畢業(yè)論文 110kV電力變壓器結(jié)構(gòu)與電磁計算

1、110kV電力變壓器結(jié)構(gòu)與電磁計算摘要電力變壓器是電力系統(tǒng)中的一種重要設(shè)備，其發(fā)展趨勢是提高可靠性、節(jié)省材料、低損耗水平，明顯縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而增強產(chǎn)品的市場競爭力，取得顯著的社會經(jīng)濟效益，因此電力變壓器的電磁計算就顯得尤為重要。本文在參考大量文獻的基礎(chǔ)上，分析了我國電力變壓器行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述了電力變壓器的基本原理和基本結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)電力變壓器設(shè)計的基本思路，按照目前變壓器設(shè)計的一般方法，完成了一臺40000kVA/110kV有載調(diào)壓電力變壓器的計算工作，主要內(nèi)容包括阻抗電壓、空載、負載損耗、溫升、短路電動力等的計算。電磁計算結(jié)果滿足國家標準和技術(shù)

2、參數(shù)的要求。本文還針對電力變壓器的空載損耗、負載損耗、噪音、溫升、局放、滲漏及抗短能力，介紹了如何改進變壓器的結(jié)構(gòu)以降低空載損耗和負載損耗、噪音、局放及提高抗短路能力，并達到防滲漏的效果。關(guān)鍵詞 電力變壓器；電磁計算；結(jié)構(gòu)改進The Structure and Electromagnetical Calculation of 110kV Power TransformerAbstractThe further development of power transformer, which is an important equipment in power system, is to impr

3、ove the liability, save material and reduce loss, obviously shorten product design period, reduce the cost, improve product quality, strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance. Therefore, the electromagnetical calculation of power transformer is especially important

4、.Based on the information and extensive literature, this article analyzes the present basic principle and basic structure of power transformer, and also, the present situation and the development of our countrys power transformer industry. According to the general designing method and the basic desi

5、gning ideas of power transformer, a whole electromagnetic calculation of a 40000kVA/110kV OLTC power transformer has been completed in the article. The results of the electromagnetic calculation meet the requirements of national standards and technical parameters, including the main contents of impe

6、dance voltage, load and no-load loss, temperature rise, short-circuit electromagnetical force and so on. As development of Chinese transformer manufacture technology, the manufacture technique of 110kV domestic power transformer is being close to or reach to the advanced level of foreign transformer

7、. This article introduces how to improve the structure of the transformer in order to reduce no-load loss, load loss, noise, PD, the magnetic leakage and to improve the anti-short-circuit capacity.Keywords power transformer; electromagnetic calculation; structure improvement不目錄摘要IAbstractII第1章 緒論31.

8、1 課題背景3 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢31.2 變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)4 變壓器的基本工作原理4 電力變壓器基本結(jié)構(gòu)5第2章 電力變壓器電磁計算82.1 技術(shù)條件：82.2 額定電壓和電流的計算8 高、低壓線圈額定電壓計算8 高低壓線圈電流計算82.3 鐵芯主要尺寸的確定9 鐵芯直徑選擇9 鐵芯截面積計算92.4 線圈匝數(shù)計算10 初選每匝電壓10 低壓線圈匝數(shù)確定11 高壓線圈匝數(shù)確定11 電壓比校核112.5 線圈幾何尺寸的計算13 導(dǎo)線選取13 線段排列14 線圈高度計算15 線圈輻向?qū)挾?5 絕緣半徑及窗高16 導(dǎo)線長度16 線圈直流電阻17 導(dǎo)線重量計算172.6 阻抗電壓計算1

9、8 額定分接阻抗電壓18 最大分接的阻抗電壓20 最小分接阻抗電壓222.7 負載損耗和空載損耗23 負載損耗23 鐵芯柱與鐵軛重量：242.8 溫升計算25 高壓線圈溫升25 低壓線圈溫升26 油對空氣溫升27 油箱尺寸292.9 變壓器短路電動力計算29 安匝平衡計算：29 短路時繞組導(dǎo)線上應(yīng)力計算312.10 變壓器重量計算33 油重量計算33 器身重35 油箱重量35 附件重35 變壓器總重：362.11 電磁計算的小結(jié)36第3章 變壓器結(jié)構(gòu)改進373.1 變壓器結(jié)構(gòu)改進措施373.2 本章小結(jié)40結(jié)論41致謝42參考文獻43附錄44千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點

10、右鍵“更新域”，然后“更第1章 緒論1.1 課題背景隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)文化水平的不斷提高，人們對電力系統(tǒng)的供電量和可靠性提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)中，變壓器是一個重要的電氣設(shè)備，它對電能的經(jīng)濟傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的作用。一個多世紀以來，隨著電網(wǎng)規(guī)模和發(fā)電機單機容量的不斷增加，電力變壓器的單臺容量和電壓等級也在不斷增加。目前，我國大型電力變壓器的單臺最大容量為840MVA/500kV，根據(jù)我國國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，正進行更高電壓等級(例如1000kV)變壓器的研制工作。國外變壓器設(shè)計者的目標是容量2000MVA的電力變壓器，而且多臺額定電壓為1150kV的變壓器己在實驗運行

11、階段1。在大型電力變壓器中，中、低壓線圈電流可達（1020）kA，這樣大的電流產(chǎn)生的漏磁非常強，會在金屬結(jié)構(gòu)件(如夾件、油箱、拉板等)中產(chǎn)生附加損耗。這些損耗不但占據(jù)了變壓器負載損耗的很大一部分，而且它在金屬結(jié)構(gòu)件上的分布極不均勻，集中在局部區(qū)域上的損耗往往會引起相當大的局部過熱。此外電力部門和用戶對變壓器漏電抗和空載損耗值的允許公差范圍越來越小，特別是，隨著對因漏磁引起的過熱現(xiàn)象的日益看重，雜散損耗將會成為對變壓器性能考核的又一重要指標。這就要求對變壓器線圈內(nèi)的磁通分布、線圈渦流損耗、結(jié)構(gòu)件雜散損耗等進行準確的計算。因此，研究可靠準確的磁場、損耗的計算十分重要2。減小油箱等金屬結(jié)構(gòu)件中的附加

