20kV电力变压器设计-S11-1000-20配电变压器电磁设计

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1、南华大学船山学院毕业设计(论文)题 目 20kV电力变压器设计 S11-1000/20配电变压器电磁设计专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 指导教师职称 副教授 班 级 学 号 学生姓名 2013年6月3日南华大学船山学院毕业论文（设计）摘要:变压器自十九世纪问世以来，随着电力工业及供用电事业的不断发展，已经获得了极为广泛的应用。它是电力网构成中不可缺少的重要设备离开了它，随着生产技术的不断发展，变压器的型号、结构性能与参数也在日益更新，这期间同样经历了一个相当的研制与发展过程。进而综观世界同行业的变化，更会激起我们树立奋勇赶超国际先进水平的雄心。本次是对S11-1000kVA/20kV的

2、配电变压器的设计，设计通过对变压器的铁心直径的选择、线圈绕组的摆放型式与计算、导线的选择、损耗的计算、油箱尺寸的确定、绕组与油的温升等各个部分的计算，设计出一台符合设计要求的配电变压器。变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益,所以电力变压设计是一个很值得我们去研究的课题。关键词:变压器；铁心；线圈；损耗；油箱；温升；重量iABSTRACT:Since the transformer comes out since nineteen centuries, have already gained extremely broad appl

3、ication with power industry and 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 r

4、enewal , this period same have experienced 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 internation

5、al level more. Time is the design 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 , dissipativ

6、e calculation , fuel tank dimension 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 func

7、tion , mass are related to working 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.Key words:transformers；core；coi

8、l；loss；the fuel tank；temperature；weight编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第39页 共43页1 变压器概述1.1 变压器的原理及分类变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器。它有一个共用的铁心和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接收交流电能时，能通过电感生磁，磁感生电的电磁感应原理改变电压（电流），在其余绕组上以同一频率，不同电压传输交流电能。变压器分为电力变压器和特种变压器。电力变压器又分为油浸式和干式两种。目前，油浸式变压器用作升压变压器、降压变压器、联络变压器和配电变压器；干式

9、变压器只在部分变压器中使用。电力变压器可以按绕组耦合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类。 1.2 变压器行业现状随着我国国民经济的发展迅速对电力的需求也日趋上升，作为输变电系统中的主要设备-变压器也得到了长足的发展。为适应和满足市场需求，许多制造厂家为不断地改进产品结构，提高产品性能从国外引进先进的生产技术和装备，在新工艺新材料的探索方面做了不懈的努力。目前变压器主要向两个方面发展。 一是向特大型超高压方面发展，电压等级为220kV，330kV，500kV将来向750，1000千伏发展。西北地区已决定采用750千伏。单台容量越做越大，目前全国最大的变压器单台容量为沈变厂制

10、造的三相72万kVA/500kV变压器，三峡工程所用主变单台容量为三相84万kVA/500kV。这些变压器一般都用在大型电站或电力的输送上。所以运行可靠性至关重要，因此制造厂为改善电、磁、热、力的性能和分布的合理性采取了很多措施。 铁心制造所涉及的工艺及工装要使变压器的空载损耗附加工艺系数尽可能降低，目前采用的硅钢片都是冷轧晶格取向的优质硅钢片，片型也越来越薄，0.35mm的已淘汰，一般用0.3mm乃至0.27mm、0.23mm厚的硅钢片。为了使磁通的流动更合理和减少损耗逐渐采用了多级阶梯接缝这就需要与之相配套的步进式横剪线。 叠片时为减少不必要的工时和损耗，有些厂家已经采用不叠上轭工艺，这就

11、需要定位准 确的不叠上轭叠装台。铁心绑扎一般都是人工用无纬玻璃粘带绑扎，这样绑扎的力量不够、也不均匀，目前个别厂家用铁心绑扎效果良好，应逐渐推广。线圈制造所涉及的工艺与工装要保证较低负载损耗，较高承受短路机械力的能力和较好的散热性能，电磁线目前很少用电解铜杆拉拨，基本上都用电阻率低，表面质量较好的无氧铜杆了，但还有些小厂仍然采用电解铜，对于大型产品为提高机械强度可采用半硬线。为降低负载损耗采用换位导线时，也有采用自粘性换位导线的厂家这对抗短路能力很有好处。 在绕线圈时为保证线圈的绕紧，线圈幅向尺寸尽可能做到零公差，尤其是换流变压器的阻抗误差要求非常严，这就要选用立式绕线机或者带有拉紧，幅向和轴

12、向压紧装置的卧式绕线机，线圈干燥时尽可能采用带压干燥或恒压干燥，这样，线圈承受短路机械力的能力大大提高。 绝缘件加工，有不少厂家对绝缘件加工不重视绝缘车间环境不好，这样，很难保证线圈的绝缘强度。甚至有的小企业绝缘件加工和金属件加工共用同一台设备。应该做到恒温，恒湿。绝缘纸板最好采用高密度纸板不然也要进行密化处理，大部分厂家能做到这点。这样，就可确保绝缘、散热与耐受机械力的性能。撑条垫块必须做到去毛，倒角处理。有条件应该添置绝缘加工中心设备。 引线，在变压器发生的质量事故中由引线问题引起的绝缘与机械事故比较多，所以对引线加工要格外小心注意。引线的焊接目前普遍采用火焰钎焊，或铜焊机的电阻钎焊，大型

