畢業(yè)論文-SFSZ10-63000110電力變壓器的電磁方案計算及減小局部放電措施的研究

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文- PAGE II - PAGE V -SFSZ10-63000/110電力變壓器的電磁方案計算及減小局部放電措施的研究摘要大型電力變壓器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，其容量越來越大、電壓等級越來越高、結(jié)構(gòu)尺寸越來越大，而其設(shè)計和制造的好壞是直接影響其運(yùn)行質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。因此電力變壓器的電磁計算就顯得尤為重要。若能在設(shè)計和制造上提出更加合理和可行的方案，解決以往經(jīng)驗方法解決不了的問題，對變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，則將會具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。本文對SFSZ10-63000/110電力變壓器進(jìn)行了電磁計算。首先對

2、電力變壓器的發(fā)展歷史、基本的特性及變壓器的設(shè)計方法進(jìn)行了簡單的闡述。在電磁計算中，最開始是鐵心的選擇，這是變壓器設(shè)計的起點也是一個關(guān)鍵點，然后是變壓器繞組材料和型式的選擇，繞組有關(guān)數(shù)據(jù)的計算，最為關(guān)鍵的是短路阻抗、負(fù)載損耗、空載電流、空載損耗等變壓器性能參數(shù)的計算，最后完成變壓器油箱、變壓器溫升、短路電動力、變壓器總油量和總質(zhì)量的確定與計算。其中的短路阻抗計算困難最大，需要經(jīng)過反復(fù)計算才能達(dá)到技術(shù)要求。在電磁計算的全過程中較為詳細(xì)的闡明了電力變壓器計算的基本公式和計算方法，給出了一套完整的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞電力變壓器；電磁計算；繞組SFSZ10-63000/110 power transform

3、er electromagnetism project calculation and Research on the measures of reducing the partial discharge AbstractLarge-scale electric power transformers are one of the key equipment in the power system. Along with the rapid development of the electric power industry, the increasing capacity and voltag

4、e level of power transformers, and increasing size of power transformes, transformers structure, its design and manufacturing quality are directly affects its operation quality and the key of economic benefit. Therefore the electromagnetic of power transformer is particularly important. If you can p

5、rovide more reasonable and feasible design scheme solving difficult problem which previous experience cant solve, which for optimizing the structure of transformers will have important technical and economic significance.This paper presents a bill of the electromagnetism calculation for SFSZ10-63000

6、/110 power tansformer. First of all simply expound the development history of power transforemr, the basic characteristic and the design method of power transfomer. In the electromagnetic calculations, the first thing is the choice of the core, it is the starting point and a key point for transforme

7、r design. then is winding materials and patterns selection, coils of related data calculation, the key is short-circuit impedance, load loss, idle current transformer design no-load loss, as an important parameter calculation, and finally complete the transformers mail, transformer temperature, shor

8、t circuit force , transforer oil and the total weight which shuould be identified and calculated. The impedance vlotage bing on the biggest dificult in the process of electromagnetic calculation, for it need to be calculaed repeated to achieve technical requirement. In the process of electromagnetic

9、 calculation it is detailed introduced the basic formula in the calculation of the power transformer and calculation method, an integrative design method given.Keywords Power transformer;Electromagnetic calulation;Winding目錄摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc32851

10、3008 第1章 緒論 PAGEREF _Toc328513008 h 1 HYPERLINK l _Toc328513009 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc328513009 h 1 HYPERLINK l _Toc328513010 1.2 我國電力變壓器的最新發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc328513010 h 1 HYPERLINK l _Toc328513011 1.3 電力變壓器的作用 PAGEREF _Toc328513011 h 2 HYPERLINK l _Toc328513012 1.3.1 變壓器的工作原理 PAGEREF _Toc328513012

11、 h 2 HYPERLINK l _Toc328513013 1.3.2 變壓器在電網(wǎng)中的作用 PAGEREF _Toc328513013 h 2 HYPERLINK l _Toc328513014 1.4 電力變壓器的結(jié)構(gòu)特點 PAGEREF _Toc328513014 h 3 HYPERLINK l _Toc328513015 1.5 電力變壓器的性能參數(shù) PAGEREF _Toc328513015 h 4 HYPERLINK l _Toc328513016 1.6 變壓器計算的一般程序 PAGEREF _Toc328513016 h 4 HYPERLINK l _Toc328513017

12、 1.7 論文研究的內(nèi)容 PAGEREF _Toc328513017 h 5 HYPERLINK l _Toc328513018 第2章SFSZ10-63000/110變壓器電磁計算 PAGEREF _Toc328513018 h 6 HYPERLINK l _Toc328513019 2.1 產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)要求 PAGEREF _Toc328513019 h 6 HYPERLINK l _Toc328513020 2.2 主要材料 PAGEREF _Toc328513020 h 6 HYPERLINK l _Toc328513021 2.3 變壓器設(shè)計 PAGEREF _Toc3285130

13、21 h 6 HYPERLINK l _Toc328513022 2.3.1 變壓器主要結(jié)構(gòu)的確定 PAGEREF _Toc328513022 h 6 HYPERLINK l _Toc328513023 2.3.2 鐵心直徑的選擇 PAGEREF _Toc328513023 h 7 HYPERLINK l _Toc328513024 2.3.3 鐵心截面的設(shè)計 PAGEREF _Toc328513024 h 7 HYPERLINK l _Toc328513025 2.3.4 變壓器主、縱絕緣的確定 PAGEREF _Toc328513025 h 8 HYPERLINK l _Toc328513