12、損耗和防止過熱情況發(fā)生，根本方法是減少進入金屬構(gòu)件的漏磁通量。通常采用的方法是利用導(dǎo)電性能好或高導(dǎo)磁材料在時變電磁場中的特性來屏蔽進入金屬結(jié)構(gòu)件中的漏磁通量。工程上的做法就是在元件上以一定方式貼銅、鋁材料或硅鋼片等。經(jīng)驗表明，正確使用屏蔽可使箱壁中的雜散損耗降低5%，不恰當?shù)钠帘?，屏蔽效果往往不明顯，有時甚至生成新的過熱點，因此，研究變壓漏磁場的分布，計算產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的渦流損耗及分布，確定發(fā)熱源，進而分析發(fā)熱、冷卻問題，通過合理布置屏蔽有效的降低損耗對于變壓器設(shè)計和制造都是非常重要的3?？傊?，深入地研究大型變壓器漏磁場及其在周圍各種金屬結(jié)構(gòu)件中的渦流損耗及其分布，對于降低變壓器損耗和防止局部過熱

13、是十分重要的。1.1.1 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢據(jù)報道國外電力變壓器單臺最大容量已經(jīng)達到1300MAV以上，最高電壓等級已上升到1150kV以上。電網(wǎng)對超高壓大容量電力變壓器的愈來愈高的要求，使得變壓器制造在設(shè)計、工藝、制造、試驗等方面都面臨著激烈的競爭。變壓器的電磁計算一直成為研究的熱點之一3。1.2 變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)1.2.1 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。因此，它的結(jié)構(gòu)是兩個或兩個以上互相絕緣的繞組套在一個共同的鐵芯上，它們之間通過磁路的耦合相互聯(lián)系。所以，如同旋轉(zhuǎn)電機一樣，變壓器也是以磁場為媒介的。兩個繞組中的一個接到交流電源上，稱為一次繞組，另一個接到

14、負載上，稱為二次繞組。當一次繞組接通交流電源時，在外加電壓作用下，一次繞組中有交流電流流過，并在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，其頻率和外加電壓的頻率一樣。這個交變磁通同時交鏈一次、二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，便在二次繞組內(nèi)感應(yīng)出電動勢。二次繞組有了電動勢，便向負載供電，實現(xiàn)了能量傳遞。圖11 單相變壓器原理圖如圖1-1所示，它是由兩個匝數(shù)不等地繞組繞在一個閉合的鐵芯上構(gòu)成的。鐵芯是用硅鋼片疊裝而成的，鐵芯柱左邊的繞組稱為一次繞組（也稱初級繞組或原繞組），其匝數(shù)為N1。另一側(cè)繞組稱為二次繞組(也稱次繞組或副繞組)，其匝數(shù)為N2。當二次側(cè)開路，將一次側(cè)接入交流電壓U1時，則一次繞組中便有電流I0流過，這個電

15、流通常稱為空載電流?？蛰d電流便產(chǎn)生空載磁動勢，在鐵芯中便有磁通0通過，此時在一、二次側(cè)便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 （11） （12）式中：一次側(cè)自感電動勢(V)；二次側(cè)互感電動勢（V）；電源頻率()；一次繞組匝數(shù)；二次繞組匝數(shù)；交變主磁通的最大值（Wb）；在空載情況下，兩繞組的電壓比為： （13）式中為變壓比4。1.2.2 電力變壓器基本結(jié)構(gòu)隨著變壓器技術(shù)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)越來越趨于復(fù)雜。變壓器的品種繁多，結(jié)構(gòu)型式也是千變?nèi)f化，如圖1-2為一臺電力變壓器外形結(jié)構(gòu)。結(jié)合電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)概況作一介紹，其結(jié)構(gòu)組成部分如下（圖1-3）：圖12 電力變壓器外形實例圖圖13 電力變壓器基本構(gòu)成變壓器是由套在一個閉

16、合鐵芯上的兩個繞組組成的，鐵芯和繞組是變壓器最基本的組成部分。此外，還有油箱、儲油柜、吸濕器、散熱器、防爆管或壓力釋放閥、絕緣套管等等。變壓器各部件的作用如下：鐵芯：它是變壓器電磁感應(yīng)的磁通路，變壓器的一、二次繞組都繞在鐵芯上，鐵芯是用導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊裝成的閉合磁路。為了減少渦流，鐵芯一般采用含硅1%4.5%，厚度為0.23mm0.35mm的硅鋼片疊裝而成。繞組：它是變壓器的電路部分。變壓器分高、低壓繞組，即一次、二次兩繞組。它是由絕緣銅線或鋁線繞成的多層線圈套裝在鐵芯上。導(dǎo)線外邊的絕緣一般采用紙絕緣。油箱：它是變壓器的外殼，內(nèi)裝鐵芯、繞組和變壓器油，同時起一定的散熱作用。儲油柜：當變壓

17、器油的體積隨油溫的變化而膨脹或縮小時，儲油柜起著儲油和補油的作用，以保證油箱內(nèi)充滿油。儲油柜還能減少油與空氣的接觸面，防止油被過速氧化和受潮。一般儲油柜的容積為變壓器油箱容積的110。儲油柜上裝有游標管，用以監(jiān)視油位的變化，即油位計。吸濕器：由一個鐵管和玻璃容器組成，內(nèi)裝干燥劑如硅膠。儲油柜內(nèi)的油是通過吸濕器與空氣相通。吸濕器內(nèi)裝干燥劑吸收空氣中的水份及雜質(zhì)，使油保持良好的電氣性能，吸濕器又稱呼吸器。散熱器：當變壓器上層油溫與下層油溫產(chǎn)生溫差時，通過散熱器形成油的循環(huán)，使油經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。為提高變壓器油冷卻得效果，可采用風(fēng)冷、強迫油循環(huán)和強油水冷等措施。安全氣