13、企业部分采用冷压焊，目前国外大部分都采用冷压焊或高频钎焊，现在高频钎焊在国内尚属空白。引线长度一定要适中即不要绷的很紧引起振动受力，又不要过长以免振动，短路放电。 器身，对于大型企业来说尤其是生产220kV以上产品为确保运行可靠基本上都采用目前最先进的煤油汽相干燥工艺，部分110kV生产厂家也在用汽相干燥工艺，但尚有相当一部分110kV生产厂家用变压法或热风循环工艺。过去人们普遍认为110产品用汽相干燥等于大马拉小车得不偿失，所以一般选用变压法或热风循环法，现在就不同了，110在电气性能上也要求测局放量，用户要求则更为苛刻，要求100300pC左右，影响局放量的因素很多但器身的清洁程度是非常重

14、要的环节，只有用煤油汽相干燥才能够在干燥过程中将器身彻底地冲洗干净，并且干燥效果非常好还能缩短干燥周期，沈变所搞的全自动汽相干燥设备是目前国内能保证性能的最先进的一流设备。 油箱加工，目前国内的油浸式变压器渗漏现象还是较为严重。主要是密封面，法兰螺纹孔和拐角比较抠手部分的焊线，密封材料也不尽人意，最近生产的丙烯酸酯密封性能好一些，有的厂家具有钢板的前期处理和油箱的抛丸处理工艺。 生产环境，电器产品尤其是高电压产品的生产车间的清洁度至关重要直接影响电气性能，至少对线圈绕制和器身装配区域要求有防尘室，我国大型企业基本具有这种保证电气性能的条件但管理不严，有的甚至达不到要求，应该达到日降尘量在20m

15、g/m2以下，国外大公司基本达到全厂防尘化，在这一点上我们与国外差距较大。二是向节能化，小型化，低噪音，高阻抗，防爆型，智能化等方面发展。这些产品以中小型产品为主，如目前在城网、农网改造上被推荐采用的新S9型配电变压器，它是第七代 节能产品，还有卷铁心变压器、非晶合金变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、高燃点油变压器、SF6气体绝缘变压器等。这些变压器的生产工艺基本上能够借用上述大型变压器的生产工艺之外根据不同产品有不同的工艺特点。比如卷铁心变压器，目前生产的卷铁心变压器都是封闭式铁心有多级型和R型铁心，这就需要配备卷铁心机，特殊绕线机，铁心退火炉，不然很难生产出卷铁心变压器。 又

16、如，为达到产品少维护而发展的波纹油箱型全密封变压器，就要配备波纹油箱生产线，目前我国有简易式波纹油箱生产线也能满足生产要求。非晶合金变压器，由于非晶带材特别薄为0.03mm并特别脆一般生产厂家很难加工成铁心，所以一般都是购买现成的铁心，如美国的联信公司的或中国钢研总院生产的。 随着国民经济的发展，城市向大型化，繁华化发展，人口密集，高层建筑成群。城网改造中规定110kV线路进城变电所以110kV变压器布站。以北京为例，三环路以内一个变电站供电半径为1.5km一个电站一般配置5万kVA到6.3kVA的变压器3台。这么多的大型变压器在城市中心尤其是在政治色彩很浓的北京城里就好比是一颗颗定时炸弹。因

17、此人们开始对高燃点油变压器、SF6气体绝缘变压器重视起来。 SF6气体绝缘变压器，SF6气体无色，无毒，无味在600以下是稳定的惰性气体，不燃烧，不爆炸，绝缘性能良好热容量比变压器油稍差，但在0.14Mpa以上散热性能良好能满足变压器的散热要求。生产SF6气体绝缘变压器要配有SF6充气回收装置，并配有气体压力表，密度计，SF6气体绝缘变压器用有载开关等特殊组件产品。匝绝缘层绝缘和撑条要用PPS或PET等聚酯材料。由于SF6是有温室效应的气体，故在工艺上必须保证有较低的年泄漏率为1%/年。 1.3 发展趋势 变压器制造工艺的发展主要结合新产品新结构的特点研究出与之相适应的工艺，并着重于新材料，新