14、026 2.3.5 繞組型式的選擇、繞組排列及導(dǎo)線的選擇 PAGEREF _Toc328513026 h 9 HYPERLINK l _Toc328513027 2.4 電磁計算 PAGEREF _Toc328513027 h 9 HYPERLINK l _Toc328513028 2.4.1 額定電壓和額定電流的計算 PAGEREF _Toc328513028 h 9 HYPERLINK l _Toc328513029 2.4.2 繞組匝數(shù)的計算 PAGEREF _Toc328513029 h 10 HYPERLINK l _Toc328513030 2.4.3 繞組計算 PAGEREF _

15、Toc328513030 h 13 HYPERLINK l _Toc328513031 2.4.3 絕緣半徑及導(dǎo)線長度計算 PAGEREF _Toc328513031 h 16 HYPERLINK l _Toc328513032 2.4.4 75時繞組直流電阻計算 PAGEREF _Toc328513032 h 18 HYPERLINK l _Toc328513033 2.4.5 繞組導(dǎo)線質(zhì)量計算 PAGEREF _Toc328513033 h 18 HYPERLINK l _Toc328513034 2.4.6 短路阻抗計算 PAGEREF _Toc328513034 h 19 HYPERL

16、INK l _Toc328513035 2.5 空載損耗與空載電流的計算 PAGEREF _Toc328513035 h 22 HYPERLINK l _Toc328513036 2.5.1空載損耗計算 PAGEREF _Toc328513036 h 22 HYPERLINK l _Toc328513037 2.5.2空載電流計算 PAGEREF _Toc328513037 h 23 HYPERLINK l _Toc328513038 2.6 負(fù)載損耗的計算 PAGEREF _Toc328513038 h 24 HYPERLINK l _Toc328513039 2.6.1 繞組導(dǎo)線電阻損耗計

17、算 PAGEREF _Toc328513039 h 24 HYPERLINK l _Toc328513040 2.6.2 附加損耗計算 PAGEREF _Toc328513040 h 24 HYPERLINK l _Toc328513041 2.6.3 引線損耗計算 PAGEREF _Toc328513041 h 27 HYPERLINK l _Toc328513042 2.6.4 雜散損耗計算 PAGEREF _Toc328513042 h 27 HYPERLINK l _Toc328513043 2.6.5 負(fù)載損耗小計 PAGEREF _Toc328513043 h 28 HYPERLI

18、NK l _Toc328513044 2.7 溫升的計算 PAGEREF _Toc328513044 h 28 HYPERLINK l _Toc328513045 2.7.1 繞組表面對油的溫升計算 PAGEREF _Toc328513045 h 28 HYPERLINK l _Toc328513046 2.7.2 油箱尺寸的估計 PAGEREF _Toc328513046 h 31 HYPERLINK l _Toc328513047 2.7.3 箱壁散熱面積的計算 PAGEREF _Toc328513047 h 32 HYPERLINK l _Toc328513048 2.7.4 散熱器的選

19、擇及油和繞組溫升的計算 PAGEREF _Toc328513048 h 32 HYPERLINK l _Toc328513049 2.8 短路電動力計算 PAGEREF _Toc328513049 h 33 HYPERLINK l _Toc328513050 2.8.1繞組的區(qū)域劃分 PAGEREF _Toc328513050 h 33 HYPERLINK l _Toc328513051 2.8.2安匝分布計算 PAGEREF _Toc328513051 h 35 HYPERLINK l _Toc328513052 2.8.3漏磁計算 PAGEREF _Toc328513052 h 36 HY

20、PERLINK l _Toc328513053 2.8.4短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)計算 PAGEREF _Toc328513053 h 36 HYPERLINK l _Toc328513054 2.8.5不平衡安匝漏磁組所產(chǎn)生的總軸向力計算 PAGEREF _Toc328513054 h 37 HYPERLINK l _Toc328513055 2.8.6繞組導(dǎo)線應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc328513055 h 37 HYPERLINK l _Toc328513056 2.9變壓器質(zhì)量計算 PAGEREF _Toc328513056 h 39 HYPERLINK l _Toc32851305

21、7 2.9.1總油量計算 PAGEREF _Toc328513057 h 39 HYPERLINK l _Toc328513058 2.9.2變壓器箱體質(zhì)量計算 PAGEREF _Toc328513058 h 40 HYPERLINK l _Toc328513059 2.9.3附件質(zhì)量計算 PAGEREF _Toc328513059 h 40 HYPERLINK l _Toc328513060 2.9.4變壓器總質(zhì)量計算 PAGEREF _Toc328513060 h 41 HYPERLINK l _Toc328513061 2.10本章小結(jié) PAGEREF _Toc328513061 h 4

22、1 HYPERLINK l _Toc328513062 第3章 局部放電的減小措施 PAGEREF _Toc328513062 h 42 HYPERLINK l _Toc328513063 3.1 局部放電機(jī)理 PAGEREF _Toc328513063 h 42 HYPERLINK l _Toc328513064 3.2 減小局部放電的措施 PAGEREF _Toc328513064 h 44 HYPERLINK l _Toc328513065 結(jié)論 PAGEREF _Toc328513065 h 50 HYPERLINK l _Toc328513066 致謝 PAGEREF _Toc328

23、513066 h 51 HYPERLINK l _Toc328513067 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc328513067 h 52 HYPERLINK l _Toc328513068 附錄 PAGEREF _Toc328513068 h 53PAGE II- - PAGE VI - PAGE 10 - PAGE 49 - HYPERLINK l _Toc169171771 第1章 緒論 課題背景電力變壓器發(fā)明于19世紀(jì)末，它為現(xiàn)代遠(yuǎn)距離恒定高壓交流供電系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在19世紀(jì)之前，公用供電的早期階段里，均采用直流發(fā)電系統(tǒng)，人們不得不把發(fā)電設(shè)備靠近負(fù)載地點。隨著電力變壓器的出現(xiàn)，

