电气工程及其自动化毕业设计-S11-630110.4电力变压器电磁计算(含外文翻译).doc

1、本科毕业论文（20 届）S11-630/11/0.4 电力变压器电磁计算所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- II -S11-630/11/0.4 电力变压器电磁计算摘 要电力变压器是电力系统中关键设备之一。若能在设计和制造上提出加合理和可行的方案，解决以往经验方法解决不了的问题，对变压器的结构进行优化，则将会具有重要的技术和经济意义。本文主要介绍了电力变压器的发展历史，阐述了电力变压器的基本原理和基本结构特征，根据电力变压器设计的基本思路，对 S11-630/11 电力变压器进行了电磁计算。其中计算部分包括：变

2、压器的电路计算、变压器的磁路计算、变压器短路阻抗计算、变压器的绝缘、变压器温升计算、变压器电动力计算、变压器整体重量计算等。关键词：电力变压器；电磁计算；变压器温升计算哈尔滨理工大学学士学位论文- III -The Electromagnetically Calculation of S11-630/11/0.4 Power TransformerAbstractElectric power transformers are one of the key equipment in the power system. If you can provide more reasonable and

3、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 describes the development of historical of power transformers, and also, the present situation

4、and the development of our countrys power transformer industry. According to the general designing method and the basic designing ideas of power transformer，presents a bill of the electromagnetism calculation for S11-630/11 power transformer，some of which include the calculation: calculation of the

5、transformer circuit, the transformer magnetic circuit calculation, transformer short circuit impedance calculation, transformer insulation, transformer temperature rise calculation, electric power transformer calculation, the overall weight of transformers and so on.Keywords: Power transformer; Elec

6、tromagnetism calculation; Transformer temperature rise calculation哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 我国电力变压器的最新发展趋势及现状 .11.2 电力变压器的作用 .21.2.1 变压器的工作原理 .21.2.2 电力变压器在电网中的应用 .21.3 电力变压器的性能参数 .21.4 变压器计算的一般程序 .31.5 论文研究的内容 .31.6 本章小结 .4第 2 章 S11-630/11/0.4 变压器电磁计算 .52.1 产品规格及技术要求 .52

7、.2 额定电压和额定电流的计算 .52.3 电磁路的计算 .62.3.1 铁心的计算 .62.3.2 绕组匝数的计算 .72.3.3 绕组的选择 .92.3.4 绕组的尺寸计算 .92.3.5 绝缘半径及导线长度计算 .102.3.6 短路阻抗 计算 .112.4 损耗的计算 .122.4.1 空载损耗的计算 .122.4.2 空载电流的计算 .132.4.3 负载损耗的计算 .142.5 温升的计算 .172.5.1 绕组表面对油的温升计算 .172.5.2 油箱尺寸的估计 .192.5.3 箱壁散热面积的计算 .192.5.4 散热器的选择及油和绕组温升的计算 .202.6 短路电动力计算

8、 .202.6.1 绕组的区域划分 .212.6.2 安匝分布计算 .212.6.3 漏磁计算 .22哈尔滨理工大学学士学位论文- V -2.6.4 短路电流稳定值倍数计算 .232.6.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 .232.6.6 绕组导线应力计算 .242.7 变压器质量计算 .252.7.1 导线重量量计算 .252.7.2 总油量计算 .262.7.3 变压器箱体质量计算 .262.7.4 附件质量计算 .272.7.5 变压器总质量计算 .272.8 本章小结 .28第 3 章 变压器的多种改进措施 .293.1 变压器的节能改进方法 .293.2 变压器绕组制造工艺的

9、改进 .293.3 降低电力变压器噪音的措施 .293.4 本章小结 .30结论 .31致谢 .32参考文献 .33附录 .34哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 我国电力变压器的最新发展趋势及现状电力变压器发明与十九世纪末，它为现代远距离恒定电压电流东电系统的发展奠定了基础。在十九世纪之前，公用供电的早期阶段里，均采用直流发电系统，人们不得不把发电设备靠近负载地点。于是在各种理论与实践的大力支持下，电力研究学者的共同努力下电力变压器应运而生了。电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，其性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益 1。自改革开放以来，为

