电力变压器的电磁设计

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1、 目录 摘要3Abstract4第1章 绪论51.1 课题背景51.2 变压器在电力系统中的作用51.3 电力变压器的发展51.4 电力变压器的构造特点91.5 电力变压器性能参数101.6 变压器的设计原则111.7 变压器计算的一般程序11第2章 变压器电磁计算132.1 本设计的技术条件132.2 变压器设计132.2.1 变压器重要构造的拟定132.2.2 硅钢片的选用132.2.3 铁心直径的拟定132.2.4 铁心截面积拟定142.2.5 铁心级数的拟定142.3 电磁计算152.3.1 额定电压和额定电流的计算152.3.2 绕组匝数计算152.3.3 绕组计算172.3.4 绝

2、缘半径及导线长度计算202.3.5 75时绕组直流电阻计算222.3.6 绕组导线质量计算232.3.7 短路阻抗计算242.3.8 负载损耗的计算262.3.9 空载损耗及空载电流计算272.3.10 绕组的温升计算292.4 油箱尺寸计算322.4.1 油箱尺寸估计322.4.2 箱壁散热面积计算332.4.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算332.5 短路电动力计算362.5.1 绕组区域划分362.5.2 安匝分布计算362.5.3 漏磁计算372.5.4 短路电流稳定值倍数计算382.5.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算382.5.6 绕组导线应力计算392.6 变压器质量

3、计算412.6.1 总油量计算412.6.2 变压器箱体质量计算422.6.3 附件质量计算432.6.4 变压器总质量计算442.7 本章小结44结论45道谢46参照文献47附录48100/35/0.4电力变压器的电磁设计摘要电力变压器是电力网中的重要电气设备。其设计和制造的好坏是直接影响其运营质量和经济效益的核心所在，因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要。电磁计算的任务在于拟定变压器的电、磁负载和重要几何尺寸，计算性能数据和各部分的温升以及计算变压器的重量、外型尺寸和获得比较合理的技术经济效果。计算成果必须满足国标及有关技术原则的规定和使用部门的规定。本文对100kVA，35kV电力变压

4、器进行了电磁计算。一方面对电力变压器的发展历史、基本的特性及变压器的设计措施进行了简朴的论述。在电磁计算中，最开始是铁心的选择，这是变压器设计的起点也是一种核心点，然后是变压器绕组材料和型式的选择，绕组有关数据的计算，最为核心的是短路阻抗、负载损耗、空载电流、空载损耗等变压器性能参数的计算，最后完毕变压器油箱、变压器温升、短路电动力、变压器总油量和总质量的拟定与计算。其中的短路阻抗计算困难最大，需要通过反复计算才干达到技术规定。在电磁计算的全过程中较为具体的阐明了电力变压器计算的基本公式和计算措施，给出了一套完整的设计方案。核心词电力变压器；电磁计算；绕组AbstractPower trans

5、former is the main electrical grid equipment. The design and manufacture of good or bad is directly affect the operation quality and economic benefit of the key, so the electromagnetic computing power transformer are particularly important. Electromagnetic computing task is to determine the transfor

6、mer electrical, magnetic load and the main geometry size, computational performance data and various part of temperature rise and calculation of the weight of the transformer, shape and size have been compared reasonable technical and economic effect. The calculation results must meet the national s

7、tandards and relevant technical standards of regulations and use the requirements of the department. In this paper, the 100 kVA, 35 kV power transformer in the electromagnetic computing. First of power transformer, the development history of the basic characteristics and the transformer design metho

8、d of simple paper. In the electromagnetic computing, the beginning is the choice of core, this is the starting point of the transformer design is also a key point, and then is winding materials and pattern of choice, winding data about the calculation, the most important thing is short circuit imped

9、ance, load loss, idle current no-load loss, such as the performance parameters of transformer calculation, and finally complete transformer oil tank, transformer, electric power, short-circuit temperature transformer oil and total quality always set and calculation. One of the most difficult calcula

10、tion short-circuit impedance, need to pass the repeated calculation to achieve technical requirements. In the electromagnetic computing in the whole process of the more detailed illustrates the basic formula computing power transformer and calculation methods, gives a complete set of design scheme.

