1、本科毕业论文（20 届）SFSZ11-50000/110 电力变压器的电磁设计所在学院 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 -SFSZ11-50000/110 电力变压器的电磁设计摘要电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。在实际应用中，通常通过系统的逐步计算得出所需标准的电力变压器，而其中的电磁设计是设计的重点部分。此次设计的目的旨在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
2、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。在设计的过程中不断学习、消化、掌握变压器电磁计算的全过程，掌握其计算方法，从而对变压器有一个深入的了解。本文针对 SFSZ1150000/110 三相三绕组有载调压电力变压器进行计算研究，主要内容包括变压器的现状与发展趋势、绕组的相电压和相电流的计算、变压器的电路计算、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。设计过程中，在直径的选取和线匝的分布上遇到了比较大的问题，使得损耗部分出现了较大的误差，但是通过反复的验证与修改得到了理想的数据及结果。在其他设计部
3、分，对于每一参数的选取、每一系数的取值范围，都经过认真思考，再进行计算。在计算中，也尽量结合工程实际，以及保证误差在工程上允许的范围内。计算结果显示，此电力变压器为合格产品，各项指标符合任务书要求。关键词 变压器;电磁计算;短路阻抗;参数哈尔滨理工大学学士学位论文- II -The electromagnetic design of SFSZ1150000/110 power transformerAbstractPower transformer is one of the main equipments in power plant and substation .Transformer
4、can not only increase the voltage and transform electric it to the electric-needed area , but also can reduce a voltage at all levels in order to meet the demand for electricity. In practical application，we usually through a series of calculation to get the required model of power transformer, the k
5、ey part of the whole design is electromagnetic design. This design means to put the transformer theory from learning and the real transformer design practice together, ,design a transformer electromagnetic part independently on the base of the principle of learning of the system structure of transfo
6、rmer, understand the main transformer design process and related the methods，The process of the whole plan should keep continuous learning, digestive, and finally master transformer electromagnetic design and process, so as to have a deeper understanding of transformer.The following aims at SFSZ11-
7、50000/110 for calculating and researching, the main contents include the current situation and development trend of transformer, winding phase voltage and phase current calculation, calculation of the transformer circuit, the transformer magnetic circuit calculation, transformer short circuit impeda
8、nce calculation, transformer insulation, transformer temperature rise calculation, electric power transformer calculation, the overall weight of transformers and so on .In the design process, the selection of the diameter and the winding distribution encountered big problems, make the loss part appe
9、ared bigger error, but with the repeated verification and modification we getting the desired data and results. In other parts, for each parameter, the range of each coefficient, first with deep consideration, and then careful calculated .In calculation, in combination with the engineering practice
10、as far as possible, and make the error in the allowed range. The calculation results show, the power transformer is in good qualification, the indicators in line with the assignment request.Keywords power transformer；electromagnetic computing；short-circuit；parameter哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstrac
11、t.II第 1 章 绪论 .11.1 我国电力变压器发展及发展趋势 .11.2 我国现阶段企业生产变压器状况 .11.3 变压器计算的一般程序 .21.4 本章小结 .3第 2 章 电力变压器的运行原理 .42.1 变压器运行的基本原理 .42.2 变压器的分类 .42.3 变压器的特性参数 .42.4 理想变压器的运行原理 .52.5 本章小结 .7第 3 章 电力变压器的电磁计算 .83.1 技术条件 .83.2 额定电压 电流计算 .93.2.1 绕组的相电压 .93.2.2 绕组的相电流 .93.3 电磁路计算 .103.3.1 铁心计算 .103.3.2 绕组匝数计算 .103.3.
