1、本科毕业论文（20 届）S9-80kVA/10kV/0.4kV 电力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IS9-80kVA/10kV/0.4kV 电力变压器电磁设计摘 要电力变压器是电力网中的主要电气设备。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，因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要。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，计算性能数据和各部分的温升以及计算变压器的重量、外型尺寸,以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
2、要求。本文对 S9-80kVA/10kV/0.4kV 电力变压器进行了电磁计算。首先对电力变压器的作用、发展、基本结构、性能参数及变压器的设计一般步骤、原则进行了简单的介绍。在电磁计算过程中，最初是铁心尺寸、材料的选择，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，电磁计算最为关键的是短路阻抗、负载损耗、空载损耗、空载电流等变压器性能参数的计算，最后是变压器温升、短路电动力、变压器油箱尺寸、变压器总质量的确定与计算。其中在计算短路阻抗过程中，需要结合负载损耗、空载损耗的计算，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力变压器计算的基本公式和计算方法，给出了一套
3、完整的设计方案。关键词 电力变压器；电磁计算；损耗哈尔滨理工大学学士学位论文IIDesign of S9-80kVA/10kV/0.4kV Power transformerAbstractPower transformer is the main equipment in power network. The design and manufacturing quality is the key to directly affect the operation quality and the economic benefit, so the electromagnetic calculati
4、on of power transformer is very important. Electromagnetic computing task is to identify transformer electric, magnetic load and main dimensions, computing performance data and the various parts of the temperature rise and the calculation of transformer weight, dimensions, in order to obtain the rea
5、sonable technical and economic effect. The calculation results must meet the national standards and the relevant technical standards and the use of department.This paper presents a bill of the electromagnetism calculation for S9-80kVA/10kV/0.4kV power tansformer.Firstly, simply instruct the use of t
6、ransformerthe, development history of power transformer,basic structure, performance parameters and general step,principle of transformer design. In the electromagnetic calculation process, the first is core size, material selection, then the transformer winding material and type selection, data rel
7、ating to the calculation of winding, the most critical of electromagnetic calculation is short-circuit impedance of no-load loss, load loss, no load current transformer, the performance parameters of the calculation, finally the transformer temperature rise, short circuit force of transformer tank t
8、ransformer, size, total quality determination and calculation. In the process of calculating the short circuit 哈尔滨理工大学学士学位论文IIIimpedance process, requires a combination of load loss, no load loss calculation, after repeated calculation can reach the technical requirements. In the electromagnetic cal
9、culation of whole process detailed expounds the power transformer basic calculation formula and method, given a complete set of design scheme.Key words power transformer; electromagnetic computing; loss哈尔滨理工大学学士学位论文IV目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 变压器在电力系统中的作用 .11.3 电力变压器的发展 .11.4 电力变压器
10、的结构特点 .41.5 电力变压器性能参数 .41.6 变压器的设计原则 .51.7 变压器计 算的一般程序 .5第 2 章 变压器电磁计算 .82.1 本设计的技术条件 .82.2 变压器设计 .82.2.1 变压器主要结构的确定 .82.2.2 硅钢片的选用 .82.2.3 铁心直径的确定 .82.2.4 铁心截面积确定 .92.2.5 铁心级数的确定 .92.2.6 变压器主纵绝缘 .102.3 电磁计算 .102.3.1 额定电压和额定电流的计算 .102.3.2 绕组匝数计算 .112.3.3 绕组计算 .132.3.4 绝缘半径及导线长度计算 .172.3.5 75时绕组直流电阻计
11、算 .192.3.6 绕组导线质量计算 .192.3.7 短路阻抗计算 .212.3.8 负载损耗的计算 .222.3.9 空载损耗及空载电流计算 .242.3.10 绕组的温升计算 .262.4 油箱尺寸计算 .292.4.1 油箱尺寸估计 .292.4.2 箱壁散热面积计算 .302.4.3 散热器的选择及油和绕组温升的计算 .312.5 短路电动力计算 .33哈尔滨理工大学学士学位论文V2.5.1 绕组区域划分 .332.5.2 安匝分布计算 .342.5.3 漏磁计算 .342.5.4 短路电流稳定值倍数计算 .352.5.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力计算 .362.5.6 绕
