kV電力變壓器設(shè)計 S配電變壓器電磁設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目20kV電力變壓器設(shè)計 S11-1000/20配電變壓器電磁設(shè)計專業(yè)名稱 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師職稱副教授班 級學(xué) 號學(xué)生姓名2013年6月3日摘要:變壓器自十九世紀問世以來，隨著電力工業(yè)及供用電事業(yè)的不斷發(fā)展，已經(jīng)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。它是電力網(wǎng)構(gòu)成中不可缺少的重要設(shè)備離開了它，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，變壓器的型號、結(jié)構(gòu)性能與參數(shù)也在日益更新，這期間同樣經(jīng)歷了一個相當(dāng)?shù)难兄婆c發(fā)展過程。進而綜觀世界同行業(yè)的變化，更會激起我們樹立奮勇趕超國際先進水平的雄心。本次是對S11-1000kVA/20kV的配電變壓器的設(shè)計，設(shè)計通過對變壓器的鐵心直徑的選擇、線圈繞組的

2、擺放型式與計算、導(dǎo)線的選擇、損耗的計算、油箱尺寸的確定、繞組與油的溫升等各個部分的計算，設(shè)計出一臺符合設(shè)計要求的配電變壓器。變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和運營效益,所以電力變壓設(shè)計是一個很值得我們?nèi)パ芯康恼n題。關(guān)鍵詞:變壓器；鐵心；線圈；損耗；油箱；溫升；重量ABSTRACT:Since the transformer comes out since nineteen centuries, have already gained extremely broad application with power industry and

3、the uninterrupted growth providing power consumption cause. It is that essential important equipment has left it in power network formation, with the technology uninterrupted growth , transformer type , structure function and parameter are also depended on gradually renewal , this period same have e

4、xperienced one developing and development process suitable. The change making a comprehensive survey of the world and industry then, is able to raise us setting up the great ambition summoning up all courage and energy to catch up with and surpass advanced international level more. Time is the desig

5、n to the S11-1000kVA/20kV distributing transformer originally , designs the calculation waiting for each parts by the fact that the pattern rises to transformer iron core diameter choice , coil winding laying down with calculation , conducting wire choice , dissipative calculation , fuel tank dimens

6、ion ascertaining that , winding and the oily temperature , designs out one distributing transformer according with design demand. One of transformer important equipment in being that hair, loses , unexpected turn of events , power distribution are systematic, its function , mass are related to worki

7、ng reliability of electric system directly compose in reply beneficial result being in motion and doing business, therefore the electric power varying voltage designs the problem being that one is worthy for us to go and study very much.Keywords:transformers；core；coil；loss；the fueltank；temperature；w

8、eight1變壓器概述變壓器的原理及分類變壓器是一種通過改變電壓而傳輸交流電能的靜止感應(yīng)電器。它有一個共用的鐵心和與其交鏈的幾個繞組，且它們之間的空間位置不變。當(dāng)某一個繞組從電源接收交流電能時，能通過電感生磁，磁感生電的電磁感應(yīng)原理改變電壓（電流），在其余繞組上以同一頻率，不同電壓傳輸交流電能。變壓器分為電力變壓器和特種變壓器。電力變壓器又分為油浸式和干式兩種。目前，油浸式變壓器用作升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和配電變壓器；干式變壓器只在部分變壓器中使用。電力變壓器可以按繞組耦合方式、相數(shù)、冷卻方式、繞組數(shù)、繞組導(dǎo)線材質(zhì)和調(diào)壓方式分類。 變壓器行業(yè)現(xiàn)狀隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展迅速對電力的需

9、求也日趨上升，作為輸變電系統(tǒng)中的主要設(shè)備-變壓器也得到了長足的發(fā)展。為適應(yīng)和滿足市場需求，許多制造廠家為不斷地改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品性能從國外引進先進的生產(chǎn)技術(shù)和裝備，在新工藝新材料的探索方面做了不懈的努力。目前變壓器主要向兩個方面發(fā)展。 一是向特大型超高壓方面發(fā)展，電壓等級為220kV，330kV，500kV將來向750，1000千伏發(fā)展。西北地區(qū)已決定采用750千伏。單臺容量越做越大，目前全國最大的變壓器單臺容量為沈變廠制造的三相72萬kVA/500kV變壓器，三峽工程所用主變單臺容量為三相84萬kVA/500kV。這些變壓器一般都用在大型電站或電力的輸送上。所以運行可靠性至關(guān)重要，因此制

10、造廠為改善電、磁、熱、力的性能和分布的合理性采取了很多措施。 鐵心制造所涉及的工藝及工裝要使變壓器的空載損耗附加工藝系數(shù)盡可能降低，目前采用的硅鋼片都是冷軋晶格取向的優(yōu)質(zhì)硅鋼片，片型也越來越薄，0.35mm的已淘汰，一般用0.3mm乃至0.27mm、0.23mm厚的硅鋼片。為了使磁通的流動更合理和減少損耗逐漸采用了多級階梯接縫這就需要與之相配套的步進式橫剪線。 疊片時為減少不必要的工時和損耗，有些廠家已經(jīng)采用不疊上軛工藝，這就需要定位準 確的不疊上軛疊裝臺。鐵心綁扎一般都是人工用無緯玻璃粘帶綁扎，這樣綁扎的力量不夠、也不均勻，目前個別廠家用鐵心綁扎效果良好，應(yīng)逐漸推廣。線圈制造所涉及的工藝與工

11、裝要保證較低負載損耗，較高承受短路機械力的能力和較好的散熱性能，電磁線目前很少用電解銅桿拉撥，基本上都用電阻率低，表面質(zhì)量較好的無氧銅桿了，但還有些小廠仍然采用電解銅，對于大型產(chǎn)品為提高機械強度可采用半硬線。為降低負載損耗采用換位導(dǎo)線時，也有采用自粘性換位導(dǎo)線的廠家這對抗短路能力很有好處。 在繞線圈時為保證線圈的繞緊，線圈幅向尺寸盡可能做到零公差，尤其是換流變壓器的阻抗誤差要求非常嚴，這就要選用立式繞線機或者帶有拉緊，幅向和軸向壓緊裝置的臥式繞線機，線圈干燥時盡可能采用帶壓干燥或恒壓干燥，這樣，線圈承受短路機械力的能力大大提高。 絕緣件加工，有不少廠家對絕緣件加工不重視絕緣車間環(huán)境不好，這樣，

