1、本科毕业论文（20 届）SZ10-40000/110 型变压器的设计计算所在学院 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 -SZ10-40000/110 型变压器的设计计算摘要本文简要介绍了电力变压器技术发展状况，对国内、国外电力变压器技术进行了对比，提出了中国变压器技术上的不足和改进方向。本文针对 SZ10-40000/110 型有载调压变压器进行了电磁计算，通过对铁芯尺寸的更改，绕组导线规格的选取以及空道尺寸的调节，分别计算出铁芯质量、绕组高度、铁芯窗高、电抗高度、负载损耗、空载损耗以及温升和短路电动力等情况。然后对
2、所得结果进行分析和修正，使其符合国家、用户和厂家的要求。最后，本文研究了提高 110 千伏电力变压器抗短路能力的措施，其中包括设计和工艺：机械强度的校核；铁心的垂直度的控制；对导线的材质的要求，抗拉强度控制；围板搭装前的处理，控制套装时各线圈之间的间隙等。关键词：有载调压变压器，SZ10，变压器设计。哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Power Transformer Design and Computation of Type SZ10-40000/110AbstractThe status of development of power transformer technology i
3、s simply described in this paper, by the comparison of the power transformer technology between civil and foreign, this paper proposes the shortage of the power transformer technology of civil and the way to improve it.Electromagnetism calculation of OLTC type SZ10-40000/110 is made in this paper, b
4、y the adjustment of the size of core,winding wire and insulation distance, core mass, winding height, reactance height, load losses, no-load losses, and temperature rise is calculated respectively. Analysis and modify the paraments after that to make it meet the requirements of the State, users and
5、manufactures. Keywords OLTC, SZ-10, transformer design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 背景 .11.2 国内外电力变压器技术发展状况 .11.3 本论文的主要工作内容 .3第 2 章 电磁计算 .42.1 变压器计算的一般步骤 .42.2 设计任务 .62.3 设计过程 .62.3.1 基本尺寸的确定 .62.3.2 绕组直流电阻和重量计算 .112.3.3 短路阻抗 Xd 计算 .122.3.4 铁心重量计算 .132.3.5 空载损耗和负载损耗计算 .132.3.
6、6 温升计算 .152.3.7 短路电动力计算 .162.4 本章小结 .18第 3 章 提高 110kV 电力变压器抗短路能力的措施 .193.1 研究意义 .193.2 提高变压器抗短路能力的方法与措施 .193.2.1 提高变压器抗短路能力在设计上采取的措施 .193.2.2 提高变压器抗短路能力工艺上采取的措施 .213.3 本章小结 .23结论 .24致谢 .25参考文献 .26附录 .28哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 背景 变压器是一种利用电磁感应定律，将一个系统某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一系统另一种或几种数值不同的电压（电流）的静止的
7、电气设备。其发展始于 19 世纪。其有效的解决了电力不能远距离传输的难题，其既可作为电力传输的节点，也可作为电力分配的终端，其将产电用电的各个单元有机结合为一个网络系统，变压器对现代社会的意义可谓极大。1.变压器的分类变压器的分类方式非常多，我们常见的有以下五种：按相数分：单相变压器、三相变压器；按冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器；按用途分：电力变压器、仪用变压器、试验变压器、特种变压器；按绕组形式分：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变电器；按铁芯形式分：芯式变压器、壳式变压器。2.变压器基本结构(1).铁芯。铁芯是变压器中主要的磁路部分。(2).绕组。绕组是变压器的电路部分。(3).套管
8、。(4).保护装置 (吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等)。(5).冷却器。(6).调压装置。(7).油箱。1.2 国内外电力变压器技术发展状况 变压器早期选用薄铁带、软铁片来制作，但当时的薄铁带、软铁片价格昂贵，且铁芯损耗大、发热严重，更为主要的是铁芯老化严重，因此在硅钢片实现工业化生产后，逐渐退出了大部分电机及变压器铁芯领域。20世纪初，硅钢片开始工业化生产，开始是热轧硅钢片，含硅量较低，由于生产工艺不成熟，硅钢片的损耗较高。50 年代后，随着冷轧硅钢片的出现，由于冷轧硅钢片具有损耗低、质量可靠、厚度均匀、表面平整等优点，冷轧硅钢片在许多场合取代了热轧硅钢片。在硅钢片发展的同
9、时，科学家们哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -也在寻找其他材料来制作铁芯，主要有铁镍合金、铁铝合金、非晶态合金、微晶合金等 1。其中，非晶合金具有损耗很低的特点，其铁芯损耗比无取向硅钢片铁芯低很多，目前在电源变压器中已有一定的发展。变压器绝缘介质也发生了很大的变化，早期选用矿物油和绝缘漆做绝缘介质，后矿物油经提炼和加工绝缘强度和燃点都逐步提高。化工材料的发展使绝缘漆也有了长足的进步。近年来出现矿物油与绝缘纸、绝缘漆结合、绝缘纸及SF6 气体绝缘等。变压器的型式从油浸发展到干式变压器、气体绝缘变压器等。1.国外目前国外已经普遍采用非晶合金铁心变压器，其有更的低单位损耗和铁芯损耗；国外先进企业如