18、道：裝于變壓器的頂蓋上，桶狀或喇叭形管子，管口用玻璃板封住并用玻璃刀刻上“十”字。當變壓器內(nèi)有故障時，油溫升高，油劇烈分解產(chǎn)生大量氣體，使油箱內(nèi)壓力劇增，這時安全氣道玻璃板破碎，油及氣體從管口噴出，以防止變壓器油箱爆炸或變形，目前一般采用壓力釋放閥來代替安全氣道又稱防爆管。高、低壓絕緣套管：它是變壓器高、低壓繞組的引線到油箱外部的絕緣裝置，起著固定引線和對地絕緣的作用。分接開關(guān)：它是調(diào)整電壓比的裝置。雙繞組變壓器的一次繞組及三繞組變壓器的一、二次繞組一般都有個分接頭位置35（三個分接頭中間分接頭為額定電壓位置，相鄰分接頭相差5%，多分接頭的變壓器相鄰分接頭相差2.5%）。氣體繼電器：它是變壓器

19、的主要保護裝置，裝于變壓器的油箱和儲油柜的連接管上。變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，氣體繼電器的上觸點接信號回路，下觸點接斷路器跳閘回路，能發(fā)出信號并使斷路器調(diào)閘。附件：變壓器還有溫度計、凈油器、油位計等附件。第2章 電力變壓器電磁計算2.1 技術(shù)條件1. 額定容量：40MVA，3相2. 頻率: 50Hz3. 額定電壓：高壓110kV；低壓10.5kV 4. 額定電流：高壓：210A；低壓：2200A5. 繞組連接方法：YN，d116. 額定電壓比：11081.5%/10.5kV 7. 空載電流：0.30%8. 空載損耗：24kW9. 負載損耗：154kW10. 阻抗電壓：11.2%2.2 額定電壓和電

20、流的計算2.2.1 高、低壓線圈額定電壓計算1. 高壓線圈為Y聯(lián)結(jié)：線電壓：相電壓：2. 低壓線圈為D聯(lián)結(jié)：2.2.2 高低壓線圈電流計算1. 高壓線圈電流：2. 低壓線圈電流：2.3 鐵芯主要尺寸的確定2.3.1 鐵芯直徑選擇鐵芯柱直徑的大小，直接影響有效材料的消耗、變壓器的體積及性能等技術(shù)指標，故選擇技術(shù)經(jīng)濟合理的鐵芯直徑是變壓器計算的重要內(nèi)容。硅鋼片重量和空載損耗隨鐵芯柱直徑的增大而增大，而線圈導(dǎo)線重量和負載損耗則隨鐵芯柱直徑增大而減小。合理的鐵芯柱直徑，應(yīng)使硅鋼片和導(dǎo)線材料用量比例適當，達到最經(jīng)濟的效果。鐵芯直徑選得過大時，鐵重增大，而用銅量減少，變壓器成矮胖形；鐵芯直徑選得過小時，則

21、會得到相反的結(jié)果6。變壓器每柱容量：應(yīng)用經(jīng)驗公式計算鐵芯柱直徑，查電力變壓器計算表3.5冷軋片取5560。取605mm。硅鋼片選取：該變壓器的硅鋼片型號是105-30-P-5厚度0.3mm，冷軋高導(dǎo)磁取向硅鋼片，這種硅鋼片性能好，單位損耗小：50， 2.3.2 鐵芯截面積計算為了適應(yīng)圓線圈的要求及充分利用線圈內(nèi)部空間，鐵芯柱一般制成階梯圓柱形，各小階梯（級）均為矩形，如圖2-1。圖21 鐵芯截面圖1接縫 2油道 鐵芯截面積見表2-1表21鐵芯截面積級序號片寬疊厚每級疊厚毛截面積mm2凈截面積cm2備注15901361367670076725702046838760387.66mm油道35502

22、534926950269.54530293402120021254803697636480364.864404164720680206.87400454381520015283604863211520115.2932051428896089.6102205614710340103.4疊片系數(shù)0.97毛截面積2667.9凈截面積2587.863由于冷軋硅鋼片的方向性強，在鐵芯柱與鐵軛轉(zhuǎn)角處，磁通沿垂直于硅鋼片的軋制方向通過，引起勵磁電流和空載損耗增加。為了避免這種情況，一般采用斜接縫疊積法，如圖2-2。圖22 鐵芯的接縫2.4 線圈匝數(shù)計算2.4.1 初選每匝電壓1. 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，感應(yīng)電勢

23、的有效值與主磁通之間的大小關(guān)系： （21）式中：頻率，取為50；線圈匝數(shù)；磁通，；鐵芯柱內(nèi)磁通密度初選值，暫定為1.7（T）；鐵芯凈截面積（cm2）；2. 每匝電壓計算如下：當額定頻率為50Hz時(V/匝)2.4.2 低壓線圈匝數(shù)確定1. 低壓線圈匝數(shù)：（匝）取整數(shù)為：107匝2. 確定每匝電壓：3. 磁通密度：2.4.3 高壓線圈匝數(shù)確定1. 額定分接匝數(shù)（匝）取647匝。2. 分接的匝數(shù)（匝）取64匝。3. 最大分接匝數(shù)：W8=711匝；最小分接匝數(shù)：W-8=583匝2.4.4 電壓比校核一般只校核高壓線圈的相電壓，因為它帶有分接調(diào)壓線圈。由于et是根據(jù)低壓線圈計算的，故低壓線圈的相電壓偏