10、满足我国电力工业的发展建设需要，电力变压器行业得到了较快发展。大型变压器产品质量和技术水平与国外先进国家相比还存在一定差距，这里既有产品本身设计技术水平问题，也有主要原材料、工艺、装备、测试手段等问题。电力变压器的产品性能、参数、加工质量及运行可靠性等方面都普遍存在着不足，特别是产品质量与运行可靠性方面与国外先进产品存在距。电力变压器产品品种还不能满足我国电力发展的需要，如适合城乡电网用电特殊性的产品、直流输电用电力变压器等产品。产品开发投人不足。国内厂家投入到开发方面的费用无法与国外厂家相比，而且科研发展及试验手段也相对落后。根据我国电力工业装备政策及技术政策要求，电力变压器的发展趋势应为提

11、高产品运行的可靠性，少维护或免维护，降低损耗，减少重量，实现有载调压，品种多样，满足电力系统不同场所的需要。大型变压器要向超高压(500kV、750kV) 、特高压(1 000kV 等级 )、大容量、轻结构、不吊芯方向发展。为解决运输困难，要降低运输重量，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，使空载损耗大幅度降低。城网用变压器应向难燃方向发展，如进一步推行性能更为优越、材料更为可靠的干式变压器、气体绝缘变压器及难燃油变压器，采用新材料、新结构，以达到节能、不燃或难燃防火，降低噪音的目的；在农网中要根据农网季节性强、负载率低、农业生产需求变

12、化犬的特点，开发空载损耗更小的配电变压器以及 10 kV、35 kV 凋容变压器。目前在农网建设改造中，应用新 S9 系列的同时，在技术经济比较合理的情况下，可采用 S11型和全密封卷铁心单相及三相变压器，或非晶合金铁心变压器。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雨 J 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势，世界电力工业的科技进步与创新也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -步与创新是十分重要和迫切的，没

13、备的更新更占有重要的地位。高温超导变压器采取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交换系统的技术，该技术是使变压器发生变革的重大关键。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术超导限流器在国内的研制成功，将使新一代变压器产品性能和设汁原则发生变化，变压器的短路阻抗将会变小，损耗和重量可进一步降低，短路电流产生的机械力将大幅度降低，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。1.2 电力变压器的作用1.2.1 变压器的工作原理 变压器是一种静止电器，它利用电磁感应作用将一种

14、电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。变压器是电力系统中重要的电器设备。众所周知，输送一定的电能时，输电线路的电压越高，线路中的电流和损耗就愈小，为此，需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压，通过高压输电线将电能经济地输送到用户地区，然后再用降压变压器将电能逐步从输电电压降到配电电压，供用户安全而方便的使用 2。1.2.2 电力变压器在电网中的应用电力变压器是电力网中的主要电气设备。把水力或火力发电厂中发电机组所产生的交流电压升高后，向电力网输出电能的称为升压变压器。火力发电厂内还要安装该厂用电变压器，供起动机组之用。用于降低电压的变压器称为降压变压器。用于联

15、络两种不同电压网路的变压器称为联络变压器( 包括自耦变压器与三绕组变压器)。将电压降低到电气设备工作电压的变压器称为配电变压器。配电前用的各级变压器称为输电变压器。1.3 电力变压器的性能参数1变压器额定容量；2相数；3频率；4变压器一、二次侧的额定电压；5绕组接线方式和联结组；6变压器冷却方式；7绝缘水平；8负载特点；9安装特点；10短路阻抗；11负载损耗；12空载损耗；13空载电流 3。以上技术参数中前九项是由电力系统技术条件和环境及使用条件决定的。最后四项参数是由“ 三相油浸式电力变压器技术参数和要求” 规定的，或者由用户和制造厂商共同协商而定，是变压器设计中重要的四个参数，在进行变压器