11、Key words power transformer; Electromagnetic computing; winding 第1章 绪论1.1 课题背景国内的电力变压器制造工业，从建国以来，随着国民经济建设的发展，特别是随着电力工业的大规模发展而不断发展。电力变压器单台容量和安装容量迅速增长，电压级别也相继提高。50年代发展到110kV级；60年代发展到220kV级；70年代发展到330kV级；80年代已发展到500kV级电力变压器,近几年电压级别更是发展到了750kV、800kV、1000kV。建国前的1936年，国内只能生产单台容量为300kVA的小型配电变压器，到建国后50年代中期已

12、能仿制31500kVA的电力变压器，电压级别已发展到110kV。60年代初国内由仿制阶段过渡到自行设计和制造阶段，60年代中期已发展到制造220kV、10kVA电力变压器。到60年代末期，电力变压器的容量已经发展到260000kVA。70年代初期已达到生产330kV级、360000kVA电力变压器的水平，到80年代国内最大容量为400000kVA，1995年制造出了容量为450000kVA电力变压器。国内西北地区的刘关线330kV系统中所用的升、降压电力变压器、联系用自耦变压器，所有为国产品。电力变压器的进一步发展趋势是：进一步减少损耗水平，提高单台容量，电压级别向10001500kV特高压方

13、向发展。1.2 变压器在电力系统中的作用 变压器在电力系统中的重要作用是变换电压，以利于电能的传播。电压经升压变压器升压后，可以较少线路损耗，提高送电经济型，达到远距离送电的目的；电压经降压比变压器降压后，获得各级用电设备的所需电压，以满足顾客使用的需要。11.3 电力变压器的发展变压器是运用互感原理来变化同频率交流电压高下的一种电气设备，在电力系统输送配电中占有很重要的地位，且极为广泛地应用于国民经济的各个领域。据记录，每1kVA的发电机容量，需88.5kVA的变压器与之配套。因此，各国都在大力研究如何有效地减少变压器自身的能耗，特别是大幅度减少空载损耗，以达到节能的目的。一、 国外中小型电

14、力变压器的发展概况为了减少变压器自身损耗，各国都制定了低损耗变压器的原则，并在政策上对节能变压器的生产予以优惠。日本、德国、比利时、意大利、瑞士等国家，在高效节能变压器的研制、开发和应用上领先一步，相继研究出某些减少变压器损耗的新材料、新工艺，并在构造上对变压器加以改善（如高导磁优质冷轧晶粒取向硅钢片、非晶合金卷铁芯、无氧铜导线、箔式绕组、全斜拉板绑扎铁芯，瓦楞油箱、超导技术等）。由于不断的摸索研究，变压器节能效果越来越明显，且体积、重量减小，可靠性提高，从而使高效节能变压器的开发和应用更加进一步和广泛。如日本大阪变压器厂生产的非晶合金变压器（1992年占变压器产量的10%），所用的非晶合金铁

15、芯在60Hz、1.4T时的铁耗为0.21W/kg，仅为既有优质硅钢片在相似条件下铁耗（0.9W/kg）的1/4，节能效果十分明显。瑞士ABB公司研制的330kVA单相超导变压器，其绕组由铁镍合金制成，浸在-269的液氦中使用，这种超导变压器的体积比一般变压器小70%，损耗减少50%二、 国内变压器的发展概况为了赶超世界水平，国内加快了电力变压器更新换代，积极研究、开发高效节能变压器并将其迅速的推广应用。国内电力变压器幸好更新换代的过程是。国内高效节能变压器的研制从1979年开始，当时沈阳变压器研究所受机械部电工总局委托，研制节能变压器。1982年5月，系列节能铝线变压器通过国家级技术鉴定，其性

16、能达到西德DIN原则。由于该系列变压器选用优质冷轧晶粒取向硅钢片，并采用全斜接缝，铁耗明显减少，与同容量老型号变压器相比，空载损耗减少41.5%左右，且体积小、重量轻。因此，它受到电力系统和顾客欢迎，在国内迅速得到推广应用。1983年的产量占全国中小型变压器产量的14%，1984年占47.9%，1985年占80%，1986年后来生产的电力变压器则几乎所有为低损耗电力变压器。由于系列低损耗变压器在全国推广时铝导线供应紧张，同步不少顾客对铝线变压器不甚理解，诸多变压器厂家自行或联合改型设计铜线变压器，以致型号混乱，极不统一，在性能和技术水平方面与国外技术先进的公司（如比利时ACEC公司和意大利PE

17、LLISSAVI公司）制造的低损耗协系列变压器也有较大的差距，因而进一步开发更先进的高效节能变压器产品势在必行。1985年9月沈阳变压器研究所再次受电工总局委托，组织了系列全国中小型高效节能铜线变压器的统一设计及典型规格产品的研制工作，从而为高效节能店里变压器在国内的开发和推广奠定了坚实的基本。型高效节能变压器比型技能变压器总损耗低23%，且体积小，重量轻，性能更可靠。额定容量在1600kVA如下的型号技能变压器，共有17个容量品种、51种规格。其铁芯采用（相称于国产DQ147-30）优质冷轧晶粒取向硅钢片，仍采用全斜接叠片和半干性玻璃粘带绑扎构造，铁芯损耗再降5%。虽然绕组仍采用与系列想用的

