1、本科毕业论文（20 届）SFSZ10-31500/110 电力变压器的电磁方案计算所在学院 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- I -SFSZ10-31500/110 电力变压器的电磁方案计算摘要本文完成了 SFSZ10-31500/110 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本公式和计算方法。SFSZ10-31500/110 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
2、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 SFSZ10-31500/110 电力变压器的电磁计算方案。关键词 电力变压器；电磁计算哈尔滨理工大学学士学位论文- II -SFSZ10-31500/110 power transformer electromagnetism project calculationAbstractThis text introduced the SFSZ10-31500/110 power transformer calculating and basic kno
3、wledge in project in electromagnetism primarily, than clarified the calculating and basic formula in transformer in power detailed with compute the method. Among them included choice and calculations of the transformer core, transformer coil material, pattern choice, high certain, the voltage and cu
4、rrent computes and the coil computes, the short-circuit resistance computes, the coil exhausts, the fuse exhausts, miscellaneous spread to exhaust, load to exhaust the calculation, the transformer temperature rises the calculation, short circuit electricity the motive computes, total oil in transfor
5、mer measure, total weight, conveyance the weight computes, the transformer insulates the school checkup. Synthesize the design calculation process that introduced the SFSZ10-31500/110 power transformer.Keywords Power transformer ；Electromagnetism calculation 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1
6、 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 论文研究的内容 .2第 2 章 电力变压器电磁计算方案 .32.1 变压器的工作原理 .32.2 变压器在电网中的作用 .32.3 电力变压器的结构特点 .32.4 电力变压器的性能参数 .42.5 变压器计算的一般程序 .4第 3 章 电力变压器电磁计算方案 .63.1 本设计的技术条件 .63.2 额定电压电流计算 .63.2.1 线圈相电压 .63.2.2 线圈电流 .73.3 铁芯的确定 .93.4 线圈匝数计算 .93.5 电压比校核 .103.6 线段排列及计算 .113.7 线圈绝缘半径
7、及导线长度计算 .153.8 短路阻抗计算 .163.9 负载损耗计算 .183.10 温升计算 .203.11 空载特性计算 .233.12 短路电动力计算 .233.13 变压器重量计算 .293.14 绝缘校核 .31结论 .33致谢 .34参考文献 .35附录 .36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是电力系统中的重要设备之一。随着我国社会主义现代化建设的发展，特别是随着电力网向超高压、大容量方向的发展，对电力变压器提出了新的更高的要求。近年来，我国在变压器的理论研究和生产实践方面取得了可喜的成就。随着国民经济建设的发展，特别是随着电力工业的
8、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，电压等级也相继提高。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。建国前我国只能生产单台容量为 300kVA 的小型配电变压器，建国后 50 年代中期已能仿制 31500kVA 的电力变压器，电压等级已发展到 110kV。60 年代初我国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、120000kVA 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 3
9、30kV 级、360000kVA 电力变压器的水平(我国西北地区的刘关线 330kV 系统中所用的升、降压电力变压器、联络用自耦变压器，全部为国产品)，到 80 年代国内变压器的最高电压等级为 500kV、最大容量为 400000kVA，1995 年制造出了容量为 450000kVA 电力变压器，本世纪初我国已能够生产 740MVA/500kV 的电力变压器和 900MVA/500kV 的自耦变压器。近年来随着我国经济建设的不断发展，电网的电压等级不断提高，2005 年 9 月西北 750kV 线路已经投入运行，线路中的变压器、电抗器等主要设备均为国内生产。现在我国正在进行交流 1000kV
10、直流800kV 输电线路的研究与输变电设备的研制工作，在不久的将来我国的输电网络将会以交流 1000kV 直流800kV 作为主要框架，使我国的输变电技术走在世界的前列。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、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。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 1。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
11、的需要。大型变压器要向哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -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、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
12、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。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
13、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。1.3 论文研究的内容本论文对目前电力网中经常使用的 SFSZ10-31500/110 电力变压器进行了电磁方案计算，计算出了该变压器的各项技术指标及各部分的几何尺寸，计算结果满足国家标准规定值。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -第 2 章 电力变压器电磁计算方案2.1 变压器的工作原理变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应作用将一种电压
14、、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。2.2 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
15、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。2.3 电力变压器的结构特点变压器产品包括变压器、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，电力变压器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，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
16、,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。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。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -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
17、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。 2.4 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
18、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，在进行变压器设计之前，必须明确设计任务书中的这些技术参数。2.5 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，利用电磁计算可以比较合理确定变压器
19、生产和运行的经济性、运行的可靠性等，因此变压器的电磁计算是变压器生产制造的基础，也是变压器能否安全运行的基础。变压器计算的一般手工计算的设计程序如下：1.确定硅钢片品种、牌号及铁心结构型式，计算铁芯柱直径，选定标准直径，得出铁心柱和铁轭截面积。2.根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势。3.初算低压绕组匝数，凑成整数匝，根据整数匝再重算铁芯柱中的磁通密度及每匝电势，再算出高、中压绕组匝数。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -4.根据变压器额定容量及电压等级，确定变压器的主、纵绝缘结构。5.根据绕组结构型式，确定导线规格，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
20、。6.初算阻抗电压无功分量( )值，大容量变压器的 值应与阻抗电压(xuxu)标准值相接近；小型变压器的值 应小于标准值 。zku zk7.计算绕组负载损耗，算出阻抗电压的有功分量( )，检查阻抗电压r是否符合标准规定值，若不符合时应调整达到标准规定值范围。8.计算绕组导线对油的温差，不合格时，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，则需要变更铁芯柱直径。9.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，或加大导线截面积。10.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，应调整冷却装置的数目。11.计算变压器重量。应该指出，电力变压器计算
21、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。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。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -第 3 章 电力变压器电磁计算方案变压器的电磁的方案计算，就是在保证满足国家和行业以及用户所提出的技术要求的基础上，在符合现行工艺条件的前提下，计算出变压器的各项主要经济技术指标、各部
22、分的几何尺寸等。变压器的电磁计算决定了变压器的经济特性和运行特性，因此电磁计算是变压器生产制造的重要环节之一。3.1 本设计的技术条件本设计的基本技术条件如下，其他技术性能指标均应满足国家和行业相关标准的要求。额定容量： =31500 kVANS电压组合： 220 %/121/10.5 kV25.18联结组标号：YNa0d11空载损耗： = 43 kW0P负载损耗： =272 kWfz短路阻抗： =8% -10%, = 18%-24%, =28%-34%12dZ23dZ13dZ3.2 额定电压电流计算3.2.1 线圈相电压一、高压线圈相电压：高压线圈为 Y 联结：= 139722V3%25.181U340= 138135V.7925= 136547V325.161360= 134959V.U75= 133371V3%25.14130= 131784V.8
