1、本科毕业论文（20 届）S10-200/35 电力变压器设计所在学院 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IS10-200/35 电力变压器设计摘要电力变压器是电网中重要的组成部分，要求其严谨的设计、制造优良并有良好的稳定性。本文涵盖了电力变压器计算中的设计原理、基本公式和计算方法，在此基础之上做出了 S10-200/35 电力变压器设计。本文对该变压器计算的结果为：铁心的选择及几何尺寸计算、变压器线圈选材、型号选择、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、负载损耗计算、变压器温升计算、变
2、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） 。通过比较设计结果，本文计算结果满足计划任务书和国家标准的要求。关键词：变压器发展；电力变压器；电磁计算哈尔滨理工大学学士学位论文IIS10-200/35 Power Transformer DesignAbstractThis text introduce the S10-200/35 power transformer calculating and basic knowledge project in electromagnetism primarily, and clarifies the calculating and
3、basic formula in transformer in power detailed with compute the method. This article covers the power transformer design basic principle, formula and method, on the basis of the S10-200/35power transformer design. Among the included choice and calculations of the transformer core, transformer coil m
4、aterial, pattern choice, high certain, the voltage and current 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 circu
5、it electricity the motive computes, total oil in transformer measure, total weight, conveyance the weight computes, the transformer insulates the school checkup. By comparing the design results, the calculation results meet the plan and the requirement of national standard.Key words: transformer dev
6、elopment;power transformer;electromagnetic computation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 变压器简介及结构分类 .11.3 国内变压器的发展前景 .31.4 变压器计算的一般程序 .6第 2 章 变压器电磁计算 .82.1 基本设计参数 .82.2 铁心计算 .82.2.1 铁心直径 .82.2.2 铁心中磁通及磁感应强度 .82.2.3 铁心质量 .92.2.4 空载损耗 .92.2.5 空载电流 .102.3 绕组计算 .102.3.1 电压、电流计算
7、.102.3.2 绕组匝数 .112.3.3 电压比较 .122.3.4 标准线规选择 .132.3.5 绕组轴向高度和电抗高度 .142.3.6 绕组的辐向尺寸计算 .152.3.7 绕组绝缘半径 .162.3.8 绕组平均半径计算 .182.3.9 绕组平均匝长计算 .182.3.10 绕组导线总长度计算 .182.3.11 75时每相绕组直流电阻 .192.3.12 绕组导线质量计算 .192.4 短路阻抗 .202.4.1 绕组漏磁分布图 .212.4.2 绕组的平均电抗高度 .212.4.3 漏磁总宽度 .212.4.4 漏磁空道总面积 .212.4.5 洛氏系数 .22哈尔滨理工大
