SFSZ10-31500／110电力变压器的电磁方案计算及减小局部放电措施的研究(优秀毕业设计)(44页).doc

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1、-SFSZ10-31500110电力变压器的电磁方案计算及减小局部放电措施的研究(优秀毕业设计)-第 39 页 SFSZ10-31500/110电力变压器的电磁方案计算及减小局部放电措施的研究摘要本文完成了SFSZ10-31500/110电力变压器电磁方案的计算，文中较为详细地阐述了电力变压器计算的基本公式和计算方法。SFSZ10-31500/110电力变压器电磁方案计算，主要包括变压器铁心的选择及几何尺寸计算、变压器线圈材料、型式选择、高度确定、电压电流计算及线圈几何尺寸计算、短路阻抗计算、线圈损耗、引线损耗、杂散损耗、负载损耗计算、变压器温升计算、短路电动力计算、变压器重量（总油量、器身重

2、量、油箱重量、附件重量、运输重量计算）等，并进行了绝缘校核，得出SFSZ10-31500/110电力变压器的电磁计算方案。本文同时对高电压变压器局部放电产生的原因进行了分析综述，在查阅文献的基础上，对减小变压器的局部放电在设计、制造、装配等方面提出了一些改进措施。关键词 电力变压器；电磁计算；局部放电SFSZ10-31500/110 power transformer electromagnetism project calculation AbstractThis text introduced the SFSZ10-31500/110 power transformer calculati

3、ng and basic knowledge in project in electromagnetism primarily, than clarified the calculating and basic formula in transformer in power detailed with compute the method. Among them included choice and calculations of the transformer core, transformer coil material, pattern choice, high certain, th

4、e voltage and current computes and the coil computes, the short-circuit resistance computes, the coil exhausts, the fuse exhausts, miscellaneous spread to exhaust, load to exhaust the calculation, the transformer temperature rises the calculation, short circuit electricity the motive computes, total

5、 oil in transformer measure, total weight, conveyance the weight computes, the transformer insulates the school checkup. Synthesize the design calculation process that introduced the SFSZ10-31500/110 power transformer.Because it is main reason partial discharge that next emergence trouble in normal

6、work in power transformer electric voltage with stop to carry. Though at affect the degree top, actually is partial discharge the size of the deal、Frequency number of times, take place still the part which influence is big still needs the research inquiries into, but reduce it is target that everybo

7、dy pursue together that partial discharge. The for this reason a text returned to turn on electricity the proceeding the research to the part of the transformer, explaining the principle that partial discharge and affecting the factor that partial discharge, the reasons which caused the partial disc

8、harge in 110kV and above extra large power transformer are analysis From the respect of design and technology, the measures for decreasing the partial discharge are expounded.Keywords Power transformer ；Electromagnetism calculation ； Partial discharge不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景1

9、1.2 论文研究的内容1第2章 电力变压器电磁计算方案2本设计的技术条件22.1 额定电压电流计算22.1.1 线圈相电压22.1.2 线圈电流32.2 铁芯的确定52.3 线圈匝数计算52.4 电压比校核62.5 线段排列及计算72.6 线圈绝缘半径及导线长度计算112.7 短路阻抗计算122.8 负载损耗计算142.9 温升计算162.10 空载特性计算192.11 短路电动力计算202.12 变压器重量计算262.13 绝缘校核28第3章 局部放电的减小措施293.1 局部放电机理293.2 减小局部放电的措施31结论37致谢38参考文献39千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目

10、录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第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。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。建国前我国

11、只能生产单台容量为300kVA的小型配电变压器，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，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(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)，到80年代国内变压器的最高电压等级为500kV、最大容量为400000kVA，1995年制造出了容量为450000kVA电

12、力变压器，本世纪初我国已能够生产740MVA/500kV的电力变压器和900MVA/500kV的自耦变压器。近年来随着我国经济建设的不断发展，电网的电压等级不断提高，2005年9月西北750kV线路已经投入运行，线路中的变压器、电抗器等主要设备均为国内生产。现在我国正在进行交流1000kV直流800kV输电线路的研究与输变电设备的研制工作，在不久的将来我国的输电网络将会以交流1000kV直流800kV作为主要框架，使我国的输变电技术走在世界的前列。1.2 论文研究的内容本论文对目前电力网中经常使用的SFSZ10-31500/110电力变压器进行了电磁方案计算，计算出了该变压器的各项技术指标及各