18、老式构造，但高压绕组采用中点附近中断点分接头方式，提高了变压器调压的可靠性，也便于三角形连接。分接开关采用沈阳变压器研究所用法国专利技术生产的条形卧式分接开关，可靠性提高，并使油道高度减少，从而提高了变压器的经济指标。为了进一步开发技能变压器，提高市场竞争能力，1986年后，不少厂家从国外引进先进技术和工艺设备开发全密封变压器、箔式绕组变压器、树脂绝缘干式变压器、非晶合金卷铁芯变压器等、上述各型变压器损耗低，便于机械化生产，可大幅度节省原料和制作工时，体积小，重量轻，质量稳定可靠，因而深受国内顾客欢迎，在市场上具有较强的竞争能力。目前，国内生产的箔式绕组电力变压器经国家科委鉴定已达到90年代世

19、界先进水平，它的绕组是采用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕组的，匝间距离小，层间分布电容增大，从而提高了变压器自身的功率因数，减少了自身的电能损耗，还具有较强的过载能力、较好的耐温性和可靠性，与同容量铜线变压器相比，其价格低5-10%。为适应电力工业和都市现代化建设发展的需要，国内有填料环氧树脂绝缘干式变压器（SCB-500/10型与SCB-1000/10型）已通过部级鉴定，其重要经济技术指标达到现代世界同类产品的水平。它的特点是：800kVA以上产品的高下压绕组分别为分段箔式和整体箔式，增长了抗短路冲击的能力，提高了产品的机械强度及外观质量；气道为蜂窝式构造，散热效果好；高、低绕组按容量不同分

20、别采用圆铜线、扁铜线或铜箔绕制，玻璃纤维增强，有填料环氧树脂浇注绝缘构造。其空载损耗比国际原则低10%，噪声减少10-15dB，与国内油浸式电力变压相比，还具有服役期内不用维护，不用定期换油，不发生火灾等优越性。非晶合金端丽变压器（SCB-500/10型）已在上海变压器厂生产成功，是目前亚洲最大容量的非晶合金变压器，其空载损耗较SJ型低75%，性能达到现代国外同类型产品水平。近年来，国内电力变压器广泛用型压力释放阀取代变压器防爆管，其长处是：动作精度高（达到美国凯利特劳尔公司产品原则）；延时时间短；自动启动，自动关闭，克服了防爆动作后必须停电更换零部件的缺陷，因而维护、检修大大简化。三、 变压

21、器的发展动向随着电力系统向高电压、大容量方向发展及社会环境、经济环境不断变化，世界各国环绕如下几方面竞相开展动作。1. 提高电压级别为理解决远距离输电，美国第一条765kV输电线路已于1963年投入运营，将采用1500kV级别的网络。国内现以采用500kV输电线路。为此，必须制造与之相适应的高压变压器。2. 提高单台式变压器的输出容量3. 开发克制故障电流的高阻抗变压器4. 进一步减少单台变压器的运送重量5. 进一步减少变压器自身损耗（再减少20-30%）6. 减少噪音水平（达到10dB如下）7. 进一步开发防火、防爆干式变压器8. 开发不燃变压器不燃变压器室采用不燃性冷却介质以全氟化碳（）为

22、重要成分的氟化惰性液体。此介质除否则外，其物理性能、电气特性都较好，特别是粘度很低。变压器绕组和铁心浸在全氟化碳液体中，同步用六氟化硫气体对油箱进行接地复合绝缘。这种变压器具有冷却效果均匀、可靠性高、体积小、重量轻、绝缘性好、噪声小（气体隔音效果好）等特点，现正由日本日立制作所与日本中部电力柱式会共同开发。四、 国内电力变压器发展方向根据国内电力工业装备政策及技术政策规定，电力变压器的发展趋势应为提高产品运营的可靠性，少维护或免维护，减少损耗，减少重量，实既有载跳崖，品种多样，满足电力系统不同场合的需要。大型变压器要向超高压（500kV、750kV）、特高压（1000kV级别）、大容量、轻构造

23、、不吊芯方向发展。为决绝运送困难，要减少运送重量，采用新材料、新技术、新工艺，开发组合式、壳式和现场装配式变压器。中小型变压器要进一步优化设计，使空载损耗大幅度减少。城网用变压器应向难燃方向发展，如进一步履行性能更为优越、材料更为可靠地干式变压器、六氟化硫气体绝缘变压器及难燃油变压器，采用新材料、新构造，以达到节能、不燃或难燃防火，减少噪音的目的；在农网中要根据农网季节性强，负载率低，农业生产需求变化大的特点，开发空载损耗更小的配电变压器以及10kV、35kV调容变压器。目前在农网建设改造中，应用新S9系列的同步，在技术经济比较合理的状况下，可采用S11型和全密封卷铁芯单相及三相变压器，或非晶