12、很難保證線圈的絕緣強度。甚至有的小企業(yè)絕緣件加工和金屬件加工共用同一臺設(shè)備。應(yīng)該做到恒溫，恒濕。絕緣紙板最好采用高密度紙板不然也要進行密化處理，大部分廠家能做到這點。這樣，就可確保絕緣、散熱與耐受機械力的性能。撐條墊塊必須做到去毛，倒角處理。有條件應(yīng)該添置絕緣加工中心設(shè)備。 引線，在變壓器發(fā)生的質(zhì)量事故中由引線問題引起的絕緣與機械事故比較多，所以對引線加工要格外小心注意。引線的焊接目前普遍采用火焰釬焊，或銅焊機的電阻釬焊，大型企業(yè)部分采用冷壓焊，目前國外大部分都采用冷壓焊或高頻釬焊，現(xiàn)在高頻釬焊在國內(nèi)尚屬空白。引線長度一定要適中即不要繃的很緊引起振動受力，又不要過長以免振動，短路放電。 器身，

13、對于大型企業(yè)來說尤其是生產(chǎn)220kV以上產(chǎn)品為確保運行可靠基本上都采用目前最先進的煤油汽相干燥工藝，部分110kV生產(chǎn)廠家也在用汽相干燥工藝，但尚有相當(dāng)一部分110kV生產(chǎn)廠家用變壓法或熱風(fēng)循環(huán)工藝。過去人們普遍認為110產(chǎn)品用汽相干燥等于大馬拉小車得不償失，所以一般選用變壓法或熱風(fēng)循環(huán)法，現(xiàn)在就不同了，110在電氣性能上也要求測局放量，用戶要求則更為苛刻，要求100300pC左右，影響局放量的因素很多但器身的清潔程度是非常重要的環(huán)節(jié)，只有用煤油汽相干燥才能夠在干燥過程中將器身徹底地沖洗干凈，并且干燥效果非常好還能縮短干燥周期，沈變所搞的全自動汽相干燥設(shè)備是目前國內(nèi)能保證性能的最先進的一流設(shè)備

14、。 油箱加工，目前國內(nèi)的油浸式變壓器滲漏現(xiàn)象還是較為嚴重。主要是密封面，法蘭螺紋孔和拐角比較摳手部分的焊線，密封材料也不盡人意，最近生產(chǎn)的丙烯酸酯密封性能好一些，有的廠家具有鋼板的前期處理和油箱的拋丸處理工藝。 生產(chǎn)環(huán)境，電器產(chǎn)品尤其是高電壓產(chǎn)品的生產(chǎn)車間的清潔度至關(guān)重要直接影響電氣性能，至少對線圈繞制和器身裝配區(qū)域要求有防塵室，我國大型企業(yè)基本具有這種保證電氣性能的條件但管理不嚴，有的甚至達不到要求，應(yīng)該達到日降塵量在20mg/m2以下，國外大公司基本達到全廠防塵化，在這一點上我們與國外差距較大。二是向節(jié)能化，小型化，低噪音，高阻抗，防爆型，智能化等方面發(fā)展。這些產(chǎn)品以中小型產(chǎn)品為主，如目前

15、在城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造上被推薦采用的新S9型配電變壓器，它是第七代 節(jié)能產(chǎn)品，還有卷鐵心變壓器、非晶合金變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、高燃點油變壓器、SF6氣體絕緣變壓器等。這些變壓器的生產(chǎn)工藝基本上能夠借用上述大型變壓器的生產(chǎn)工藝之外根據(jù)不同產(chǎn)品有不同的工藝特點。比如卷鐵心變壓器，目前生產(chǎn)的卷鐵心變壓器都是封閉式鐵心有多級型和R型鐵心，這就需要配備卷鐵心機，特殊繞線機，鐵心退火爐，不然很難生產(chǎn)出卷鐵心變壓器。 又如，為達到產(chǎn)品少維護而發(fā)展的波紋油箱型全密封變壓器，就要配備波紋油箱生產(chǎn)線，目前我國有簡易式波紋油箱生產(chǎn)線也能滿足生產(chǎn)要求。非晶合金變壓器，由于非晶帶材特別薄為0.03m

16、m并特別脆一般生產(chǎn)廠家很難加工成鐵心，所以一般都是購買現(xiàn)成的鐵心，如美國的聯(lián)信公司的或中國鋼研總院生產(chǎn)的。 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市向大型化，繁華化發(fā)展，人口密集，高層建筑成群。城網(wǎng)改造中規(guī)定110kV線路進城變電所以110kV變壓器布站。以北京為例，三環(huán)路以內(nèi)一個變電站供電半徑為1.5km一個電站一般配置5萬kVA到6.3kVA的變壓器3臺。這么多的大型變壓器在城市中心尤其是在政治色彩很濃的北京城里就好比是一顆顆定時炸彈。因此人們開始對高燃點油變壓器、SF6氣體絕緣變壓器重視起來。 SF6氣體絕緣變壓器，SF6氣體無色，無毒，無味在600以下是穩(wěn)定的惰性氣體，不燃燒，不爆炸，絕緣性能良好熱容

