线自动开关保护不能满足灵敏度要求时,应装设变压器中性线上的零序过电流保护。③二次电压为0.4/0/23千伏的变压器,当二次侧出线自动开关带过负荷保护时,可不装专用过负荷保护。2.4继电保护类型变压器的瓦斯保护油浸变压器内部故障时,短路电流和电弧的作用使绝缘物和变压器油分解而产生大量气体引起油流的变化,它使装在变压器油箱和油枕管道上的瓦斯继电器动作,构成瓦斯保护。目前我国采用的瓦斯继电器有三种型式：浮筒式、挡板式和开口杯与挡板构成的复合式。浮筒式是最老的一种,存在耐震性能差。发生较大震动时,可能使浮筒摆动而引起误动作等严重缺点,目前很多运行单位改用后两种。当变压器漏油造成油面过低；或发生轻微故障产生少量气体使油面下降,则使瓦斯继电器有一对触点接通,送出轻瓦斯警报信号。当变压器内发生严重故障时,电流电弧使变压器油强烈气化,体积骤然膨胀,在瓦斯继电器内形成冲击的油流、使另一对触点接通并送出重瓦斯跳闸信号。瓦斯保护的主要优点是动作快,灵敏度高,结构简单,能反映变压器油箱内的各种故障,可靠性比较高,安装简单,其缺点是不能反应油箱以外故障,因此瓦斯保护不能取代其它保护作为变压器的唯一保护装置。中瓦斯的动作值是按油流速度来整定的,对油浸自冷变压器通常整定在0.6~1.0米/秒,对于强迫油循环的变压器整定为1.1~1.2米/秒。对室内用320千伏安及以上,或室外800千伏安及以上变压器,都应装设瓦斯继电保护。2.4.2总降压变电所10,000千伏安以下的变压器,一般装设过电流保护,如过电流保护的动作时限超过0.5秒时,还需增设电流速继保护,保护装置装在变压器的电源侧,它即能反应外部故障,还可以作为变压器内部故障的后备保护。变压器过电流保护动作电流的整定原则与线路过电流保护相同,按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定。即Idz=公式2-1Idz==360A式中Imax——变压器一次侧最大负荷电流Imax=Kzq*Ie1=2.3*103.9=240A；Kk——可靠系数,DL型继电器取1.2；Kf——返回系数,DL型继电器取0.8。变压器过电流保护动作时限,应比二次侧保护装置多一个时限阶段Δt。中小容量的变压器,也可采用高压熔断器代替昂贵的断路器并兼作过电流保护之用。它具有结构简单,成本低廉,用铜少,重量轻等优点,但可靠性及选择性较差。只适用于要求不高的变电所。在前后两级熔断器之间,或熔断器与上一级其它保护装置之间,均应保证动作的选择性。并要求熔断器断流容量满足要求。确定熔体额定电流时,要躲开运行时可能出现的冲击电流。为和变压器低压侧保护装置配合,要求高压熔断器熔断时限不小于0.4秒。对应0.4秒的熔断电流为熔体额定电流Ier的十倍左右。因此,选择熔体额定电流时,可按其保护区最小短路电流之1/12~1/15选择。为使熔体不长期处于过载状态,应使Ier≥<1.4~2>倍正常工作电流。2.4.3过电流保护的动作时限大于0.5秒时,为使故障变压器能迅速地从系统中切除,还需装设电流速断保护。变压器电流速断保护装在电源侧