18、装备的开发应用以此来不断提高产品的质量和可靠性，但这些新工艺的研究开发需要大量的资金投入和生产成本的提高。而目前我国变压器供大于求，价格竞争异常激烈，用户在招标活动中首选条件是价格因素，因此各生产厂家很难进行大量的投入，这样生产工艺就无法发展，产品质量上不去，质量上不去，价格也不会高，没有利润于是造成恶性循环，因此有关部门对变压器价格规律应给予充分重视加以合理改进。 我国将来变压器发展方向仍是节能型，低噪音，防火防爆型，高可靠性方面发展，所以上述谈的一些工艺仍要继续推广普及使用。另外选用优质低损耗导磁物质，大型产品可选用激光照射或刻槽硅钢片，带轴向幅向压紧装置的绕线机、汽相干燥设备、步进式横剪

19、线等先进生产设备要普及使用。 绝缘材料加工尽可能由专业生产厂家统一加工逐步增加新型固体绝缘材料如注塑件等，国外绝缘件加工用激光切割，我国也可以发展用激光加工绝缘件。 另外对变压器外在质量上应下大力气加以研究，如油箱表面处理，油漆的种类等使油箱尽可能美观。1.4 变压器的结构变压器基本结构主要有下几个部分：（1） 铁心：铁心是变压器电磁感应通路，铁心一般都是用硅钢片叠装，铁心直径是变压器最基本的参数，铁心直径的选取直接关系到整个变压器的性能参数和制造成本。（2） 绕组:绕组是变压器的电路部分，有高压组和低压组两个组。绕组有铜线和铝线两种，可根据具体情况选择，将线绕成线圈套装在铁心上。（3） 油箱

20、：是变压器的外壳，内装铁心、绕组、油。包括油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件。油浸电力变压器的器身都放在油箱中，箱内充满变压器油，其目的是提变压器的高绝缘强度，给变压器进行散热。（4） 保护装置：包括油枕、油表、防爆管或压力释放阀、吸湿器、净油器、测温元件、气体继电器等。（5） 散热器：用来降低变压器的温度，为提高油冷却效果，可采取辅助措施加强散热。（6） 出线装置：高压套管、低压套管等。（7） 附件：包括温度计、净油器、油位计等。1.5 变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变换电能以

21、及把电能从一个电路传递到另一个电路的静止电磁装置称为变压器。变压器是电力系统中生产、输送、分配和使用电能的重要装置。1.6 变压器的设计任务及要求变压器的设计任务主要包括变压器的型式，额定容量，冷却方式，额定电压与调压方式以及变压器阻抗电压值的确定等。按照有关国家标准如电力变压器及三相油浸式电力变压器技术参数和要求和部件标准等，确定变压器电磁负载，几何尺寸和电，热，机械方面的性能数据，以满足使用部门的要求。要有良好的工艺性，使其制造简单，产品的价格应便宜。要求设计者要综合考虑上述各种因素，进行多方案比较分析，选取最佳方案。2 油浸式变压器的电磁计算论述2.1 变压器设计的一般流程图根据设计任务

22、书要求确定原始数据选择硅钢片牌号及铁芯结构形式;计算铁芯直径，选择铁芯柱和铁轭截面另选铁心柱直径选择铁芯柱磁密，计算每匝电势计算高低压绕组匝数绕组及主纵绝缘结构的设计高低压绕组的设计另选导线 不符合要求时 另选导线后仍不符合短路特性的设计 磁路系统设计与空载特性的计算 不符合要求时 铁芯结构和绕组机械强度的校验绘制变压器总体平面布置图，引线及分接开关结构设计，确定油箱尺寸以及冷确装置计算温升用变压器重量绘制变压器形尺寸图 图1变压器电磁计算的一般流程图2.2 变压器的各类参数规格 首先变压器的参数要满足几个条件，即满足国家标准及其他有关标准，符合厂家要求。技术规范如下：产品型号： S11-10

23、00/20一次线电压：20kV5%二次线电压：0.4kV联接组别： Dyn11调压方式： 无励磁调压空载损耗： 1.15kW负载损耗： 11.33kW空载电流： 0.7%短路阻抗： 6.0%冷却方式： 油浸自冷设计出一台产品型号为S11-1000/20，一次线电压为20kV5%，二次线电压0.4kV,联结组别为Dyn11,调压方式为无励磁调压，空载损耗1.15kW，负载损耗11.33kW，空载电流0.7%，短路阻抗性6.0%，冷却方式为油浸自冷性价比比较高的油浸电力变压器。2.3 线圈额定电压的确定电压、电流及匝数的计算是在假定变压器没有电阻，没有漏磁和没有铁耗的情况下进行的，因为这些问题对计

24、算结果影响很小。由于三相变压器有Y接法(或YN接法)与D接法两种类型，因此在计算电压、电流时，必须注意线值与相值的关系，下面分别介绍本设计用到的Dyn11接法这种情况。D(三角形)接法(见图2)。这种接法多用于中、低压绕组。其特点为相电压等于线电压，但相电流为线电流的1/，即图2三相变压器的D接法另外，对于有分接抽头的变压器，还应分别计算在不同分接下的电压和电流。 上所述可知：根据已知的额定容量、额定电压(包括各分接电压)、变压器绕组的接法以及相数等，按照上述各有关公式、即可计算出所需的线、相电流可以及各分接下的电压。2.4 铁心直径的选择 铁心柱直径是变压器的最基本的参数，因为铁心柱的大小只