13、部分的几何尺寸，计算结果满足国家标准规定值。在进行SFSZ10-31500/110电力变压器电磁方案计算的同时，本文还对变压器局部放电的产生原因及减小局部放电的措施等进行了讨论。第2章 电力变压器电磁计算方案变压器的电磁的方案计算，就是在保证满足国家和行业以及用户所提出的技术要求的基础上，在符合现行工艺条件的前提下，计算出变压器的各项主要经济技术指标、各部分的几何尺寸等。变压器的电磁计算决定了变压器的经济特性和运行特性，因此电磁计算是变压器生产制造的重要环节之一。本设计的技术条件本设计的基本技术条件如下，其他技术性能指标均应满足国家和行业相关标准的要求。额定容量： S=31500 电压组合：

14、110%/35/10.5 联结组标号： 空载损耗： P=30.6 负载损耗： P=149 短路阻抗： Z=10.5% , Z= 6.5%, Z=17-18%2.1 额定电压电流计算2.1.1 线圈相电压一、高压线圈相电压：高压线圈为Y联结：=69860 V=69070 V=68270 V=67480 V=66680 V=65890 V=65110 V=64300 V=63510 V=62710 V=61920 V=61270 V=60340 V=59540 V=58750 V=57950 V=57160 V二、中压线圈相电压：中压线圈为y联结，故其相电压为=35000/=20210 V三、低压

15、线圈相电压低压线圈为d联结，故其相电压为=10500 V2.1.2 线圈电流一、 高压线圈电流：高压线圈为Y联结，其线电流等于相电流：=150.3 A152.0 A153.8 A155.6 A157.5 A159.4 A161.3 A163.3 A165.3 A167.4 A169.6 A171.8 A174.0 A176.4 A178.7 A181.2 A183.7 A二、中压线圈电流：高压线圈为y联结，故其相电流等于线电流：=519.6A二、低压线圈电流：低压线圈线电流： =1732.1 A低压线圈相电流： =1000 A2.2 铁芯的确定变压器铁心的计算关系到整台变压器的技术经济特性，也

16、关系到变压器的运行特性。合理的铁心尺寸可以提高变压器制造厂的经济效益，同时还可减少变压器在中的损耗，以创造良好的社会效益。一、硅钢片的选用：铁心采用DQ130-35冷轧硅钢片。在50 Hz1.5 T 时，单位损耗为0.89W/kg。二、铁心直径计算：582.4 mm ,取580 mm 其中 K为经验系数，取K=52；S为三相双线圈变压器每柱容量，S=31500/2=15750 KVA。三、铁心柱截面积：铁心级数为15级，撑条数为20， 迭片系数为0.96， 净截面为2375 cm。铁轭截面积与铁心柱截面积相同。根据电力变压器计算附表1查得。2.3 线圈匝数计算一、每匝电势初选值： =91.83

17、3 V/匝二、低压线圈匝数计算：W3=114.338匝 取W3=115 匝三、每匝电势准确值： =91.391 V/匝四、磁通密度： T五、磁通： =0.41 Wb六、中压线圈匝数计算：=222.14 匝 取=221匝七、高压线圈匝数计算：额定匝数：694.9 匝 取=694 匝调压线圈匝数：=8.68 匝 取=9 匝2.4 电压比校核额定电压及各分接电压的偏差，按下式计算：为各分接位置的标准相电压（V）；为各分接位置实际计算电压（V）；=（为计算分接匝数）。-0.210% 合格-0.160% 合格-0.130% 合格-0.086% 合格-0.053% 合格-0.044% 合格-0.061%

18、合格-0.081% 合格-0.130% 合格+1.700% 合格+2.300% 合格+2.100% 合格+0.036% 合格+0.075% 合格+1.300% 合格+1.700% 合格+2.300% 合格2.5 线段排列及计算为了减少调压时对漏抗的影响，将调压线匝单独做成一个调压线圈，把额定电压下的高压基本线圈匝数做成高压基本线圈，线圈的布置为铁心-低压线圈-中压基本线圈-高压基本线圈-调压线圈，通过具有选择转换器的三相Y联结的有载分接开关，连接调压线圈和高压基本线圈，由于转换选择器可将调压线圈与高压基本线圈正，反相连，故可减少一半的调压匝数。一、高压基本线圈 高压基本线圈的匝数为694匝，采

