高壓油浸式變壓器設(shè)計及研究

1、高壓油浸式變壓器設(shè)計及研究目 錄摘要Abstract第1章 概述- 1 -1.1 變壓器的分類- 1 -1.2 電力變壓器性能參數(shù)- 1 -1.2.1 短路阻抗- 2 -1.2.2負(fù)載損耗- 2 -1.2.3空載損耗- 2 -1.2.4空載電流- 2 -第2章 原理- 3 -2.1 變壓器的空載運行- 3 -2.2 變壓器的負(fù)載運行- 3 -第3章 變壓器的結(jié)構(gòu)- 4 -3.1 鐵心的作用及分類- 4 -3.2 鐵心的疊積形式和疊積圖- 6 -3.3變壓器繞組- 6 -3.3.1變壓器繞組的基本要求- 6 -3.3.2同心式繞組的幾種形式- 7 -第4章 變壓器油箱- 10 -第5章 變壓器設(shè)

2、計計算- 12 -5.1 技術(shù)要求- 13 -5.2 額定電壓和電流的計算- 13 -5.3 主要材料- 14 -5.4 鐵心直徑的選擇- 14 -5.5 線圈計算- 14 -5.5.1 線圈匝數(shù)的計算- 14 -5.5.2 線圈型式的選擇及排列- 15 -5.6 導(dǎo)線的選擇及線圈輻向尺寸的計算- 16 -5.7 絕緣半徑計算- 18 -5.8 阻抗電壓計算- 19 -5.9 線圈數(shù)據(jù)計算- 20 -5.10 鐵心計算- 21 -5.11 空載損耗、渦流損耗百分?jǐn)?shù)Kw和空載電流的計算- 22 -5.12 油溫升計算- 23 -5.13 油箱尺寸的估計- 25 -5.14 損耗計算- 25 -5

3、.15 散熱計算及散熱器的選擇- 26 -5.16 各部分對油溫升計算- 27 -5.17 安匝分布- 27 -5.18 機(jī)械力- 30 -5.19 變壓器重量計算- 32 -參考文獻(xiàn)- 35 -結(jié) 束 語- 36 -致 謝- 38 -附錄附錄A 鐵心圖附錄B 總裝圖附錄C 高壓引線高壓油浸式變壓器設(shè)計及研究摘 要：本文從電力變壓器的發(fā)展歷史，綜合我國變壓器的發(fā)展簡況，及目前我國變壓器的制造水平，分析我國電力變壓器的差距及發(fā)展方向，對電力變壓器的前景予以展望；對變壓器的各部分進(jìn)行理論分析，探究變壓器如何實現(xiàn)低損耗、高效率、低噪音；同時針對6300kVA油浸式變壓器進(jìn)行理論分析，包括鐵心方案和繞

4、組方案設(shè)計以及電磁計算；由電壓大小和工藝方法選擇繞組方案；并進(jìn)行溫升計算、選擇散熱形式；并繪制出各部分的工程圖紙。關(guān)鍵詞：電力變壓器; 設(shè)計; 連續(xù)式繞組; 冷卻方式 High-pressure oil soak type transformer Design and research Abstract: This text summarize the development of the transformer in our country from the developmental history of the power transformer, and current manufac

5、turing level of the transformer, to analyze the margin of the power transformer and the direction of development, give the outlook to the foreground of the electric power transformer. Give each part of the transformer an analysis of theories, and investigating the transformer how to make the transfo

6、rmer achieve the function of low exhausting, high-efficiency and low noise. At the same time, it has an analysis about oil immerse type transformer, including the design of iron heart project and coil project and the electromagnetism computes. The coil project would be chosen according to the voltag

7、e size and the craft method. Then have the calculation of the temperature rise, and choosing the cooling form, at last, drawing the engineering diagram of each part.Keywords: power transformer; Design; successional coil; the way of cooling - 37 -第1章 概述1.1 變壓器的分類按照單臺變壓器的相數(shù)來區(qū)分,可以分為三相變壓器和單相變壓器。在三相電力系統(tǒng)中

8、,一般應(yīng)用三相變壓器，當(dāng)容量過大且受運輸條件限制時，在三相電力系統(tǒng)中也可以應(yīng)用三臺單相式變壓器組成變壓器組。按照繞組的多少來分，可分為雙繞組變壓器和三繞組變壓器。通常的變壓器都為雙繞組變壓器，即在每相鐵芯上有兩個繞組，一個為原繞組，一個為副繞組。三繞組變壓器為容量較大的變壓器（在5600千伏安以上），用以連接三種不同的電壓輸電線。在特殊的情況下，也有應(yīng)用更多繞組的變壓器。按照結(jié)構(gòu)形式來分類，則可分為芯式變壓器和殼式變壓器。如繞組包在鐵芯外圍則為鐵芯式變壓器；如鐵芯包在繞組外圍則為殼式變壓器。二者不過在結(jié)構(gòu)上稍有不同，在原理上沒有本質(zhì)的區(qū)別。電力變壓器都系心式。按照絕緣和冷卻條件來分，可分為油浸

9、式變壓器和干式變壓器。為了加強(qiáng)絕緣和冷卻條件，變壓器的鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中。在特殊情況下，例如在路燈，礦山照明時，也用干式變壓器。此外，尚有各種專門用途的特殊變壓器。例如，試驗用高壓變壓器，電爐用變壓器，電焊用變壓器和可控硅線路中用的變壓器，用于測量儀表的電壓互感器與電流互感器。油浸式電力變壓器在運行中，繞組和鐵芯的熱量先傳給油，然后通過油傳給冷卻介質(zhì)。油浸式電力變壓器的冷卻方式，按容量的大小，可分為以下幾種：1、自然油循環(huán)自然冷卻（油浸自冷式） 2、自然油循環(huán)風(fēng)冷（油浸風(fēng)冷式）3、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻4、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻1.2 電力變壓器性能參數(shù)在電力變壓器在設(shè)計之前，必須