8、学学士学位论文IV2.4.6 短路阻抗的电抗分量 .222.4.7 短路阻抗的电阻分量 .222.4.8 短路阻抗的百分值 .222.5 负载损耗 .222.5.1 绕组电阻损耗（75时） .232.5.2 绕组附加损耗 .232.5.3 引线损耗计算 .242.5.4 杂散损耗 .242.5.5 负载损耗 .242.6 温升计算 .252.6.1 层式绕组铜油温差计算 .252.6.2 油温升计算 .272.7 变压器质量计算 .292.7.1 总油质量计算 .292.7.2 器身质量 .302.7.3 变压器总质量 .312.8 本章小结 .31第 3 章 变压器参数调方法 .323.1
9、变压器主要参数调整方法 .323.3 本章小结 .34结论 .35致谢 .36参考文献 .37附录 .38哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景变压器是根据电磁感应定律，将交流电转变为同频率、不同电压交流电的非旋转式电机，由此，变压器是的诞生与电磁感应现象分不开的，变压器的诞生从实际应用中证明了电磁感应正确性。电力变压器发明于十九世纪末，它为现代远距离恒定电压电流输电系统的发展奠定了基，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。高速发展的现代化的企业广主要依靠电力作为能源，而发电厂所处的位置往往不在工业发展中心，这就需要发出的电力经远距离传输才能到达用
10、电地区。在整个电力传输的过程中，总是伴随着各种各样的损耗。在功率不变时，传输电压等级越高，传输的电流就越小。导线的电阻损耗正比于传输电流的平方和导线电阻，由于导线电阻往往不能改变，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗。以当前科技水平，要制造电压很高的发电机很困难，而为了达到上述目的，就需要一种保证频率不变，能改变转变前后的设备，这种专门的设备就是变压器。在用电区域，由于用电设备不能用传输过来的高压，所以必须降低传输到用电区域的电压，再经过配电输送到用电终端，最后达到用电设备所要求的电压。在整个电力传输的过程中，变压器作为重要的一环，其科技价值越来越被人们所认知。我国的电力变压器
11、制造工业，从建国以来，随着国民经济的发展，特别是随着电力工业的发展而不断发展，电力变压器单台容量和安装容量迅速增长，电压等级也不断提高。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年代发展到550kV级，现在发展到750kV级、1000kV级。40年来，我国电力变压器制造技术得到飞速发展，突破高压和超高压技术禁区，科研开发手段和产品创新能力得到进一步加强。500kV电力变压器的科研成果和制造技术的应用，转化和逐步改善以及其他变压器类产品的移植，扩散必将促进变压器制造总体水平的进一步提高。电力是全球人类消费的最主要的终端能源。据外国较权威机构预测：今
12、后20年，电力将是全球增长最快的终端能源，估计世界电力消耗年平均增长3.4% 。我国电力也必须保持一定的发展速度，以支持国家工业化和国民经济的持续发展。1.2 变压器简介及结构分类变压器广泛应用于电力系统，变 压 器 的 功 能 主 要 有 ： 电 压 变 换 ； 电流 变 换 ， 阻 抗 变 换 ； 隔 离 ； 稳 压 （ 磁 饱 和 变 压 器 ） ;自 耦 变 压 器 ； 高 压哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -变 压 器 （ 干 式 和 油 浸 式 ） 等 其绝缘水平比同电压等级的线路要低，属于弱绝缘设备 1。变压器分类及用途如下：1. 按 相 数 分 ： a. 单相变压器 ：用于单
13、相 负荷和三相变压器组。 b. 三相变压器：用于三相系统的升、降电压。2. 按冷却方式分：a. 干式变压器：依靠空气对流冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。 b. 油 浸 式 电 力 变 压 器 ： 依 靠 油 冷 却 介 质 、 如 油 浸 自 冷 、 油 浸 风 冷 、 油浸 水 冷 、 强 迫 油 循 环 等 。3. 按 用 途 分 ： a. 电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。 b. 仪器用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。 c. 试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。 d. 特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。 4