17、量比變壓器油稍差，但在0.14Mpa以上散熱性能良好能滿足變壓器的散熱要求。生產(chǎn)SF6氣體絕緣變壓器要配有SF6充氣回收裝置，并配有氣體壓力表，密度計，SF6氣體絕緣變壓器用有載開關(guān)等特殊組件產(chǎn)品。匝絕緣層絕緣和撐條要用PPS或PET等聚酯材料。由于SF6是有溫室效應(yīng)的氣體，故在工藝上必須保證有較低的年泄漏率為1%/年。 發(fā)展趨勢 變壓器制造工藝的發(fā)展主要結(jié)合新產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)的特點研究出與之相適應(yīng)的工藝，并著重于新材料，新裝備的開發(fā)應(yīng)用以此來不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，但這些新工藝的研究開發(fā)需要大量的資金投入和生產(chǎn)成本的提高。而目前我國變壓器供大于求，價格競爭異常激烈，用戶在招標(biāo)活動中首選條件是價

18、格因素，因此各生產(chǎn)廠家很難進行大量的投入，這樣生產(chǎn)工藝就無法發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量上不去，質(zhì)量上不去，價格也不會高，沒有利潤于是造成惡性循環(huán)，因此有關(guān)部門對變壓器價格規(guī)律應(yīng)給予充分重視加以合理改進。 我國將來變壓器發(fā)展方向仍是節(jié)能型，低噪音，防火防爆型，高可靠性方面發(fā)展，所以上述談的一些工藝仍要繼續(xù)推廣普及使用。另外選用優(yōu)質(zhì)低損耗導(dǎo)磁物質(zhì)，大型產(chǎn)品可選用激光照射或刻槽硅鋼片，帶軸向幅向壓緊裝置的繞線機、汽相干燥設(shè)備、步進式橫剪線等先進生產(chǎn)設(shè)備要普及使用。 絕緣材料加工盡可能由專業(yè)生產(chǎn)廠家統(tǒng)一加工逐步增加新型固體絕緣材料如注塑件等，國外絕緣件加工用激光切割，我國也可以發(fā)展用激光加工絕緣件。 另外對變壓器

19、外在質(zhì)量上應(yīng)下大力氣加以研究，如油箱表面處理，油漆的種類等使油箱盡可能美觀。變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器基本結(jié)構(gòu)主要有下幾個部分：（1） 鐵心：鐵心是變壓器電磁感應(yīng)通路，鐵心一般都是用硅鋼片疊裝，鐵心直徑是變壓器最基本的參數(shù)，鐵心直徑的選取直接關(guān)系到整個變壓器的性能參數(shù)和制造成本。（2） 繞組:繞組是變壓器的電路部分，有高壓組和低壓組兩個組。繞組有銅線和鋁線兩種，可根據(jù)具體情況選擇，將線繞成線圈套裝在鐵心上。（3） 油箱：是變壓器的外殼，內(nèi)裝鐵心、繞組、油。包括油箱本體（箱蓋、箱壁、箱底）和附件。油浸電力變壓器的器身都放在油箱中，箱內(nèi)充滿變壓器油，其目的是提變壓器的高絕緣強度，給變壓器進行散熱。（4）

20、保護裝置：包括油枕、油表、防爆管或壓力釋放閥、吸濕器、凈油器、測溫元件、氣體繼電器等。（5） 散熱器：用來降低變壓器的溫度，為提高油冷卻效果，可采取輔助措施加強散熱。（6） 出線裝置：高壓套管、低壓套管等。（7） 附件：包括溫度計、凈油器、油位計等。變壓器的基本工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變換電能以及把電能從一個電路傳遞到另一個電路的靜止電磁裝置稱為變壓器。變壓器是電力系統(tǒng)中生產(chǎn)、輸送、分配和使用電能的重要裝置。變壓器的設(shè)計任務(wù)及要求變壓器的設(shè)計任務(wù)主要包括變壓器的型式，額定容量，冷卻方式

21、，額定電壓與調(diào)壓方式以及變壓器阻抗電壓值的確定等。按照有關(guān)國家標(biāo)準如電力變壓器及三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求和部件標(biāo)準等，確定變壓器電磁負載，幾何尺寸和電，熱，機械方面的性能數(shù)據(jù)，以滿足使用部門的要求。要有良好的工藝性，使其制造簡單，產(chǎn)品的價格應(yīng)便宜。要求設(shè)計者要綜合考慮上述各種因素，進行多方案比較分析，選取最佳方案。2油浸式變壓器的電磁計算論述變壓器設(shè)計的一般流程圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求確定原始數(shù)據(jù)選擇硅鋼片牌號及鐵芯結(jié)構(gòu)形式;計算鐵芯直徑，選擇鐵芯柱和鐵軛截面另選鐵心柱直徑選擇鐵芯柱磁密，計算每匝電勢計算高低壓繞組匝數(shù)繞組及主縱絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計高低壓繞組的設(shè)計另選導(dǎo)線 不符合要求時 另選導(dǎo)

22、線后仍不符合短路特性的設(shè)計磁路系統(tǒng)設(shè)計與空載特性的計算 不符合要求時鐵芯結(jié)構(gòu)和繞組機械強度的校驗繪制變壓器總體平面布置圖，引線及分接開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定油箱尺寸以及冷確裝置計算溫升用變壓器重量繪制變壓器形尺寸圖 圖1變壓器電磁計算的一般流程圖變壓器的各類參數(shù)規(guī)格 首先變壓器的參數(shù)要滿足幾個條件，即滿足國家標(biāo)準及其他有關(guān)標(biāo)準，符合廠家要求。技術(shù)規(guī)范如下：產(chǎn)品型號： S11-1000/20一次線電壓：20kV±5%聯(lián)接組別： Dyn11調(diào)壓方式： 無勵磁調(diào)壓空載電流： 0.7%短路阻抗： 6.0%冷卻方式： 油浸自冷設(shè)計出一臺產(chǎn)品型號為S11-1000/20，一次線電壓為20kV5%，二次