10、明確設(shè)計技術(shù)任務(wù)書中的各項技術(shù)參數(shù)。包括變壓器的容量、相數(shù)、頻率、變壓器一二次側(cè)的額定電壓、繞組接線方式和聯(lián)結(jié)組、變壓器的冷卻方式、絕緣水平、負(fù)載特點、安裝特點以及由“三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求”規(guī)定的或由用戶和制造廠共同商定的四項性能參數(shù)：短路阻抗、負(fù)載損耗、空載損耗和空載電流。1.2.1 短路阻抗短路阻抗包括兩個分量，即有功分量和無功分量。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)一定時,變壓器電壓調(diào)整率基本上與短路阻抗成正比，變壓器的負(fù)載損耗、成本也隨短路阻抗的增加而增加，所以從降低成本、減少損耗這一角度出發(fā)，短路阻抗小些為好。但變壓器短路時的穩(wěn)態(tài)電流增長倍數(shù)與短路阻抗成反比，為了限制變壓器動熱穩(wěn)定，短路阻

11、抗大一些為好。短路阻抗的選定一般按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來選；如有特殊要求，必須在技術(shù)任務(wù)書上注明。1.2.2負(fù)載損耗當(dāng)變壓器二次側(cè)繞組短路，由一次側(cè)通入額定頻率的低電壓，使電流和為額定，這時因在一、二次繞組中流過電流、時，則在其中產(chǎn)生電阻損耗，即銅耗。耗包括基本損耗和附加損耗?；緭p耗指直流電阻損耗。降低電流密度，增加導(dǎo)線截面就可以降低直流電阻損耗。附加損耗主要是由于漏磁場引起導(dǎo)線的集膚效應(yīng)和多根導(dǎo)線并繞時環(huán)流以及結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的渦流損耗，在配電變壓器中附加損耗約占基本銅耗的0.5%-5%。附加損耗通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用新工藝、新材料來降低。總之，大幅降低附加損耗必然回增加制造成本。1.2.3空載損耗變壓器

12、的空載損耗中，如果忽略勵磁電流在一次繞組中產(chǎn)生的電阻損耗和介質(zhì)損耗之外，主要是由鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗所構(gòu)成。這兩種損耗都與硅鋼片的材質(zhì)、磁密取值有關(guān)，同時與硅鋼片的加工也有很大的關(guān)系。目前大量采用高牌號優(yōu)質(zhì)硅鋼片，利用先進(jìn)的縱、橫剪線剪切，使硅鋼片的空載損耗大幅度降低。1.2.4空載電流空載電流是指變壓器的一個繞組施加額定頻率的額定電壓，其他繞組開路時，流過繞組中的電流，一般用額定電流的百分?jǐn)?shù)來表示?？蛰d電流包括勵磁電流和鐵損電流兩個分量，也稱為空載電流的無功分量和有功分量。其中無功分量時當(dāng)變壓器空載運行時在鐵心中產(chǎn)生磁通的勵磁電流，而有功分量是空載運行時在一次線圈和鐵心中產(chǎn)生有功損耗的

13、電流。無論從變壓器的安全運行還是從變壓器的經(jīng)濟(jì)運行的角度去考慮，都希望空載電流小些。隨著鐵心結(jié)構(gòu)和制造工藝的改進(jìn)，以及硅鋼片的性能的改善，目前變壓器的空載電流已經(jīng)大大降低了。第2章 原理2.1 變壓器的空載運行變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組開路、負(fù)載電流為零（即空載）時的運行，稱為空載運行。|u1/u20|e1/e2=N1/N2=kk稱為變壓器的電壓比。從上式可見，空載運行時，變壓器一次繞組與二次繞組的電壓比就等于一次、二次繞組的匝數(shù)比。因此，要使一次和二次繞組具有不同的電壓，只要使它們具有不同的匝數(shù)即可，這就是變壓器能夠“變壓”的原理。通過鐵心并與一次、二次繞組相交鏈的磁通叫做主磁通，

14、用表示=-1/N12E1sint=mcost或E1=4.44fN1m上式表明，對于已經(jīng)制成的變壓器，主磁通的大小和波形主要取決于電源電壓的大小和波形。2.2 變壓器的負(fù)載運行變壓器的一次繞組接到交流電源，二次繞組接上負(fù)載阻抗ZL時，二次繞組中便有電流流過，這種情況稱為變壓器的負(fù)載運行正方向的規(guī)定：1、 首先選定原繞組電流I1的正方向為由首端A經(jīng)原繞組流至末端X。2、 由I1的正方向按右螺旋關(guān)系確定主磁通m的正方向，同理按右螺旋關(guān)系由m的正方向定出副繞組電流I2的正方向：由副繞組的首端a經(jīng)繞組流至末端x。原副繞組漏磁通1和2也分別與I1和I2的正方向保持右螺旋關(guān)系。3、 原、副繞組主電勢E1和E

15、2的正方向與m的正方向保持右螺旋關(guān)系，而其漏磁電動勢E1和E2的正方向分別與1和2的正方向也保持右螺旋關(guān)系，因此在原副繞組中所有電動勢的正方向均與電流的正方向一致。4、 原繞組電路被看作電網(wǎng)負(fù)載，故原電壓U1的正方向同于I1的正方向。副繞組主電動勢E2是產(chǎn)生副電流I2之源，故對于副邊來說，副繞組看作是電源，而阻抗ZL是負(fù)載。從外電路來看，電流I2的正方向是從x點經(jīng)負(fù)載至a點，故副電壓U2的正方向應(yīng)從x點至a點。第3章 變壓器的結(jié)構(gòu)3.1 鐵心的作用及分類鐵心是變壓器的基本部件，是變壓器的磁路和基本骨架。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)化為磁能，又把磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔?，是轉(zhuǎn)換的媒質(zhì)。同時鐵心還是變壓器