25、要确定了，也就意味着绕组的内径以及原副绕组匝数的确定，从而影响到变压器各方面的性能参数。它的正确选定涉及到变压器材料消耗的铜铁比例，也是影响优化设计很重要的因素。所以确定铁心柱直径是变压器设计的第一步。2.4.1 影响铁心直径选择的主要因素铁心是变压器的磁路和骨架。从变压器原理的分析可知，当铁心磁密一定时，增大铁心直径时，绕组匝数将减少，即铁心材料消耗增加使得导线材料消耗减少并使得短路阻抗和负载损耗降低；当保持绕组匝数不变，增大铁心直径将使得磁密降低，而空载电流、空载损耗也降低，铁心材料消耗增加。对电力变压器来说，短路阻抗是一个很重要的参数，在设计时要求严格控制在一定范围之内。根据计算短路阻抗

26、公式可知，短路阻抗的电抗分量。若要维持短路阻抗为一定值，则需要使绕组电抗高度减少，并使纵向漏磁等效面积增大，即增加辐向尺寸而减少绕组高度，以使绕组和整个变压器的尺寸向宽而低的方向发展。综上所述：铁心直径的选取首先将关系到整个变压器的制造成本。这主要看铁心材料的增加及导线材料的减少之中哪一个量变化对制造成本的影响更大来决定；铁心直径的变化还影响到变压器的各技术性能参数的改变；铁心直径的选取还影响到整个变压器的尺寸、形状等。2.4.2 铁心材料的选取铁心采用冷轧硅钢片叠积而成的, 由于硅钢片表面已有附着性较好的绝缘膜, 故可不再涂漆。铁心常用硅钢片牌号及叠片系数 ( fd ) 从下表1选取 。表1

27、铁心常用硅钢片牌号及叠片系数选取表( fd ) 硅 钢 片 牌 号 叠片系数 适 用 的 范 围 日本新日铁 ( 川崎 ) 国标( fd ) 35Z155 (35RG155) 35Z145 (35RG145) 35Q155 35Q145 0.97 0.97 常 规 的产 品 30Z140 (30RG140) 30Q140 0.96 30ZH120 (30RGH120) 30QG120 0.96 1) 500kV级的产品 2) 要求损耗比较低的产品 3) 要求噪声比较低的产品 27ZH100 (27RGH100) 0.955 要求损耗极低的产品(需经批准) 23ZH 90 (23RGH090)

28、23ZDKH90 (23RGHPJ090) 0.945 要求非常特殊的产品(需经批准) 由此表知，要满足耗损低，噪声低的要求。应选取牌号为:27QG100; 叠片系数0.96 硅钢片作为此设计的铁心的材料。2.5 铁心直径的估算铁心直径的大小，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小。合理的铁心直径就是硅钢片和导线材料的用量比例适当，打破到最经济的效果，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

29、分之一次方成正比的关系，但因为变压器分单相、三相、双绕组、三绕组、自耦等，同样容量但肖耗材料不同。 2.5.1 每柱容量 ( Pzh ) 的计算 每柱容量是在每个铁心柱上各绕组额定容量折算成双绕组后的型式容量。 kVA 式 中: Pri 各绕组额定容量的总和( kVA ) , 如高、中压为自耦联结时, 则高压及中压额定容量, 应分别乘以效益系数 ;式 中: U1、U2 分别为高压及中压侧的额定电压( kV ) ; mzh 套有绕组的铁心柱数。2.5.2 铁心直径的计算 （mm）(从变压器设计手册上查表取标准直径) 式中:为铁心直径经验系数 , 对于冷轧硅钢片的铁心及铜线绕组的变压器 , 一般取

30、=5257,对特大型变压器,由于运输高度的限制,经验系数有时取得还要更大些;为每柱容量( kVA ) 从一般情况来说与变压器结构有关，就一般情况来说，他是具有铜线大于铝线双绕组大于三绕组的结构特点,但随着现代变压器制作工艺技术的进步，的取值并不是一层不变的,影响取值的因素还包括产品的价格及发展，还有不同厂家的不同条件来选取最优的值。2.6 高、低压线圈匝数的计算2.6.1 初选每匝电势（）的计算式中:为初算后的每匝电压,单位; 为初选的铁心柱的磁通密度,单位T; 为铁心柱的有效截面积,单位cm2 ; 为50Hz; 从上式可以知道，当铁心截面积确定后，每匝电势大小的选择主要取决于最大磁通密度Bm