23、線電壓0.4kV,聯(lián)結(jié)組別為Dyn11,調(diào)壓方式為無勵磁調(diào)壓，空載損耗1.15kW，負載損耗11.33kW，空載電流0.7%，短路阻抗性6.0%，冷卻方式為油浸自冷性價比比較高的油浸電力變壓器。線圈額定電壓的確定電壓、電流及匝數(shù)的計算是在假定變壓器沒有電阻，沒有漏磁和沒有鐵耗的情況下進行的，因為這些問題對計算結(jié)果影響很小。由于三相變壓器有Y接法(或YN接法)與D接法兩種類型，因此在計算電壓、電流時，必須注意線值與相值的關(guān)系，下面分別介紹本設(shè)計用到的Dyn11接法這種情況。D(三角形)接法(見圖2)。這種接法多用于中、低壓繞組。其特點為相電壓等于線電壓，但相電流為線電流的1/，即圖2三相變壓器的

24、D接法另外，對于有分接抽頭的變壓器，還應(yīng)分別計算在不同分接下的電壓和電流。 上所述可知：根據(jù)已知的額定容量、額定電壓(包括各分接電壓)、變壓器繞組的接法以及相數(shù)等，按照上述各有關(guān)公式、即可計算出所需的線、相電流可以及各分接下的電壓。鐵心直徑的選擇 鐵心柱直徑是變壓器的最基本的參數(shù)，因為鐵心柱的大小只要確定了，也就意味著繞組的內(nèi)徑以及原副繞組匝數(shù)的確定，從而影響到變壓器各方面的性能參數(shù)。它的正確選定涉及到變壓器材料消耗的銅鐵比例，也是影響優(yōu)化設(shè)計很重要的因素。所以確定鐵心柱直徑是變壓器設(shè)計的第一步。影響鐵心直徑選擇的主要因素鐵心是變壓器的磁路和骨架。從變壓器原理的分析可知，當(dāng)鐵心磁密一定時，增大

25、鐵心直徑時，繞組匝數(shù)將減少，即鐵心材料消耗增加使得導(dǎo)線材料消耗減少并使得短路阻抗和負載損耗降低；當(dāng)保持繞組匝數(shù)不變，增大鐵心直徑將使得磁密降低，而空載電流、空載損耗也降低，鐵心材料消耗增加。對電力變壓器來說，短路阻抗是一個很重要的參數(shù)，在設(shè)計時要求嚴格控制在一定范圍之內(nèi)。根據(jù)計算短路阻抗公式可知，短路阻抗的電抗分量。若要維持短路阻抗為一定值，則需要使繞組電抗高度減少，并使縱向漏磁等效面積增大，即增加輻向尺寸而減少繞組高度，以使繞組和整個變壓器的尺寸向?qū)挾偷姆较虬l(fā)展。綜上所述：鐵心直徑的選取首先將關(guān)系到整個變壓器的制造成本。這主要看鐵心材料的增加及導(dǎo)線材料的減少之中哪一個量變化對制造成本的影響

26、更大來決定；鐵心直徑的變化還影響到變壓器的各技術(shù)性能參數(shù)的改變；鐵心直徑的選取還影響到整個變壓器的尺寸、形狀等。鐵心材料的選取鐵心采用冷軋硅鋼片疊積而成的, 由于硅鋼片表面已有附著性較好的絕緣膜, 故可不再涂漆。鐵心常用硅鋼片牌號及疊片系數(shù) ( fd ) 從下表1選取 。表1鐵心常用硅鋼片牌號及疊片系數(shù)選取表( fd ) 硅 鋼 片 牌 號 疊片系數(shù) 適 用 的 范 圍 日本新日鐵 ( 川崎 ) 國標(biāo)( fd ) 35Z155 (35RG155) 35Z145 (35RG145) 35Q155 35Q145 常 規(guī) 的產(chǎn) 品 30Z140 (30RG140) 30Q140 30ZH120 (3

27、0RGH120) 30QG120 1) 500kV級的產(chǎn)品 2) 要求損耗比較低的產(chǎn)品 3) 要求噪聲比較低的產(chǎn)品 27ZH100 (27RGH100) 要求損耗極低的產(chǎn)品(需經(jīng)批準) 23ZH 90 (23RGH090) 23ZDKH90 (23RGHPJ090) 要求非常特殊的產(chǎn)品(需經(jīng)批準) 由此表知，要滿足耗損低，噪聲低的要求。應(yīng)選取牌號為:27QG100; 疊片系數(shù)0.96 硅鋼片作為此設(shè)計的鐵心的材料。鐵心直徑的估算鐵心直徑的大小，直接影響材料的用量、變壓器的體積及性能經(jīng)濟指標(biāo)。故選擇經(jīng)濟合理的鐵心直徑是變壓器設(shè)計的重要一環(huán)。硅鋼片重量和空載損耗隨鐵心直徑增大而增大，而線圈導(dǎo)線重量

28、和負載損耗隨鐵心直徑增大而減小。合理的鐵心直徑就是硅鋼片和導(dǎo)線材料的用量比例適當(dāng)，打破到最經(jīng)濟的效果，故鐵心直徑的大小，與采用的硅鋼片性能和導(dǎo)線材料直接有關(guān)。根據(jù)關(guān)系式的推導(dǎo)，鐵心直徑D與變壓器容量P的四分之一次方成正比的關(guān)系，但因為變壓器分單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦等，同樣容量但肖耗材料不同。每柱容量 ( Pzh ) 的計算 每柱容量是在每個鐵心柱上各繞組額定容量折算成雙繞組后的型式容量。 kVA 式 中: Pri 各繞組額定容量的總和( kVA ) , 如高、中壓為自耦聯(lián)結(jié)時, 則高壓及中壓額定容量, 應(yīng)分別乘以效益系數(shù) ;式 中: U1、U2 分別為高壓及中壓側(cè)的額定電壓( kV

29、) ; mzh 套有繞組的鐵心柱數(shù)。鐵心直徑的計算（mm）(從變壓器設(shè)計手冊上查表取標(biāo)準直徑) 式中:為鐵心直徑經(jīng)驗系數(shù) , 對于冷軋硅鋼片的鐵心及銅線繞組的變壓器 , 一般取=5257,對特大型變壓器,由于運輸高度的限制,經(jīng)驗系數(shù)有時取得還要更大些;為每柱容量( kVA ) 從一般情況來說與變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)，就一般情況來說，他是具有銅線大于鋁線雙繞組大于三繞組的結(jié)構(gòu)特點,但隨著現(xiàn)代變壓器制作工藝技術(shù)的進步，的取值并不是一層不變的,影響取值的因素還包括產(chǎn)品的價格及發(fā)展，還有不同廠家的不同條件來選取最優(yōu)的值。高、低壓線圈匝數(shù)的計算初選每匝電勢（）的計算式中:為初算后的每匝電壓,單位;為初選的鐵心柱