24、差很小，可以不必計算。1. 各分接線/相電壓為： 2. 對于81.5%分接調(diào)壓的高壓線圈的額定電壓及各分接的電壓按以下方式校核： (22)式中：相電壓的標準值；計算的相電壓；各分接的匝數(shù)；et每匝電勢； 合格 合格 合格合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格合格 合格 合格2.5 線圈幾何尺寸的計算2.5.1 導(dǎo)線選取1. 低壓線圈同心式線圈中渦流損耗與線圈導(dǎo)線輻向厚度的平方成正比。隨著變壓器容量的增大，線圈導(dǎo)線尺寸增大，因此對于大容量變壓器而言，限制線圈中的附加損耗是十分重要的。盡管可以采用多根截面較小的導(dǎo)線導(dǎo)線并聯(lián)繞制線圈，但截面小，并聯(lián)根數(shù)過多，線圈繞制困難，甚至無法

25、繞制，因此目前采用換位導(dǎo)線來解決線圈中附加損耗過大問題6 ，如圖2-3。圖23 CTC線為了便于換位，導(dǎo)線并聯(lián)根數(shù)一般采用奇數(shù)。導(dǎo)線規(guī)格，原則上采用目前變壓器線圈通用的扁線規(guī)格。為了降低附加損耗，導(dǎo)線截面積不宜過大，一般扁導(dǎo)線厚度在1.25至2.88mm；寬度在4至10mm。低壓線圈導(dǎo)線采用CTC網(wǎng)格絕緣（0.6），導(dǎo)線ba=10mm1.80mm，n=13根：CTC導(dǎo)線帶絕緣高度：2（10+0.15）2+0.13+0.6=21.03（mm）導(dǎo)線帶絕緣寬度：（mm）電流密度：（A/mm2）2. 高壓線圈高壓導(dǎo)線選取：組合導(dǎo)線是由兩根或三根略有絕緣的扁導(dǎo)線組合而成，外面包有規(guī)定的共同匝絕緣，即多根

26、并聯(lián)導(dǎo)線只相當于單根導(dǎo)線的匝絕緣，從而線圈每段輻向尺寸可以減少。電壓等級高的變壓器，當采用組合導(dǎo)線后，其匝絕緣占線段輻向尺寸減少。因此，采用組合導(dǎo)線繞制的線圈無疑可以提高鐵芯窗口的空間利用系數(shù)。組合導(dǎo)線采用厚度較小的扁導(dǎo)線組成自然可以降低導(dǎo)線的渦流損耗。每匝采用2根組合扁導(dǎo)線，裸線取ba為14.2mm2.5mm，如圖2-4。導(dǎo)線帶絕緣的高度：14.2+0.3+0.9=15.4(mm)導(dǎo)線帶絕緣寬度：2.52+0.32+0.9=6.5(mm)電流密度： (A/mm2)3. 調(diào)壓線圈裸線ba為11mm6mm導(dǎo)線帶絕緣高度：11+0.3+2=13.3(mm)導(dǎo)線帶絕緣寬度：6+0.152+2=8.3

27、(mm)電流密度：(A/mm2)圖24 高壓線圈的組合導(dǎo)線1合包絕緣；2分包絕緣；3扁導(dǎo)線2.5.2 線段排列1. 低壓線圈排列低壓線圈采用層式，共107匝，兩根并聯(lián)繞制，分為四層。2. 高壓線圈段數(shù)及每段匝數(shù)計算高壓線圈采用插入電容式線圈，總匝數(shù)為647匝，可以將高壓線圈分為60段，加28根撐條，28個墊塊，每餅匝數(shù)確定為：X+Y=60解得X=56段，Y=4段。3. 調(diào)壓線圈排列用一根導(dǎo)線繞制，17級調(diào)壓，每級8匝。2.5.3 線圈高度計算 電力變壓器線圈高度,對阻抗電壓值以及變壓器的溫升、機械力、材料消耗和重量等技術(shù)指標均有影響，因此，在線圈型式選定后，確定線圈高度是變壓器計算中重要內(nèi)容。

28、線圈高度，一是指線圈壓縮后的總高度；另一是指線圈的電抗高度。所謂電抗高度，是指變壓器阻抗電壓計算時的線圈凈高度（線圈起末頭間，裸線到裸線之間的距離）。中小型變壓器及一部分大型變壓器，不受鐵路運輸高度限制，這種變壓器線圈高度的計算，主要是滿足阻抗電壓的要求。計算時作如下假設(shè)：導(dǎo)線匝絕緣厚度忽略不計；線圈電抗高度與線圈高度相等；1. 線圈高度初算初算時，一般只能得出大致范圍，經(jīng)調(diào)整后，才能得出合理的設(shè)計值。 式中:D鐵芯柱直徑（mm）；n系數(shù)，銅線圈變壓器n=1.82.4；2. 低壓線圈：兩根CTC導(dǎo)線并繞HL=（26.752+1+0.5）（10+0.15）2+0.13+0.6+10=1167mm

29、3. 高壓繞組（每餅11匝）4. 調(diào)壓線圈：2.5.4 線圈輻向?qū)挾?. 低壓線圈：2. 高壓線圈：3. 調(diào)壓線圈：2.5.5 絕緣半徑及窗高1. 絕緣半徑2. 窗高的計算因此，H0取1340mm2.5.6 導(dǎo)線長度1. 線圈平均半徑(1) 低壓線圈為(2) 高壓線圈為(3) 調(diào)壓線圈為2. 線圈平均匝長(1) 低壓線圈為(2) 高壓線圈為(3) 調(diào)壓線圈為3. 線圈導(dǎo)線總長度(1) 低壓線圈為 (2) 高壓線圈為(3) 調(diào)壓線圈為 2.5.7 線圈直流電阻75時每相導(dǎo)線直流電阻計算如下：低壓線圈：（）高壓線圈：（）調(diào)壓線圈：（）2.5.8 導(dǎo)線重量計算1. 裸導(dǎo)線重量 （23）式中：導(dǎo)線總長