24、合金铁心变压器。季节性负荷变化大的地区，应积极采用调容变压器。进入21世纪后，知识创新、技术创新和高新技术产业已是当今世界各国综合国力竞争的核心，科技竞争力将成为国民经济发展和政治稳定的重要因素，在科学技术已经成为世界经济增长第一要素的形式下，世界电力工业的科技进步与创业也越来越快，要发展国内电力工业，加快科技进步与创新十分重要和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。高温超导变压器采用的是用超导线圈取代铜线圈并用小型制冷系统取代常规的油浸热互换系统的技术，该技术是使变压器发生变革的重大核心。随着国际国内高温超导材料的研制成功，使得超导限流器成为最具优势的一种限流器。超导限流器技术是目前国际前沿技

25、术，超导限流器在国内的研制成功，将使新一代变压器产生品性能和设计原则发生变化，变压器的短路阻抗将会变小，损耗和重量可进一步减少，短路电流产生产生的机械力将大幅度减少，变压器可靠性更高。这项前沿技术对高压、超高压直至特高压电力变压器制造也具有实际意义。21.4 电力变压器的构造特点变压器产品涉及变压器、互感器、调压器、电抗器等，品格规格繁多，但基本原理和构造是相似的，构造则由下面几部分构成。铁心：电力变压器的铁心由硅钢片经剪切成一定的尺寸后叠积而成，对中小型变压器亦有硅钢片卷制而成的铁心。绕组：三相电力变压器绕组由一次绕组、二次绕组、对地绝缘层（主绝缘）、一二次间绝缘及由燕尾垫片，撑条构成的油道

26、与高压和低压引线构成。油箱及底座：油箱及底座是油浸式变压器的容器和支撑部件,她们支持着器身和所有的附件。套管和引线:套管和引线是变压器一、二次绕组与外部线路的连接部件,引线是通过套管引到油箱外部,套管既可固定引线,又起引线对地的绝缘作用。散热器和冷却器：它们是油浸式变压器的冷却装置，中小型电力变压器的散热器。大容量的变压器，采用油浸风冷，逼迫油循环风冷，也采用油浸水冷或油浸逼迫水冷方式。净油器：净油器也叫滤油器，是由钢板焊成圆桶形的小油罐，罐里也装有硅胶之类的吸湿剂，当油温变化而上下流动时，通过净油器达到吸取油中的水分、渣、酸、氯化物的作用。储油器：储油器也叫油枕，用来补偿变压器油因温度变化而

27、发生的体积变化，同步具有减轻和避免变压器油氧化和受潮的装置，它是用钢板剪切成形后，焊接制成，并通过管子和油箱里绝缘油沟通。继电器：继电器安装在油箱和储油柜连接管之间，是变压器内部故障的保护装置，当内部发生故障时，给运营人员发出信号或自动切断电源，保护变压器。分接开关：分接开关是用来连接和切断变压器绕组分接头，实现调压的装置，它分为无励磁分接开关和有载分接开关。温度计：温度计是用以测量变压器上层油的温度而设的，中小型电力变压器较多采用酒精温度计，大型变压器则采用信号温度计，此外变压器上还用电阻温度计，压力式温度计等。 1.5 电力变压器性能参数变压器额定容量（）；相数；频率（）；变压器一、二次侧

28、的额定电压（）；绕组接线方式和联结组；变压器冷却方式；负载特点：持续负载或短时间断负载；安装特点：户内或户外特点；短路阻抗；负载损耗；空载损耗；空载电流。上述的至项技术参数由电力系统的技术条件和环境使用条件所决定；至项性能数据由国标三相油浸电力变压器基本参数和技术规定（GB/T 6451-1999）和有关技术条件所规定。31.6 变压器的设计原则变压器作为产品，有商品的属性特点。变压器的设计原则与其她商品属性基本一致。在完毕功能中追求价格优势是最佳的。但是在当今强调减少成本的同步，设计成为了一大难题。“节能不节钱”引起的思考，值得人们来深思。因此公司单位团队应当设计出更加完美的变压器。轻便、小

29、巧、，最重要的是性能俱佳、成本不高、如此的变压器设计得到越来越多的广大市场的青睐和追求。公司在拟定出产品中有的非常详尽。例如列出了变压器的工作频率、传播功率。这种双赢的行为值得其她公司和单位的学习和效仿，但是在推出产品的同步也要考虑到其她产品的实践，能否经得起市场的考验，才干在茫茫市场群体中站住脚。91.7 变压器计算的一般程序下面所述重要是针对电力变压器而言，特种变压器计算基本上与之相似，只需要考虑其中特殊规定和自身特点即可。根据技术合同，结合国标及有关技术原则，决定变压器规格及其相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路阻抗，负载损耗、空载损耗及空载电流等。拟定硅钢片牌号及铁心构