30、的磁通密度,單位T;為鐵心柱的有效截面積,單位cm2 ;為50Hz; 從上式可以知道，當(dāng)鐵心截面積確定后，每匝電勢大小的選擇主要取決于最大磁通密度Bm的選擇。但我們在設(shè)計時，最大磁密Bm的選擇就成了一項比較復(fù)雜的問題了，因為它主要涉及到了鐵心材料的用量、特性、損耗、電勢的波行、噪聲等等一系列的因素。 當(dāng)磁通密度取得比較大時是可以節(jié)省鐵心材料的消耗，但磁密取得越大時會越接近飽和點，使得激磁電流和鐵心的損耗隨之增加，運行損耗也會增加，鐵心發(fā)熱也會增加。所以磁通密度大小的選擇牽涉到了制造成本，同時也關(guān)系到了運行上的費用。當(dāng)然磁通密度的選擇還的硅鋼片的材質(zhì)飽和特性有關(guān)，對于現(xiàn)在我國常采用到的冷軋硅鋼片

31、而言，一般飽和磁通密度取1.9-2.0T。但磁密的選擇是要考慮它的運行特點的。如，對于有分接電壓的應(yīng)考慮在+5%電壓運行時電壓波形仍然為正弦波形，此時則要可靠防止變壓器運行在飽和階段。在GB1094.1中曾明確的規(guī)定：當(dāng)電壓最大值不超過響應(yīng)分接電壓的+5%時，變壓器在該分解的容量下是可連續(xù)運行的。即是說，變壓器在+5%的額定電壓下運行時還能輸出額定電流。1.70T，對大型變壓器一般取1.7-1.75T。低壓繞組匝數(shù)的計算 初選低壓繞組匝數(shù)公式為： 匝 匝數(shù)不能為小數(shù)，所以取整后即為低壓繞組匝數(shù)。 實際的每匝電壓公式為： 上式在重新計算的值時，必須保留小數(shù)點后三位有效數(shù)字，主要是為了使具有比較精

32、確的值，以使下一步計算出的高壓繞組匝數(shù)能符合電壓比校核時的要求。磁通密度的計算 當(dāng)每匝電壓確定后，就能最終確定磁通密度。高壓繞組匝數(shù)的計算高壓繞組最小分接位置時的匝數(shù)：匝，為取整后的數(shù)值。5%分接間相電壓的差值計算:分接間匝數(shù)的計算：匝，為取整后的數(shù)值。最小分接位置時匝數(shù)為匝時， 電壓比：額定分接位置時匝數(shù)為匝時，電壓比：最大分接位置時匝數(shù)為匝時,電壓比：式中為額定相電壓;為計算的相電壓;變壓器絕緣的設(shè)計分類及對絕緣的要求變壓器通?？梢苑譃椋焊墒阶儔浩鳌⒂徒阶儔浩骱蜌怏w絕緣變壓器，氣體絕緣變壓器主要氣體成分是六弗化硫，他們中的任何類型的變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)都是很重要的。它影響到運行的可靠性，還決

33、定了產(chǎn)品的技術(shù)先進性和成本的高低。對絕緣設(shè)計的基本要求有三個方面：電性能的要求變壓器長期運行的過程中要承受長期最大的工作電壓，更是要受各種可能的過電壓影響，后者是主要的影響因素， 它是衡量變壓器主要絕緣水平的一個重要依據(jù)。變壓器電性能的優(yōu)劣主要是靠各種試驗電壓保證。 變壓器對熱性能的要求 變壓器在運行過程是會因損耗而發(fā)熱直到穩(wěn)定的穩(wěn)升值，高溫條件是會加快變壓器絕緣材料的老化，從而使其壽命縮短。通常根據(jù)變壓器絕緣材料使用的不同而等級不同，都規(guī)定了相應(yīng)的最高容許發(fā)熱溫升值和額定溫升值的大小，運行過程中只要發(fā)熱超過最高容許值后變壓器的壽命會大打折扣。變壓器機械性能的要求 當(dāng)電流通過變壓器繞組時，在電

34、流與學(xué)習(xí)漏磁兩者的作用下，繞組導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生電動力，尤其是突然短路的情況下會產(chǎn)生很大的短路電流，此時電動力將達到非常大的數(shù)值。在設(shè)計時選用的絕緣要有足夠的動穩(wěn)定性和機械強度。同時它是也影響到變壓器壽命的主要因素。導(dǎo)線、電流密度的選擇導(dǎo)線的選擇 以前為了銅用量的節(jié)約變壓器容量一般在6300KV以下時使用鋁導(dǎo)線，如果容量更在時則銅線或鋁合金導(dǎo)線。而現(xiàn)在低損耗的變壓器一般是用銅導(dǎo)線。常用的導(dǎo)線有以下幾類：紙包扁線（ZB)、漆包圓線（QQQZ等）。紙包扁導(dǎo)線用a×b即寬×厚表示。兩邊的絕緣厚度一般有0.450.951.351.95mm等幾類，扁線的厚度一般在1.125.6mm之間，扁

35、線的寬度一般層式繞組選用小值，而餅式繞組選用大值。因為如果選太厚時會造成工藝上繞線太困難，選太薄時會造成焊接困難，同時也不易平彎。電流密度的選擇。小型變壓器則盡可能取低值，容量較大時，電流密度可取高些。低損要求的變壓器銅導(dǎo)線電流密度一般取2.5- 3，特殊要求的可取更小值。變壓器的繞組選擇變壓器繞組的結(jié)構(gòu)型式及其特點 變壓器繞組在電力變壓器中是最復(fù)雜也是最重要的一個組成部分，它的參數(shù)直接決定變壓器的容量大小，電壓電流大小及其使用條件。它由鋁或銅(圓扁線）繞制，再配上專門的絕緣部件組成。而它的繞組型式主要的依據(jù)是電壓等級和電流大小選擇，同量還要考慮到它的電機械強度、散熱性能、等等一系列的問題。一