16、的骨架，鐵心柱上套裝繞組、支撐引線、木夾件、分接開關(guān)和變壓器內(nèi)部的所有部件。由此可見構(gòu)成變壓器的鐵心除開鐵心本體之外，還有緊固件和固定裝置，另外還要具備各種絕緣件以及接地片和墊腳。鐵心由磁導(dǎo)率很高的硅鋼片制成，硅鋼片很?。?.270.35mm），且有絕緣。變壓器鐵芯是由鐵柱及上下鐵軛組成，鐵芯柱截面是外接圓內(nèi)階梯形，鐵軛截面是隨鐵芯直徑大小而不同。鐵芯是由優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向的硅鋼片疊積而成，鐵芯柱用無緯環(huán)氧玻璃粘帶綁扎，鐵軛通過空心螺桿用夾件夾緊。鐵芯的四角沖矩形槽，內(nèi)裝方鐵與夾件相連，供拉緊夾件，吊起器身和承受線圈短路機(jī)械應(yīng)力用。上夾件焊有吊環(huán)，供吊運變壓器器身用。強(qiáng)油導(dǎo)向的變壓器，下夾件裝有

17、導(dǎo)油管，使冷卻器打入油箱的油大部分導(dǎo)入繞組。對于疊鐵心來說，鐵軛截面分為矩形、倒T形、倒多級T形、正T形、正多級T形、多級圓形和多級橢圓形幾種。其中多級圓形截面廣泛用于現(xiàn)代各種變壓器中。 所有7或8型產(chǎn)品鐵芯均為45全斜接縫無孔結(jié)構(gòu)，芯柱用無緯環(huán)氧玻璃粘帶綁扎，上下鐵軛通過裝在夾件上的拉帶夾緊。上下夾件利用鐵芯兩頭的低磁鋼接板牢固地連接在一起，構(gòu)成鋼性較強(qiáng)的框架式鐵芯結(jié)構(gòu)。芯式鐵芯可分為以下幾種，分述如下：單相兩鐵芯柱 如下圖所示，它有兩個鐵芯柱， 用上、下兩個鐵軛將芯柱連接起來，構(gòu)成磁路。將繞組分別套裝在兩個鐵芯柱上。適用于單相的各種變壓器。1-鐵芯柱 2-上鐵軛 3-下鐵軛 4、5-高低壓

18、繞組圖3.1 單相兩鐵芯柱三相三鐵芯柱如下圖所示，它是將A、B、C三相的三個繞組分別套裝在三個鐵芯柱上，三個鐵芯柱也由上、下兩個鐵軛連接起來，構(gòu)成磁回路，繞組的布置方式也同單相一樣，將低壓繞組放在內(nèi)側(cè)，而把高壓繞組放在外側(cè)。適用于三相的各種變壓器。1- 鐵芯柱 2-上鐵軛 3-下鐵軛 4-繞組圖3.2三相三鐵芯柱三相五鐵芯柱如下圖所示，它與上圖中的三相三鐵芯柱相比較，在鐵芯柱的左右兩個盡頭端， 多了兩個分支鐵芯柱4，它稱為旁軛，各電壓級的繞組分別按相套裝在中間三個鐵芯柱上，而旁軛是空的鐵芯，沒有繞組，這樣就構(gòu)成了三相五鐵芯柱變壓器，也就是我們常說的三相五柱變壓器。適用于大容量三相電力變壓器。

19、1- 鐵芯柱 2-上鐵軛 3-下鐵軛 4-旁軛 5,6-高低繞組圖3.3三相五鐵芯柱表3.1鐵心心柱級數(shù)與鐵心直徑的關(guān)系鐵心直徑D(mm)809095120125195200225230240245265級數(shù)油道數(shù)填充系數(shù)50.8460.8570.86580.8790.87100.875鐵心直徑D(mm270390400560580680700780780以上級數(shù)油道數(shù)填充系數(shù)110.8851210.8651320.871430.8715以上3以上0.873.2 鐵心的疊積形式和疊積圖常見的幾種鐵心邊柱接縫和中柱接縫如圖3-2所示3.4.1邊柱直接縫 3.4.2 邊柱混合接縫（半直半斜） 3.

20、4.3 邊柱標(biāo)準(zhǔn)斜接縫 3.4.4 邊柱臺階斜接縫 3.4.5 邊柱標(biāo)準(zhǔn)斜接縫 3.4.6 中柱直接縫 3.4.7 中柱混合接縫 3.4.8 中柱標(biāo)準(zhǔn)接縫 3.4.9 中柱臺階斜接縫圖3.4：常見的幾種鐵心邊柱接縫和中柱接縫3.3變壓器繞組變壓器的電路由繞組和高、低引線組成。繞組是主要部分，是變壓器的心臟，是變換和輸配電能的中心。3.3.1變壓器繞組的基本要求為保證變壓器長期安全可靠的運行，變壓器的繞組必須有一定的電氣強(qiáng)度、耐熱強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度。變壓器在長期的運行過程中，其絕緣必須承受大氣過電壓（或稱雷擊過電壓）、操作過電壓、暫態(tài)過電壓、和長期工作電壓，這就對變壓器繞組和絕緣結(jié)構(gòu)和設(shè)計數(shù)據(jù)有可靠

21、的要求，同時，繞組對制作的工藝過程、使用材料以及制作環(huán)境都有一定的要求。變壓器繞組的耐熱強(qiáng)度包括兩個方面：其一，在長期工作電流產(chǎn)生的熱作用下，繞組絕緣的壽命不低于30年；其二，變壓器在運行的狀態(tài)下，當(dāng)任意線段發(fā)生突然短路是，繞組要能承受此短路電流所產(chǎn)生的熱作用而不損壞。變壓器繞組的機(jī)械損壞主要有四種：正常運行是電動力引起的損壞；突然短路時主要由橫向力引起的損壞；突然短路時由縱向力引起的損壞；突然短路時由縱向和橫向電動力同時作用引起的損壞。所以在設(shè)計上選擇電流密度不能過高，導(dǎo)線的寬、厚比不要過大，導(dǎo)線的硬度要提高，結(jié)構(gòu)上繞組的軸向壓緊裝置和壓緊力都是很關(guān)鍵的因素。 我國生產(chǎn)的電力變壓器，只有一種