30、造形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭截面。根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。初算低压绕组匝数，凑成整数匝，根据此匝数再重新计算铁芯柱中的磁通密度及每匝电势，再算出高压绕组额定分接及其她各分接的匝数。记录原始数据：产品重要技术参数根据变压器额定容量及电压级别，计算或从设计手册中选定变压器的主、纵绝缘构造。根据绕组构造型式，拟定导线规格，进行绕组段数(层数)、匝数的排列，计算绕组轴向高度及辐向尺寸。计算电抗高度（指变压器短路阻抗计算时的绕组净高度）及窗高。计算绝缘半径，拟定变压器中心距，初算短路阻抗无功分量，大型变压器无功分量值应与短路阻抗原则值相接近。小型变压器的值应不不小

31、于原则值。计算绕组负载损耗，算出短路阻抗电压的有功分量（重要指中小型变压器），检查短路阻抗与否符合原则规定值。计算绕组对油的温升，不合格时，可调节导线规格，或调节线段数及每段匝数的分派，当超过规定值过大时，则需要调节变更铁心柱直径。计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调节安匝分布或加大导线截面积。计算空载性能及变压器总损耗，计算油温升，当油温升过高或过低时，应调节冷却器数目。计算变压器重量。 4设计变压器时，在遵循基本物理概念的基本上，还必须考虑材料、构造、工艺等具体因素，各计算公式也必须尽量精确些，方可减小误差。需要指出的是，变压器的性能指标和温升与变压器铁心、绕组、绝缘构造等的设计

32、参数之间存在着非常复杂的关系，往往会牵一发而动全身。尽管如因此，目前在变压器设计方面，已有比较成熟的措施。5第2章 变压器电磁计算2.1 本设计的技术条件本设计的基本技术条件如下，其她的技术性能指标均应满足国家和行业有关原则的规定。额定容量：电压组合：高压低压分接系数：联接组标号：空载损耗：空载电流：负载损耗：短路阻抗：2.2 变压器设计2.2.1 变压器重要构造的拟定 1.铁心构造:采用三相三柱式铁心,铁心的迭积采用斜接缝叠积法以适应冷轧硅钢片的方向性。2.铁轭构造: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，铁轭截面可以与铁心柱一致节省了材料。2.2.2 硅钢片的选用铁心采用30

33、QG130冷轧硅钢片。2.2.3 铁心直径的拟定为了提高磁路的导磁系数和减少铁心的涡流损耗，铁心用彼此绝缘的为厚度为0.27-0.35毫米的电工硅钢片叠制而成。铁心分为心柱和铁轭两个部分。铁心柱上套装线圈，铁轭将铁心柱连接起来，使之形成闭合磁路。根据构造型式和工艺特点，变压器的铁心可分为叠片式和渐开线式两种。6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等经济指标。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合适，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

34、的推导，铁心直径与变压器容量的四分之一次方成正比的关系，但由于变压器分单相、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，为了计算以便，均以每柱的物理容量为基本，按下式求出铁心直径。对于高、低各绕组容量均为100%的三绕组变压器，每柱容量为： （2-1）铁心直径估计由于设计需要查表取式中： -铁心直径经验系数，对冷轧硅钢片的铁心及铜绕组的变压器，一般取。2.2.4 铁心截面积拟定心式变压器绕组为圆形，为了适应圆形绕组的规定及充足运用绕组内部空间，铁心柱一般制成阶梯圆柱形，各小阶梯（级）均为矩形。本设计采用心式变压器，故铁心柱制成阶梯圆柱形。查表，

35、碟片系数取0.96时，有效截面积2.2.5 铁心级数的拟定铁心柱截面为一多阶梯形，外形接近于一种圆，当铁心直径一定的状况下，铁心级数越多，铁心的有效截面积越大，但级数多时，硅钢片叠片的规格就多、制造工时就多。根据材料供应状况和制造工艺水平，应竭力增长铁心柱级数。查表本设计中铁心的级数选为7级，撑条数为8。2.3 电磁计算2.3.1 额定电压和额定电流的计算高压绕组相电压：高压绕组为Y联接，其线电压等于倍的相电压 （2-2） （2-3） （2-4）低压绕组相电压：低压绕组为y联接， （2-5） 高压绕组额定电流：高压绕组线电流 （2-6）低压绕组线电流： （2-7）2.3.2 绕组匝数计算每匝电

