1、本科毕业论文（20 届）S9-400/10.5/0.4 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- I -S9-400/10.5/0.4 变压器电磁计算摘 要电 力 变 压 器 是 一 种 静 止 的 电 气 设 备 ， 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、外型尺寸和取得比较合理的技术经济效果。计算结果必
2、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。本文对 400kVA/10.5kV/0.4 电力变压器进行了电磁计算。首先对电力变压器的发展历史、基本的特性及变压器的设计方法进行了简单的阐述。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力变压器计算的基本公式和计算
3、方法，给出了一套完整的设计方案。关键词： 电力变压器；电磁计算；绕组；短路电动力哈尔滨理工大学学士学位论文- II -S9-400/10.5 /0.4/of Electromagnetic Power Transformer Design AbstractPower transformer is a kind of static electrical equipment in power network, it is the main electric equipment. The design and manufacturing quality is directly affecting t
4、he operation quality and the economic benefit is the key, so the electromagnetic calculation 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 temperat
5、ure rise and the calculation of transformer weight, dimensions and obtain reasonable technical and economic effect. The calculation results must meet the national standards and the relevant technical standards and the use of department. The 400KVA/10.5KV/0.4KV power transformer electromagnetic compu
6、tation. The power transformer development history, basic characteristic and design method of simple exposition. In the electromagnetic calculation, most beginning is core selection, which is the starting point of transformer design is also a key point, and then is transformer winding material and ty
7、pe selection, calculation of winding of relevant data, the most important is the short circuit impedance, load loss, no load current, no load loss of transformer performance parameters are calculated, finally finished oil tank of transformer, transformer temperature rise, power transformer short cir
8、cuit, the total oil volume and total quality determination and calculation. The calculation of short circuit impedance difficulty the biggest requires repeated calculation can reach the technical requirements. In the electromagnetic calculation of whole process detailed expounds the power transforme
9、r basic calculation formula and method, given a complete set of design scheme. Power transformer; electromagnetic computing; winding short-circuit force;哈尔滨理工大学学士学位论文- III -Keywords Power transformer; Electromagnetic calculation;Short-circuit force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
10、课题背景 .11.2 电力变压器的发展及研究现状 .11.3 电力变压器的基本结构 .31.4 电力变压器的性能参数 .51.5 变压器计算的一般程序 .51.6 本论文研究内容 .6第 2 章 变压器电磁计算 .72.1 本设计的技术条件 .72.2 变压器设计 .72.2.1 变压器主要结构的确定 .72.2.2 硅钢片的选用 .72.2.3 铁心直径的确定 .72.2.4 铁心截面积确定 .82.2.5 铁心碟片系数确定与级数的选取 .82.2.6 变压器主纵绝缘 .82.3 电磁计算 .92.3.1 额定电压和额定电流的计算 .92.3.2 绕组匝数计算 .92.3.3 绕组计算 .1
11、12.3.4 绝缘半径及导线长度计算 .122.3.5 75时绕组直流电阻计算 .132.3.6 绕组导线质量计算 .132.3.7 短路阻抗计算 .142.3.8 负载损耗的计算 .152.3.9 绕组表面对油的温升计算 .202.4 油箱尺寸计算 .212.4.1 油箱尺寸估计 .212.4.2 箱壁散热面积计算 .222.4.3 散热器的选择 .222.5 短路电动力计算 .24哈尔滨理工大学学士学位论文- V -2.5.1 绕组区域划分 .242.5.2 安匝分布计算 .252.5.3 漏磁计算 .252.5.4 短路电流稳定值倍数计算 .262.5.5 不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向