22、結(jié)構(gòu)型式，即芯式變壓器，所以繞組基本采用同心式結(jié)構(gòu)。所謂同心繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線套在鐵芯柱的外面。一般情況下總是將低壓繞組放在里面靠近鐵芯處，將高壓繞組放在外面。高壓繞組與低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道(油道或風(fēng)道)，并用絕緣紙板筒隔開。絕緣距離的大小，決定于繞組的電壓等級和散熱通道所需要的間隙。當(dāng)?shù)蛪豪@組放在里面靠近鐵芯柱時，因它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個變壓器的外形尺寸也同時減小了。3.3.2同心式繞組的幾種形式圓筒形繞組 它是一個圓筒形螺旋體，其線匝是用扁線彼此緊靠著繞成的

23、，如下圖所示。圓筒形繞組可以繞成單層；也可以繞成雙層。通常總是盡量避免用單層圓筒，而是繞成雙層圓筒。因為繞成單層時，導(dǎo)線受到彈性變形的影響，線圈容易松開，使端部線匝彼此靠得不夠緊；而繞成雙層后，松開的傾向就小得多了。當(dāng)電流較大時，也采用每一線匝由數(shù)根導(dǎo)線沿軸向并聯(lián)起來繞成，但并聯(lián)導(dǎo)線數(shù)通常不多于45根。圓筒形繞組與冷卻介質(zhì)的接觸面積最大，因此冷卻條件較好，但其機(jī)械強(qiáng)度較弱，一般適用于小容量的變壓器低壓繞組。(a)單層圓筒 (b)雙層圓筒圖3.5圓筒形繞組螺旋形繞組 容量稍大些的變壓器的低壓繞組匝數(shù)很少(2030匝以下)，但電流卻很大，所以要求線匝的橫截面很大，因此要用很多根導(dǎo)線(6根或更多)并

24、聯(lián)起來繞。在圓筒形繞組里是不能用很多根導(dǎo)線并聯(lián)起來繞的，因為這些導(dǎo)線要在同一層里一根靠著一根排列著繞，結(jié)果使線匝的螺距太大，這樣的線圈很不穩(wěn)定，且高度沒有很好地利用，所以在并聯(lián)導(dǎo)線很多時仍采用圓筒形繞組是不合適的，于是就出現(xiàn)了螺旋形繞組，如上圖所示。它是沿徑向一根壓著一根地疊起來繞。各個螺旋不是像圓筒形繞組那樣彼此緊靠著，而是中間留有一個空溝道。 螺旋形繞組并聯(lián)導(dǎo)線更多時，可把導(dǎo)線分成兩組，這樣就成了雙層螺旋了。在溫升和絕緣條件允許時，螺旋形繞組可以采用正常寬度的油道和小油道交錯地繞線的結(jié)構(gòu)，小油道的寬度約為正常油道寬度的一半左右(約為152mm)，所以稱為半螺旋，繞組為單螺旋時稱單半螺旋；繞

25、組為雙螺旋時稱雙半螺旋。這種半螺旋繞組的空間利用率比較高，在大、中型變壓器中都廣泛地應(yīng)用著。1-裸導(dǎo)線 2-導(dǎo)線外包紙絕緣 3-換位導(dǎo)線紙包絕緣換位導(dǎo)線繞成的繞組 為了進(jìn)一步把采用不完全換位的螺旋式繞組的附加損耗降至最低的程度，使用了換位導(dǎo)線。所謂換位導(dǎo)線，就是將多股分散的并繞導(dǎo)線，在繞線圈之前，先按一定的規(guī)律，360連續(xù)地進(jìn)行換位，最后從外表看，被編織成為單根較粗的，包有絕緣紙的導(dǎo)線。如圖所示。(a)外形 (b)縱剖面導(dǎo)線排列圖3.6螺旋形繞組換位導(dǎo)線，大部分被采用在大容量變壓器的中、低壓繞組內(nèi)。應(yīng)用時，把它當(dāng)作一根導(dǎo)線來繞，例如被繞成圓筒形繞組，繞制過程中不需要再進(jìn)行換位。 組成換位導(dǎo)線的

26、扁線的股數(shù)必須為奇數(shù)，當(dāng)換位導(dǎo)線的高度A12mm時，兩列扁線的中間必須襯墊一層012mm的電纜紙。換位導(dǎo)線在繞制線圈過程中，導(dǎo)線中間不允許有接頭存在，因此，換位導(dǎo)線的長度必須大于整個線圈所需長度35m。換位導(dǎo)線繞成的線圈，其最小的內(nèi)徑受到一定的限制，線圈的最小內(nèi)徑應(yīng)符合下式Dmin=n*節(jié)距/丌 式中：Dmin=線圈的最小內(nèi)徑；n=參加換位的導(dǎo)線根數(shù)。這個公式的意義是非常明了的，因為丌Dmin是線圈繞一匝的圓周長度，n*節(jié)距為參加換位的全部導(dǎo)線換一次位所需要的長度。即在一個線匝的長度內(nèi)，所有參加換位的導(dǎo)線至少要換位一次。這就限制了線圈的內(nèi)徑不能小于某一數(shù)值。1-裸導(dǎo)線 2-導(dǎo)線外包紙絕緣 3-

27、換位導(dǎo)線紙包絕緣圖3.7換位導(dǎo)線連續(xù)式繞組連續(xù)式繞組沒有焊接頭，只能用扁線繞制。導(dǎo)線的匝間排列如上圖所示，是經(jīng)過特殊的繞制工藝?yán)@成的，從一個線餅到另一個線餅，其接頭是交替地在線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，但都用繞制線圈的導(dǎo)線自然連接，所以沒有任何焊接頭，這是連續(xù)式繞組的主要優(yōu)點。如果導(dǎo)線截面較大，可用幾根導(dǎo)線并聯(lián)繞，一般不超過4根，邊繞邊進(jìn)行換位。 (a)外形 (b)縱剖面導(dǎo)線排列圖3.8連續(xù)式繞組第4章 變壓器油箱油箱是油浸式變壓器的外殼，器身就放置在灌滿了變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器油有兩種作用，一方面作為絕緣介質(zhì)；另一方面作為散熱的媒介，即通過變壓器油的循環(huán)，將繞組和鐵芯中散發(fā)出來的熱量，帶給箱壁或散熱

