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1、 110kV电力变压器结构与电磁计算摘要电力变压器是电力系统中的一种重要设备，其发展趋势是提高可靠性、节省材料、低损耗水平，明显缩短产品的设计周期、降低生产成本和提高产品的质量，从而增强产品的市场竞争力，取得显著的社会经济效益，因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要。本文在参考大量文献的基础上，分析了我国电力变压器行业的现状和发展趋势，阐述了电力变压器的基本原理和基本结构特征，根据电力变压器设计的基本思路，按照目前变压器设计的一般方法，完成了一台40000kVA/110kV有载调压电力变压器的计算工作，主要内容包括阻抗电压、空载、负载损耗、温升、短路电动力等的计算。电磁计算结果满足国家标准和技
2、术参数的要求。本文还针对电力变压器的空载损耗、负载损耗、噪音、温升、局放、渗漏及抗短能力，介绍了如何改进变压器的结构以降低空载损耗和负载损耗、噪音、局放及提高抗短路能力，并达到防渗漏的效果。关键词 电力变压器；电磁计算；结构改进The Structure and Electromagnetical Calculation of 110kV Power TransformerAbstractThe further development of power transformer, which is an important equipment in power system, is to imp
3、rove the liability, save material and reduce loss, obviously shorten product design period, reduce the cost, improve product quality, strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance. Therefore, the electromagnetical calculation of power transformer is especially importan
4、t.Based on the information and extensive literature, this article analyzes the present basic principle and basic structure of power transformer, and also, the present situation and the development of our countrys power transformer industry. According to the general designing method and the basic des
5、igning ideas of power transformer, a whole electromagnetic calculation of a 40000kVA/110kV OLTC power transformer has been completed in the article. The results of the electromagnetic calculation meet the requirements of national standards and technical parameters, including the main contents of imp
6、edance voltage, load and no-load loss, temperature rise, short-circuit electromagnetical force and so on. As development of Chinese transformer manufacture technology, the manufacture technique of 110kV domestic power transformer is being close to or reach to the advanced level of foreign transforme
7、r. This article introduces how to improve the structure of the transformer in order to reduce no-load loss, load loss, noise, PD, the magnetic leakage and to improve the anti-short-circuit capacity.Keywords power transformer; electromagnetic calculation; structure improvement不- II -目录摘要IAbstractII第1
8、章 绪论31.1 课题背景31.1.1 课题的国内外研究现状与趋势31.2 变压器的工作原理与结构41.2.1 变压器的基本工作原理41.2.2 电力变压器基本结构5第2章 电力变压器电磁计算82.1 技术条件：82.2 额定电压和电流的计算82.2.1 高、低压线圈额定电压计算82.2.2 高低压线圈电流计算82.3 铁芯主要尺寸的确定92.3.1 铁芯直径选择92.3.2 铁芯截面积计算92.4 线圈匝数计算102.4.1 初选每匝电压102.4.2 低压线圈匝数确定112.4.3 高压线圈匝数确定112.4.4 电压比校核112.5 线圈几何尺寸的计算132.5.1 导线选取132.5.