36、般對電壓等級較低電流大的繞組采用多根扁導(dǎo)線聯(lián)繞制成螺旋式的繞組形式，反之，一般采用連續(xù)式或糾結(jié)式插入電容的內(nèi)屏蔽式繞組。繞組選取的要求絕緣強度的要求 保證變壓器的運行中會會發(fā)生任何部位的絕緣擊穿，要求繞組設(shè)計時有足夠大的裕度。動穩(wěn)定的要求 要求繞組有足夠強的機械強度，能夠在承受強大電磁力的同時結(jié)構(gòu)不會發(fā)生損壞。散熱性能的要求 盡量減小油的阻力，不會產(chǎn)生死油區(qū)，變壓器在發(fā)生短路時會生很大的熱量，不會燒毀線匝。繞組的型式（主要針對本設(shè)計繞組介紹）線圈是變壓器輸入和輸出電能的電氣回路，是變壓器的基本部件，也是變壓器檢修的主要部件，它是由銅，鋁和圓扁導(dǎo)線繞制，再配置各種絕緣件組成的。變壓器容量和電壓等

37、級的不同，線圈所具有的結(jié)構(gòu)特點亦各不相同，其中包括匝數(shù)，導(dǎo)線截面，并聯(lián)導(dǎo)線換位，繞向，線圈的連接方式等。線圈必須具有足夠的電氣強度，耐熱強度和機械強度，以保證制造或修理后的變壓器能夠可靠的運行根據(jù)經(jīng)驗可得本臺變壓器高壓線圈為多層圓筒式，低壓線圈為螺旋式。高壓在外，低壓在內(nèi)的布置形式。采用圓導(dǎo)或扁導(dǎo)線繞制，可繞成若干個線層，在線之間放置分級層間絕緣或者冷卻油隙，繞組內(nèi)側(cè)第一層對地之間的電容比較大，會使得雷電沖擊電壓分布不均勻，因此當(dāng)繞組工作電壓在35KV以上時應(yīng)在第一層內(nèi)側(cè)放置電容屏，用來改善沖擊電壓的起始分布。常用于容量630kvA及以下，電壓335KV級的高壓線圈。變壓器繞組主要有以下幾種類

38、型：（1） 層式繞組：分為單層、多層圓筒式、箔式繞組等，其特點是疊層繞制而成。（2） 餅式繞組：分為連續(xù)式、糾結(jié)式、螺旋式、內(nèi)屏蔽式等。其特點是沿軸向高度的繞組是由一個個的水平線餅組成。它廣泛應(yīng)用于大中型變壓器中。（3） 交錯式繞組：其特點為高壓繞組和低壓繞組沿軸向互相交錯排列而成，主要用于殼式變壓器。繞組型式的選擇可參考下表2。表2繞組選型參考表容量kVA電壓kV繞組型式繞組位置630及以下雙層圓筒式內(nèi)線柱500及以下3-10多層圓筒式外線柱630及以下352000及以下60兩段圓筒式外線柱800-1000雙螺旋內(nèi)線柱1250-2000四螺旋4000-100003單螺旋或單半螺旋16000-

39、50000640000-630001031500及以上35單螺旋式、單半螺旋、連續(xù)式31500及以上60連續(xù)式800-31503連續(xù)式或半連續(xù)式外線柱700-100006630及以上10800及以上352500及以上60糾結(jié)一部分糾結(jié)連續(xù)式5000及以上110內(nèi)屏蔽連續(xù)式31500及以上220糾結(jié)式、內(nèi)屏式、分級補償絕緣半徑 變壓器絕緣是電力變壓器，特別是高壓和超高壓電力變壓器的重要組成部分。從變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計方面來說，通常分為六大部分，即繞組、鐵心、引線、器身、油箱重量。其中，繞組、引線、器身和總裝(涉及外絕緣)四大部分直接與絕緣有緊密的聯(lián)系，鐵心和油箱也涉及到絕緣問題。另外，絕緣問題無論是在

40、變壓器制造過程中，還是在變壓器運行中往往都是最敏感、最直觀地表現(xiàn)出來，所以變壓器絕緣成為變壓器制造廠家和使用部門員為關(guān)注、最為重視的問題。 制造和運行經(jīng)驗表明，電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)及其絕緣材科的可靠性，直接影內(nèi)到變壓器運行的可靠性。在保證運行可靠性的前提下，縮小變壓器絕緣距離，具有明顯的經(jīng)濟意義。因此，合理地確定變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和正確選用絕緣材科，具有重要的技術(shù)經(jīng)濟意義。研究變壓器絕緣，就是要把握住變壓器絕緣的內(nèi)在聯(lián)系，做到合理地確定變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和正確選用絕緣材料，以便在保證可靠性的前提下。設(shè)計出性能先進，且是最經(jīng)濟的變壓器來。主絕緣距離是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和制經(jīng)驗確定的。鐵心窗高鐵心窗高包括線圈軸向

41、高度及線圈至上下鐵軛的絕緣距離，并以高壓線圈計算高度為準。且使線圈在壓板或公用鐵軛絕緣以下的總高度必須相等；以使所有的線圈壓緊。鐵心窗高，按下式計算，其尾數(shù)湊成5的倍數(shù)。-高壓線圈的軸向高度，-線圈兩端靜電板的總高度，-線圈或靜電板至下鐵軛的絕緣距離，-線圈或靜電板至壓板或上鐵軛的絕緣距離，-壓板厚度，-上端間隙。鐵心中心距線圈幾何尺寸確定后，即可計算鐵心各部的幾何尺寸和鐵心硅鋼片的重量。鐵心中心距:取5的倍數(shù)式中：-相間距離鐵心柱重量式中：套有線圈胡鐵心柱數(shù)，三相三柱式取3；硅鋼片的比重；鐵心窗高；鐵心柱凈截面；鐵軛重量式中：上下主軛的心柱中心柱數(shù)目，三相三柱式取4；硅鋼片的比重；鐵心窗高；