28、器、冷卻器進(jìn)行冷卻。油箱都是用鋼板焊接成的，其結(jié)構(gòu)要求具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，除了應(yīng)滿足變壓器在運行時的一些要求外，還應(yīng)滿足變壓器在檢修和運輸時的一些要求。油箱按變壓器容量的大小分，又可分成吊器身式油箱和吊殼式油箱兩種。吊器身式油箱 下圖所示為中、小型變壓器的外形圖，這種變壓器油箱上部箱蓋1可以打開，它是依靠箱沿四周許多螺栓與箱殼2緊固在一起的。箱殼2是用鋼板焊接成的，其頂部開口，焊縫要求制造工藝做到不滲漏油，器身就放在箱殼內(nèi)。由于中、小型變壓器，其充油后的總重量，與大型變壓器相比不算太重，所以當(dāng)變壓器的器身需要進(jìn)行檢修時，可以將整個變壓器帶油搬運至有起重設(shè)備的場所，將箱蓋打開，吊出器身，就可以進(jìn)

29、行詳細(xì)的檢查和必要的修理。1-箱蓋 2-箱殼 3-高，低壓出線絕緣套管 4-拆卸式散熱器5-凈油器 6-安全氣道 7-儲油柜 8-箱蓋吊攀 9-油位計10-吸濕器 11-吊攀 12-車架圖4.1中、小型變壓器的外形圖吊殼式油箱 隨著變壓器單臺容量的不斷增大，它的體積迅速增大，重量也隨之增加。目前大型電力變壓器均采用鋁導(dǎo)線，器身重量都在200t以上，而總重量均在300t以上，運輸重量也達(dá)200t以上。這樣龐大和笨重的變壓器，對運輸和起吊器身，都帶來很多困難和問題。因此，大型電力變壓器箱殼都做成吊箱殼式，當(dāng)器身要進(jìn)行檢修時，將吊出笨重的器身，改為吊出較輕的箱殼，如左圖所示。這種箱殼其下部有可作螺栓

30、緊固的箱沿法蘭，拆去箱沿四周的緊固螺栓，吊出外面鐘罩形狀的箱殼，即上節(jié)油箱，器身便全部暴露在空氣中了。由于此種箱殼的重量較器身輕得多，所以吊箱殼時不需要特別重型的起重設(shè)備，只要在變壓器安裝的現(xiàn)場，準(zhǔn)備一些輕型的起吊工具即可工作。1一鐘罩式箱殼(上節(jié)油箱)，2一器身；3一下節(jié)油箱圖4.2吊殼式油箱第5章 變壓器設(shè)計計算變壓器的電磁計算任務(wù)在于確定變壓器的電、磁負(fù)載、主要幾何尺寸、性能參數(shù)和各部分溫升以及變壓器的重量等。但最終的計算結(jié)果必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和技術(shù)任務(wù)書的要求。在變壓器的設(shè)計中，用戶和生產(chǎn)廠家的目標(biāo)應(yīng)該是一致的。都是要合理地制定性能參數(shù)、設(shè)計相應(yīng)的主要幾何尺寸，降低制造成本，降低能耗

31、，提高效率。但用戶的經(jīng)濟(jì)性運行與廠家的制造成本也有一定的矛盾，所以，在變壓器設(shè)計過程中也要綜合考慮多方面因素，以便選擇最佳方案。變壓器計算一般程序為圖5.1計算變壓器重量繪制變壓器外形尺寸圖記錄原始數(shù)據(jù)：產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)選定硅鋼片牌號及鐵心形式，計算鐵心直徑，設(shè)計鐵心柱和鐵軛截面選擇鐵心柱磁密，計算每匝電勢先計算低壓繞組匝數(shù)，湊整；重算每匝電勢及磁密，在計算高壓繞組匝數(shù)繞組及絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計；試算短路阻抗，不合要求數(shù)調(diào)整繞組高度估算繞組損耗，估算繞組對油溫升計算空載能力計算短路電磁力及器身重量；計算鐵心和繞組的機(jī)械強(qiáng)度繪制變壓器平面布局圖；引線和分接機(jī)構(gòu)設(shè)計，油箱尺寸和冷卻裝置計算負(fù)載性能計算溫升

32、，不合要求，調(diào)整冷卻裝置數(shù)目另選鐵心柱直徑另選導(dǎo)線不合要求時不合要求時另選導(dǎo)線還不合要求時圖5.1變壓器計算一般程序5.1 技術(shù)要求1、 變壓器的額定容量P：6300KVA2、 變壓器的額定線電壓U和分接范圍高壓（一次）側(cè)線電壓UL1：V低壓（二次）側(cè)線電壓UL2：6300V3、 變壓器連結(jié)組：Y，d114、 變壓器相數(shù)：3相5、 額定頻率f：50HZ6、 冷卻方式：油浸風(fēng)冷式7、 高壓和低壓線圈對空氣的溫升R：658、 油頂層對空氣平均溫升h：559、 油對空氣的平均溫升；4010、空載損耗P0：8200W11、負(fù)載損耗PK: 41000W12、空載電流I0:0.9%13、阻抗電壓UK:7.