30、（m）；導(dǎo)線的面積mm2由電力變壓器計算續(xù)表4.3查得；導(dǎo)線比重，銅導(dǎo)線（8.9g/cm3）(1) 低壓線圈重量(2) 高壓線圈重量(3) 調(diào)壓線圈重量2. 帶絕緣導(dǎo)線重量(1) 低壓線圈為CTC導(dǎo)線：(2) 高壓線圈為組合導(dǎo)線(3) 調(diào)壓線圈為單根導(dǎo)線2.6 阻抗電壓計算阻抗電壓的大小表征了變壓器在額定負載時的電壓降是變壓器的重要技術(shù)參數(shù)，它對變壓器的制造成本、短路電流的大小、電壓質(zhì)量的高低以及系統(tǒng)運行性能等都有顯著的影響。我國雙繞組和三繞組變壓器以及自禍電力變壓器的標準短路阻抗值，應(yīng)根據(jù)國家標準的規(guī)定。對于特種變壓器，其阻抗電壓的標準值應(yīng)根據(jù)其具體運行特性而定7。阻抗電壓是指變壓器二次繞組

31、短路并流過額定電流時，變壓器原邊繞組所應(yīng)施加的額定頻率的電壓，通常用額定電壓的百分值表示。它是變壓器計算中的重要內(nèi)容，對變壓器的運行和技術(shù)經(jīng)濟指標均具有重要的影響。2.6.1 額定分接阻抗電壓繞組分布如圖2-5圖25繞組示意圖1. 漏磁空道總面積2. 低壓線圈平均半徑3. 高壓線圈平均半徑4. 漏磁空道的平均半徑以上各式中：低壓線圈輻向?qū)挾龋╟m）；高壓線圈輻向?qū)挾龋╟m）；漏磁空道的寬度（cm）；5. 線圈平均電抗高度6. 漏磁總寬度查電力變壓器計算表6.2得洛氏系數(shù)=0.95；K=0.957. 額定阻抗電壓:式中：頻率（）； 額定電流（A）；主分接匝數(shù)；每匝電勢（V/匝）；兩個線圈的平均電

32、抗高度（cm）2.6.2 最大分接的阻抗電壓圖26 低高調(diào)一相線圈的縱斷面1. 漏磁空道總面積式中：低壓線圈的平均半徑（cm）；高壓線圈的平均半徑（cm）；調(diào)壓線圈的平均半徑（cm）；調(diào)壓線圈總匝數(shù)；高壓線圈額定分接匝數(shù)。2. 線圈平均電抗高度3. 漏磁總寬度：式中：低壓線圈的輻向?qū)挾?；高壓線圈的輻向?qū)挾龋徽{(diào)壓線圈的輻向?qū)挾?；高低壓線圈之間距離；高壓與調(diào)壓線圈之間距離。4. 最大分接阻抗電壓式中：由查變壓器設(shè)計手冊表8-2得洛氏系數(shù)=0.93.低壓線圈額定電流（A）；低壓線圈匝數(shù)；每匝電勢（V/匝）；2.6.3 最小分接阻抗電壓圖27 三相雙繞組一相線圈的縱斷面1. 低壓與高壓漏磁空道總面積式

33、中：低高壓線圈間油道平均半徑（cm）。2. 低壓與高壓阻抗電壓式中：頻率（）；低高壓線圈平均有效電抗高（cm）；3. 高壓與調(diào)壓漏磁空道總面積式中：高壓與調(diào)壓線圈間油道平均半徑（cm）；4. 高壓與調(diào)壓阻抗電壓 式中：頻率（）；高壓與調(diào)壓線圈平均有效電抗高（cm）；5. 最小分接阻抗電壓2.7 負載損耗和空載損耗2.7.1 負載損耗負載損耗主要由高低線圈的電阻損耗組成，另外還加上渦流損耗和雜散損耗 8。1. 電阻損耗 （24）式中：相數(shù)；被計算線圈的相電流（A）；被計算線圈的75每相直流電阻（）.低壓線圈： 高壓線圈：調(diào)壓線圈：2. 渦流損耗高壓線圈：渦流損耗：低壓線圈：渦流損耗：3. 雜散損

34、耗：4. 引線損耗： 5. 負載損耗：2.7.2 鐵芯柱與鐵軛重量1. 鐵芯柱重量式中：冷軋硅鋼片=7.65（）；窗高（）；鐵芯柱凈截面積（）；2. 鐵軛重量式中： 兩鐵芯柱中心距（mm）；鐵軛凈截面積（）。3. 總重量式中：角重（kg）由電力變壓器計算續(xù)附表3.1查得。4. 空載損耗式中：硅鋼片單位損耗（W/kg）；空載損耗附加系數(shù)；鐵芯總重量（kg）。5. 空載電流空載電流是以額定電流百分數(shù)表示的。它由兩部分組成：一部分是供給硅鋼片所消耗的能量的電流，稱為有功分量；另一部分是供給硅鋼片中建立磁通的電流，稱為無功分量（磁化電流）8。有功分量：式中：空載損耗（W）；變壓器額定容量（kVA）；無

35、功分量：式中：附加系數(shù)；冷軋硅鋼片取1.2；鐵芯重量（kg）；C接縫數(shù)，三相鐵芯取8；At鐵芯有效面積（）；變壓器額定容量；單位鐵重激磁功率，查曲線取1.15 VA/ kg；接縫單位面積激磁功率；總空載電流2.8 溫升計算變壓器在運行時，有一部分電磁能量將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，也就是說，變壓器運行時，在鐵芯、繞組和鋼結(jié)構(gòu)件中均要產(chǎn)生損耗。這些損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮馨l(fā)散到周圍介質(zhì)中去，從而引起變壓器發(fā)熱和溫度升高。因此在設(shè)計時要特別注意溫升不能超過規(guī)定的限值。變壓器的散熱方式主要包括輻射換熱和對流換熱，對流換熱包括自然對流和強制對流換熱。當負載較小、氣溫較低時，冷風(fēng)機關(guān)停，散熱方式為輻射和自然對流換熱。2.8.