24、一切就發(fā)生了改變。電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。隨著我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，特別是隨著電力網(wǎng)向超高壓、大容量方向的發(fā)展，對電力變壓器提出了新的更高的要求。近年來，我國在變壓器的理論研究和生產(chǎn)實踐方面取得了可喜的成就。我國的電力變壓器制造工業(yè)，從建國以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，特別是隨著電力工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展而不斷發(fā)展。電力變壓器單臺容量和安裝容量迅速增長，電壓等級也相繼提高。50年代發(fā)展到110kV級；60年代發(fā)展到220kV級；70年代發(fā)展到330kV級；80年代已發(fā)展到500kV級電力變壓器,近幾年電壓等級更是發(fā)展到了750kV、800kV、1000kV。建國前的1936年，

25、我國只能生產(chǎn)單臺容量為300kVA的小型配電變壓器，到建國后50年代中期已能仿制31500kVA的電力變壓器，電壓等級已發(fā)展到110kV。60年代初我國由仿制階段過渡到自行設(shè)計和制造階段，60年代中期已發(fā)展到制造220kV、120000kVA電力變壓器。到60年代末期，電力變壓器的容量已經(jīng)發(fā)展到260000kVA。70年代初期已達(dá)到生產(chǎn)330kV級、360000kVA電力變壓器的水平，到80年代國內(nèi)最大容量為400000kVA，1995年制造出了容量為450000kVA電力變壓器。我國西北地區(qū)的劉關(guān)線330kV系統(tǒng)中所用的升、降壓電力變壓器、聯(lián)絡(luò)用自耦變壓器，全部為國產(chǎn)品。電力變壓器的進(jìn)一步發(fā)

26、展趨勢是：進(jìn)一步降低損耗水平，提高單臺容量，電壓等級向10001500kV特高壓方向發(fā)展。我國電力變壓器的最新發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀電力變壓器是發(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(yùn)行的可靠性和運(yùn)營效益。20世紀(jì)50年代以來特別是改革開放以來為滿足我國電力工業(yè)發(fā)、變、配電工程的建設(shè)需要電力變壓器行業(yè)得到了較快發(fā)展1。根據(jù)我國電力工業(yè)裝備政策及技術(shù)政策要求，電力變壓器的發(fā)展趨勢應(yīng)為提高產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性，少維護(hù)或免維護(hù)，降低損耗，減少重量，實現(xiàn)有載調(diào)壓，品種多樣，滿足電力系統(tǒng)不同場所的需要。大型變壓器要向超高壓(500kV、750kV)、特高壓(1000kV等級)、大容量

27、、輕結(jié)構(gòu)、不吊芯方向發(fā)展。為解決運(yùn)輸困難，要降低運(yùn)輸重量，采用新材料、新技術(shù)、新工藝，開發(fā)組合式、殼式和現(xiàn)場裝配式變壓器。中小型變壓器要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，使空載損耗大幅度降低。城網(wǎng)用變壓器應(yīng)向難燃方向發(fā)展，如進(jìn)一步推行性能更為優(yōu)越、材料更為可靠的干式變壓器、SF6氣體絕緣變壓器及難燃油變壓器，采用新材料、新結(jié)構(gòu)，以達(dá)到節(jié)能、不燃或難燃防火，降低噪音的目的。在農(nóng)網(wǎng)中要根據(jù)農(nóng)網(wǎng)季節(jié)性強(qiáng)、負(fù)載率低、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求變化大的特點，開發(fā)空載損耗更小的配電變壓器以及10kV、35kV調(diào)容變壓器。目前在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造中，應(yīng)用新S9系列的同時，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理的情況下，可采用S11型和全密封卷鐵心單相及三相變壓器，

28、或非晶合金鐵心變壓器。季節(jié)性負(fù)荷變化大的地區(qū)，應(yīng)積極采用調(diào)容變壓器。進(jìn)入21世紀(jì)后，知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已是當(dāng)今世界各國綜合國力競爭的核心，科技競爭力將成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政治穩(wěn)定的重要因素，在科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)增長第一要素的形勢下，世界電力工業(yè)的科技進(jìn)步與創(chuàng)新也越來越快，要發(fā)展我國電力工業(yè)，加快科技進(jìn)步與創(chuàng)新是十分重和迫切的，設(shè)備的更新更占有重要的地位。隨著國際國內(nèi)高溫超導(dǎo)材料的研制成功，使得超導(dǎo)限流器成為最具優(yōu)勢的一種限流器。超導(dǎo)限流器技術(shù)是目前國際前沿技術(shù)，超導(dǎo)限流器在國內(nèi)的研制成功，將使新一代變壓器產(chǎn)品性能和設(shè)計原則發(fā)生變化，變壓器的短路阻抗將會變小，損耗和重量可進(jìn)一步

29、降低，短路電流產(chǎn)生的機(jī)械力將大幅度降低，變壓器可靠性更高。這項前沿技術(shù)對高壓、超高壓直至特高壓電力變壓器制造也具有實際意義1。 電力變壓器的作用變壓器的工作原理變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應(yīng)作用將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電器設(shè)備。眾所周知，輸送一定的電能時，輸電線路的電壓越高，線路中的電流和損耗就愈小，為此，需要用升壓變壓器把交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高到輸電電壓，通過高壓輸電線將電能經(jīng)濟(jì)地輸送到用戶地區(qū)，然后再用降壓變壓器將電能逐步從輸電電壓降到配電電壓，供用戶安全而方便的使用2。變壓器在電網(wǎng)中的作用電力變壓器是電力網(wǎng)中的主要