16、设计之前，必须明确设计任务书中的这些技术参数。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -1.4 变压器计算的一般程序电力变压器电磁计算的任务在于确定变压器的电、磁负荷和主要几何，计算性能数据和各部分的温升以及计算变压器的重量、外型尺寸和取得比较合理的经济技术效果。计算结果必须满足国家标准及有关技术标准的规定和使用部门的要求。变压器计算应根据产品设计任务书中给定的数据进行，以下介绍变压器设计计算步骤：A根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，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。B确定硅钢片型号，及铁心结构形式，计算铁心直径，选择

17、标准直径得出铁心和铁轭截面积。C根据硅钢片型号，初选铁轭中磁通密度，计算每匝电势。D初选低压线圈匝数，凑成整数匝，根据整数匝再重算出铁心中的磁通密度及每匝电势，再算出高压线圈匝数。E根据线圈的结构型式，确定导线规格，进行线圈段数（层数）、匝数的排列，计算线圈轴向高度和辐向尺寸。F计算阻抗电压，大容量变压器阻抗值应与阻抗电压标准值接近，小容量变压器的阻抗电压值应小于阻抗电压标准值。G计算变压器负载损耗达到标准规定范围。H计算线圈导线对油的温升，不合规定时，可调整导线规格，或调整线段数及每段匝数的分配，当超过规定值过大时，则需更改铁心直径。I计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布

18、，或加大导线截面积。J计算空载性能及变压器总损耗。K计算变压器的重量。电力变压器计算必须根据国家的经济、技术政策和资源情况以及制造和运行方面的要求，合理地制定变压器的性能数据和相应的主要几何尺寸。由于制造和运行的角度不同，对某些性能数据的要求也往往有所不同。所以在进行变压器计算时必须综合考虑各方面因素，并应进行多种方案比较，以便从中选取最佳方案 4。目前，电子计算机在变压器计算和设计方面的广泛应用，给快速进行变压器计算、设计和方案比较、选择最佳方案提供了方便条件。1.5 论文研究的内容本论文对 S11630/11 变压器进行了电磁方案计算，算出该变压器的各项指标及各部分的几何尺寸、短路阻抗、整

19、体的温升、短路电动力及质哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -量。1.6 本章小结本论文是结合当前变压器的发展趋势，以及以后将从事变压器电磁设计工作的需要来完成的，主要希望达到以下的目的：将在校的变压器的理论的学习与真正的变压器设计实践相结合，在系统学习变压器的结构原理基础上，通过自己独立的设计一台变压器的电磁计算，了解变压器设计的主要过程及相关的方法。通过变压器设计加深对变压器原理的理解，掌握变压器的设计方法， 。为今后从事变压器设计打下良好和坚实的基础，争取在变压器设计、开发方面能有一定的贡献。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -第 2 章 S11-630/11/0.4 变压器电磁计算2.1

20、 产品规格及技术要求1.变压器额定容量 :630kVA；NS2.变压器额定线电压及分接范围：高压线电压: 1115%kV、低压线电压: 0.4kV；3.变压器链接组号: Yyn0；4.变压器相数:3 相；5.容量比:100/100；6.额定频率 :50 ；fHz7.冷却方式:油浸自冷式；8.空载损耗 :1.2kW；0P9.负载损耗 :6.2kW；K10.空载电流 :1.1%；0I11.短路阻抗 :高压低压：4.5%。dZ2.2 额定电压和额定电流的计算1.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对电压、电流及匝数的计算。2.低压绕组为“ Y”型接线，其线电压等于 倍的相电压相等，线电流3等于相电流： V21402LU A3.93622NLSI3.高压绕组为“ Y”型接线，其线电压等于 倍的相电压，线电流等于相电流： V651301LU A07.11NLSI4.高压绕组各分接处的线电压及相电压：15%分 接 处