42、鐵心柱凈截面；鐵心總重量式中：-鐵芯柱重量-鐵軛重量-角重空載損耗變壓器的空載損耗包括基本鐵耗和附加鐵耗，基本鐵耗又包括磁滯損耗和渦流損耗。在實際的計算中，則是根據(jù)變壓器的硅鋼片的型號及最大磁密，在設(shè)計手冊中查得單位重量鐵耗，變壓器某一部分的基本鐵耗就等于這一部分的重量乘以單位重量鐵耗。目前采用鐵心柱與鐵軛凈截面相等的結(jié)構(gòu)，則用變壓器鐵心的總重量乘以單位重量的鐵耗，即為基本鐵耗。附加鐵耗也不單獨計算，用基本鐵耗乘以空載損耗附加系數(shù)即可。式中：-空載損耗附加系數(shù)，-硅鋼片單位質(zhì)量鐵損耗空載電流變壓器的空載電流由鐵耗電流和磁化電流兩個分量合成。鐵耗電流：磁化電流：-鐵芯轉(zhuǎn)角部分勵磁電流增加系數(shù)，對

43、全斜接縫，一般取；-鐵芯單位磁化容量，查變壓器手冊；-鐵芯接縫總數(shù)，三相三柱式一般??；-接縫磁化容量，根據(jù)斜接縫出磁密查表；負載損耗 負載損耗，對兩繞組變壓器而言，它包括兩個繞組的導(dǎo)線電阻損耗、導(dǎo)線附加損耗（導(dǎo)線渦流損耗和導(dǎo)線環(huán)流損耗）、引線損耗以及雜散損耗。 漏磁場引起的損耗降低變壓器效率，引起變壓器個別部件的過熱。隨著變壓器容量增大，褐磁場引起的損耗的絕對值和相對值均增大，散熱越來越困難。所以應(yīng)該采取專門措施以減少這種損耗。減少漏磁場引起的損耗的最有效措施是減少漏磁場本身。這種措施雖然是可行的，但是這將導(dǎo)致短路電流增大，限制了標(biāo)準中規(guī)定阻抗電壓數(shù)值。在漏磁場數(shù)值為一定的前提下，采取下列措施

44、可以減少損耗： 改善漏磁場圖形并使漏磁通沿著引起最小損耗的路徑通過(控制褐磁場) 正確地選擇變壓器個別元件的結(jié)構(gòu)和尺寸；采用某些不導(dǎo)電和不導(dǎo)磁材料代替導(dǎo)電和導(dǎo)磁材料繞組導(dǎo)線電阻損耗計算式中：-相數(shù)-分接的相電流-分接的相電阻導(dǎo)線附加損耗式中：-繞組導(dǎo)線的附加損耗系數(shù)，-被計算繞組的渦流損耗系數(shù)， -被計算繞組的環(huán)流損耗系數(shù)，-渦流系數(shù)，時，銅線 m-垂直于漏磁場方向的導(dǎo)線根數(shù)，連續(xù)式，m=每段匝數(shù)并聯(lián)根數(shù) n-平行于漏磁場方向的導(dǎo)線根數(shù)，連續(xù)數(shù)，n=總段數(shù) a-垂直于漏磁場方向的裸導(dǎo)線尺寸，即沿輻向方向單根裸導(dǎo)線厚度 s-單根裸導(dǎo)線面積-洛氏系數(shù)引線損耗為式中： -繞組導(dǎo)線的電阻損耗雜散損耗的

45、計算當(dāng)油箱尺寸未知時，對于63000kVA及以下容量的變壓器的雜散損耗，可大致按下式來估算：式中：-變壓器的額定容量阻抗電壓計算當(dāng)線圈幾何尺寸確定后，應(yīng)首先計算阻抗電壓大符合要求后，才能進行線圈數(shù)據(jù)計算。阻抗電壓（%）值是由其電阻分量（%）與電抗分量（%）的相量合成。阻抗電壓電阻分量：當(dāng)不考慮橫向漏磁時，電抗分量（%）可按下式計算式中：-頻率，；-額定電流，；-主分接時的總匝數(shù)（為同一側(cè)數(shù)據(jù)）；-每匝電勢，；-兩個繞組的平均電抗高度；3 S11-1000/20油浸式電力變壓器電磁計算根據(jù)所給任務(wù)書的要求，具體參數(shù)如下產(chǎn)品型號： S11-1000/20一次線電壓：20kV±5%聯(lián)接組別

46、： Dyn11調(diào)壓方式： 無勵磁調(diào)壓空載電流： 0.7%短路阻抗： 6.0%冷卻方式： 油浸自冷額定電壓與額定電流的計算高壓側(cè)額定電壓和電流計算： V V V A A低壓側(cè)額定電壓和電流計算： V V A鐵心的選擇鐵心材料的選擇鐵心用冷軋硅鋼片疊積而成，硅鋼片表面已有附著性較好的絕緣薄膜，故可不再涂漆。由于本產(chǎn)品設(shè)計要求損耗與噪聲較低，故選取硅鋼片牌號為：27QG100（中國國標(biāo)）。每柱容量（)計算鐵心直徑（D)的估算鐵心直徑為：按標(biāo)準取225mm或226mm，本方案選用鐵心直徑，查表知 鐵心級數(shù)為級，鐵心的疊片系數(shù)：；鐵軛截面積為：；三相角重為： 鐵心各級尺寸如下表3所示:表3 鐵心各級尺寸