30、電氣設(shè)備。變壓器將水力或火力發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的交流電壓升高后，向電力網(wǎng)輸出電能的稱為升壓變壓器。發(fā)電廠內(nèi)還要安裝該廠用電變壓器，供起動機(jī)組之用。用于降低電壓的變壓器稱為降壓變壓器。用于聯(lián)絡(luò)兩種不同電壓網(wǎng)路的變壓器稱為聯(lián)絡(luò)變壓器(包括自耦變壓器與三繞組變壓器)。將電壓降低到電氣設(shè)備工作電壓的變壓器稱為配電變壓器。配電前用的各級變壓器稱為輸電變壓器。電力變壓器的結(jié)構(gòu)特點變壓器產(chǎn)品包括變壓器、互感器、調(diào)壓器、電抗器等，品格規(guī)格繁多，但基本原理和結(jié)構(gòu)是相似的，電力變壓器的外型如圖1-1所示，結(jié)構(gòu)則由下面幾部分組成。1.鐵心：電力變壓器的鐵心由硅鋼片經(jīng)剪切成一定的尺寸后疊積而成，對中小型變壓器亦有

31、硅鋼片卷制而成的鐵心。2.繞組：三相電力變壓器繞組由一次繞組、二次繞組、對地絕緣層（主絕緣）、一二次間絕緣及由燕尾墊片，撐條構(gòu)成的油道與高壓和低壓引線構(gòu)成。3.油箱及底座：油箱及底座是油浸式變壓器的容器和支撐部件,他們支持著器身和所有的附件。4.套管和引線:套管和引線是變壓器一、二次繞組與外部線路的連接部件,引線是通過套管引到油箱外部,套管既可固定引線,又起引線對地的絕緣作用。5.散熱器和冷卻器：它們是油浸式變壓器的冷卻裝置，中小型電力變壓器的散熱器。大容量的變壓器，采用油浸風(fēng)冷，強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，也采用油浸水冷或油浸強(qiáng)迫水冷方式。6.凈油器：凈油器也叫濾油器，是由鋼板焊成圓桶形的小油罐，罐里也

32、裝有硅膠之類的吸濕劑，當(dāng)油溫變化而上下流動時，經(jīng)過凈油器達(dá)到吸取油中的水分、渣、酸、氯化物的作用。7.儲油器：儲油器也叫油枕，用來補(bǔ)償變壓器油因溫度變化而發(fā)生的體積變化，同時具有減輕和防止變壓器油氧化和受潮的裝置，它是用鋼板剪切成形后，焊接制成，并通過管子和油箱里絕緣油溝通。8.繼電器：繼電器安裝在油箱和儲油柜連接管之間，是變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)裝置，當(dāng)內(nèi)部發(fā)生故障時，給運(yùn)行人員發(fā)出信號或自動切斷電源，保護(hù)變壓器。9.分接開關(guān)：分接開關(guān)是用來連接和切斷變壓器繞組分接頭，實現(xiàn)調(diào)壓的裝置，它分為無勵磁分接開關(guān)和有載分接開關(guān)。10.溫度計：溫度計是用以測量變壓器上層油的溫度而設(shè)的，中小型電力變壓器較多

33、采用酒精溫度計，大型變壓器則采用信號溫度計，另外變壓器上還用電阻溫度計，壓力式溫度計等。 圖1-1 電力變壓器外形圖 電力變壓器的性能參數(shù)1.變壓器額定容量；2.相數(shù)；3.頻率；4.變壓器一、二次側(cè)的額定電壓；5.繞組接線方式和聯(lián)結(jié)組；6.變壓器冷卻方式；7.絕緣水平；8.負(fù)載特點；9.安裝特點；10.短路阻抗；11.負(fù)載損耗；12.空載損耗；13.空載電流3。以上技術(shù)參數(shù)中前九項是由電力系統(tǒng)技術(shù)條件和環(huán)境及使用條件決定的。最后四項參數(shù)是由“三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求”規(guī)定的，或者由用戶和制造廠商共同協(xié)商而定，是變壓器設(shè)計中重要的四個參數(shù)，在進(jìn)行變壓器設(shè)計之前，必須明確設(shè)計任務(wù)書中的這

34、些技術(shù)參數(shù)。變壓器計算的一般程序電力變壓器電磁計算的任務(wù)在于確定變壓器的電、磁負(fù)荷和主要幾何，計算性能數(shù)據(jù)和各部分的溫升以及計算變壓器的重量、外型尺寸，利用電磁計算可以比較合理確定變壓器生產(chǎn)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行的可靠性等，因此變壓器的電磁計算是變壓器生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)，也是變壓器能否安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。變壓器計算的一般手工計算的設(shè)計程序如下：1.確定硅鋼片品種、牌號及鐵心結(jié)構(gòu)型式，計算鐵芯柱直徑，選定標(biāo)準(zhǔn)直徑，得出鐵心柱和鐵軛截面積。2.根據(jù)硅鋼片牌號，初選鐵芯柱中的磁通密度，計算每匝電勢。3.初算低壓繞組匝數(shù)，湊成整數(shù)匝，根據(jù)整數(shù)匝再重算鐵芯柱中的磁通密度及每匝電勢，再算出高、中壓繞組匝數(shù)。4.根據(jù)

35、變壓器額定容量及電壓等級，確定變壓器的主、縱絕緣結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)型式，確定導(dǎo)線規(guī)格，進(jìn)行繞組段數(shù)(層數(shù))、匝數(shù)的排列，計算繞組軸向高度及輻向尺寸。6.初算阻抗電壓無功分量()值，大容量變壓器的值應(yīng)與阻抗電壓()標(biāo)準(zhǔn)值相接近；小型變壓器的值應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)值。7.計算繞組負(fù)載損耗，算出阻抗電壓的有功分量()，檢查阻抗電壓是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，若不符合時應(yīng)調(diào)整達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值范圍。8.計算繞組導(dǎo)線對油的溫差，不合格時，可調(diào)整導(dǎo)線規(guī)格，或調(diào)整線段數(shù)及每段匝數(shù)的分配，當(dāng)超過規(guī)定值過大時，則需要變更鐵芯柱直徑。9.計算短路機(jī)械力及導(dǎo)線應(yīng)力，當(dāng)超過規(guī)定值時，應(yīng)調(diào)整安匝分布，或加大導(dǎo)線截面積。10.計算空載性能