19、用纠结-连续式，端部出线，20根撑条并用宽度50 的垫块，每只高压线圈的段数是2A+2B+66E=70段 各段匝数8，9，10 各种线段总匝数：72+72+866=694匝 导线规格：选用ZB-1.35，导线绝缘厚度为1.35 的纸包铜线，导线尺寸为（2.812.5）/（4.213.9），采用2根并联，即2 线圈导线的面积：232.4=64.8 电流密度：2.55 高压线圈每匝平均长度为3.5 高压线圈导线总长度为2429 75时高压线圈电阻为0.8 三个线圈净铜线总重量为4203 三个线圈纸包铜线总重量为5205 高压线圈三相负载损耗为58.7 高压线圈尺寸计算：E线段辐向尺寸为2104.2

20、1.05=88 A线段辐向尺寸为294.21.05=79 +9 （垫条）=88 B线段辐向尺寸为284.21.05=70 +18 （垫条）=88 高压线圈轴向尺寸： 963.2 导线高度 + 284 油道高度 1247.2 - 7.2 压缩系数 1240 + 26 静电板和油道高度 1266 + 95 上铁轭绝缘距离65 下铁轭绝缘距离65 线圈压板及间隙 1491 铁窗高度 二、中压线圈 中压线圈匝数为221匝 连续式线圈，20根撑条并用40 宽垫块，线段数2M+73N=75段 每个线段匝数为 每种线段总匝数为73+2=221匝 导线规格ZB-0.6 ，导线绝缘厚度为0.6 的纸包铜线，导线

21、尺寸为（2.512.5）/（3.1513.15） ，采用6根导线并联，即6 导线总截面积为630.7=184.2 电流密度为2.8 中压线圈每匝平均长度为2.8 中压线圈导线总长度为618.8 75时中压线圈电阻为0.072 三个线圈净铜线总重为3043 kg 三个纸包铜线总重为3150 kg 中压线圈三相负载损耗为58.3 中压线圈尺寸计算：正常线段辐向尺寸为63.151.03=57.5 加强线段辐向尺寸为63.151.03=54.5 +3 （垫条）=57.5 中压线圈轴向尺寸： 978 导线高度+ 296 油道高度 1274 - 8 压缩系数 1266 + 95 上铁轭绝缘距离 65 下铁

22、轭绝缘距离 65 线圈压板及间隙 1491 铁窗高度三、低压线圈 低压线圈匝数为115 匝 单螺旋式线圈，20根撑条并用宽度为30 宽的垫块 导线规格ZB-0.45，导线绝缘厚度为0.45厚的纸包铜线，导线尺寸为（36）/（3.56.5），采用20根导线并联，即20 导线总截面积为16.2520=325 导线电流密度为3.1 低压线圈导线平均匝长为2.23 低压线圈导线总长度为265.45 75时中低压线圈电阻为0.017 低压线圈三相导线净铜线总重为2303.5 低压线圈三相导线纸包铜线总重为3200 低压线圈三相负载损耗为51 低压线圈尺寸计算低压线圈辐向尺寸为3.520=70 低压线圈轴

23、向尺寸： 6.5 （115+4） “424”换位 773.5 导线总高度 + 513 油道高度 1286.5 - 18.5 压缩系数 1266 + 95 上铁轭绝缘距离 65 下铁轭绝缘距离 65 线圈压板及间隙 1491 铁窗高度 四、调压线圈 一 有载分接开关的选择有载分接开关必须满足下列技术要求: 高压线圈的最大通过电流:183.7 A 高压线圈联结组及调压方式:YN联结,中性点调压 有载分接开关对地绝缘水平:工频85 KV,冲击时,线圈最大电压不大开关绝缘水平 调压范围:20% 调压级数及级电压: 81.25%,共17级调压,级电压为780 V 开关寿命:电气寿命不低于2万次,机械寿命

