1、本科毕业论文（20 届）SFPSZ10-90000/220 变压器电磁计算所在学院 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ISFPSZ10-90000/220 变压器电磁计算摘要大型电力变压器是电力系统中主要和关键设备之一。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。因此电力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
2、。本文对 220kV 大型电力变压器电磁计算相关的基础知识进行了介绍，并对国内外电力变压器的发展趋势进行了分析，并介绍了电力变压器电磁计算的一般问题，并以 220kV 大型电力变压器为例详尽地介绍了变压器各参数计算的过程，如铁芯及空载参数计算，绕组及负载损耗计算，短路阻抗计算，温升计算等。同时对电力变压器的电磁计算的细节做了深入分析，理清了变压器设计中各个步骤之间的相互关系，给出了电力变压器电磁计算的程序流程图。关键词 电力变压器；电磁计算；温升计算哈尔滨理工大学学士学位论文IIElectromagnetic calculation of SFPSZ10-90000/220 transform
3、erAbstractLarge-scale electric power transformers are important part of the power system. With the development of power system, the capacity and voltage grade of transformer becomes high. Then the quality of its design and manufacturing become the concern of design of transformers. So the electromag
4、netic calculation of power transformer is especially important. If it can provide more reasonable and viable project in design, it resolves the former experience method which cant resolve of problem, and strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance.This paper introduc
5、es the electromagnetic calculation of 220kV large power transformer, and makes analysis and forecast on the developing trends of large power transformers at home and abroad, and introduces the calculation principle and structure of power transformer. The main content includes the problem of electrom
6、agnetic calculation. And take 220kV power transformer as an example, calculates the process of electromagnetic parameter. Calculation of core and empty parameter, calculation of winding and load loss, calculation of short-circuit impedance, temperature calculation and so on. At the same time, it mak
7、es a deep analysis on calculating details and straightening out the relationship of steps and modules of the design. And it designs a flowchart for the electromagnetic calculation of the power transformer.Keywords power transformer；electromagnetic calculation； temperature calculation哈尔滨理工大学学士学位论文III
8、目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .- 1 -1.1 课题研究的目的和意义 .- 1 -1.2 国内外电力变压器的发展 .- 1 -1.3 变压器的分类与作用 .- 2 -1.4 本论文的主要内容 .- 3 -第 2 章 变压器电磁计算简介 .- 4 -2.1 电力变压器电磁计算的一般程序 .- 4 -2.2 本设计技术参数 .- 6 -第 3 章 变压器铁心与线圈计算 .- 7 -3.1 额定电压电流计算 .- 7 -3.1.1 线圈相电压 .- 7 -3.1.2 线圈电流 .- 8 -3.2 电磁路计算 .- 9 -3.2.1 铁心计算 .- 9 -3.2.2 线圈匝数