33、5%5.2 額定電壓和電流的計算一次電壓U+5%=35000+35000 5%=36750VUn1=35000VU-5%=35000-35000 5%=33250V一次側(cè)相應(yīng)的相電壓U11=36750/1.732=21218VUn=35000/1.732=25000VU12=33250/1.732=19197V一次線電流二次電流I2二次相電流5.3 主要材料1.硅鋼片 冷軋硅鋼片D3302.線圈導(dǎo)線 紙包扁鋁線ZLB-0.453.絕緣材料 A級材料,最高平均溫度不超過105度線圈絕緣漆 1030#硅鋼片絕緣漆,1161#高溫快干漆變壓器鐵心結(jié)構(gòu)選擇鐵心柱夾緊采用環(huán)氧無緯玻璃絲粘帶綁扎,鐵扼采用

34、鐵扼螺桿和方鐵通過夾件夾緊.鐵心的 積采用全斜 片.鐵扼級數(shù)與鐵心級數(shù)相同.線圈壓緊采用板壓.采用單相五位DWJ型無勵磁開關(guān).為了節(jié)省變壓油和增加油箱的強(qiáng)度,采用拱頂油箱.5.4 鐵心直徑的選擇鐵心直徑的大小，直接影響材料的用量，變壓器的體積及性能等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。故選擇經(jīng)濟(jì)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)線重量和負(fù)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)，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的效果，故鐵心直徑的大小，與采用的硅鋼片和導(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即 迭片系數(shù)取0.95

35、。故AC=813.55.5 線圈計算5.5.1 線圈匝數(shù)的計算1、每匝電壓et的確定式中 W-線圈匝數(shù)；B-磁通密度Ac-鐵心有效截面，每匝電勢 伏/匝2、初選每匝電勢 B取1.6 T3、低壓線圈匝數(shù)的確定初算低壓線圈匝數(shù)W2 匝 取219匝故每匝電勢et為 伏/匝磁密B為 T4、線圈各分接匝數(shù)的確定和電壓比校核因為高壓線圈的分接范圍為伏，故首先應(yīng)求出2.5%相電壓的匝數(shù)。 -5%額定電壓時的匝數(shù)= 匝 額定電壓時的匝數(shù)= 匝-5%額定電壓時的匝數(shù)= 匝5.5.2 線圈型式的選擇及排列1、線圈型式的選擇線圈型式是根據(jù)電流、匝數(shù)和容量選擇的。選用連續(xù)式線圈。2、線圈高度的估計線圈的幾何尺寸主要是

36、由電抗計算確定的。當(dāng)頻率、匝數(shù)、電流、每匝電壓等確定后，電抗的大小與線圈高度和線圈的徑向尺寸有關(guān)。這樣，就有兩個未知數(shù)，故不能一次就確定出線圈的幾何尺寸，往往都是假設(shè)一種線圈幾何尺寸進(jìn)行電抗計算，以后再進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。由下式估計：3、線圈撐條數(shù)選擇線圈撐條最好為4的倍數(shù)，撐條主要是支撐線圈，故撐條的最后確定，應(yīng)由短路機(jī)械計算決定，但一般都以經(jīng)驗以鐵心直徑大小確定撐條數(shù)。選12根撐條。4、低壓線圈的段數(shù)及每段匝數(shù)因為低壓線圈處于內(nèi)線柱，又由于整數(shù)匝起端與末端有搭頭，使得線圈有局部突起，為了使線圈各部輻向尺寸近于一致，故低壓線圈一般都用分?jǐn)?shù)匝，以保證高低壓線圈間的距離沿圓周方向一致，保證不因局部突出

37、影響絕緣強(qiáng)度。每段匝數(shù)的分?jǐn)?shù)部分均以撐條數(shù)N為分母表示出來，分?jǐn)?shù)的分子盡量為撐條數(shù)N-1。但對首末兩段，當(dāng)有兩根以上并繞時，由于換位占有一定撐條數(shù)，對首末兩段的分子要求如下：當(dāng)并繞根數(shù)n為偶數(shù)時，其分子小于或等于N-（n/2+1）；當(dāng)并繞根數(shù)n為奇數(shù)時，其分子小于或等于N-（n+1）/2。低壓線圈的段數(shù)，在沒有分接頭時，為了使首末端出頭在一側(cè)，故段數(shù)必須取偶數(shù)。首先按撐條數(shù)N求出與接近整數(shù)的差額。N=12 差額=1/12=.084。表5.1低壓線圈的段數(shù)及每段匝數(shù)段號段數(shù)每段匝數(shù)合計匝數(shù)A56B236C2計602195、高壓線圈的段數(shù)及每段匝數(shù)高壓線圈因為處于外線柱，由于局部突起不會影響絕緣距

38、離，故不需要分?jǐn)?shù)匝，因為高壓線圈有分接段，以最小分接的匝數(shù)計算，為了使各分接線均在輻向的外側(cè)引出，如若取上下對稱分接段處在正中間時，段數(shù)必須取4的倍數(shù)。表5.2高壓線圈的段數(shù)及每段匝數(shù)段號段數(shù)每段匝數(shù)總匝數(shù)H4712564F6848E6954G8972總計677385.6 導(dǎo)線的選擇及線圈輻向尺寸的計算1、段間油道35KV級高壓線圈首末兩端各6個油道，最小為6mm，其余各段油道最小為5mm而線圈中間的中斷點油道最小為9mm11KV低壓線圈最小油道為4.5mm2、高壓線圈導(dǎo)線的選擇，并以高壓線圈為基準(zhǔn)確定線圈高度（1）導(dǎo)線高度b的確定高壓線圈共64段63個油道，油道總高度為。紙板壓縮后的高度約為

39、。從估計線圈高度減去此高度得導(dǎo)線總高度為1171-328.7=842.3。導(dǎo)線總高度被段數(shù)除得每根導(dǎo)線高度為842.3/67=12.57，每根導(dǎo)線高減去匝絕緣得裸導(dǎo)線高為12.57-0.5=12.07。照導(dǎo)線尺寸表找相近的導(dǎo)線，故選定導(dǎo)線高度為12.5mm。（2）導(dǎo)線寬度a確定當(dāng)用鋁導(dǎo)線時，電流密度取2.3。導(dǎo)線總截面。A太厚，渦流損耗很大，繞制困難，故采用二根并繞，再以A/2=44.8/2=22.4，故選定高壓導(dǎo)線為二根并繞，匝絕緣為4.5，計算時考慮裕度，匝絕緣按0.5計算。（3）高壓導(dǎo)線高度計算導(dǎo)線帶絕緣計算高度=12.5+0.5=17.5導(dǎo)線總高度= 油道總高= 線圈高度=346+87

