电气工程及其自动化毕业设计-SFSZ11-120000220电力变压器电磁设计(含外文翻译).doc

1、本科毕业论文（20 届）SFSZ11-120000/220 电力变压器电磁设计所在学院 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- I -SFSZ11-120000/220 电力变压器电磁设计摘要电力变压器是电力系统中的一种重要设备，其发展趋势是提高可靠性、节省材料、低损耗水平，明显缩短产品的设计周期、降低生产成本和提高产品的质量，从而增强产品的市场竞争力，取得显著的社会经济效益，因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要本文完成了 SFSZ11-120000/220 电力变压器电磁方案的计算，文中较为详细地阐述了电力变压器计算的基

2、本公式和计算方法。SFSZ11-120000/220 电力变压器电磁方案计算，主要包括变压器铁心的选择及几何尺寸计算、变压器线圈材料、型式选择、高度确定、电压电流计算及线圈几何尺寸计算、短路阻抗计算、线圈损耗、引线损耗、杂散损耗、负载损耗计算、变压器温升计算、短路电动力计算、变压器重量（总油量、器身重量、油箱重量、附件重量、运输重量计算）等，并进行了绝缘校核，得出 SFSZ11-120000/220 电力变压器的电磁计算方案。关键词: 电力变压器；电磁计算；绕组哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Design of SFSZ11-120000/220 power transformerAbs

3、tractPower transformer is the electric power system of a kind of important equipment, its development trend is to improve reliability, save materials, low loss level, significantly shortened product design cycle, reduce production cost and improve the quality of products, and strengthen the market c

4、ompetitiveness of products, achieve significant social and economic benefits, so the electromagnetic computing power transformer are particularly important We completed a SFSZ11-120000/220 power transformer the calculation of electromagnetic scheme, the more detailed description to the basic power t

5、ransformer calculation formula and calculation method. SFSZ11-120000/220 transformer electromagnetic power calculation scheme, mainly including the transformer core selection and geometry size calculation, winding materials, type selection, highly sure, voltage current calculation and coil geometry

6、size calculation, short circuit impedance calculation, coil loss, lead loss, stray loss, load loss calculation, transformer short-circuit temperature calculation, dynamic calculation, transformer weight (the total amount of oil, implement body weight, weight, weight, tank attachment transportation w

7、eight computation), and the insulation, check the draw SFSZ11-120000/220 transformer power of electromagnetic calculation scheme. Key words: power transformer; Electromagnetic computing; winding哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 我国电力变压器的最新发展趋势及现状 .11.3 变压器在电网中的作用 .21.4 电

8、力变压器的结构特点 .21.5 变压器计算的一般程序 .41.6 本章小结 .5第 2 章 电力变压器的电磁设计 .62.1 产品规格及技术要求 .62.1.1 基本参数 .62.1.2 结构参数 .62.1.3 设计要求 .62.2 变压器主要材料 .72.3 变压器设计 .72.3.1 变压器主要结构的确定 .72.3.2 铁心直径的确定 .72.3.3 铁心截面的设计 .82.3.4 变压器主、纵绝缘的确定 .82.3.5 绕组形式的选择、绕组排列和导线的选择 .82.4 电磁计算 .92.4.1 额定电压和额定电流计算 .92.4.2 绕组匝数计算 .102.4.3 绕组计算 .122

9、.4.4 绕组绝缘半径及导线长度计算 .142.4.5 75时绕组直流电阻计算 .162.4.6 绕组导线质量计算 .162.4.7 短路阻抗计算 .172.4.8 空载损耗与空载电流的计算 .192.4.9 负载损耗的计算 .202.4.10 绕组表面对油的温升计算 .242.5 油箱尺寸的计算 .27哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -2.5.1 油箱尺寸的估计 .272.5.2 箱壁散热面积的计算 .272.5.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算 .272.6 短路电动力计算 .282.6.1 绕组的区域划分 .292.6.2 安匝分布计算 .312.6.3 漏磁计算 .322.6.