36、势 （2-8）-铁心柱内磁通密度初选值（T），对于冷轧硅钢片（小容量取小值），此处取低压绕组匝数计算： （2-9）取80匝故 （2-10）磁通密度 （2-11）高压绕组匝数计算：高压绕组在额定分接时的匝数，即基本绕组匝数： （2-12）调压绕组匝数 1分接位置时， 2分接位置时， 3分接位置时， 电压比偏差（V%）计算 （2-13） 一般 式中：-每匝电势（V）； -高压线圈各分接位置的每相匝数； -高压各分接位置的相电压（V） 合格 合格 合格2.3.3 绕组计算2.3.3.1高压绕组：高压基本线圈的匝数为7350匝，采用层式，端部出线，8根撑条每层匝数460匝，不满层匝数450匝，共分16

37、层导线规格：选用高强度缩醛漆包圆铜线（QQ-2）,导线漆包线最大外径1.044绝缘厚度为0.047线圈导线面积：0.7088电流密度：2.50高压绕组尺寸计算 高压线圈轴向高度： （2-14） 式中：-包绝缘后的绝缘导线宽度，如采用圆导线，则为绝缘导线直径； -当导线沿幅向2根并联时，需在每层的处进行一次换位，而使线圈轴向增长一根绝缘导线宽度；如（无换位）时，则； -沿线圈轴向导线的并联根数 -每层匝数； -圆筒式线圈轴向裕度系数。 取 高压线圈电抗高度： （2-15） 式中：-圆筒式线圈轴向高度 -两端出头的绝缘导线宽度或绝缘导线直径 -导线沿线圈轴向的并联根数 高压线圈幅向厚度 （2-16

38、） 式中：-油道两侧的所有线圈幅向厚度之和 -线圈层间所有轴向油道厚度之和 油道每侧的幅向厚度 （2-17） 式中：-包绝缘后的绝缘导线厚度，如采用圆导线，则为绝缘导线直径； -沿导线径向的导线并联根数； -油道一侧的层数； -层绝缘每张厚度； -两层间长绝缘的张数； -两层间短绝缘的张数； -长绝缘的层间数； -短绝缘的层间数； -圆筒式线圈幅向裕度系数； 不设油道，则 2.3.3.2低压绕组低压线圈匝数为80匝，采用层式，端部出线，8根撑条每层匝数40匝，共2层导线规格：选用ZB-0.45，导线绝缘厚度为0.45厚的纸包铜扁线，导线尺寸为5.0011.80线圈导线面积：58.14电流密度：

39、2.5低压绕组尺寸计算低压线圈轴向高度： 取 高压线圈幅向厚度 取2.3.4 绝缘半径及导线长度计算2.3.4.1线圈绝缘半径计算 105 铁心直径 （mm） 2 52.5 铁心半径 + 3 铁心至纸筒间隙 55.5 内线圈纸筒内半径 + 1 内线圈纸筒内半径 56.5 内线圈纸筒外半径 + 1 纸筒至内线圈的油道厚度 57.5 内线圈内半径 + 11.5 内线圈幅向厚度 69 内线圈外半径 + 8 内线圈至外线圈纸筒的油道厚度 77 外线圈纸筒内半径 + 4 外线圈纸筒厚度 81 外线圈纸筒外半径 + 15 纸筒至外线圈的油道厚度 96 外线圈内半径 + 30 外线圈幅向厚度 126 外线圈

40、外半径 2 252 外线圈直径 + 15 相间距离 267 铁心柱中心距离绕组尺寸示意图： 2.3.4.2绕组平均半径低压绕组平均半径 （2-18）高压绕组平均半径 （2-19）2.3.4.3绕组平均匝长计算 （2-20）式中：-各线圈平均半径低压绕组高压绕组2.3.4.4绕组导线总长计算 （2-21）式中：-线圈的每相匝数； -线圈每相出头长，对圆筒式线圈一般取左右，此处取低压绕组高压绕组2.3.5 75时绕组直流电阻计算 （2-22）式中：-导线电阻系数，铜导线： -线圈导线总截面积低压绕组高压绕组2.3.6 绕组导线质量计算2.3.6.1 裸导线质量计算 （2-23）式中：-相数 -线圈

41、导线的密度，铜导线：低压绕组高压绕组2.3.6.2 带绝缘导线质量计算 （2-24）式中：-线圈导线绝缘占裸导线重量的百分数，扁导线： (2-25) -单根裸扁导线的厚度、宽度 -单根裸扁导线的圆角，此处 -导线绝缘厚度-导线绝缘与导线的密度比，电缆纸或高压电缆纸包铜扁线：低压绕组高压绕组2.3.7 短路阻抗计算短路阻抗由电阻分量和电抗分量两部分构成 (2-26)电抗分量 (2-27)电抗高度 （2-28）漏磁宽度 （2-29） （2-30）洛氏系数查表取漏磁等值总面积 （2-31） 电抗分量 (2-32)电阻分量 (2-33)短路阻抗 （2-34）电抗分量调节：短路阻抗的容许误差值，按原则规