31、的选择。但我们在设计时，最大磁密Bm的选择就成了一项比较复杂的问题了，因为它主要涉及到了铁心材料的用量、特性、损耗、电势的波行、噪声等等一系列的因素。 当磁通密度取得比较大时是可以节省铁心材料的消耗，但磁密取得越大时会越接近饱和点，使得激磁电流和铁心的损耗随之增加，运行损耗也会增加，铁心发热也会增加。所以磁通密度大小的选择牵涉到了制造成本，同时也关系到了运行上的费用。当然磁通密度的选择还的硅钢片的材质饱和特性有关，对于现在我国常采用到的冷轧硅钢片而言，一般饱和磁通密度取1.9-2.0T。但磁密的选择是要考虑它的运行特点的。如，对于有分接电压的应考虑在+5%电压运行时电压波形仍然为正弦波形，此时

32、则要可靠防止变压器运行在饱和阶段。在GB1094.1中曾明确的规定：当电压最大值不超过响应分接电压的+5%时，变压器在该分解的容量下是可连续运行的。即是说，变压器在+5%的额定电压下运行时还能输出额定电流。 综合以上的原因，目前设计中Bm取值范围一般在1.65-1.75T。对中小型变压器一般取值在1.651.70T，对大型变压器一般取1.7-1.75T。2.6.2 低压绕组匝数的计算 初选低压绕组匝数公式为： 匝 匝数不能为小数，所以取整后即为低压绕组匝数。 实际的每匝电压公式为： 上式在重新计算的值时，必须保留小数点后三位有效数字，主要是为了使具有比较精确的值，以使下一步计算出的高压绕组匝数

33、能符合电压比校核时的要求。2.6.3 磁通密度的计算 当每匝电压确定后，就能最终确定磁通密度。 2.6.4 高压绕组匝数的计算高压绕组最小分接位置时的匝数：匝，为取整后的数值。5%分接间相电压的差值计算:分接间匝数的计算：匝，为取整后的数值。最小分接位置时匝数为匝时， 电压比：额定分接位置时匝数为匝时，电压比：最大分接位置时匝数为匝时,电压比：式中为额定相电压; 为计算的相电压;2.7 变压器绝缘的设计分类及对绝缘的要求变压器通常可以分为：干式变压器、油浸式变压器和气体绝缘变压器，气体绝缘变压器主要气体成分是六弗化硫，他们中的任何类型的变压器的绝缘结构都是很重要的。它影响到运行的可靠性，还决定

34、了产品的技术先进性和成本的高低。对绝缘设计的基本要求有三个方面： 电性能的要求变压器长期运行的过程中要承受长期最大的工作电压，更是要受各种可能的过电压影响，后者是主要的影响因素， 它是衡量变压器主要绝缘水平的一个重要依据。变压器电性能的优劣主要是靠各种试验电压保证。 变压器对热性能的要求 变压器在运行过程是会因损耗而发热直到稳定的稳升值，高温条件是会加快变压器绝缘材料的老化，从而使其寿命缩短。通常根据变压器绝缘材料使用的不同而等级不同，都规定了相应的最高容许发热温升值和额定温升值的大小，运行过程中只要发热超过最高容许值后变压器的寿命会大打折扣。 变压器机械性能的要求 当电流通过变压器绕组时，在

35、电流与学习漏磁两者的作用下，绕组导体内会产生电动力，尤其是突然短路的情况下会产生很大的短路电流，此时电动力将达到非常大的数值。在设计时选用的绝缘要有足够的动稳定性和机械强度。同时它是也影响到变压器寿命的主要因素。2.8 导线、电流密度的选择 导线的选择 以前为了铜用量的节约变压器容量一般在6300KV以下时使用铝导线，如果容量更在时则铜线或铝合金导线。而现在低损耗的变压器一般是用铜导线。常用的导线有以下几类：纸包扁线（ZB)、漆包圆线（QQQZ等）。纸包扁导线用ab即宽厚表示。两边的绝缘厚度一般有0.450.951.351.95mm等几类，扁线的厚度一般在1.125.6mm之间，扁线的宽度一般

36、层式绕组选用小值，而饼式绕组选用大值。因为如果选太厚时会造成工艺上绕线太困难，选太薄时会造成焊接困难，同时也不易平弯。电流密度的选择 铜导线的电流密度一般最大在4.5，铝导线电流密度一般不超过2.4。小型变压器则尽可能取低值，容量较大时，电流密度可取高些。低损要求的变压器铜导线电流密度一般取2.5- 3，特殊要求的可取更小值。2.9 变压器的绕组选择2.9.1 变压器绕组的结构型式及其特点 变压器绕组在电力变压器中是最复杂也是最重要的一个组成部分，它的参数直接决定变压器的容量大小，电压电流大小及其使用条件。它由铝或铜(圆扁线）绕制，再配上专门的绝缘部件组成。而它的绕组型式主要的依据是电压等级和