9、2 线段排列142.5.3 线圈高度计算152.5.4 线圈辐向宽度152.5.5 绝缘半径及窗高162.5.6 导线长度162.5.7 线圈直流电阻172.5.8 导线重量计算172.6 阻抗电压计算182.6.1 额定分接阻抗电压182.6.2 最大分接的阻抗电压202.6.3 最小分接阻抗电压222.7 负载损耗和空载损耗232.7.1 负载损耗232.7.2 铁芯柱与铁轭重量：242.8 温升计算252.8.1 高压线圈温升252.8.2 低压线圈温升262.8.3 油对空气温升272.8.4 油箱尺寸292.9 变压器短路电动力计算292.9.1 安匝平衡计算：292.9.2 短路时
10、绕组导线上应力计算312.10 变压器重量计算332.10.1 油重量计算332.10.2 器身重352.10.3 油箱重量352.10.4 附件重352.10.5 变压器总重：362.11 电磁计算的小结36第3章 变压器结构改进373.1 变压器结构改进措施373.2 本章小结40结论41致谢42参考文献43附录44千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更第1章 绪论1.1 课题背景随着国民经济的发展和人民物质文化水平的不断提高，人们对电力系统的供电量和可靠性提出了更高的要求。在电力系统中，变压器是一个重要的电气设备，它对电能的经济传输、灵活分配和安全使
11、用具有重要的作用。一个多世纪以来，随着电网规模和发电机单机容量的不断增加，电力变压器的单台容量和电压等级也在不断增加。目前，我国大型电力变压器的单台最大容量为840MVA/500kV，根据我国国民经济发展的需要，正进行更高电压等级(例如1000kV)变压器的研制工作。国外变压器设计者的目标是容量2000MVA的电力变压器，而且多台额定电压为1150kV的变压器己在实验运行阶段1。在大型电力变压器中，中、低压线圈电流可达（1020）kA，这样大的电流产生的漏磁非常强，会在金属结构件(如夹件、油箱、拉板等)中产生附加损耗。这些损耗不但占据了变压器负载损耗的很大一部分，而且它在金属结构件上的分布极不
12、均匀，集中在局部区域上的损耗往往会引起相当大的局部过热。此外电力部门和用户对变压器漏电抗和空载损耗值的允许公差范围越来越小，特别是，随着对因漏磁引起的过热现象的日益看重，杂散损耗将会成为对变压器性能考核的又一重要指标。这就要求对变压器线圈内的磁通分布、线圈涡流损耗、结构件杂散损耗等进行准确的计算。因此，研究可靠准确的磁场、损耗的计算十分重要2。减小油箱等金属结构件中的附加损耗和防止过热情况发生，根本方法是减少进入金属构件的漏磁通量。通常采用的方法是利用导电性能好或高导磁材料在时变电磁场中的特性来屏蔽进入金属结构件中的漏磁通量。工程上的做法就是在元件上以一定方式贴铜、铝材料或硅钢片等。经验表明，
13、正确使用屏蔽可使箱壁中的杂散损耗降低5%，不恰当的屏蔽，屏蔽效果往往不明显，有时甚至生成新的过热点，因此，研究变压漏磁场的分布，计算产品结构件的涡流损耗及分布，确定发热源，进而分析发热、冷却问题，通过合理布置屏蔽有效的降低损耗对于变压器设计和制造都是非常重要的3。总之，深入地研究大型变压器漏磁场及其在周围各种金属结构件中的涡流损耗及其分布，对于降低变压器损耗和防止局部过热是十分重要的。1.1.1 课题的国内外研究现状与趋势据报道国外电力变压器单台最大容量已经达到1300MAV以上，最高电压等级已上升到1150kV以上。电网对超高压大容量电力变压器的愈来愈高的要求，使得变压器制造在设计、工艺、制
14、造、试验等方面都面临着激烈的竞争。变压器的电磁计算一直成为研究的热点之一3。1.2 变压器的工作原理与结构1.2.1 变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的。因此，它的结构是两个或两个以上互相绝缘的绕组套在一个共同的铁芯上，它们之间通过磁路的耦合相互联系。所以，如同旋转电机一样，变压器也是以磁场为媒介的。两个绕组中的一个接到交流电源上，称为一次绕组，另一个接到负载上，称为二次绕组。当一次绕组接通交流电源时，在外加电压作用下，一次绕组中有交流电流流过，并在铁芯中产生交变磁通，其频率和外加电压的频率一样。这个交变磁通同时交链一次、二次绕组，根据电磁感应定律，便在二次绕组内感应出电动势。
15、二次绕组有了电动势，便向负载供电，实现了能量传递。图11 单相变压器原理图如图1-1所示，它是由两个匝数不等地绕组绕在一个闭合的铁芯上构成的。铁芯是用硅钢片叠装而成的，铁芯柱左边的绕组称为一次绕组（也称初级绕组或原绕组），其匝数为N1。另一侧绕组称为二次绕组(也称次绕组或副绕组)，其匝数为N2。当二次侧开路，将一次侧接入交流电压U1时，则一次绕组中便有电流I0流过，这个电流通常称为空载电流。空载电流便产生空载磁动势，在铁芯中便有磁通0通过，此时在一、二次侧便产生感应电动势。 （11） （12）式中：一次侧自感电动势(V)；二次侧互感电动势（V）；电源频率()；一次绕组匝数；二次绕组匝数；交变主磁通的最大值（Wb）；在空载情况下，两绕组的电压比为： （13）式中为变压比4。1.2.2 电力变压器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1-2为一台电力变压器外形结构。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1-3）：