36、及變壓器總損耗，計算油溫升，當(dāng)油溫升過高或過低時，應(yīng)調(diào)整冷卻裝置的數(shù)目。11.計算變壓器重量。應(yīng)該指出，電力變壓器計算必須根據(jù)國家的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)政策和資源情況以及制造和運(yùn)行方面的要求，合理地制定變壓器的性能數(shù)據(jù)和相應(yīng)的主要幾何尺寸。由于制造和運(yùn)行的角度不同，對某些性能數(shù)據(jù)的要求也往往有所不同。在進(jìn)行變壓器計算時必須綜合考慮各方面因素，并應(yīng)進(jìn)行多種方案比較，以便從中選取最佳方案4。目前，電子計算機(jī)在變壓器計算和設(shè)計方面的廣泛應(yīng)用，給快速進(jìn)行變壓器計算、設(shè)計和方案比較、選擇最佳方案提供了方便條件。論文研究的內(nèi)容本論文對SFSZ1063000/110變壓器進(jìn)行了電磁方案計算，算出該變壓器的各項指標(biāo)及各

37、部分的幾何尺寸、短路阻抗、整體的溫升、短路電動力及質(zhì)量。第2章SFSZ10-63000/110變壓器電磁計算2.1 產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)要求變壓器額定容量P：63000kVA2. 變壓器額定線電壓和分接范圍高壓側(cè)線電壓：11000081.25%V3. 變壓器聯(lián)接組：YNyn0d114. 變壓器相數(shù)：3相5. 額定頻率f：50赫茲6. 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：8. 油頂層對空氣的溫升h：9. 油對空氣的平均溫升：40K10. 空載損耗P0：50k11. 負(fù)載損耗PK：300k12. 空載電流IO：0.213. 短路阻抗UK：低壓中壓：6.5%。中壓高壓：10.5%。低壓

38、高壓：18%14. 變壓器運(yùn)行周圍條件：用于一般地區(qū)，海拔在1000m及以下，氣溫最高+40，最低-30，年平均為+20。2.2 主要材料1.硅鋼片：冷軋硅鋼片30ZH120(Z8H-0.3)；2.繞組導(dǎo)線：紙包扁銅線；3.絕緣材料：用A級絕緣材料，最高平均溫度不超過105；4.繞組絕緣漆：1130#；硅鋼片絕緣漆：1161#高溫快干漆。2.3 變壓器設(shè)計2.3.1 變壓器主要結(jié)構(gòu)的確定1.鐵心結(jié)構(gòu)采用三相三柱式鐵心。鐵心柱的夾緊采用環(huán)氧玻璃絲粘帶綁扎。鐵心的迭積采用斜接縫疊積法以適應(yīng)冷軋硅鋼片的方向性。 2.鐵軛結(jié)構(gòu)鐵軛用鐵軛螺桿和方鐵通過夾件夾緊。鐵軛的級數(shù)與鐵心柱級數(shù)完全一致。這樣兩者磁

39、通分布均勻，鐵軛截面可以與鐵心柱一致節(jié)省了材料。3.繞組的壓緊采用壓板。4.采用拱頂形油箱。2.3.2 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)，鐵心直徑與變壓器容量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，同樣容量但消耗材料不同。一般都按材料消

40、耗折算成物理容量進(jìn)行計算，為了計算方便，均以每柱的物理容量為基礎(chǔ)，按下式求出鐵心直徑。對于高、中和低各繞組容量均為100%的三繞組變壓器，每柱容量為： 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)其中: U1、U2 分別為高壓及中壓的額定電壓( kV ) ;Mzh 套有繞組的鐵心柱數(shù)。 KVA因此： mm取D=700mm式中：KD 鐵心直徑經(jīng)驗系數(shù) , 對冷軋硅鋼片的鐵心及銅繞組的變壓器 , 一般取KD = 5257 , 對特大型變壓器 , 由于運(yùn)輸高度的限制 , 此經(jīng)驗系數(shù)有時取得還要大些;Pzh 每柱容

41、量( kVA ) 。2.3.3 鐵心截面的設(shè)計2.3.3.1 鐵心鐵心柱截面形狀應(yīng)根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)型式而定。殼式變壓器繞組為矩形，則鐵心柱截面積亦為矩形3。心式變壓器繞組為圓形，為了適應(yīng)圓形繞組的要求及充分利用繞組內(nèi)部空間，鐵心柱一般制成階梯圓柱形，各小階梯（級）均為矩形。本設(shè)計采用心式變壓器，故鐵心柱制成階梯圓柱形。根據(jù)電力變壓器計算續(xù)表1-1查得。迭片系數(shù)為0.97，鐵心柱毛截面積為3526.4cm2。有效截面積為3420.6cm2。2.3.3.2鐵心柱截面為一多階梯形，外形接近于一個圓，當(dāng)鐵心直徑一定的情況下，鐵心級數(shù)越多，鐵心的有效截面積越大，但級數(shù)多時，硅鋼片疊片的規(guī)格就多、制造工時就多