40、1-17=1200mm17mm為紙板壓縮高度。此數(shù)據(jù)的確定要力求線圈高度為0或5的尾數(shù)。17mm占331的4.9%。3、低壓線圈導(dǎo)線的選擇（1）導(dǎo)線高度b確定低壓線圈共60段59個油道，每個油道都取4.5時油道總高為mm，但因為高壓有分接區(qū)，為了使高低壓安匝分布趨于平衡，低壓線圈必須給50100mm的放大油道，暫設(shè)放大油道為60mm，油道總高度為265.5+60=325.5。按紙板壓縮系數(shù)為5%，故mm，按高壓線圈高度得導(dǎo)線總高為1200-308=892mm，按段數(shù)得每根導(dǎo)線帶絕緣的高度為892/60=14.86，減去匝絕緣得裸導(dǎo)線高度為14.86-0. 5=14.36照導(dǎo)線尺寸表查找接近導(dǎo)線

41、，選b=14導(dǎo)線為合適。（2）導(dǎo)線寬度a確定鋁導(dǎo)線的電流密度為2.3。按電流算出總導(dǎo)線截面 ，A太厚，渦流損耗很大，繞制困難，故采用三根并繞，再以A/3=144.78/3=48.26，故選定低壓導(dǎo)線為三根并繞，匝絕緣為4.5， 低壓線圈放大油道的分布應(yīng)在機(jī)械力計算里再來確定。4、線圈輻向尺寸的計算低壓線圈導(dǎo)線加匝絕緣后的厚度：3.55mm，計算厚度應(yīng)為3.55+0.5=4.05。每段匝數(shù)（取最大者）為計算按4，并繞根數(shù)為3，輻向繞制裕度連續(xù)式線圈取3%。低壓輻向厚度為mm高壓線圈導(dǎo)線加匝絕緣后的厚度：4.25mm每段匝數(shù)（取最大者）為12，并繞根數(shù)為2，輻向繞制裕度連續(xù)式線圈取3%。高壓輻向厚

42、度為mm5.7 絕緣半徑計算主絕緣距離是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和制造經(jīng)驗確定的1-低壓線圈套裝裕度，即低壓紙筒內(nèi)徑對鐵心圓邊的空隙，1最小取6。主要考慮鐵心迭片的翹起和玻璃帶所占的位置。C-低壓線圈對鐵心的絕緣距離，按設(shè)計手冊規(guī)定10KV電壓等級C最小取12mm，即C=+2=4+8=12-低壓紙筒厚度，取4mm2-低壓線圈內(nèi)油隙，取8mm高壓線圈與低壓線圈之間的絕緣距離，按設(shè)計手冊規(guī)定，85KV電壓等級A最小取27mm A=3+t2+4=11+5+11=27 -高低壓線圈間紙筒取5mm3-低壓線圈外油隙取11mm4-高壓線圈內(nèi)油隙 取11mm -低壓線圈內(nèi)半徑 =+1+C=170+6+12=188 mm

43、鐵心柱半徑即170mm低壓線圈外半徑=+B1=188+50=238mm低壓線圈輻向尺寸低壓線圈平均半徑=+/2=188+50/2=213 mm高壓線圈內(nèi)半徑=+A=238+27=265 mm高低壓線圈間空隙平均半徑=+A/2=238+27/2=251.5高壓線圈外半徑=+=265+52.53=317 mm高壓線圈輻向尺寸高壓線圈平均半徑=+/2=265+52.53/2=291.26Dx高壓線圈外半徑Dx=2=2*317=634 mmMo兩鐵心柱的中心距離 Mo=Dx+5=634+31=6655相間距離，按設(shè)計手冊規(guī)定，35KV電壓等級5最小為31mm5.8 阻抗電壓計算當(dāng)線圈幾何尺寸確定后，應(yīng)

44、首先計算阻抗電壓，當(dāng)阻抗電壓符合要求后，才能進(jìn)行線圈數(shù)據(jù)計算。阻抗電壓由電阻壓降Ua%和電抗壓降Up%兩部分組成，但對效大容量變壓器，因為電阻壓降很小，計算時可以略去。電抗壓降Up%都是以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，其計算公式如下（式中尺寸單位一律為cm） %式中，f額定頻率，50HZWip低壓線圈安匝數(shù)W2Ip=219333=72927D漏磁寬度， et每匝電壓，28.9V/匝Hx高低壓線圈平均有效電抗高度（Hx=117cm）漏磁場總厚度=（B1-0.05）+（B2-0.05）+（A+0.05）=12.85cm R洛氏系數(shù)，與Hx/=117/12.85=9.1有關(guān)，查表得R=0.965K系數(shù)，考慮

45、橫向漏磁及制造裕度，取1.03誤差：阻抗電壓的允許誤差值，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為+-10%，但由于制造時，影響阻抗電壓因素很多，故一般計算時誤差控制在34%以下電抗計算時，往往不能一次計算就能符合要求，需作適當(dāng)調(diào)整，頻率和電流是不可調(diào)變的，電抗壓降的調(diào)整有三種方法：調(diào)整匝數(shù)W及每匝電壓et。當(dāng)電抗值偏大時，可增加每匝電壓et，et增大，匝數(shù)W必然減少，從而達(dá)到降低電抗的目的。若使et改變需調(diào)整磁密和鐵心直徑。這種方法因變動效大，一般都不用。調(diào)整D及高低壓線圈平均有效電抗高度Hx。當(dāng)電抗值偏大時，可調(diào)整高低壓線圈平均高度Hx，Hx增大，D必然隨之縮小。調(diào)整導(dǎo)線的a*b尺寸及調(diào)整段數(shù)均可達(dá)到調(diào)整Hx及D之目