9、计算 .- 10 -3.2.3 电压比校核 .- 11 -3.2.4 线段排列及计算 .- 12 -3.2.5 线圈绝缘半径计算 .- 16 -第 4 章 短路阻抗与负载损耗计算 .- 17 -4.1 短路阻抗计算 .- 17 -4.2 负载损耗计算 .- 20 -4.2.1 电阻损耗 .- 20 -4.2.2 涡流损耗 .- 21 -4.2.3 引线损耗 .- 21 -4.2.4 杂散损耗 .- 22 -4.2.5 负载损耗 .- 22 -第 5 章 温升计算 .- 24 -5.1 线圈对油温升计算 .- 24 -5.1.1 高压线圈 .- 25 -5.1.2 中压线圈 .- 25 -5.1
10、.3 低压线圈 .- 26 -第 6 章 空载特性计算 .- 27 -6.1 空载损耗计算 .- 27 -哈尔滨理工大学学士学位论文IV6.2 空载电流计算 .- 27 -第 7 章 短路电动力计算 .- 28 -7.1 绕组区域划分 .- 28 -7.2 安匝分布计算 .- 29 -7.3 漏磁总安匝计算 .- 29 -7.4 短路电流稳定值倍数计算 .- 29 -7.5 不平衡安匝漏磁阻所产生的总轴向力计算 .- 30 -7.6 绕组导线应力计算 .- 30 -7.6.1 高压绕组导线应力计算 .- 30 -7.6.2 低压绕组导线应力计算 .- 31 -结论 .- 33 -致谢 .- 3
11、4 -参考文献 .- 35 -附录 A.- 36 -哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题研究的目的和意义电力变压器作为电力系统中的一种重要设备，对电能的经济传输、灵活分配、安全使用等具有重要意义。随着信息化社会的到来，社会生活对电气的依赖程度大大提高，对供电设备的质量要求也比过去严格。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，电压等级向超高压方向发展。在超大容量变压器不断涌现的同时，对变压器的电磁设计的要求也就更加严格。变压器设计是整个变压器制造的第一步，设计质量的高低，直接影响到产品的技术水平、质量与制造成本。电磁设计是整个产品设计的基础。变
12、压器电磁计算的任务是确定变压器的电磁负载和主要几何尺寸，计算的结果必须满足有关技术标准的规定和使用部门的要求，同时还应当具有较好的技术经济指标。电磁设计就是在已知变压器设计的理论基础和结构的前提下，进行产品的性能参数的分析计算。性能参数计算的理论依据是电机学的基本电磁理论和变压器的设计理论，提高产品的设计水平和设计质量，使变压器的总效率提高，不论从节能降耗，还是延长变压器的使用寿命、减少热事等方面，都将带来巨大的社会经济效益。1.2 国内外电力变压器的发展国外电力变压器单台最大容量据报道已经达到 1300MVA 以上，最高电压等级上升到 1150kV 以上。变压器的制造在世界范围内形成了几大集
13、团：乌克兰扎布洛斯变压器厂，年生产能力 100GVA；俄罗斯陶里亚第变压器厂，年生产能力 40GVA；ABB 公司 29 个电力变压器厂年生产能力80-l00GVA；英法 GECAlsthom 年生产能力 40GVA；日木各厂总和(三菱、东芝、日立、富士)年生产能力 65GVA；德国 TU 集团年生产能力40GVA1。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 k
14、VA(其中l0kV、35kV 电压等级占总台数的 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，也是使用电力变压器的大国。据国家统计局最新统计，2004 年全国变压器产量为 48970 万哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -kVA，已逼近 5 亿 kVA，比 2003 年增长 30.1%，再创历史新高。总体上，我国电力变压器制造技术处于国际 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。我国将来变压器发展方向仍是节能型，低噪声及防火防爆型，高可靠性方向发展。1.3 变压器的分类与
15、作用一、变压器的分类变压器是一种静止的电磁设备，在其匝链于一个铁芯上的两个或几个绕组回路之间可以进行电磁能量的交换与传递。根据不同用途，变压器可以分为：电力变压器、电炉变压器、整流变压器、工频试验变压器、电抗器、调压器、矿用变压器和其他特种变压器等。电力变压器有以下几种分类方法：1. 按变压器的容量：通常容量为 500 千伏安及以下的变压器称为小型变压器；6306300 千伏安的变压器称为中型变压器；800063000 千伏安的变压器称为大型变压器；90000 千伏安及以上的称为特大型变压器。2. 按线圈数：可分为双线圈与三线圈变压器，而三线圈又分为升压结构与降压结构两种，升压结构的低压线圈在