12、组导线应力计算 .362.6 变压器质量计算 .382.6.1 总油量计算 .382.6.2 变压器箱体质量计算 .402.6.3 附件质量计算 .402.6.4 变压器总质量计算 .412.7 本章小结 .41结论 .42致谢 .43参考文献 .44附录 A.45附录 B .57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。我国的电力变压器制造工业，从建国以来，随着国民
13、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
14、，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 变压器在电力系统中的作用变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。它可以把一种交流电压、交流电流的电能转化成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能。变压器在电力系统中的主
15、要作用是变换电压，以利于电能的传输。电压经升压变压器升压后，可以较少线路损耗，提高送电经济型，达到远距离送电的目的；电压经降压比变压器降压后，获得各级用电设备的所需电压，以满足用户使用的需要 1。1.3 电力变压器的发展变压器是利用互感原理来改变同频率交流电压高低的一种电气设备，在电力系统输送配电中占有很重要的地位，且极为广泛地应用于国民经济的各个领域。据统计，每 1kVA 的发电机容量，需 88.5kVA 的变压器与哈尔滨理工大学学士学位论文2之配套。因此，各国都在大力研究如何有效地降低变压器自身的能耗，特别是大幅度降低空载损耗，以达到节能的目的。一、 国外中小型电力变压器的发展概况为了降低
16、变压器自身损耗，各国都制定了低损耗变压器的标准，并在政策上对节能变压器的生产给予优惠。日本、德国、比利时、意大利、瑞士等国家，在高效节能变压器的研制、开发和应用上领先一步，相继研究出一些降低变压器损耗的新材料、新工艺，并在结构上对变压器加以改进（如高导磁优质冷轧晶粒取向硅钢片、非晶合金卷铁芯、无氧铜导线、箔式绕组、全斜拉板绑扎铁芯，瓦楞油箱、超导技术等） 。由于不断的探索研究，变压器节能效果越来越显著，且体积、重量减小，可靠性提高，从而使高效节能变压器的开发和应用更加深入和广泛。如日本大阪变压器厂生产的非晶合金变压器（1992 年占变压器产量的 10 ） ，所用的非晶合金%铁芯在 60Hz、1
17、.4T 时的铁耗为 0.21W/kg，仅为现有优质硅钢片在相同条件下铁耗（0.9 W/kg）的 1/4，节能效果十分显著。瑞士 ABB 公司研制的330 kVA 单相超导变压器，其绕组由铁镍合金制成，浸在-269 oC 的液氦中使用，这种超导变压器的体积比普通变压器小 70%，损耗降低 50%二、 变压器的发展动向随着电力系统向高电压、大容量方向发展及社会环境、经济环境不断变化，世界各国围绕以下几方面竞相开展动作。1. 提高电压等级为了解决远距离输电，美国第一条 765kV 输电线路已于 1963 年投入运行，2005 年将采用 1500kV 等级的网络。我国现以采用 500kV 输电线路。为
18、此，必须制造与之相适应的高压变压器。2. 提高单台式变压器的输出容量3. 开发抑制故障电流的高阻抗变压器4. 进一步降低单台变压器的运输重量5. 进一步降低变压器自身损耗（再降低 2030%）6. 降低噪音水平（达到 10dB 以下）7. 进一步开发防火、防爆干式变压器8. 开发不燃变压器不燃变压器室采用不燃性冷却介质以全氟化碳（ ）为主要OFC18哈尔滨理工大学学士学位论文3成分的氟化惰性液体。此介质除不然外，其物理性能、电气特性都很好，特别是粘度很低。变压器绕组和铁心浸在全氟化碳液体中，同时用六氟化硫气体对油箱进行接地复合绝缘。这种变压器具有冷却效果均匀、可靠性高、体积小、重量轻、绝缘性好
19、、噪声小（ 气体隔音效果好）等特点，6SF现正由日本日立制作所与日本中部电力柱式会共同开发。三、 我国电力变压器发展方向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，实现有载跳崖，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（西北联网，青海至新疆，青海内部基本都是 750kV） ） 、特高压（1000kV 等级） 、大容量、轻结构、不吊芯方向发展。为决绝运输困难，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
20、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、材料更为可靠地干式变压器、六氟化硫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 型和全密封卷铁芯单相及三相变压器，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
21、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式下，世界电力工业的科技进步与创业也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进步与创新十分重要和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。高温超导变压器采取的是用超导线圈取代铜线圈并用小型制冷系统取代常规的油浸热交换系统的技术，该技术是使变压器发生变革的重大关键。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生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
22、生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 2。哈尔滨理工大学学士学位论文41.4 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，结构则由下面几部分组成。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。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。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。套
23、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。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。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。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。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。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。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。 1.5 电力变压器性能参数变压器额定容量, kVA；相数；频率（Hz） ；