42、。根據(jù)材料供應(yīng)情況和制造工藝水平，應(yīng)盡力增加鐵心柱級數(shù)。根據(jù)查表，本設(shè)計中鐵心的級數(shù)選為15級。2.3.3.3 硅鋼片最大片寬的確定迭片寬度是根據(jù)硅鋼片入廠時的寬度而定。為了套截，成張硅鋼片寬度應(yīng)為每級片寬的倍數(shù)，硅鋼片波浪度較大時，還要考慮去邊。由于大中小型變壓器的鐵心可以互相套截，而且進(jìn)廠硅鋼片的寬度又是不固定的，故每級片寬一般是采用10mm一進(jìn)級。必要時，允許有個別5mm一進(jìn)級的，直徑取D=700mm時， 105繞組到壓板的距離,mm70繞組到下軛的距離,mm20壓板到鐵軛的距離,mm32壓板厚度,mm 2.3.4 變壓器主、縱絕緣2.3.4本設(shè)計中變壓器的三相容量為63000kVA,故

43、采用中部出線結(jié)構(gòu)6。主絕緣尺寸的選取如下： 鐵心低壓繞組23mm； 低壓繞組中壓繞組36mm； 中壓繞組高壓繞組42mm； 高壓繞組高調(diào)線圈46mm；2.3.4變壓器繞組的縱絕緣對于餅式繞組而言，主要指匝間絕緣和段間油道絕緣。變壓器繞組縱絕緣通常是由梯度電壓所決定，即在沖擊電壓作用下，在繞組的線匝間、層間及線段之間出現(xiàn)的過電壓為依據(jù)5?？v絕緣尺寸的選取如下： 低壓繞組：匝絕緣取為0.45mm，段間油道平均為：4mm中壓繞組：匝絕緣取為0.45mm，段間油道平均為： 4.5 mm和首末端6mm油道6個。中斷點為10mm高壓繞組：匝絕緣取為1.35mm；段間油道平均為：5mm和首端開始2x5,5x

44、5,3x6,中斷點為8mm。調(diào)壓繞組：匝絕緣取為1.35mm。2.3.5 1.繞組型式是根據(jù)電流、匝數(shù)和容量選擇的。此處低壓繞組采用連續(xù)式繞組，中壓繞組采用連續(xù)式繞組，高壓繞組采用糾結(jié)連續(xù)式繞組6。2.繞組撐條數(shù)最好為4的倍數(shù)，撐條主要是支撐繞組，故撐條數(shù)的最后確定，應(yīng)由短路機(jī)械計算決定，但一般都按經(jīng)驗以鐵心直徑大小確定撐條數(shù)。當(dāng)鐵心直徑為700mm，取203.本變壓器為有載調(diào)壓（有獨立的調(diào)壓繞組）變壓器，故低壓繞組、中壓繞組、高壓繞組均為內(nèi)繞組。因為高、中、低壓繞組處于條數(shù)內(nèi)線柱，又由于整數(shù)匝起端與末端有搭頭，使得繞組有局部突出，為了使繞組各部輻向尺寸近于一致，故繞組一般都用分?jǐn)?shù)匝，以保證繞

45、組間的距離沿圓周方向一致，保證不因局部突出影響絕緣強(qiáng)度。每段匝數(shù)的分?jǐn)?shù)部分均以撐條數(shù)為分母表示出來，分?jǐn)?shù)的分子盡量為撐條數(shù)N減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)為偶數(shù)時，其分子小于或等于；當(dāng)并繞根數(shù)為奇數(shù)時，其分子小于或等于。繞組的段數(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)。4.導(dǎo)線的選擇：導(dǎo)線尺寸見導(dǎo)線尺寸表，導(dǎo)線的高度由電抗高度，油道總高度和匝數(shù)等有關(guān)因素確定的；導(dǎo)線的厚度由電流密度，導(dǎo)線總面積等有關(guān)因素確定的。2.4 電磁計算2.4.1 額定電壓和額定電流的計算1.在假定變壓器沒有電阻，沒有漏磁和沒有鐵耗的

46、情況下進(jìn)行對電壓、電流及匝數(shù)的計算。2.低壓繞組為“D”型接線，其線電壓與相電壓相等，線電流等于倍的相電流： =3464.10 A =2000.00 A3.中壓繞組為“Y”型接線，其線電壓等于倍的相電壓，線電流等于相電流： =944.75 A 4.高壓繞組為“Y”型接線，其線電壓等于倍的相電壓，線電流等于相電流：=330.66 A5.高壓繞組各分接處的線電壓及相電壓： 其它各分接處的線電壓、相電壓詳細(xì)計算過程略，高壓繞組各分接處的線電壓及相電壓計算結(jié)果見表2-1。2.4.2 繞組匝數(shù)的計算1.每匝電勢初選值的確定 按電磁感應(yīng)定律得7：每匝電勢初選值為：，式中：繞組額定相電壓，V； 繞組每相匝數(shù)

47、； 每匝電勢初選值，； 鐵心柱中主磁通，； 鐵心柱內(nèi)磁通密度初選值，T；鐵心柱凈截面積，；頻率，。對于冷軋硅鋼片，=1.71.75T（容量小時取小值）；當(dāng)采用高導(dǎo)的冷軋硅鋼片時，還可以高一些。已知鐵心柱凈截面積=3420.6，初選時，取1.72T，故每匝電勢初選值： V/匝2.低壓繞組匝數(shù)的確定，最后求得每匝電壓和磁通密度用和低壓繞組相電壓初算低壓繞組匝數(shù)：匝匝數(shù)不能有小數(shù)，低壓繞組匝數(shù)取80匝，故每匝電壓為：磁通密度計算： 磁通計算： 3.中壓繞組匝數(shù)的確定及電壓比校核匝數(shù)不能為小數(shù)，中壓繞組匝數(shù)取為170匝，則中壓繞組的實際相電壓為：電壓比校核的誤差為： 4.高壓繞組額定分接匝數(shù)的確定及電