14、. 按绕组形式分： a. 双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。 b. 三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。 c. 自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。 5. 按铁芯形式分： a. 芯式变压器 ：用于高压的电力变压器。 b. 非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约 80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。 c. 壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器 。变压器结构简介：电力变压
15、器是电力系统中输配电的主要设备，容量从几百千伏安到几十万千伏安，电压等级从几百伏到 500 千伏以上，变压器容量越大，空载所需要无功功率也越大。变压器的种类很多，在配电网应用广发的是油浸式双绕组配电变压器，其结构可分为:1. 器身：包括铁芯，线圈，绝缘结构，引线和分接开关。其中铁芯是变压器导磁的主磁路，由硅钢片交替叠成，存在着一定的磁滞和涡流损耗，称为“铁损”：线圈式变压器的电路部分，由绝缘导线绕成，存在电阻，造成的损耗称为“铜损”。2. 油箱：包括油箱本身和变压器油以及冷却装置等。变压器损耗所转化的哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -热量通过变压器油传给油箱和散热器，再由周围空气或冷却水进行
16、冷却。3. 保护装置：包括储油柜，安全气道，气体继电器等。4. 出现装置：包括高压套管，低压套管。变压器发热和温升主要是由绕组的“铜耗”和铁芯的“铁损”引起的。这些损耗，一方面影响变压器运行的效率，一方面转化为热能，导致变压器本身温度升高，对绝缘材料寿命影响很大，因此必须采取一定措施，出了合理的设计变压器的结构外，一个重要方面就是合理安排变压器的负荷。1.3 国内变压器的发展前景1. 向大容量、高电压、高可靠性发展交流电压等级由220kV、330kV、500kV和750kV向1000kV 发展。直流电压由500kV向600kV、800kV、1000kV发展。容量由三相120MVA840MVA,
17、 甚至900MVA、单相由250MVA400MVA,甚至533 MVA发展 2。由于这些变压器一般都用在大型电站或电力输送上，其可靠性至关重要，因此制造厂为改善电、磁、热及力的性能和分布的合理性采取了很多措施。具体在运行可靠性上做了下列技术工作：（1）提高绝缘性能的技术由于避雷器性能的改进,与其进行绝缘配合的各类试验电压可得到降低, 即试验电压与额定电压的比值可降低。对于特高压和超高压产品而言,更要注意的是设备处于长期最高工作电压下的可靠性。应以设备长期最高工作电压下的作用场强低于绝缘结构的许用场强作为研发特高压和超高压绝缘结构的原则。同时,为了提高局放的熄灭电压,并使它高于设备的长期最高工作
18、电压,应提高绝缘材料的许用场强.所以控制场强的技术是设计技术的发展趋势。在设计上降低作用场强，在工艺上提高许用场强，在运行中不改变出厂时变压器油中含水和纸中含水的平衡点，对变压器的安全、可靠运行十分重要 3。（2）提高热性能的技术变压器绕组平均温升只是一种考核变压器热性能的试验指标,因为变压器选用的各种耐热等级的绝缘材料的老化性能与变压器绕组热点温度有关,故产品研发中必须注意绕组热点温度不能超过该耐热等级的绕组热点温度的允许值。对油浸式变压器,绕组热点温度对顶层油温度差是绕组导线平均温度与冷却介质油平均温度之差的1.3倍。干式压器也是一样,绕组热点温升约为绕组平均温度的1.25倍。对大容量变压
19、器, 必须在结构上保证绕组热点温度在合格范围内, 运行中能控制绕组热点温度的最高允许值,并能计及热点温度使绝缘预期寿命降低的情况,还能设法以降低热点温度（降低输哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -出电流）来补偿所牺牲的寿命。（3）变压器制造技术的改进和提高在铁心制造技术方面：采用铁心柱嵌下轭工艺,达到不叠上铁轭的功效。这一工艺与常规工艺相比可节省大量的心柱叠装时间，提高铁心叠装质量。多级阶梯接缝铁心的采用。这不仅能降低变压器空载损耗15%以上,而且能降低噪声3%4%。实施铁心不叠上铁轭工艺。该工艺的优点：极大地减少晶粒取向的硅钢片受外力的影响, 降低变压器的空载损耗；极大地提高设备的使用范围；