24、不低于20万次 有载分接开关的安全保护装置:按上述要求,选择带有转换选择器的M500-110/D-10193W型有载分接开关,其规格为三相中性点有载分接开关最大额定电流500 A;三秒钟热稳定电流8 KA;动稳定电流20 KA;级电压3000 V每级容量1500 KVA;总重280 kg;高度2383 ;级数19级;对地绝缘水平110 kv;最大工作电压125 kv本开关具有安全保护装置,可满足技术要求。二调压线圈尺寸计算为了保证结构的稳定性，此变压器的调压线圈采用双螺旋式线圈结构，共8级调压 调压线圈匝数：8匝，串联后调压线圈匝数为64匝 双螺旋不换位，20根撑条，宽度为50 垫块，线圈段数

25、16段 导线规格：导线采用ZB-1.35，绝缘厚度为1.35 的纸包铜线，导线尺寸为（2.812.5）/（4.213.9），采用两根并联，即2 线圈导线截面积：68.9 电流密度，最大分接时为2.2 ；额定分接时为0；最小分接时为2.6 调压线圈每匝平均长度4.1 调压线圈导线总长262.4 75时调压线圈导线串联电阻0.08 调压线圈净铜线总重：483 调压线圈纸包铜线总重：530 调压线圈三相负载损耗：最大分接时为8.1 ；最小分接时为5.4 调压线圈尺寸计算 调压线圈的辐向尺寸为224.21.03=17.5 调压线圈的轴向尺寸： （16+2）13.9= 250.2 导线高度 + （16+

26、1）17 = 612 油道高度 862.2 - 16.2 压缩系数 846 调压线圈电抗高度2.6 线圈绝缘半径及导线长度计算一、 线圈绝缘半径铁心柱直径为：580 ；铁心柱直径放大为594 R 297 铁芯柱半径+ 23 筒和撑条总厚度 320 低压线圈内半径（）+ 70 低压线圈辐向厚度（）390 低压线圈外半径+ 26 主空道厚度（）416 中压线圈内半径（） + 57.5 中压线圈辐向厚度（）473.5 中压线圈外半径+ 40 主空道厚度（）513.5 高压线圈内半径（）+ 88 高压线圈辐向厚度（）601.5 高压线圈外半径+ 40 纸筒和撑条厚度 641.5 调压线圈内半径 + 1

27、7.5 调压线圈辐向厚度 659 调压线圈外半径 2 1318 线圈总外径 + 40 相间绝缘距离1358 相间铁芯柱中心线距离2.7 短路阻抗计算线圈平均电抗高度：1253 125.3 1253 125.3 1266 126.6 漏磁总宽度：漏磁空道总面积：= 446.18 80428 272.86 洛氏系数：查电力变压器计算表6.2得查电力变压器计算表6.2得查电力变压器计算表6.2得短路阻抗的电抗分量：式中，为频率（Hz）；为额定匝数；为额定电流（）；=1.02，是估算的横向电抗系数。短路阻抗的电阻分量：式中，为高压-低压运行时的负载损耗（）式中，为高压-中压运行时的负载损耗（）式中，为

28、中压-低压运行时的负载损耗（）短路阻抗百分值： （标准植 10.5%） 合格 （标准植 17-18%） 合格 （标准植 6.5%） 合格2.8 负载损耗计算一、电阻损耗高压线圈：中压线圈：低压线圈：式中，为相数；为额定相电流,A。二、涡流损耗高压线圈：10中压线圈：6.36低压线圈：3.8 低压线圈为单螺旋结构，线圈采用“424”换位，不完全换位损耗为：=+=3.8+2.4=7.2 三、引线损耗高压引线采用50铜电缆，每相长度约为4 ，则： =0.02135=0.00171 =30.00171=0.14 中压线圈引线采用50铜电缆，每相长度约为3 ，则： =0.02135=0.00128 =4

29、0.00128=1 低压线圈引线采用95，每相长度约为5 ，则： =0.02135=0.001123 =30.001123=3.4 四、杂散损耗高压-中压运行时：高压-低压运行时：中压-低压运行时：五、负载损耗高压-中压运行时：139.5 149 合格高压-低压运行时：148.31 149 合格中压-低压运行时： 149 合格2.9 温升计算一、线圈对油的温差计算高压线圈：根据国家标准规定，有载调压变压器的高压线圈表面单位热负荷按其在-10%的分接位置计算。在-10%分接位置时：=2.6，=183.7A 755.5 式中，为系数，铜导线；为线匝绝缘修正系数，；为导线中总的附加损耗百分数（85）