42、定为10%，但由于制造时影响阻抗因素诸多，故一般计算时误差控制在34%如下，从上可知符合原则。电抗计算，往往不能一次计算就能符合规定，需作合适调节，频率和电流是不也许调变的，电抗分量的调节有三种措施：1.调节匝数N及每匝电势。当电抗值偏大时，可增长每匝电势增大，匝数N必然会减少，从而达到减少电抗的目的。若使变化需调节磁密和铁心直径，这种措施因变动较大，一般都不用。2.调节及高下压线圈平均有效电抗高度。当电抗值偏大时。可增长高下压线圈平均高度，增大，必然随之缩小。调节导线尺寸及调节段数均可达到调节及的目的。3.调节高下压线圈间距离，在满足绝缘最小距离状况下，增减高下压线圈间的距离，可使电抗值增大

43、或减小。这种措施挥霍材料，最佳不用2.3.8 负载损耗的计算一对绕组运营时的负载损耗 （2-35）式中：-被计算的一对绕组的导线电阻损耗之和 -被计算的一对绕组的导线附加损耗之和 -被计算的一对绕组的引线损耗之和（本设计引线损耗不计） -被计算的一对绕组的杂散损耗2.3.8.1 绕组导线电阻损耗计算 （2-36）式中：-相数； -分接的相电流； -分接的想电阻。高压绕组低压绕组2.3.8.2 附加损耗计算 （2-37）式中：-绕组导线的电阻损耗； -绕组导线的附加损耗系数，一般用占导线电阻损耗的百分数表达，此处。高压绕组低压绕组2.3.8.3 杂散损耗计算对于及如下的小型变压器，一般采用层式线

44、圈构造，由于它的漏磁不大，故将杂散损耗一并在附加损耗中予以考虑，不在单独计算。2.3.8.4 负载损耗小计2.3.9 空载损耗及空载电流计算2.3.9.1 空载损耗计算 （2-30）式中：-空载损耗工艺附加系数，铁心为全接缝时，查表取； -铁心硅钢片单位损耗，根据铁心柱磁通密度。查表取； -铁心硅钢片总重量 （2-31） 式中：-铁心柱重； -铁轭重；-窗高； -两铁心柱中心距； -铁心柱截面积； -铁轭截面积，； -角重； -硅钢片比重，冷轧硅钢片为2.3.9.2 空载电流计算（一般忽视由空载损耗产生的空载电流的有功部分)中小型变压器的空载电流： （2-32）式中：-铁心转角部分励磁电流增长

45、系数，对全接缝，一般取； -铁心柱净截面积 -铁心接缝总数，三相三柱式一般取8 -铁心单位磁化容量，根据铁心柱磁密，查表取3.740 -接缝磁化容量，根据斜接缝处磁密，查表取0.4962.3.10 绕组的温升计算绕组散热面计算电力变压器在运营过程中因各线圈电流的流动和电磁场的存在而产生电能损耗，并转换成热能向外扩散，使变压器各部位的温度不同限度地升高。温升的高下与变压器的构造特点、性能参数、运营电压、承肩负载、环境温度、冷却散热方式等密切有关。变压器运营温升必须控制在一定一定范畴内，以减少温度异常对变压器绝缘材料的影响，实现变压器的预期设计寿命，保证安全运营10 由于环型铁心被线圈所包围，因此

46、环型变压器的散热面积就是线圈的散热面积。环型变压器的内孔基本上是不参与散热的，我们可以把环型变压器视为一种圆柱体。用等效圆柱体的表面积作为变压器的散热面积，由此产生的误差通过散热系数来修正。7 （2-33）式中：-铁心柱数，三相三柱式 -被计算散热面折算系数，它与线圈表面接触的物体有关，瓦楞纸板取； -被计算散热面处的线圈半径； -电抗高度。高压绕组低压绕组绕组的热负载计算 （2-34）式中：-被计算绕组的电阻损耗，当分接范畴在以内，且变压器额定容量不超过，选用主分接时的电阻损耗-被计算绕组的附加损耗系数； -被计算绕组的散热面。高压绕组低压绕组线圈对油温升 变压器只有在特殊恒温条件时，即环境