12、力计算 .262.5.6 绕组导线应力计算 .262.5.7 总油量计算 .282.5.8 变压器箱体质量计算 .292.5.9 附件质量计算 .292.5.10 变压器总质量计算 .302.6 本章小结 .30结论 .31致谢 .32参考文献 .33附录 .34哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景随着我国“节能降耗 ”政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。目前在网运行的部分高能耗配电变压器已不符合行业发展趋势，面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。2008 年、2009 年连续两年我国
13、电网建设投资超过电源建设投资，预示着我国电网建设落后的问题或将得到改善。但要实现电源与电网的平衡，我国仍须提高电网的输配电能力，使之与电源规模相匹配。可见未来几年，电网建设和城乡配电网改造仍是我国电力工业的首要任务，电力变压器的市场需求量有望保持较强劲的增涨。1.2 电力变压器的发展及研究现状电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，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。电力变压器主要有配电变压器、箱式变压器、高压、超高压电力变压器。下面简单介绍一下几种电力变压器的研究现状。配电变压器我国中小型配电变压器最初是以绝缘油为绝缘介质发展起来的；进入 20 世纪 90 年代
14、，干式变压器在我国才有了很快的发展。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形变做补偿。干式变压器由于结构简单，维护方便，又有防火、难燃等特点，我国从 20 世纪 50 年代末即已开始生产，但近 10 来年才开始大批
15、量生产。干式变压器种类很多，主要有浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器两类。箱式变压器箱式变压器具有占地少，能伸入负荷中心，减少线路损耗，提高供电质量，选位灵活，外形美观等特点，目前在城市 10Kv、35kV 电网中大量应用。我国目前所使用的箱式变压器，主要是欧式箱变和美式箱变，前者变压器作为一个单独的部件，即高压受电部分、配电变压器、低哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -压配电部分三位一体。后者结构分为前后两部分，前部分为接线柜，后部分为变压器油箱，绕组、铁心、高压负荷开关、插入式熔断器、后备限流熔断器等元器件均放置在油箱体内。目前有些厂家，已将卷铁心变压器移置到箱式变压器中，使箱式变
16、压器体积和质量都有所减小，实现了高效、节能和低噪声级。目前，我国已具备了 110kV、220kV、330kV 和 500kV 高压、超高压变压器生产能力。超高压变压器的绝缘介质仍以绝缘油为主，根据电网发展的需要，变压器的生产技术正在不断提高。SF6 气体绝缘高压、超高压变压器正在研究开发。从制造水平总体上讲，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。1.3 电力变压器的基本结构随着变压器技术的发展，其结构越来越趋于复杂。变压器的品种繁多，结构型式也是千变万化，如图 1-1 为一台电力变压器外
17、形结构。结合电力变压器的基本结构概况作一介绍，其结构组成部分如下图 1-2：图 1-1 电力变压器外形结构哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -变压器器身铁心绕组引线绝缘油箱及冷却装置出线套管图 1-2 电力变压器基本构成变压器是由套在一个闭合铁芯上的两个绕组组成的，铁芯和绕组是变压器最基本的组成部分。此外，还有油箱、储油柜、吸湿器、散热器、防爆管或压力释放阀、绝缘套管等等。变压器各部件的作用如下：铁芯：它是变压器电磁感应的磁通路，变压器的一、二次绕组都绕在铁芯上，铁芯是用导磁性能很好的硅钢片叠装成的闭合磁路。为了减少涡流，铁芯一般采用含硅 1%4.5%，厚度为 0.23mm0.35mm 的硅钢
18、片叠装而成。绕组：它是变压器的电路部分。变压器分高、低压绕组，即一次、二次两绕组。它是由绝缘铜线或铝线绕成的多层线圈套装在铁芯上。导线外边的绝缘一般采用纸绝缘。油箱：它是变压器的外壳，内装铁芯、绕组和变压器油，同时起一定的散热作用。储油柜：当变压器油的体积随油温的变化而膨胀或缩小时，储油柜起着储油和补油的作用，以保证油箱内充满油。储油柜还能减少油与空气的接触面，防止油被过速氧化和受潮。一般储油柜的容积为变压器油箱容积的 1/10。储油柜上装有游标管，用以监视油位的变化，即油位计。散热器：当变压器上层油温与下层油温产生温差时，通过散热器形成油的循环，使油经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度
19、的作用。为提高变压器油冷却得效果，可采用风冷、强迫油循环和强油水冷等措施。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -高、低压绝缘套管：它是变压器高、低压绕组的引线到油箱外部的绝缘装置，起着固定引线和对地绝缘的作用。附件：变压器还有温度计、净油器、油位计等附件。1.4 电力变压器的性能参数1. 变压器额定容量（ ） ；kVA2. 相数；3. 频率（ ） ；zH4. 变压器一、二次侧的额定电压（ ） ；k5. 绕组接线方式和联结组；6. 变压器冷却方式；7. 负载特点：连续负载或短时间断负载；8. 安装特点：户内或户外特点；9. 短路阻抗；10. 负载损耗 ；kW11. 空载损耗 ；12. 空载电流。上
20、述的 1-8 项技术参数由电力系统的技术条件和环境使用条件所决定；9-12 项性能数据由国家标准三相油浸电力变压器基本参数和技术要求（GB/T 6451-1999）和有关技术条件所规定。1.5 变压器计算的一般程序电力变压器电磁计算的任务在于确定变压器的电、磁负荷和主要几何，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，利用电磁计算可以比较合理确定变压器生产和运行的经济性、运行的可靠性等，因此变压器的电磁计算是变压器生产制造的基础，也是变压器能否安全运行的基础。变压器计算的一般手工计算的设计程序如下：1.确定硅钢片品种、牌号及铁心结构型式，计算铁芯柱直径，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，初选铁芯柱中的磁通密度，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芯柱中的磁通密度及每匝电势，再算出高、中压绕组匝数。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，进行绕组段数(层数)、匝数的排列，计算绕组轴向高度及辐向尺寸。6.计算绕组负载损耗，算出阻抗电压的有功分量( )，检查阻抗电压ru