37、电流大小选择，同量还要考虑到它的电机械强度、散热性能、等等一系列的问题。一般对电压等级较低电流大的绕组采用多根扁导线联绕制成螺旋式的绕组形式，反之，一般采用连续式或纠结式插入电容的内屏蔽式绕组。2.9.2 绕组选取的要求 绝缘强度的要求 保证变压器的运行中会会发生任何部位的绝缘击穿，要求绕组设计时有足够大的裕度。 动稳定的要求 要求绕组有足够强的机械强度，能够在承受强大电磁力的同时结构不会发生损坏。 散热性能的要求 尽量减小油的阻力，不会产生死油区，变压器在发生短路时会生很大的热量，不会烧毁线匝。2.9.3 绕组的型式（主要针对本设计绕组介绍）线圈是变压器输入和输出电能的电气回路，是变压器的基

38、本部件，也是变压器检修的主要部件，它是由铜，铝和圆扁导线绕制，再配置各种绝缘件组成的。变压器容量和电压等级的不同，线圈所具有的结构特点亦各不相同，其中包括匝数，导线截面，并联导线换位，绕向，线圈的连接方式等。线圈必须具有足够的电气强度，耐热强度和机械强度，以保证制造或修理后的变压器能够可靠的运行根据经验可得本台变压器高压线圈为多层圆筒式，低压线圈为螺旋式。高压在外，低压在内的布置形式。采用圆导或扁导线绕制，可绕成若干个线层，在线之间放置分级层间绝缘或者冷却油隙，绕组内侧第一层对地之间的电容比较大，会使得雷电冲击电压分布不均匀，因此当绕组工作电压在35KV以上时应在第一层内侧放置电容屏，用来改善

39、冲击电压的起始分布。常用于容量630kvA及以下，电压335KV级的高压线圈。变压器绕组主要有以下几种类型：（1） 层式绕组：分为单层、多层圆筒式、箔式绕组等，其特点是叠层绕制而成。（2） 饼式绕组：分为连续式、纠结式、螺旋式、内屏蔽式等。其特点是沿轴向高度的绕组是由一个个的水平线饼组成。它广泛应用于大中型变压器中。（3） 交错式绕组：其特点为高压绕组和低压绕组沿轴向互相交错排列而成，主要用于壳式变压器。绕组型式的选择可参考下表2。表2绕组选型参考表容量kVA电压kV绕组型式绕组位置630及以下0.4双层圆筒式内线柱500及以下3-10多层圆筒式外线柱630及以下352000及以下60两段圆筒

40、式外线柱800-10000.4双螺旋内线柱1250-20000.4四螺旋4000-100003单螺旋或单半螺旋16000-50000640000-630001031500及以上35单螺旋式、单半螺旋、连续式31500及以上60连续式800-31503连续式或半连续式外线柱700-100006630及以上10800及以上352500及以上60纠结一部分纠结连续式5000及以上110内屏蔽连续式31500及以上220纠结式、内屏式、分级补偿2.10 绝缘半径 变压器绝缘是电力变压器，特别是高压和超高压电力变压器的重要组成部分。从变压器结构设计方面来说，通常分为六大部分，即绕组、铁心、引线、器身、油

41、箱重量。其中，绕组、引线、器身和总装(涉及外绝缘)四大部分直接与绝缘有紧密的联系，铁心和油箱也涉及到绝缘问题。另外，绝缘问题无论是在变压器制造过程中，还是在变压器运行中往往都是最敏感、最直观地表现出来，所以变压器绝缘成为变压器制造厂家和使用部门员为关注、最为重视的问题。 制造和运行经验表明，电力变压器绝缘结构及其绝缘材科的可靠性，直接影内到变压器运行的可靠性。在保证运行可靠性的前提下，缩小变压器绝缘距离，具有明显的经济意义。因此，合理地确定变压器绝缘结构和正确选用绝缘材科，具有重要的技术经济意义。研究变压器绝缘，就是要把握住变压器绝缘的内在联系，做到合理地确定变压器绝缘结构和正确选用绝缘材料，

42、以便在保证可靠性的前提下。设计出性能先进，且是最经济的变压器来。主绝缘距离是根据试验数据和制经验确定的。2.11 铁心窗高铁心窗高包括线圈轴向高度及线圈至上下铁轭的绝缘距离，并以高压线圈计算高度为准。且使线圈在压板或公用铁轭绝缘以下的总高度必须相等；以使所有的线圈压紧。铁心窗高，按下式计算，其尾数凑成5的倍数。 -高压线圈的轴向高度， -线圈两端静电板的总高度， -线圈或静电板至下铁轭的绝缘距离， -线圈或静电板至压板或上铁轭的绝缘距离， -压板厚度， -上端间隙。2.12 铁心中心距线圈几何尺寸确定后，即可计算铁心各部的几何尺寸和铁心硅钢片的重量。铁心中心距:取5的倍数式中：-相间距离2.1