12、3 高电压比校核 .123.3.4 绕组的选择 .133.3.5 线段排列及计算 .133.3.6 绕组尺寸计算 .143.3.7 绕组绝缘半径计算 .153.4 短路阻抗计算 .163.4.1 额定短路阻抗的计算 .163.5 损耗计算 .183.5.1 空载损耗计算 .183.5.2 空载电流计算 .193.5.3 负载损耗计算 .193.6 温升计算 .23哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -3.6.1 绕组表面对油的温升 .233.6.2 油对空气的温升计算 .253.7 短路电动力计算 .263.8 变压器重量的计算 .323.8.1 总油重量的计算 .323.8.2 变压器总质量
13、计算 .343.9 本章小结 .35结论 .36致谢 .37参考文献 .38附录 .39哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 我国电力变压器发展及发展趋势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。我国的电力变压器制造工业，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
14、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。电力变压器的进一步发展趋势是：进一步降低损耗水平，提高单台容量，电压等级向 10001500kV 特高压发展。油浸式配电变压器 S9 系列配电变压器，S11 系列配电变压器，卷铁心配电变压
15、器，非晶合金铁心变压器。为了使变压器的运行更加完全、可靠，维护更加简单，更广泛地满足用户的需要，近年来油浸式变压器采用了密封结构，使变压器油和周围空气完全隔绝，从而提高了变压器的可靠性。目前，主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高，它在绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿。1.2 我国现阶段企业生产变压器状况制造业通过多年的基本建设和技术改造，使电力变压器行业有了较大改观，我国变压器制造业将逐步接近世界先进水平。4、生产能力随着电力工业的发展，国内电力变压器厂家按计划需求进行了建设和改造。据不完全统计，全国电力
16、变压器生产厂家约有 2000 个，据“八五”末期对 900个有规模的生产厂家统计，每年生产变压器的容量约 1.5 亿 kVA;2000 年共生产各种变压器 30 多万台，容量约 1.8 亿 kVA（其中 10kV、35kV 电压哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -级占总台数的 90%以上） ，相当于世界总产量的 1/5 以上。可以说，中国是世界上电力变压器的生产大国，也是应用电力变压器的大国。国内有500kV 级生产能力的厂家 7 家，其中能批量生产的有 5 家，年生产能力已超过 3000 万 kVA，最近两年大约每年生产 2000 万 kVA 容量，占总产量的11%左右；能生产 220kV
17、级的厂家有 25 家左右，最近两年大约每年生产3000 万 kVA，占总容量的近 18%；能生产 110kV 级的厂家有 100 家左右，最近两年每年大约生产 1000 台，3000 万 kVA 容量，亦占总容量的近18%，其中年产 100 台以上的厂家有新疆特变电工、衡变、沈变、保变、华鹏等 5 家；生产干式配电变压器的厂家约有 100 家，生产能力在 100kVA以上的厂家有顺德、金乡、许继、华鹏等 4 家。1.3 变压器计算的一般程序电力变压器计算的任务在于确定变压器的电、磁负载、主要几何尺寸、性能参数和各部分温升以及变压器重量等。取得合理的经济技术效果。变压器计算应根据产品设计任务书中
18、给定的数据进行，以下介绍变压器设计计算步骤：1. 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。2. 确定硅钢片型号，及铁心结构形式，计算铁心直径，选择标准直径得出铁心和铁轭截面积。3. 根据硅钢片型号，初选铁轭中磁通密度，计算每匝电势。4. 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。5. 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。6. 计算阻抗电压，大容量变压器阻抗值应与阻抗电压标准
19、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。7. 计算变压器负载损耗达到标准规定范围。8. 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。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。11. 计算变压器的重量。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -1.4 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
20、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。在设计的过程中不断学习、消化、掌握变压器电磁计算的全过程，掌握其计算方法，从而对变压器有一个深入的了解，希望以后在从事变压器设计、制造的工作过程中，能够更快的进入工作角色。本论文的意义是：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，达到举一反三，精通一类变压器的设计方法。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- 4 -第 2 章 电力变压器的运行原理变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，
21、铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流） 。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。2.1 变压器运行的基本原理在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。 2.2 变压器的分类按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。按铁芯或线圈
22、结构分类：芯式变压器（插片铁芯、 C 型铁芯、铁氧体铁芯） 、壳式变压器（插片铁芯、C 型铁芯、铁氧体铁芯） 、环型变压器、金属箔变压器。按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。2.3 变压器的特性参数 1.工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。2.额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。3.额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。4.电压比哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -指变压器初级
23、电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。5.空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于 50Hz 电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。6.空载损耗指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损） ，这部分损耗很小。7.效率指次级功率 P2 与初级功率 P1 比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。8.绝缘电阻表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和
24、潮湿程度有关。9.负载损耗变压器的负载损耗主要包括铜损和铁损。铜损即是绕组铜线有电流流过时产生的电阻损耗。铁损包括两个方面。一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗，当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。 2.4 理想变压器的运行原理一、变压器电动势：匝数为 N 的线圈环链 ，当 变化时，线圈两端感生电动势 e 的大小与 N 及 成正比，方向由楞次定律决定。dt二、楞次定律：在变化磁场中线圈感应电动势的方向总是使它推动的电流产生另一个磁场，阻止原有磁场的变化。