16、中间，降压结构的中压线圈在中间。3. 按高低压线圈有无电的联系：可分为普通电力变压器与自耦变压器。4. 按变压器的调压方式：可以分为无载调压和有载调压变压器。5. 按相数：可分为单相和三相变压器。6. 按冷却方式：可分为油浸自冷、油浸风冷、强油风冷与强油水冷变压器。7. 按所联结发电机的台数：可分为双分裂与多分裂变压器。双分裂又可分为轴向分裂与辐向分裂变压器，前者是两个低压线圈在轴向上下排列；后者是两个低压线圈分别位于高压线圈的两侧。二、变压器的作用变压器是借助电磁感应，从一个电路向另一个电路变换电压或电流的一种静止电器设备。这种变换的电压或电流可以是能量也可以是信号。人类自从发现和利用电以来
17、，电能的传输是一个重要的环节，交流电取代直流电的重要原因在于交流电便于传输，在交流电的传输中，变压器起着决定作用。从电场发出的电能，要经过很长的的输电线路输送给远方的用户(如工厂、矿山、医院、学佼、农林牧业场所等)，为了减少输电线路上的损耗，必须采用高压或超高压输送，而目前一般发电厂发出的电压，由于受绝缘水平的限制，电压不能太高，这就要经过变压器将电厂发出的电能哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -电压进行升高送到电力网。对用户来说，各种用电设备一般为低压设备，这需要变压器将电力网中的高电压变成符合各种用户电器设备要求的额定电压。在一个电网中，许多发电厂和众多的用户联在一起。分成主系统和若干分系
18、统，各个分系统的电压并不一定相同，而主系统必须是统一的一种电压等级，这也需要各种规格和容量的变压器来连接各个系统。在无线电通信和自动控制领域中，变压器用作信号采集、检测；变换信号电压、电流、频率、相数；改变信号极性，变换信号波形，实现信号隔离，用作电路阻抗匹配、功率传输等。1.4 本论文的主要内容本文以 220kV 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,提高制造成本。本论文共分为五章，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
19、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。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -第 2 章 变压器电磁计算简介电力变压器设计应包括两个阶段，首先进行电磁计算，然后再进行结构设计及绘制产品生产图纸。电磁计算的主要任务是确定变压器的电磁负载和主要几何尺寸，计算其性能参数和各个部分的温升以及变压器的重量等。电磁计算是整个产品设计的基础，是设计的关键部分，优化设计的目的是在任务确定情况下，尽量使得各方面的性能得到最优。本章分
20、析了变压器电磁设计手工计算流程，变压器的电磁计算应根据产品设计任务书中所给定的技术参数来进行，其结果首先必须满足国家标准及有关技术标准中的规定以及用户的要求，同时还应具有较好的技术经济指标。通常所说的“优化设计”，就是以实现上述目标为要求的。2.1 电力变压器电磁计算的一般程序变压器是一种静止的电磁感应设备，在其匝链于一个铁芯上的两个或者几个绕组回路之间可以进行电磁能量的交换与传递。本文以220kV 大型变压器为对象进行电磁计算研究。通过电磁计算，可以确定变压器产品的电、热、机械等方面的基本参数，其电磁计算的一般程序如下：(1) 确定硅钢片品种、牌号及铁芯结构型式，计算铁芯柱直径，选定标准直径
21、，得出铁芯柱和铁轭截面积；(2) 根据硅钢片牌号，初选铁芯柱中的磁通密度，计算每匝电势；(3) 计算低压线圈匝数，凑成整数匝，再重算铁芯柱中的磁通密度及匝电势，然后计算出高压线圈的匝数；(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) 根据线圈结构形式，确定导线规格，进行线圈层数(段数)、匝数的排列，计算线圈轴向高度及辐向尺寸；(6) 初算短路阻抗电抗分量值；(7) 计算线圈负载损耗值，算出短路阻抗的有功分量，检查短路阻抗是否符合标准规定值，否则进行调整；(8) 计算空载性能及变压器总损耗、各部分温升、不合格时进行调整；(9) 计算变压器重量及其它。哈尔滨理工大学学士学
22、位论文- 5 -图 2-1 电力变压器计算的一般程序应该指出，电力变压器计算必须根据国家的经济、技术政策和资源情况及制造和运行方面的要求，合理制定变压器的性能数据和主要几何尺寸。记 录 原 始 数 据 ： 产 品 主 要 技 术 参 数 等选 定 硅 钢 片 品 种 牌 号 及 铁 心 结 构 型 式 ；计 算 铁 心 柱 直 径 及 铁 心 柱 和 铁 轭 截 面选 择 铁 心 柱 磁 通 密 度 ， 计 算 每 匝 电 势先 计 算 低 压 线 圈 匝 数 ， 凑 成 整 数 ； 重 算每 匝 电 势 及 磁 通 密 度 ， 再 计 算 高 压 线 圈匝 数线 圈 及 绝 缘 结 构 设
23、计 ； 试 计 算 阻 抗 电压 ， 不 符 合 要 求 时 调 整 线 圈 高 度估 算 线 圈 损 耗 ， 估 算 线 圈 对 油 温 升计 算 空 载 性 能计 算 短 路 电 磁 力 及 器 身 重 量 计 算 铁 心 和线 圈 的 机 械 强 度绘 制 变 压 器 中 提 平 面 布 置 图 ； 引 线 及 分接 开 关 结 构 设 计 ； 确 定 油 箱 尺 寸 及 冷 却装 置计 算 负 载 性 能计 算 温 升 ， 不 符 合 要 求 时 ， 调 整 冷 却 装置 数 目另选铁心柱直径另选导线计算变压器重量 绘制变压器外型尺寸图不 符 合 要 求 时不 符 合 要 求 时 另 选 导 线 还不 合 要 求 时