10、日立、东芝、ABB、三菱、西门子等公司，其技术革新速度极快，加工工艺水平极高，其生产产品可靠性强，寿命长。2.国内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进步。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、1000kV 级。40 年来，我国电力变压器制造技术得到飞速发展，突破高压技术禁区，科研手段和产品创新能力得到进一步加强 2。550kV电力变压器的科研成果和制造技术的应用，转
11、化和逐步改进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。3.国内外间的差距制造水平总体讲，我国电力变压器技术处于国际 20 世纪 90 年代初的水平，少量的处于世界 20 世纪 90 年代末的水平，与国外先进国家相比，还存在一定的差距 3。随着我国国民经济的迅速发展，为适应和满足市场需求，许多制造厂家不断地改进产品结构，提高产品性能，从国外引进先进的生产技术和装备，在新工艺新材料的探索方面做了不懈的努力，以此来不断提高产品的质量和可靠性，已经获得了长足的进步
12、。另一方面，在全球化竞争中，虽然我国在小容量方面已经拥有相当的实力，并在国际市场中占有重要的地位，但是在高容量、超高容量变压器方面，我国的技术实力还非常薄弱，这就造成了欧美发达国家高容量、超高容量变压器市场我国无法进入的情况，这将阻碍我国变压器行业今后的发展，需要引起高度的关注 4。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -4.展望变压器将来的发展方向随着新材料的开发和进步，非晶合金将获得长足发展，并有可能在配电变压器中逐步取代传统的硅钢片。将来随着超导材料的研究和突破，以超导材料制作的变压器会进入实际应用阶段，将来产品开发也不会只强调降损，而会从运行可靠性、安全环保、方便维修、节能降耗、控制成本等
13、方面进行综合考虑，研制出低损耗、低噪音、安全性强，抗短路、低局放的变压器。新结构、新工艺、新材料的综合发展与结合，会不断推出质量更高、可靠性更好的产品。1.3 本论文的主要工作内容本文以 110kV 电力变压器电磁计算为主要研究内容，利用变压器基本原理，把电磁计算过程一步步展开，合理地制定了性能参数和相应的主要几何尺寸。从而达到降低变压器损耗,降低制造成本的目的。本论文共分为三章，第一章为绪论，介绍本课题的目的和意义、国内外电力变压器的发展以及变压器的分类。综述了本论文所作的主要上作以及论文章节的安排。第二章从整体结构出发，阐述分析了电力变压器电磁计算的基本过程，以及对变压器的性能参数进行了计
14、算，如短路阻抗、负载损耗、空载损耗、空载电流、温升等的计算，使其最终的计算结果满足国家标准规定和使用部门的要求。第三章研究了提高 110 千伏电力变压器抗短路能力的措施，其中主要强调了提高绕阻抗短路能力的措施，包括：绝缘件制造方面，绕组干燥处理等。 哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -第 2 章 电磁计算电力变压器设计计算，主要进行的是电磁计算，而电磁计算的任务在于确定变压器的电磁负载和主要几何尺寸，计算性能参数和各个部分的温升以及计算变压器的重量、外形尺寸和取得比较合理的技术经济效果。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。2.1 变压器计算的一般步骤（1）确定硅钢片品
15、种、牌号及铁心结构形式、计算铁心柱直径，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，初选铁心柱中的磁通密度，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心柱中的磁通密度及每匝电势，再算出高压绕组匝数。（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/层数、匝数的排列，计算绕组轴向高度及辐向尺寸。（6）初算短路阻抗无功分量（ x）值，大容量变压器的 x 值应与短路阻抗（ zk）标准值相接近；小型变压器的 x 值应小于 zk 标准值。（7）计算绕组负载损耗，算出短路阻抗的有功分量（u x） ，检
16、查短路阻抗是否符合标准规定值，若不符合时应调整，并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，则需要变更铁心柱直径。（9）计算短路电动力及导线应力，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）计算变压器质量 6。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -图 1-1 电力变压器计算的一般程序哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -2.2 设计任务1.SZ10-40000/110kV 变 压 器 技 术 参 数相 数 ： 三
17、相 ；绕 组 数 ： 双 绕 组 ；连 接 组 ： YNd11；电 压组合：高压：11081.25%kV ，低压：10.5kV；调压方式：有载调压；额定频率：50Hz ；额定电压：110kV；冷却方式：ONAN；短路阻抗：12%；负载损耗：148kW ；空载损耗：28kW ；额定容量： =40000kVA； NS空载电流：0.5%2.主要材料（1）硅钢片：冷轧硅钢片 35z155；（2）绕组导线：纸包铜导线；（3）绝缘材料：用 A 级绝缘材料，最高平均温度不超过 1050C；（4）绕组绝缘漆：1130#；（5）硅钢片绝缘漆：1161#高温快干漆。3.设计任务依据基本技术参数计算出该台变压器的所有电磁参数、结构参数、外形尺寸、各种材料重量。2.3 设计过程2.3.1 基本尺寸的确定（1）铁心的选取铁心是变压器的最基本部件，是变压器的磁路和安装骨架。在原理上铁心是变压器的磁路。铁心直径的尺寸，直接影响变压器有效材料的用量，以及变压器的体积及损耗等经济指标，故选择合理的铁心直径尺寸是变压器设计中的重要环节。硅钢片总量和空载损耗随铁心直径的增大而增大，而线圈导线的总量和负载损耗随铁心直径的增大而减小。合理的铁芯直径就是硅钢片和导线材料的比例适当，达到最经济的效果。每柱容量： = =37500kVAzSN31