36、1 高壓線圈溫升1. 高壓線圈：墊塊數(shù)墊塊高=2830表面單位熱負荷：式中：銅導(dǎo)線系數(shù)22.1；額定電流A；電流密度；導(dǎo)線中的附加損耗百分數(shù)（85）。2. 線餅的遮蓋系數(shù)：3. 線餅的周長：式中：中間有兩個油道為12mm;a1帶絕緣的導(dǎo)線的厚度（mm）；b1帶絕緣導(dǎo)線的寬度（mm）；n線餅中沿輻向?qū)Ь€并聯(lián)總根數(shù).4. 圈對油溫升:（）5. 圈絕緣校正溫升:（）6. 油道校正溫升:（）7. 線圈對油的平均溫升:（）2.8.2 低壓線圈溫升1. 表面單位熱負荷：式中：被計算線圈75時的負載損耗；被計算線圈的有效散熱面積圖28層式線圈示意圖2. 有效散熱面積：式中：m撐條數(shù)；t0.015 m；3.

37、線圈對油溫升：（）4. 線圈絕緣校正溫升：（）式中：總層數(shù)-油道數(shù)5. 線圈層數(shù)校正溫升：因為層間絕緣厚度0.64mm，即=06. 線圈對油的平均溫升：（）2.8.3 油對空氣溫升1. 片式散熱器的有效散熱面積對流散熱面積：式中：散熱片寬（mm）查電力變壓器計算附表8.2；散熱片高（mm）查電力變壓器計算附表8.2；片數(shù)查電力變壓器計算附表8.2；輻射散熱面積：式中：C 中心距（mm）。表面系數(shù)：片式散熱器有效散熱面積：片式散熱器總的幾何面積：式中：散熱器數(shù)； 2. 油箱有效散熱面積：箱蓋：箱壁的幾何面積：片式散熱器油箱總有效散熱面積：油箱單位熱負荷：85時變壓器總損耗，3. 油對空氣的平均溫

38、升油浸風(fēng)冷式：（）線圈對空氣的平均溫升：高壓線圈： 合格低壓線圈： 合格2.8.4 油箱尺寸1. 油箱內(nèi)高度式中：鐵芯窗高（mm）；鐵軛的最大片寬（mm）；墊腳高（mm）查變壓器設(shè)計手冊（電磁計算部分）表11-1鐵芯至箱蓋距離（mm）由變壓器設(shè)計手冊（電磁計算部分）表11-2查得2. 油箱寬度：式中：外線圈的直徑（mm）高低壓側(cè)對油箱空隙（mm）由變壓器設(shè)計手冊（電磁計算部分）表11-3查得。3. 油箱長度計算：式中：外線圈的直徑（mm）；鐵芯柱中心距（mm）；長軸方向A、C相外線圈對油箱空隙，由變壓器設(shè)計手冊（電磁計算部分）表11-3查得2.9 變壓器短路電動力計算2.9.1 安匝平衡計算

39、圖29線圈區(qū)域的劃分表22 區(qū)域劃分區(qū)域高壓（110KV）低壓（10.5KV）匝數(shù)高度匝數(shù)高度1.475.76284.122.19356.1417357.53.19360.7917.53684.18353.116.5347表23 安匝分布區(qū)域高壓安匝低壓安匝不平衡安匝平均安匝平均高度Cm15.57.28-1.786.3979.94232.0530.91.1531.475356.82332.0531.820.2331.935364.395430.4300.430.2350.05總和1001000.001001151.21圖210 不平衡安匝分布圖1. 漏磁組總安匝（%）2. 短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)（

40、KI）的計算線路阻抗（%）： 式中：額定容量（MVA）；系統(tǒng)短路容量（kVA）由電力變壓器計算表9.4查得110kV 取6106 kVA。短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)：倍式中：變壓器阻抗電壓（%）；線路阻抗（%）；3. 不平衡安匝漏磁組所產(chǎn)生的總軸向力（）式中：短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)；額定相電流（A）；每相額定匝數(shù)；洛氏系數(shù)，取0.39；線圈輻向平均半徑（cm）；漏磁寬度（cm）；沖擊短路電流系數(shù)，取1.8；2.9.2 短路時繞組導(dǎo)線上應(yīng)力計算變壓器在負載運行時,原副線圈均有電流流動,都要受到電磁力的作用,在額定工況下,電磁力一般不太大,線圈本身結(jié)構(gòu)及線圈兩端的絕緣墊塊、壓圈、夾件等緊固裝置足以承受它.但當

41、變壓器副邊發(fā)生突然短路時,電流沖擊值可達到額定電流的2030倍,由于電磁力與電流的平方成正比,所以突然短路時電磁力可達到額定工況的幾百倍.因此,準確計算變壓器線圈所受的電磁力對變壓器線圈及結(jié)構(gòu)件的設(shè)計提供重要理論依據(jù),具有很高的參考價值9。1. 外線圈a.短路時線圈導(dǎo)線的拉應(yīng)力：b短路時線圈導(dǎo)線上軸向彎應(yīng)力：c導(dǎo)線總應(yīng)力：2. 內(nèi)線圈a短路時線圈導(dǎo)線上的感應(yīng)力：b短路時線圈導(dǎo)線上軸向彎應(yīng)力：c短路時線圈導(dǎo)線上徑向彎應(yīng)力：d導(dǎo)線總應(yīng)力：式中：沖擊短路電流系數(shù)，取1.8短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)線圈相應(yīng)的短路匝數(shù)線圈的平均半徑（cm）（cm）線圈外半徑（cm）線圈墊塊數(shù)線圈墊塊寬度（cm）(cm) 線圈撐