47、温度是恒定，变压器工作温度或者温升才只有固定一种值。但绝大多数状况下不是恒温的，环境温度随季节而有一种变化范畴，于是变压器的工作温度也有一种范畴。由于环境温度是年平均值，所有有关变压器的温度均是指年平均值。7 （2-35）式中：-高压或低压绕组的热负载 -被计算线圈的层间绝缘校正温差，当不予校正； -被计算线圈的层数校正温差，当，按计算； 其中：-被计算线圈的相邻的两层间绝缘总厚度，即绝缘加导线绝，此设计中高压绕组，低压绕； -被计算线圈的总层数； -被计算的线圈与油接触的散热面数高压绕组：低压绕组：2.4 油箱尺寸计算2.4.1 油箱尺寸估计油箱尺寸是由线圈尺寸、线圈对油箱的距离、开关、套管

48、、引线尺寸的布置决定的，油箱尺寸的最后拟定，是由布置图来定，但在计算时也应当尽量估计精确。本设计采用矩形油箱。油箱内壁长度估算 （2-36）油箱宽度估算 （2-37）油箱内壁周长估算 （2-38）油箱高度估算 （2-39）式中：-铁心中心距；-调压绕组外直径；-至油箱两边空隙；-延绕组宽度方向至油箱两边总空隙；-铁心窗高；-铁轭高度；-垫脚总高度；-铁心顶部至油箱空隙。2.4.2 箱壁散热面积计算箱盖几何面积计算 箱壁几何面积计算 2.4.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算2.4.3.1 散热器的选择选用片式散热器；共选用2只5片散热器，自冷式的每片散热面积为，每片散热器油重，每片散热器本体

49、重，则有：有效散热面积： （2-40）式中：-箱盖有效散热系数，取； -箱盖有效散热系数，查表取0.85； -箱盖几何面积； -箱壁集合面积； -片式散热器总有效散热面积 式中：-片式散热器只数； -片距修正系数； -半片宽与片间空隙之比，； -片式散热器宽度，取310； -片间中心距，取50； -片厚，取13。 -片式散热器中心距 -片数修正系数，； -片高修正系数， -表面系数，自冷式： -对流散热面， -辐射但热面，-每只片式散热器片数2.4.3.2 油箱单位总热负载计算 （2-41）2.4.3.3 油对空气的温升计算油对空气的平均温升： （2-42）2.4.3.4 绕组对空气的平均温升

50、计算低压绕组：高压绕组：2.5 短路电动力计算当变压器接有正常的负载运营时，作用在线圈导线上的力很小。当变压器发生忽然短路的故障时，短路的冲击电流高达额定电流的30多倍，导线上的应力要增大1000倍。这样大的力，也许使线圈损坏，因此设计变压器时，必须对线圈的机械强度加以核算。82.5.1 绕组区域划分区域高压绕组低压绕组匝数高度匝数高度11835120.0620122.521837120.0620122.531838120.0620122.541840120.0620122.52.5.2 安匝分布计算区域高压安匝低压安匝不平衡安匝平均安匝平均高度I24.97925.0-0.02124.9895

51、121.28II24.99325.0-0.00724.9965121.28III24.99425.0-0.00624.997121.28IV25.03425.00.03425.017121.28总和1001000100485.12不平衡安匝分布图： 121.28121.28121.28121.280.0210.0280.0342.5.3 漏磁计算漏磁高度横向洛式系数计算 查图得漏磁总安匝计算 2.5.4 短路电流稳定值倍数计算 （2-43）式中：-变压器短路阻抗； -线路阻抗； 式中：-系统短路容量，查表取2.5.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 式中：-短路电流冲击系数，一半计算时取

52、1.6； -绕组平均半径。2.5.6 绕组导线应力计算2.5.6.1 高压绕组导线应力计算由辐向力引起的拉应力：式中：-额定相电流； -每相额定匝数； -每个绕组并联分支数； -线段中导线并联根数； -绕组有效高度； -单根导线截面积。由轴向力引起的弯曲应力：式中：-最大漏磁组的不平衡安匝百分数； -导线轴向宽度、导线幅向厚度； -被计算绕组的外半径； -沿圆周分布的垫块数； -垫块宽度 高压绕组导线上受到的总应力：2.5.6.2 低压绕组导线应力计算由轴向力引起导线的弯曲应力计算：由辐向力引起的导线压缩力计算： 由辐向力引起的弯曲应力计算： 内绕组导线总应力计算： （2-44）铜导线的许用应力，由此可见：总应力不不小于铜导线的许用应力，因此是容许的。2.6 变压器质量计算2.6.1 总油量计算2.6.1.1 器身总油量计算 （2-45）式中：-硅钢片质量； -戴绝缘的铜导线质量。2.6.1.2 油箱装油质量计算油箱横截面积：油箱装油量计算 油箱内油质量2.6.1.3 附件中油质量计算冷却装置油质量储油柜油质量储油柜中的油质量，一般为变压器总油量的4%-