43、3 铁心柱重量式中：套有线圈胡铁心柱数，三相三柱式取3； 硅钢片的比重； 铁心窗高； 铁心柱净截面；2.14 铁轭重量 式中：上下主轭的心柱中心柱数目，三相三柱式取4； 硅钢片的比重； 铁心窗高； 铁心柱净截面；2.15 铁心总重量 式中：-铁芯柱重量 -铁轭重量 -角重2.16 空载损耗变压器的空载损耗包括基本铁耗和附加铁耗，基本铁耗又包括磁滞损耗和涡流损耗。在实际的计算中，则是根据变压器的硅钢片的型号及最大磁密，在设计手册中查得单位重量铁耗，变压器某一部分的基本铁耗就等于这一部分的重量乘以单位重量铁耗。目前采用铁心柱与铁轭净截面相等的结构，则用变压器铁心的总重量乘以单位重量的铁耗，即为基本

44、铁耗。附加铁耗也不单独计算，用基本铁耗乘以空载损耗附加系数即可。式中：-空载损耗附加系数， -硅钢片单位质量铁损耗2.17 空载电流变压器的空载电流由铁耗电流和磁化电流两个分量合成。铁耗电流：磁化电流：-铁芯转角部分励磁电流增加系数，对全斜接缝，一般取；-铁芯单位磁化容量，查变压器手册；-铁芯接缝总数，三相三柱式一般取；-接缝磁化容量，根据斜接缝出磁密查表；2.18 负载损耗 负载损耗，对两绕组变压器而言，它包括两个绕组的导线电阻损耗、导线附加损耗（导线涡流损耗和导线环流损耗）、引线损耗以及杂散损耗。 漏磁场引起的损耗降低变压器效率，引起变压器个别部件的过热。随着变压器容量增大，褐磁场引起的损

45、耗的绝对值和相对值均增大，散热越来越困难。所以应该采取专门措施以减少这种损耗。减少漏磁场引起的损耗的最有效措施是减少漏磁场本身。这种措施虽然是可行的，但是这将导致短路电流增大，限制了标准中规定阻抗电压数值。在漏磁场数值为一定的前提下，采取下列措施可以减少损耗： 改善漏磁场图形并使漏磁通沿着引起最小损耗的路径通过(控制褐磁场) 正确地选择变压器个别元件的结构和尺寸；采用某些不导电和不导磁材料代替导电和导磁材料2.18.1 绕组导线电阻损耗计算 式中：-相数 -分接的相电流 -分接的相电阻2.18.2 导线附加损耗式中：-绕组导线的附加损耗系数， -被计算绕组的涡流损耗系数， -被计算绕组的环流损

46、耗系数， -涡流系数，时，铜线 m-垂直于漏磁场方向的导线根数，连续式，m=每段匝数并联根数 n-平行于漏磁场方向的导线根数，连续数，n=总段数 a-垂直于漏磁场方向的裸导线尺寸，即沿辐向方向单根裸导线厚度 s-单根裸导线面积 -洛氏系数2.18.3 引线损耗为 式中： -绕组导线的电阻损耗 -引线损耗占导线电阻损耗的百分比；本设计取0.72.18.4 杂散损耗的计算当油箱尺寸未知时，对于63000kVA及以下容量的变压器的杂散损耗，可大致按下式来估算： 式中：-变压器的额定容量 -系数，额定容量1000至4000时取0.025至0.042.19 阻抗电压计算当线圈几何尺寸确定后，应首先计算阻

47、抗电压大符合要求后，才能进行线圈数据计算。阻抗电压（%）值是由其电阻分量（%）与电抗分量（%）的相量合成。阻抗电压电阻分量：当不考虑横向漏磁时，电抗分量（%）可按下式计算式中：-频率，； -额定电流，； -主分接时的总匝数（为同一侧数据）； -每匝电势，； -两个绕组的平均电抗高度； 3 S11-1000/20油浸式电力变压器电磁计算根据所给任务书的要求，具体参数如下产品型号： S11-1000/20一次线电压：20kV5%二次线电压：0.4kV联接组别： Dyn11调压方式： 无励磁调压空载损耗： 1.15kW负载损耗： 11.33kW空载电流： 0.7%短路阻抗： 6.0%冷却方式： 油浸

48、自冷3.1 额定电压与额定电流的计算高压侧额定电压和电流计算： V V V A A低压侧额定电压和电流计算： V V A3.2 铁心的选择3.2.1 铁心材料的选择铁心用冷轧硅钢片叠积而成，硅钢片表面已有附着性较好的绝缘薄膜，故可不再涂漆。由于本产品设计要求损耗与噪声较低，故选取硅钢片牌号为：27QG100（中国国标）。3.2.2 每柱容量（)计算 3.2.3 铁心直径（D)的估算铁心直径为：按标准取225mm或226mm，本方案选用铁心直径，查表知 铁心级数为级，铁心的叠片系数：；铁轭截面积为：；三相角重为： 铁心各级尺寸如下表3所示:表3 铁心各级尺寸大小n1级2级3级4级5级6级7级8级