20、不仅节省铁心叠装与拆除上铁轭的工时,减少了操作者的重复劳动,而且提高了工效。在绕组制造方面： 新型全自动卧式绕线机和带轴向、辐向压紧的大型卧式绕线机的采用, 不仅可大大提高工效, 减轻操作者劳动强度, 且可使绕的绕组更紧密,更规范,以确保绕组的绕制质量。 大型变压器的绕组采用地坑式或地面式立式绕线机绕制。它较卧式绕线有如下优点:借助导线自重和拉紧装置,可有效地控制绕组的轴、辐向尺寸,可确保绕组的绕制质量；可借助工装,实现对绕组“反段”的绕制,节省工时；可省去绕组直立工序,并可节省对绕组翻转直立设备的投资；立式绕线装模和绕组脱模极其方便；可为操作者提供最佳的安全的操作位置，借助花盘或操作平台的升
21、降,可确保极佳的绕线位置；盖板的伸缩可保证操作者站位适中而安全；可绕制卧式绕线不便绕制的绕组。2. 向环保型发展 随着国家环保法规的不断健全和民众环保意识的增强,变电站的建设,特别是城市变电站建设受环保制约的程度越来越大。其中,变压器、电抗器在运行中所产生的能耗、噪声和电磁场等都是变电站设计、配网布置或环境保护评价中应考虑的环境影响因数。为此,要求变压器和电抗器首先是环保型 4。（1）节能节约能源和使用环保节能产品是我国一项基本国策。从20世纪80年代初期开始,随着晶粒取向优质冷轧硅钢片铁心材料取代热扎硅钢片。至90年代末期,随着冷轧硅钢片材料性能的提高以及新工艺、新技术的应用,7型系列产品也
22、被作为高能耗产品,由9型系列取而代之。目前常用的低损耗10kV油浸式或干式配电变压器有S9型系列、S11 型系列及非晶合金型等。对于城网以及防火要求较高的场合,建议使用10型及以上干式电力变压器；对油浸式配电变压器使用11型及以上产品或使用油浸式或干式非晶合金铁心变压器；对电力变压器使用10型及以上产品。在这里值得一提的是降低变损耗应在技术上、结构上、原理上采用新技术、新结构、新工艺, 在运哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -行可靠与不增加重量、材料成本的前提下降低变压器的空载损耗和负载损耗。空载损耗是否低应由实测空载损耗与硅钢片重量与相关额定频率与磁密下单位重量损耗乘积之比为最小(此比值一般
23、称工艺系数)衡量。不能单纯用好硅钢片(即较低单位重量损耗)与增加硅钢片用量来达到低损耗。负载损耗是否低应分析负载损耗中附加损耗是否低。可由实测并折算到标准条件下的负载损耗与三相绕组中参考温度下电阻损耗之比为最小来衡量。此比值越小,说明附加损耗越低。对高压大容量变压器,比值最好控制在1.4以下。比值过大,有产生局部过热可能 4。然而,节能变压器的推广还需国家的优惠扶持政策, 树立节能变压器的品牌,作出强制性淘汰在用高能耗变压器规定以及制定三相配电变压器能效限定值及节能评价值的相关标准(据了解该标准已由中国国家标准管理委员会在2005年8月18日颁布),同时要扩大与最终用户的沟通，以克服不必要的障
24、碍。否则,节能变压器推广恐怕会很难。（2）无渗漏渗漏问题,近几年虽然随着企业“创一流”、“达标”工作的深入开展,有了较大好转,但是渗漏现象依然突出,特别是运行时间较长的变压器。这与环境保护要求是不相适应的，因此要求油浸式变压器在运行时或故障后不应泄漏油；六氟化硫气体变压器不应泄漏六氟化硫气体（特别是故障后的有毒气体）；干式电力变压器在运行中或故障时不应释放有毒有害物质或气体。对空心电抗器，运行中的漏磁不应对周围建筑及设备构成威胁或干扰。（3）能降解回收利用由于干式变压器具有无油、难燃、绝缘耐热等级高、体积小、噪声低、运行维护简单等,故常被用于地下铁道、高层建筑等对防火要求较严格的场所,而且应用
25、数量越来越大。于是干式变压器，尤其是环氧浇注绝缘干式变压器在寿命到期后的处理问题(即回收利用可再生资源,环保处理废弃物料问题)也将日益突出。对干式变压器如何拆解变压器, 回收钢结构件及硅钢片；如何分解线圈,回收铜（或铝）导体；剩余的少量环氧树脂绝缘材料如何进行环保处理,目前尚无有关环保标准规定如何处理, 也无有关部门或企业来协助处理.因此退役下来的干式变压器任其扔弃或堆放，对此的确是一个值得考虑解决的问题。3. 向紧凑型和现场组装型（或组合型）发展变压器的紧凑型主要是对城市用电力变压器，特别是小型的配电变压器。因城市地方有限且昂贵,因此,包括变压器在内的配电装置常设计成组合式变电站和箱式变压器。不仅占地面积少、体积小、成本低,而且能伸入负荷中心等。正因为如此,目前组合式变电站和箱式变压器已逐步取代了传统低压变电站,并深受人们的欢迎。