42、條寬（cm）洛氏系數(shù)每相并聯(lián)導(dǎo)線根數(shù)線餅中并聯(lián)導(dǎo)線根數(shù)線圈的電抗高度（cm）單根導(dǎo)線的截面積（cm2）線圈裸導(dǎo)線輻向尺寸即厚度（cm）線圈裸導(dǎo)線軸向尺寸即寬度(cm)、由變壓器設(shè)計手冊（電磁計算部分）圖15-1曲線2.10 變壓器重量計算2.10.1 油重量計算1. 器身排油重量：式中：器身排油重(kg)；硅鋼片重(kg)；帶絕緣的銅導(dǎo)線重(kg);2. 油箱裝油重油箱截面積：式中：圓角半徑(dm)；油箱長（dm）；油箱寬（dm）；式中：油箱高度（dm）；油箱截面積；3. 油箱內(nèi)油重4. 散熱器中油重片式散熱器，14組式中： 散熱器數(shù)目；gey每只散熱器中油重（kg）；5. 儲油柜中油重選76

43、0 柜內(nèi)油重Ggy=465（ kg）查電力變壓器計算表10.56. 凈油器油重選取331 充油重量Gig=110（ kg）查電力變壓器計算表10.67. 升高座內(nèi)裝油重式中：低壓升高座內(nèi)裝油重（kg）；8. 總油重2.10.2 器身重式中：取1.15；硅鋼片重（kg）；帶絕緣的銅導(dǎo)線重（kg）；2.10.3 油箱重量1. 箱蓋重量式中： 油箱平均半徑（dm）；油箱直線部分長度（dm）；g箱蓋厚度（dm）由電力變壓器計算表10.7查得2. 箱底重量 式中：d箱底厚度（dm）由電力變壓器計算表10.7查得3. 箱壁重量4. 油箱總重2.10.4 附件重散熱器重：儲油柜重：凈油器重：查電力變壓器計算

44、表10.6散熱器電動機重量：套管總重量：小車重量：Gc 取90 kg查電力變壓器計算附表8.1附件總重：2.10.5 變壓器總重2.11 電磁計算的小結(jié)1鐵芯取三柱外鐵式，可減小漏磁場徑向分量；2從絕緣考慮，高壓繞組采用餅式繞組；3為減小環(huán)流，低壓繞組可取層式或螺旋式；為減少焊點，應(yīng)取螺旋式。第3章 變壓器結(jié)構(gòu)改進3.1 變壓器結(jié)構(gòu)改進措施隨著變壓器制造技術(shù)的不斷發(fā)展，110kV國產(chǎn)變壓器已接近或達到國外變壓器的先進水平。針對變壓器的損耗、噪音、局放、滲漏及抗短路能力等幾方面是如何改進結(jié)構(gòu)和工藝的作一些介紹。1. 降低變壓器噪聲和空載損耗1) 優(yōu)化電磁計算方案，選擇合理磁通密度，保證正常工作電

45、壓下有一定的裕度，在系統(tǒng)電壓偏高時不出現(xiàn)磁飽和，并計算選擇合理的鐵芯自振頻率，防止鐵芯共振。2) 選用0.3mm優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向高導(dǎo)磁硅鋼片，利用帶去毛裝置的德國喬格公司產(chǎn)800mm硅鋼片全自動剪切線剪制，保證毛刺小于0.02mm。3) 鐵芯疊積時采用全斜接縫、不斷軛、無孔、無綁扎、不疊上鐵軛、六步進疊級結(jié)構(gòu)工藝，控制疊片精度和接縫，減少搬運次數(shù)，大大降低了鐵芯工藝損耗系數(shù)。4) 鐵芯緊固采用特殊結(jié)構(gòu)和工藝，芯柱為不綁扎結(jié)構(gòu)，利用專門配制的多組份固化膠刷端面，使芯柱形成一個整體。同時合理控制鐵芯夾緊力，鐵芯夾緊不是僅作用末級芯片上，而是通過階梯木使鐵芯每級都受到均勻的夾緊力，使整個鐵芯成為一個

46、牢固整體，保證了鐵芯具有良好的垂直度和平整度。5) 鐵芯軛片采用寬幅板式夾件夾持，夾件與側(cè)梁形成框架結(jié)構(gòu)，并在專門部位采用特定的頂緊裝置，使鐵芯整體更加牢固、可靠。6) 器身與油箱接觸構(gòu)件采用特殊結(jié)構(gòu)，盡量減少振動。7) 折板式油箱的瓦楞表面使聲波形成不規(guī)則反射，避免共振。由于采用了以上幾個措施，使得變壓器空載損耗性能比國標GB/T6451-1999的規(guī)定值降低了40%以上。噪聲也有了較大幅度的降低，自冷變壓器噪聲最低可達到53dB以下 10 。2. 降低變壓器負載損耗和溫升1) 選用優(yōu)質(zhì)無氧銅材料生產(chǎn)的紙包線、復(fù)合導(dǎo)線、自粘性換位導(dǎo)線，降低電阻損耗。2) 選用合適的電流密度、導(dǎo)線規(guī)格、線圈型

47、式、完善的換位措施、精細的排列方式，降低電阻損耗和渦流損耗。3) 改進器身結(jié)構(gòu)和油箱結(jié)構(gòu)，降低雜散損耗。4) 采用薄紙筒小油隙帶曲折導(dǎo)油系統(tǒng)的線圈結(jié)構(gòu)，降低結(jié)圈的溫升;選擇優(yōu)質(zhì)高效的散熱器，加大散熱面裕度，降低變壓器的油溫升 13 。由于采用了以上幾個措施，使得變壓器負載損耗性能比國標GB/T6451-1999的規(guī)定值降低了20%以上。變壓器的溫升大大降低，保證了變壓器在高溫期的滿載、甚至過載連續(xù)運行。3. 提高抗短路能力1) 優(yōu)化電磁計算，單獨設(shè)立調(diào)壓線圈，使線圈安匝分布趨向均衡，所有線圈保持在同一中心線上且上下對稱，使短路力降到最小程度。2) 進行動穩(wěn)定的定量計算，確定線圈的失穩(wěn)臨界力、墊