10、4 短路电流稳定值倍数计算 .322.6.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 .332.6.6 绕组导线应力计算 .332.7 变压器质量计算 .352.7.1 总油量计算 .352.7.2 变压器箱体质量计算 .352.7.3 附件质量计算 .362.7.4 变压器总质量计算 .362.8 本章小结 .36结论 .37致谢 .38参考文献 .39附录 .40哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景电力变压器发明于19世纪末，它为现代远距离恒定高压交流供电系统的发展奠定了基础。在19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

11、载地点。随着电力变压器的出现，一切就发生了改变。现代化的工业企业，广泛地采用了电力作为能源，电能都是由水电站和发电厂的发电机直接转化出来的。发电机发出来的电,根据输送距离将按照不同的电压等级输送出去，就需要一种专门改变电压的设备，这种设备叫做“变压器”。电力变压器是发、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 1在大型电力变压器中，中、低压线圈电流可达(1020kA)，这样大的电流产生的漏磁非常强，会在金属结构件(如夹件、油箱、拉板等)中产生附加损耗。这些损耗不但占据了变压器负载损耗的很大一部分，而且

12、它在金属结构件上的分布极不均匀，集中在局部区域上的损耗往往会引起相当大的局部过热。此外电力部门和用户对变压器漏电抗和空载损耗值的允许公差范围越来越小，特别是，随着对因漏磁引起的过热现象的日益看重，杂散损耗将会成为对变压器性能考核的又一重要指标。这就要求对变压器线圈内的磁通分布、线圈涡流损耗、结构件杂散损耗等进行准确的计算。因此，研究可靠准确的磁场、损耗的计算十分重要 2。减小油箱等金属结构件中的附加损耗和防止过热情况发生，根本方法是减少进入金属构件的漏磁通量。通常采用的方法是利用导电性能好或高导磁材料在时变电磁场中的特性来屏蔽进入金属结构件中的漏磁通量。工程上的做法就是在元件上以一定方式贴铜、

13、铝材料或硅钢片等。经验表明，正确使用屏蔽可使箱壁中的杂散损耗降低 5%，不恰当的屏蔽，屏蔽效果往往不明显，有时甚至生成新的过热点，因此，研究变压漏磁场的分布，计算产品结构件的涡流损耗及分布，确定发热源，进而分析发热、冷却问题，通过合理布置屏蔽有效的降低损耗对于变压器设计和制造都是非常重要的 3。总之，深入地研究大型变压器漏磁场及其在周围各种金属结构件中的涡流损耗及其分布，对于降低变压器损耗和防止局部过热是十分重要的。1.2 我国电力变压器的最新发展趋势及现状电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一,它的性能、哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效

14、益。20世纪50年代以来特别是改革开放以来为满足我国电力工业发、变、配电工程的建设需要电力变压器行业得到了较快发展。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(1000kV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

15、、材料更为可靠的干式变压器、SF 6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和政治稳定的重要因素，在科学技术已经成为

16、世界经济增长第一要素的形势下，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，加快科技进步与创新是十分重和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。1.3 变压器在电网中的作用电力变压器是电力网中的主要电气设备。变压器将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。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。1.4 电力变压器的结构特点变压器产品

17、包括变压器、互感器、调压器、电抗器等，品格规格繁多，但基本原理和结构是相似的，结构则由下面几部分组成。1.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，哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -对中小型变压器亦有硅钢片卷制而成的铁心。2.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，撑条构成的油道与高压和低压引线构成。3.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,他们支持着器身和所有的附件。4.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

18、。5.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，强迫油循环风冷，也采用油浸水冷或油浸强迫水冷方式。6.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，经过净油器达到吸取油中的水分、渣、酸、氯化物的作用。7.储油器：储油器也叫油枕，用来补偿变压器油因温度变化而发生的体积变化，同时具有减轻和防止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。8.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，给运行人

19、员发出信号或自动切断电源，保护变压器。9.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。10.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，另外变压器上还用电阻温度计，压力式温度计等。 哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -1.5 变压器计算的一般程序记录原始数据：产品主要技术参数等选定硅钢片品种牌号及铁芯结构型式：计算铁芯柱直径，设计铁芯柱和铁轭截面选择铁芯柱磁通密度，计算每匝电势计算低压绕组匝数，凑成整数；重算每匝电势及磁通密度，再计算高压绕组匝数确定主绝缘结构设计；试算阻抗电压，不合要求时调整绕组高度估算绕组损耗，估算绕组对油温升计算空载性能计算短路电磁力及器身重量；计算铁芯和绕组的机械强度另选铁芯柱直径另选导线不符合要求时另选导线还不合格时不合要求时绘制变压器总体平面布置图；引线及分接开关结构设计；确定油箱尺寸及冷却装置计算负载性能计算温升，不合要求时，调整冷却装置数目计算变压器重量变压器外形尺寸图绘制哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -1.6 本章小结本章从课题背景开始，对变压器的结构与工作原理，设计要求与方法进行了简单的计算，为下面的变压器的设计打下了基础，在最后又提出了本文研究的主要内容，为后面的设计指明了方向。