47、大小n1級2級3級4級5級6級7級8級9級10級片寬2152051951851701551401209570級厚6613108987775線圈計算初選每匝電勢的計算V/匝低壓繞組匝數(shù)計算 取匝 則 V/匝高壓繞組匝數(shù)的計算 最小分接頭位置：匝，取匝5%分接相間相電壓的差值V分接間匝數(shù)匝，取匝中間分接位置的匝數(shù)匝最大分接位置的匝數(shù)匝最小分接位置時電壓比較核：<-0.25%中間分接位置時電壓比較核：<-0.25%最大分接位置時電壓比較核：<-0.25%線圈型式的選擇和排列導(dǎo)線的選擇（1） 低壓線圈導(dǎo)線的選擇 初選線圈電流密度為A/，,查表低壓線圈選用雙螺旋式，采用扁銅線可取單螺旋

48、每組6根導(dǎo)線，因為b/a=3，所以3=40，a=3.65，根據(jù)設(shè)計手冊上導(dǎo)線的選擇取a=3.55，則對應(yīng)的b=11.2 低壓線圈實際的電流密度為： A/（2）高壓線圈導(dǎo)線的選擇 高壓線圈根據(jù)容量和電壓等級，采用多層圓筒式線圈繞組。取假設(shè)電流密度A/ 來確定高壓線圈導(dǎo)線的截面積： 因為b/a=3，所以3=5.57，a=1.36，根據(jù)設(shè)計手冊上導(dǎo)線的選擇取a=1.5，對應(yīng)b=3.75，=5.410的紙包扁銅線導(dǎo)線，型號為ZB-0.45。則實際電流密度A/線圈尺寸的計算（1） 低壓線圈尺寸的計算低壓線圈匝數(shù)為17匝，采用層式端部出線，8根撐條。×電流密度3 低壓線圈輻向尺寸計算：+ 0.5

49、0 × 6 + 0.7 （2.8%） 25 則=25 低壓線圈軸向尺寸計算：×（17+1）× 3×（18×2-1）=105+ 105 - 9.2（8.7%) 517電抗高度為×2+3×（2）高壓圈尺寸的計算高壓線圈匝數(shù)為1547匝，采用層式端部出線。分15層，分布情況如表4所示表4匝數(shù)分布表層數(shù)12345678匝數(shù)104104104104104104104104總數(shù)104204312416520624728832層數(shù)9101112131415匝數(shù)10410410410410410491總數(shù)936104011441248135

50、214561547×3.75 電流密度3油道：3mmV（兩層間最大工作電壓）層間絕緣紙的總張數(shù)為9張，其中長絕緣紙的張數(shù)為5，短絕緣紙的張數(shù)為4。 高壓線圈輻向尺寸的計算： 1至5級輻向尺寸： + 0.5 × 5 10 + 4××2 + 7× + 5××3 + 0.1 （0.8%） 5至15級輻向尺寸： 2 × 10 20 + 4××4 + 6× + 5××8 + 0.54 （1.1%）則=12.5+25.5+3=41 高壓線圈軸向尺寸計算： 105× 3

51、.75+0.5 + 13.75（3.1%） 460 即=460絕緣半徑的計算低壓線圈內(nèi)半徑：低壓線圈外半徑：高壓線圈內(nèi)半徑： 高壓線圈外半徑：低壓線圈平均半徑：高壓線圈平均半徑：漏磁空道的平均半徑：-高低壓線圈之間的距離絕緣半徑數(shù)據(jù)如圖3所示圖3絕緣半徑鐵心窗高的計算取5的倍數(shù)鐵心中心距的計算取5的倍數(shù)鐵心重量的計算鐵心柱重量的計算鐵軛重量的計算鐵心總重量的計算空載損耗計算按磁通密度B=1.69T，硅鋼片的型號取為27QG100,則可以查變壓器設(shè)計手冊取得：,，則空載損耗：因為所以符合設(shè)計要求?？蛰d電流計算鐵耗電流：磁化電流： 查變壓器手冊得，則磁化電流為：空載電流：符合設(shè)計要求。線圈導(dǎo)線長度

52、計算高壓線圈導(dǎo)線長度計算線圈平均匝長：線圈每相導(dǎo)線長度：低壓線圈導(dǎo)線長度計算線圈平均匝長：線圈每相導(dǎo)線長度：線圈導(dǎo)線電阻計算 高壓線圈電阻：低壓線圈電阻：負載損耗計算繞組導(dǎo)線電阻損耗計算高壓繞組導(dǎo)線電阻損耗：低壓繞組導(dǎo)線電阻損耗：繞組導(dǎo)線電阻損耗：導(dǎo)線附加損耗計算高壓繞組的附加損耗：低壓繞組的渦流損耗系數(shù)：低壓繞組的附加損耗：導(dǎo)線附加損耗為：引線損耗計算雜散損耗的計算3.13.5 負載損耗阻抗電壓阻抗電壓 （%）值是由其電阻分量（%）與電抗分量（%）的相量合成。阻抗電壓電阻分量：阻抗電壓電抗分量： 則查表的，則 阻抗電壓為：與設(shè)計要求的標(biāo)準值得誤差：符合要求線圈導(dǎo)線重量計算裸導(dǎo)線重量計算高壓線圈裸導(dǎo)線重量：低壓線圈裸導(dǎo)線重量：絕緣重量計算高壓線圈絕緣重量：低壓線圈絕緣重量：3.15.3 絕緣導(dǎo)線重量計算高壓線圈絕緣導(dǎo)線重量：低壓線圈絕緣導(dǎo)線重量：溫升計算（1）繞組對油的平均溫升的計算高壓繞組對油的平均溫升高壓線段內(nèi)散熱表面：高壓線段外散熱表面：高壓繞組表面熱負荷：高壓繞組的平均溫升：，符合要求。低壓繞組對油的平均溫升低壓線段內(nèi)散熱表面：低壓線段外散熱表面：低壓繞組橫向散熱表面：低壓繞組表面熱負荷：低壓繞組平均溫升：，符合要求。（2）空氣對油的平均溫升油箱尺寸的計算油箱高度：油箱寬度：油箱長度：油箱幾何面積的計算