48、塊壓應(yīng)力、軸向和徑向扭曲力、周向張力和壓應(yīng)力等，并留有足夠的保險系數(shù)。3) 器身裝配采用220kV的分相組裝相套技術(shù)，線圈墊塊采用進口高密度紙板，經(jīng)密實去毛后沖制，并使用預(yù)壓機進行預(yù)壓，實現(xiàn)在規(guī)定噸位下達到規(guī)定高度，單個線圈進行二次帶壓真空干燥和三次壓裝，利用線圈壓裝機實現(xiàn)線圈在規(guī)定的壓力狀態(tài)下達到規(guī)定的高度尺寸。所有線圈繞制時均帶張緊裝置，保證幅向符合圖紙要求，所有器身絕緣件均為帶園角精加工件，保證尺寸準確、無毛刺，線圈組裝前所有器身絕緣件都進行預(yù)干燥處理。在組裝過程中嚴格控制套裝間隙，實行無間隙套裝，并保證在線圈出爐后10小時內(nèi)全部組裝完畢，分相組裝后的線圈實行帶壓真空干燥，出爐后再經(jīng)調(diào)整

49、后才可套入鐵芯。這樣可以有效地控制各線圈高度及組裝時同心度和緊實度，使產(chǎn)品符合設(shè)計要求。4) 低壓線圈采用高強度絕緣筒做為骨架，并經(jīng)特殊工藝處理，使變壓器的抗短路能力大大提高。調(diào)壓線圈也采用厚紙筒做為骨架，提高了線圈的機械強度和穩(wěn)定性。5) 由于內(nèi)線圈直接在高強度絕緣筒上繞制，配以鐵芯采用不綁扎的膠接技術(shù)，分相組裝的線圈套入鐵芯后在環(huán)氧筒與鐵芯之間配裝撐板和撐棒，達到線圈與鐵芯之間的鋼性支撐。6) 器身下部采用整園托板，并通過水平放置的高密度電工層壓木與下節(jié)油箱的箱底接觸支撐，支撐面積達80%以上，上部采用穿過窗口的高密電工層壓木整園壓板，另加兩塊半園副壓板，大大提高器身穩(wěn)定性并保證器身受壓均

50、勻。壓釘焊在上夾件上，壓釘數(shù)量至少在20個以上，保證了整個器身壓緊壓實。7) 整個器身采用六向剛性定位，器身上部采用特殊防沖撞結(jié)構(gòu)，鐵芯、器身、引線均采用防松結(jié)構(gòu)。8) 引線保證有足夠的電氣和機械強度及絕緣距離，采用層壓木框架式夾持，保證所有引線都有可靠夾持。9) 變壓器出廠前在廠內(nèi)進行預(yù)組裝，并進行二次吊罩，更換箱沿膠條，檢查變壓器通過浸油以后所有緊固件有無松動現(xiàn)象，并及時處理好。采用以上的結(jié)構(gòu)工藝后，使得變壓器抗短路能力大大提高。變壓器經(jīng)受了國家檢測中心突發(fā)短路試驗，性能優(yōu)越，另有多臺主變現(xiàn)場運行時經(jīng)受了出口短路故障的考驗絲毫無損。4. 降低變壓器局放1) 精確計算場強分布情況，仔細調(diào)整，

51、使其處于勻布狀態(tài)，減少電場畸變，確保電場最集中的部件其場強低于起始放電場強。2) 絕緣結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造圓整化，避免局部電場集中。3) 采用合理的的高壓出線部件，引線部件針對低局放進行設(shè)計和分布，對地距離參數(shù)選擇合理。4) 靜電板采用新式結(jié)構(gòu)，并標準化。5) 高、中壓引線采用冷壓接工藝，低壓引線采用碳精焊接，接頭和焊接點采用特殊工藝光滑屏蔽處理。6) 采用300kW煤油汽相干燥工藝處理器身，利用煤油蒸汽冷凝使器身得到?jīng)_洗，另外變壓器出廠前更換新油，使整個變壓器內(nèi)部沖洗一遍，保證變壓器內(nèi)部整潔干凈。7) 采用全真空注油，使絕緣件得到有效浸漬，避免因氣泡而產(chǎn)生的局放。8) 按ISO9001程序要求進行

52、采購控制，避免因原材料引起局放，并嚴格工藝紀律，提高現(xiàn)場管理水平。9) 主要生產(chǎn)車間實施全封閉無塵化。現(xiàn)變壓器局放基本都能保證在70pC以下11。5. 防滲漏1) 變壓器的油箱采用平箱頂、大波浪折板式箱壁(定購寬幅鋼板，保證無拼縫)、平板式箱底，使焊縫數(shù)量大大減少，并合理排布，盡可能采用角接縫雙面焊接，降低焊接內(nèi)應(yīng)力。油箱制造采用鋼板預(yù)噴丸和整體噴丸處理技術(shù)，提高漆膜附著力，特別是整體噴丸利用鋼丸的高速沖擊消除焊接應(yīng)力。2) 變壓器下節(jié)油箱及箱沿加工在專用的平臺上進行拼裝，保證其平整度;上節(jié)油箱箱沿與下節(jié)油箱進行配制，大罩箱沿密封面采用磨光處理，保證密封面平整度。3) 所有密封面(除大罩箱沿)全部進行金工加工處理，并加大法蘭厚度，提高法蘭的抗變形能力，保證法蘭的平整度。4) 采用溝槽密封結(jié)構(gòu)，有效控制密封件的受力和安裝位置，提高密封件的抗老化能力。5) 對油箱進行0.1MPa正壓試漏和133Pa真空試驗，檢查油箱滲漏和進行強度考核，保證油箱具有足夠機械強度且不滲漏。6) 采用優(yōu)質(zhì)真空蝶閥，該蝶閥預(yù)先安裝于變壓器本體法蘭上，在散熱器等安裝后處