49、9级10级片宽2152051951851701551401209570级厚66131089877753.3 线圈计算3.3.1 初选每匝电势的计算 V/匝3.3.2 低压绕组匝数计算 取匝 则 V/匝 3.3.3 高压绕组匝数的计算 最小分接头位置：匝，取匝5%分接相间相电压的差值V分接间匝数匝，取匝中间分接位置的匝数匝最大分接位置的匝数匝最小分接位置时电压比较核：-0.25%中间分接位置时电压比较核：-0.25%最大分接位置时电压比较核：-0.25%3.4 线圈型式的选择和排列3.4.1 导线的选择（1） 低压线圈导线的选择 初选线圈电流密度为A/，,查表低压线圈选用双螺旋式，采用扁铜线可取

50、单螺旋每组6根导线，因为b/a=3，所以3=40，a=3.65，根据设计手册上导线的选择取a=3.55，则对应的b=11.2 =39.21 低压线圈实际的电流密度为： A/ 导线的型号为ZB-0.45（2）高压线圈导线的选择 高压线圈根据容量和电压等级，采用多层圆筒式线圈绕组。取假设电流密度A/ 来确定高压线圈导线的截面积： 因为b/a=3，所以3=5.57，a=1.36，根据设计手册上导线的选择取a=1.5，对应b=3.75，=5.410的纸包扁铜线导线，型号为ZB-0.45。则实际电流密度A/ 3.4.2 线圈尺寸的计算（1） 低压线圈尺寸的计算 低压线圈匝数为17匝，采用层式端部出线，8

51、根撑条。 导线选用ZB-0.45绝缘厚度为0.45的纸包铜扁线，规格3.5511.2 线圈导线截面积481.1 电流密度3 低压线圈辐向尺寸计算： 3.55 + 0.50 4.05 6 24.3 + 0.7 （2.8%） 25 则=25 低压线圈轴向尺寸计算： 11.7（17+1）2=421.2 3（182-1）=105 421.2 + 105 526.2 - 9.2（8.7%) 517电抗高度为=517-（11.72+32）=487.6（2）高压圈尺寸的计算 高压线圈匝数为1547匝，采用层式端部出线。 分15层，分布情况如表4所示表4匝数分布表层数12345678匝数10410410410

52、4104104104104总数104204312416520624728832层数9101112131415匝数10410410410410410491总数936104011441248135214561547 导线选用ZB-0.45，导线尺寸规格1.53.75 线圈导线截面积5.431 电流密度3 油道：3mm V（两层间最大工作电压）层间绝缘纸的总张数为9张，其中长绝缘纸的张数为5，短绝缘纸的张数为4。 高压线圈辐向尺寸的计算： 1至5级辐向尺寸： 1.50 + 0.5 5 10 + 40.082 + 70.08 + 50.083 12.4 + 0.1 （0.8%） 12.5 5至15级辐

53、向尺寸： 2 10 20 + 40.084 + 60.08 + 50.088 24.96 + 0.54 （1.1%） 25.5则=12.5+25.5+3=41 高压线圈轴向尺寸计算： 105 3.75+0.5 446.25 + 13.75（3.1%） 460 即=4603.5 绝缘半径的计算低压线圈内半径：低压线圈外半径：高压线圈内半径： 高压线圈外半径：低压线圈平均半径：高压线圈平均半径：漏磁空道的平均半径：-高低压线圈之间的距离绝缘半径数据如图3所示图3绝缘半径3.6 铁心窗高的计算 取5的倍数3.7 铁心中心距的计算 取5的倍数3.8 铁心重量的计算3.8.1 铁心柱重量的计算3.8.2

54、 铁轭重量的计算 3.8.3 铁心总重量的计算 3.9 空载损耗计算按磁通密度B=1.69T，硅钢片的型号取为27QG100,则可以查变压器设计手册取得：,，则空载损耗：因为所以符合设计要求。3.10 空载电流计算铁耗电流：磁化电流： 查变压器手册得，则磁化电流为：空载电流：符合设计要求。3.11 线圈导线长度计算3.11.1 高压线圈导线长度计算线圈平均匝长：线圈每相导线长度：3.11.2 低压线圈导线长度计算线圈平均匝长：线圈每相导线长度：3.12 线圈导线电阻计算 高压线圈电阻：低压线圈电阻：3.13 负载损耗计算3.13.1 绕组导线电阻损耗计算高压绕组导线电阻损耗：低压绕组导线电阻损耗：绕组导线电阻损耗：3.13.2 导线附加损耗计算高压绕组的附加损耗：低压绕组的涡流损耗系数：低压绕组的附加损耗：导线附加损耗为：3.13.3 引线损耗计算3.13.4 杂散损耗的计算3.13.5 负载损耗3.14 阻抗电压阻抗电压 （%）值是由其电阻分量（%）与电抗分量（%）的相量合成。阻抗电压电阻分量：阻抗电压电抗分量： 则查表的，则 阻抗电压为：与设计要求的标准值得误差：符合要求3.15 线圈导线重量计算3.15.1 裸导线重量计算高压线圈裸导线重量：低压线圈裸导线重量： 3.15.2 绝缘重量计算高压线圈绝缘重量：低压线圈绝缘重量：