48、壓比校核匝數(shù)不能為小數(shù)，高壓繞組匝數(shù)取為484匝，則高壓繞組的實際相電壓為：電壓比校核的誤差為： 5.高壓繞組各分接匝數(shù)的確定及電壓比較核高壓繞組各級分接處的匝數(shù)差：取=6匝計算各分接處的繞組匝數(shù)匝 ，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝匝，匝當(dāng)幾臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行時，各臺變壓器變比不同（即電壓比不同），將在并聯(lián)運(yùn)行的變壓器之間產(chǎn)生循環(huán)電流。從而產(chǎn)生不必要的損耗。當(dāng)變比相差較大時，還會影響溫升（這時循環(huán)電流也大），因此，國標(biāo)中對電壓比誤差有嚴(yán)格規(guī)定：110kV220kV變壓器各繞組內(nèi)的電壓比誤差為，設(shè)計計算時額定分接電壓比誤差控制在小于，其它分接控制在小于，高壓繞組各分接處電壓比校核如表2-1

49、所示。表2-1 高壓繞組各分接處電壓比校核位置匝數(shù)實際值，V標(biāo)準(zhǔn)值，V誤差，%+81.25%5326982569859.383-0.050+71.25%52669037.569065.526-0.041+61.25%5206825068271.670-0.032+51.25%51467462.567477.813-0.023+41.25%5086667566683.956-0.013+31.25%50265887.565890.100-0.004+21.25%4966510065096.243+0.006+11.25%49064312.564302.386+0.0160484635256350

50、8.530+0.026-11.25%47862737.562714.673+0.036-21.25%4726195061920.816+0.047-31.25%46661162.561126.960+0.058-41.25%4606037560333.103+0.069-51.25%45459587.559539.247+0.081-61.25%4485880058745.390+0.093-71.25%44258012.557951.533+0.105-81.25%4365722557157.677+0.1182.4.3 繞組計算2.4.31）低壓繞組的匝數(shù)為80匝；2）單螺旋式繞組，20根

51、撐條，40mm寬的墊塊，段間油道平均為：4mm;3）導(dǎo)線規(guī)格ZB-0.45，導(dǎo)線絕緣厚度為0.45厚的紙包銅線，導(dǎo)線尺寸為（2.0015.0）/（2.4515.45），采用20根導(dǎo)線并聯(lián)，即20;4）導(dǎo)線總截面積為29.6420=593.6;5）電流密度：；6）低壓繞組尺寸計算 低壓繞組輻向尺寸為：2.45201.03=50mm 低壓繞組軸向尺寸為： 15.4580+4“424”換位1298導(dǎo)線高度，mm +316油道高度，mm 1614 - 74（4.6%）壓縮系數(shù) 1540電抗高度，mm 105繞組到壓板的距離,mm 70繞組到下軛的距離,mm 20壓板到鐵軛的距離,mm + 32壓板厚度

52、,mm 1767鐵窗高度,mm2.4.31）中壓繞組匝數(shù)為170匝；2）連續(xù)式繞組，20根撐條，30mm寬墊塊, 段間油道平均為： 4.5 mm和首末端6mm油道6個。中斷點為10mm，線段數(shù)為(30+10+10)2=100段；3）每個線段的匝數(shù)為，,匝；4）每種線段的總匝數(shù)為(+)2=170匝；5）導(dǎo)線規(guī)格ZB-0.45，8根并聯(lián)，即8| ；6）繞組導(dǎo)線的總截面積：= 834.96=279.68；7）電流密度：；8）中壓繞組尺寸計算中壓繞組輻向尺寸為：823.81.03=62mm；中壓繞組軸向尺寸為：10011.05= 1105導(dǎo)線高度,mm + 460油道高度,mm 1565 - 25（0

53、.6%）壓縮系數(shù)1540電抗高度,mm 105繞組到壓板的距離,mm 70繞組到下軛的距離,mm 20壓板到鐵軛的距離,mm + 32壓板厚度,mm 1767鐵窗高度,mm2.4.31）高壓繞組匝數(shù)為484匝；2）糾結(jié)連續(xù)式繞組，20根撐條，50mm寬的墊塊，段間油道平均為：5mm和首端開始2x5,5x5,3x6,中斷點為8mm。，線段數(shù)為2(12+21+5+1+1)=80段；3）每個線段的匝數(shù)為,，,匝；4）每種線段的總匝數(shù)為(+)2=484匝；5）導(dǎo)線規(guī)格ZB-1.35，4根并聯(lián)，即4|；6）繞組導(dǎo)線總截面積：= 424.72= 98.88；7）電流密度：；8）高壓繞組尺寸計算高壓繞組輻向

54、尺寸：正常段：473.251.03=93mm 加強(qiáng)段：453.251.05=68+25（內(nèi)側(cè)墊紙板條）=93高壓繞組軸向尺寸：8014.55=1164導(dǎo)線高度,mm + 401油道高度,mm 1565 - 45（2.9%）壓縮系數(shù) + 20靜電環(huán)高度,mm 1540 電抗高度,mm 105繞組到壓板的距離,mm 70繞組到下軛的距離,mm 20壓板到鐵軛的距離,mm + 32壓板的厚度,mm 1767鐵窗高度,mm2.4.3 電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，由于運(yùn)行方式、系統(tǒng)聯(lián)結(jié)或負(fù)載變化等原因，都會引起系統(tǒng)電壓的變化。為了保證電壓質(zhì)量，必須對系統(tǒng)電壓進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。目前在電力系統(tǒng)中，較為廣泛采用有

