1、本科毕业论文（20 届）ZZDFPZ-282000/500 单相有载调压换流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 -ZZDFPZ-282000/500 单相有载调压换流变压器电磁设计摘要大型变压器是电力系统中关键设备之一。换流变压器是高压直流输电系统的重要组成部分。随着电力工业的迅速发展，其容量越来越大、电压等级越来越高、结构尺寸越来越大，而其设计和制造的好坏是直接影响其运行质量和经济效益的关键所在。因此变压器的电磁计算就显得尤为重要。若能在设计和制造上提出更加合理和可行的方案，解决以往经验方法
2、解决不了的问题，对变压器的结构进行优化，则将会具有重要的技术和经济意义。本文首先对变压器的发展历史、基本的特性及变压器的设计方法进行了简单的阐述。对 ZZDFPZ-282000/500 单相有载调压换流变压器进行了电磁计算。在电磁计算中，最开始是铁心的选择，这是变压器设计的起点也是一个关键点，然后是变压器绕组材料和型式的选择，绕组有关数据的计算，最为关键的是短路阻抗、负载损耗、空载电流、空载损耗等变压器性能参数的计算，最后完成变压器油箱、变压器温升、短路电动力、变压器总油量和总质量的确定与计算。其中的短路阻抗计算困难最大，需要经过反复计算才能达到技术要求。在电磁计算的全过程中较为详细的阐明了电
3、力变压器计算的基本公式和计算方法，给出了一套完整满足设计要求的设计方案。关键词 换流变压器；电磁计算；绕组哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Design of ZZDFPZ-282000/500 transformer AbstractLarge-scale transformers are one of the key equipment in the power system.So and converter transformer is important for HVDC system. Along with the rapid development of the electri
4、c power industry, the increasing capacity and voltage level of power transformers, and increasing size of power transformes, transformers structure, its design and manufacturing quality are directly affects its operation quality and the key of economic benefit. Therefore the electromagnetic of power
5、 transformer is particularly important. If you can provide more reasonable and feasible design scheme solving difficult problem which previous experience cant solve, which for optimizing the structure of transformers will have important technical and economic significance.First of all simply expound
6、 the development history of power transforemr, the basic characteristic and the design method of power transformer. This paper presents a bill of the electromagnetism calculation for ZZDFPZ-282000/500 converter transformer. In the electromagnetic calculations, the first thing is the choice of the co
7、re, it is the starting point and a key point for transformer design. then is winding materials and patterns selection, coils of related data calculation, the key is short-circuit impedance, load loss, idle current transformer design no-load loss, as an important parameter calculation, and finally co
8、mplete the transformers mail, transformer temperature, short circuit force , transforer oil and the total weight which shuould be identified and calculated. The impedance vlotage bing on the bikgest dificult in the process of electromagnetic calculation, for it need to be calculaed repeated to achie
9、ve technical requirement. In the process of electromagnetic calculation it is detailed introduced the basic formula in the calculation of the power transformer and calculation method, an integrative design method given.Keywords Converter Transformer; Electromagnetic calulation; Winding哈尔滨理工大学学士学位论文-
10、 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 .1第 2 章 换流变压器的基本理论 .32.1 换流变压器的作用 .32.1.1 换流变压器的工作原理 .32.1.2 换流变压器在直流输电中的作用 .32.2 换流变压器的结构特点 .32.3 换流变压器的性能参数 .42.4 变压器计算的一般程序 .62.5 论文研究的内容 .72.6 本章小结 .7第 3 章 ZZDFPZ-282000/500 单相有载调压换流变压器电磁计算 .83.1 产品规格及技术要求 .83.2 主要材料 .83.3 变压器设计
11、 .83.3.1 变压器主要结构的确定 .83.3.2 铁心直径的选择 .83.3.3 铁心截面的设计 .93.3.4 变压器主、纵绝缘的确定 .93.3.5 绕组型式的选择、绕组排列及导线的选择 .103.4 电磁计算 .103.4.1 额定电压和额定电流的计算 .103.4.2 绕组匝数的计算 .103.4.3 绕组计算 .123.4.4 绝缘半径及导线长度计算 .143.4.5 75时绕组直流电阻计算 .153.4.6 绕组导线质量计算 .163.4.7 短路阻抗计算 .163.4.8 空载损耗与空载电流的计算 .183.4.9 负载损耗的计算 .19哈尔滨理工大学学士学位论文- IV
12、-3.4.10 绕组表面对油的温升计算 .223.5 冷却器的选择及油和绕组温升的计算 .233.5.1 冷却器的选择 .233.5.2 冷却器数量确定 .233.5.3 油及绕组对空气的温升计算 .243.6 短路电动力计算 .243.6.1 绕组的区域划分 .253.6.2 安匝分布计算 .263.6.3 漏磁计算 .263.6.4 短路电流稳定值倍数计算 .273.6.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 .273.6.6 绕组导线应力计算 .273.7 变压器质量计算 .283.7.1 油箱尺寸的估计 .283.7.2 总油量计算 .293.7.3 变压器箱体质量计算 .303.7
13、.4 附件质量计算 .303.7.5 变压器总质量计算 .313.8 本章小结 .31结论 .32致谢 .33参考文献 .34哈尔滨理工大学学士学位论文- V -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载地点。随着电力变压器的出现，一切就发生了改变。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，
14、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。我国的电力变压器制造工业，从建国以来，随着国民经济建设的发展，特别是随着电力工业的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,近几年电压等级更是发展到了750kV、800kV、1000kV。建国前的1936年，我国只能生产单台容量为300kVA的小型配电变压器，到建国后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
15、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330kV级、360000kVA电力变压器的水平，到80年代国内最大容量为400000kVA，1995年制造出了容量为450000kVA电力变压器。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。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特高压方向发展。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
16、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。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -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
17、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
18、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。
19、哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -第 2 章 换流变压器的基本理论2.1 换流变压器的作用2.1.1 换流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、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，而换流变压器是接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。2.1.2 换流变压器在直流输电中的作用1. 传送电力；2. 把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；3. 利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提
20、供两组幅值相等相位相差 30(基波电角度)的三相对称的换相电压以实现十二脉动换流；4. 将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；5. 换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；6. 对沿着交流线路侵入到换 流 站 的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用2.2 换流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，换流变压器的外型如图1-1所示，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
21、：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。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -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。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
22、，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。