46、的。調(diào)整高低壓線圈間距離，在滿足絕緣材料最小距離情況下，增減高低壓線圈間的距離可使電抗值增大或減少。這種方法浪費材料，最好不用。5.9 線圈數(shù)據(jù)計算1、高壓線圈數(shù)據(jù)計算電流密度1，A/mm21=I1a/A1=103/（46.02）=2.23式中 A1高壓導(dǎo)線總截面平均匝長L1，mL1=2=2291=1.8 m導(dǎo)線總長l1， ml1=L1W1+2=1.8738+2=1328m額定電壓時，導(dǎo)線總長l1H，ml1H=L1W1H+2=1.8702+2=1265式中 W1最高分接電壓時的匝數(shù)W1H額定分接電壓時的匝數(shù)時額定電壓時的電阻， =l1H/A1=0.03571265/46.02=0.87時高壓線

47、圈負(fù)載損耗，P1x，W P1x=3=31031030.87=24100高壓線圈鋁線重量G1m kgG1m=3gl1A1=32.7132846.02=495kg帶絕緣的導(dǎo)線重G1m=495*1.052=520kg2、低壓線圈數(shù)據(jù)計算密度2，A/mm22=I2a/A2=254/147=2.3式中 A2低壓導(dǎo)線總截面均匝長L2，mL2=2=2213=1.3m導(dǎo)線總長l2， ml2=L2W2+1=1.3219+1=284m時低壓線圈電阻， =l2/A2=0.0357284/147=0.048時低壓線圈負(fù)載損耗，P2x，W P2x=3 =33333330.048=14968 W低壓線圈鋁線重量G2m k

48、gG2m=3gl2A2=32.7144.7284=332.8kg帶絕緣的導(dǎo)線重G1m=332.81.046=348kg5.10 鐵心計算鐵心柱中心距Mo，mmMo=665mm鐵心窗高HwHw=Hx+2h+t+=1171+270+40+25=1376mm式中 Hx高低壓線圈高度，mmh線圈對鐵軛或?qū)喊遄钚〗^緣距離，按設(shè)計手冊規(guī)定35KV電壓等級最小取70mmt線圈壓板的厚度取40mm，實際應(yīng)根據(jù)軸向機(jī)械力的大小和線圈套裝時的壓緊力來計算壓板厚度，但一般按經(jīng)驗取，最小取40mm壓板對鐵軛的空隙，考慮線圈制造公差，最小取25鐵心柱部分重量Gc的計算Gc=3gHwAc=37.651376813.5=

49、2568kg式中 3三個心柱g硅鋼片的比重Hw鐵心窗高mmAc鐵心截面 cm2鐵軛部分Gy=3gHwMoAc=47.65665813.5=1655kg鐵心角重GoGo=439.5硅鋼片重量=Gc+Gy+Go=1655+439.5+2568=4662kg5.11 空載損耗、渦流損耗百分?jǐn)?shù)Kw和空載電流的計算變壓器的空載損耗，就是硅鋼片中的損耗，故又稱鐵心損耗。這個損耗決定于硅鋼片的材質(zhì)和加工的質(zhì)量，也決定于鐵心各部分的磁通密度和重量。B=1.588查得單位重量損耗Pw=1.723W/kgPo=KPw=1.01.7234662=8074W式中 K系數(shù)取1.0渦流損耗的計算，首先要算出渦流損耗占短路

50、損耗的百分?jǐn)?shù)Kw1、高壓線圈渦流損耗百分?jǐn)?shù)Kw的計算式中 K系數(shù)，由材料和溫度而定，鋁導(dǎo)線取1.4 M垂直于漏磁場方向的導(dǎo)線根數(shù) N平行于漏磁場方向的導(dǎo)線根數(shù) A垂直于漏磁場方向裸導(dǎo)線寬度 Ax單根導(dǎo)線截面積， Hx線圈有效電抗高度 mm2、低壓線圈損耗的百分?jǐn)?shù)Kw空載電流Io是以額定電流的百分?jǐn)?shù)表示的，它由兩部分組成式中 Io1%有功分量占額定電流的百分?jǐn)?shù) Io2%空載電流無功分量占額定電流的百分?jǐn)?shù)% 而空載電流允許偏差為22%，所以合格5.12 油溫升計算線圈對油的溫升計算，首先要算出線圈表面熱負(fù)荷，即線圈單位表面積所負(fù)擔(dān)散出的損耗瓦數(shù)。一般連續(xù)式線圈的熱負(fù)荷計算，是以一個負(fù)荷最大的線餅計

51、算的按下式計算：式中 I線餅中流過的電流，A； K1系數(shù)，與導(dǎo)線的導(dǎo)電率有關(guān)，鋁導(dǎo)線取22.1 線餅中的電流密度 A/W線餅中的匝數(shù)，即每段匝數(shù)，如有分?jǐn)?shù)匝時應(yīng)進(jìn)位為整數(shù)匝；K2線匝絕緣校正系數(shù)當(dāng)時，K2=1，當(dāng)a1.75a時A導(dǎo)線厚度，mmA1導(dǎo)線帶絕緣厚度mmK4導(dǎo)線中總的附加損耗百分?jǐn)?shù)K5憲兵的有效散熱面與憲兵表面積之比L線餅斷面的周長，mm，當(dāng)每個餅為n根導(dǎo)線時則L=2（na1+b1）式中 n線餅中導(dǎo)線根數(shù)A1導(dǎo)線厚度（包括絕緣）B1導(dǎo)線寬度1、高壓線圈的熱負(fù)荷L=2284.25+213=162mm采用40寬的墊塊12個2、高壓線圈對油溫升式中 Txy1線圈絕緣校正溫升Tj1=Kqx（K系數(shù)）Ty1段間油道寬度校正溫升3、低壓線圈的熱負(fù)荷L=244.053+214.5=126mm 采用30寬的墊塊12個4、低壓線圈對油溫升5、空氣對油溫升線圈對空氣的溫升是線圈對油的溫升和油對空氣平均溫升兩者之和。為了減少主要材料（硅鋼片和導(dǎo)線）的消耗，一般都適當(dāng)?shù)脑黾由崞?，降低油對空氣的平均溫升，提高線圈對油的溫升，以達(dá)到節(jié)約主要材料的目的。一般線圈對油溫升，控制在30以下，最好為25。鐵心表面對油溫升Q1式中 qo鐵心表面熱負(fù)荷 qo=