55、載調(diào)壓變壓器進(jìn)行調(diào)壓，原因是有在調(diào)壓變壓器的調(diào)壓范圍大，并已實現(xiàn)連續(xù)調(diào)壓，而且投資少，效果好10。本變壓器采用有載調(diào)壓，調(diào)壓方式采用正反調(diào)壓方式。為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)壓繞組的繞組形式采用雙螺旋式，每一級調(diào)壓匝作為一股并聯(lián)支路，共8級調(diào)壓。1）調(diào)壓繞組每級6匝，串聯(lián)后調(diào)壓繞組的匝數(shù)為48匝；2）雙螺旋不換位，20根撐條，40mm寬的墊塊，繞組段數(shù)為26=12段；3）導(dǎo)線規(guī)格ZB-1.35, ，4根并聯(lián)，即4| ；4）繞組導(dǎo)線總的截面積：=427.64=110.56；5）電流密度：最大分接電壓時為2.719，額定電壓時為0，最小分接電壓時為2.991 ；6）調(diào)壓繞組尺寸計算：調(diào)壓繞組輻向尺寸：

56、243.351.03=28 mm ；調(diào)壓繞組軸向尺寸：15.3512=184 導(dǎo)線高度,mm + 1400 油道高度,mm 1584 - 44 （2.8%）壓縮系數(shù) 1540 電抗高度,mm 105 繞組到壓板的距離,mm 70 繞組到下軛的距離,mm 20 壓板到鐵軛的距離,mm + 32 壓板的厚度,mm 1767 鐵窗高度,mm2.4.3 2.4.3.1 絕緣半徑計算 圖2-1 絕緣半徑計算示意圖繞組絕緣半徑計算： 350 鐵心柱半徑,mm + 23 低壓繞組到鐵心的距離C ,mm 373 低壓繞組內(nèi)半徑,mm + 50 低壓繞組輻向厚度,mm423 低壓繞組外半徑，mm + 36 中低

57、壓繞組主空道距離,mm 459 中壓繞組內(nèi)半徑,mm + 62 中壓繞組輻向厚度,mm 521 中壓繞組外半徑,mm+ 42 高中壓繞組主空道距離,mm563 高壓繞組內(nèi)徑,mm + 93 高壓繞組輻向厚度,mm656 高壓繞組外徑,mm + 46 高壓繞組與調(diào)壓繞組主空道距離,mm 712 調(diào)壓繞組內(nèi)徑,mm + 28 調(diào)壓繞組輻向尺寸,mm 740 調(diào)壓繞組外徑,mm 2 1480 調(diào)壓繞組外直徑,mm + 50 相間主空道距離,mm 1530 鐵心中心距,mm2.4.3.2 繞組平均半徑計算1.低壓繞組平均半徑：mm2.中壓繞組平均半徑：mm3.高壓繞組平均半徑：mm4.調(diào)壓繞組平均半徑

58、：mm2.4.3.3 繞組平均匝長計算1.低壓繞組：m2.中壓繞組：m3.高壓繞組：m4.調(diào)壓繞組：m2.4.3.4 繞組導(dǎo)線總長計算1.低壓繞組：m2.中壓繞組：m3.高壓繞組：m4.調(diào)壓繞組：m2.4.4 75時繞組直流電阻計算1.低壓繞組：2.中壓繞組：3.高壓繞組：4.調(diào)壓繞組：2.4.5 2.4.5.1 裸導(dǎo)線質(zhì)量計算， kg式中：相數(shù) ；導(dǎo)線總的截面積，； 導(dǎo)線密度，銅導(dǎo)線：=8.9。1.低壓繞組kg2.中壓繞組kg3.高壓繞組 kg4.調(diào)壓繞組 kg2.4.5.2 帶絕緣導(dǎo)線質(zhì)量計算 ， kg式中：絕緣紙占裸導(dǎo)線質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)； 紙包扁銅線：，%式中：導(dǎo)線每邊匝絕緣厚度，mm； 裸

59、導(dǎo)線的厚度，mm； 裸導(dǎo)線的寬度，mm； 單根導(dǎo)線截面積，。1.低壓繞組%kg2.中壓繞組%kg3.高壓繞組%kg4.調(diào)壓繞組%kg2.4.6 當(dāng)線圈幾何尺寸確定后，應(yīng)首先計算阻抗分量。短路阻抗由電阻分量%和電抗分量%兩部分組成，但對較大容量變壓器，因為電阻分量%很小，計算時可以略去。電抗分量Xd%都是以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示的，其計算公式如下：，%式中：低壓線圈安匝數(shù)（或取高壓線圈安匝數(shù)），安匝；每匝電勢，V；繞組平均有效電抗高度，cm； 洛式系數(shù)，； 漏磁場總寬度,cm；漏磁寬度，cm，式中： ， 分別為繞組1，主絕緣空道，繞組2的輻向尺寸； ， 分別為繞組1，主絕緣空道，繞組2的平均半徑。

60、圖2-2 漏磁寬度計算示意圖漏磁寬度有關(guān)計算：低壓繞組：cm中壓繞組：cm高壓繞組：cm調(diào)壓繞組：cm中低壓繞組主空道：cm高中壓繞組主空道：cm高低壓繞組主空道：cm調(diào)高壓繞組主空道：cm2.4.6.1 中壓繞組低壓繞組電抗分量cmcm%2.4.6.2 cmcmcm%2.4.6.3 cmcmcm% 以上所示的計算值均未超過標(biāo)準(zhǔn)值的0.97-1.03倍，所以短路阻抗部分計算合格。2.4.短路阻抗的允許誤差值，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為10%，但由于制造時影響阻抗因素很多，故一般計算時誤差控制在34%以下，從上可知符合標(biāo)準(zhǔn)。電抗計算，往往不能一次計算就能符合要求，需作適當(dāng)調(diào)整，頻率和電流是不可能調(diào)變的，電抗分