30、；为线饼的遮盖系数，；为线饼的周长（）。正常线段导线杂绝缘厚度的校正温升2.07 K线段油道宽度得校正温升 K式中，为校正温度（），由电力变压器计算图8.12查得。线圈对油的温升19 K中压线圈：中压线圈表面单位热负荷：式中，为系数，铜导线；为线匝绝缘修正系数，；为导线中总的附加损耗百分数（85）；为线饼的遮盖系数；为线饼的周长（）。导线杂绝缘厚度的校正温升 K线段油道宽度得校正温升1.87 K式中，为校正温度（），由电力变压器计算图8.12查得。线圈对油的温升21.866 K低压线圈：低压线圈表面单位热负荷式中，为系数，铜导线；为线匝绝缘修正系数，；为导线中总的附加损耗百分数（85）；为线饼

31、的遮盖系数，；为线饼的周长（）。导线杂绝缘厚度的校正温升0 K线段油道宽度得校正温升1.58 K式中，为校正温度（），由电力变压器计算图8.12查得。线圈对油的温升15.8 K二、油箱尺寸油箱高度： 窗高+2倍铁轭高+垫脚高度+铁芯至箱盖距离油箱宽度： 调压线圈外径+线圈到箱壁间距离=1318+520=1838 油箱长度： +调压线圈外径+间隙三、油箱有效散热面拱顶箱盖几何面积：箱壁几何面积：散热器有效散热面积：选用120管散热器5只，联管中心距为2885 散热面积为：带散热器的拱顶油箱总散热面积：=210.38 四、油对空气的平均温升油箱单位热负荷：油对空气的平均温升： K油面对空气的最高温

32、升：温升修正值按油箱发热中心 与散热中心 之比()，电力变压器计算图8.19查得： K55 K 合格五、线圈的平均温升高压线圈： K中压线圈： K低压线圈： K2.10 空载特性计算一、空载损耗铁心柱重量：铁轭重量：总重量：式中，为硅钢片比重，冷轧硅钢片 空载损耗： =30.7 式中，为空载损耗附加系数，=1.15；为硅钢片单位损耗。空载损耗的标准值为30.6 ， 因此合格；二、空载电流有功分量：无功分量： 式中，为励磁电流附加系数；为铁芯中总的接缝数；为接缝处的净截面积()； 为铁芯接缝处单位面积的励磁容量()。2.11 短路电动力计算变压器在正常运行时，铁心中的磁通密度及线圈中的电流均为或

33、接近于额定值，但这种运行情况不是永远不变的。当系统中出现线路短路或由于误操作及保护装置出现故障等时，因断路器跳闸需要一定时间，就会使变压器的正常运行遭到较大的扰动。另外变压器也难免受到短路电流的冲击，例如，当变压器第二次侧发生突然短路故障时，变压器中会出现大电流，产生较大的电动力和过热。根据长期实践经验和短路强度试验情况可知，变压器在突发短路中，其线圈损坏主要是由于短路时的辐向力和轴向力作用的结果。沿线圈的轴向力使线圈承受压力或拉力的作用。当此力大于结构件的机械强度时，可使线圈、压板及夹件等零部件产生变形，严重时可将上铁轭顶起，破坏整个线圈结构。沿线圈径向的辐向力，使内线圈受到压力，外线圈受到

34、拉力作用。当拉力大于导线抗张应力时，则线圈变形，匝绝缘断裂，破坏整个主、纵绝缘结构，严重时甚至拉断导线。因此，在变压器计算时必须计算其短路时的电动力，核算变压器结构件的强度。此外，由于短路时线圈中流过的电流比额定电流大几十倍，因此负载损耗比额定运行时大几百倍，并使线圈温度迅速上升，因此若不能在短时间内排除故障，则变压器就有被烧坏的可能。一、不平衡安匝分布图根据上面的电磁计算可将各线圈的安匝分布列于表2.1，根据表2.1中的数据可以作出在10%，额定及10%时的安匝分布图，如图2-1所示。在图2.1中，不平衡安匝百分数的各点计算如下：在10%时： ； ；额定分接时： ； ； 在10%时： ； ；

35、 表2.1(a) 区域划分区域高压（220 ） 中压（35 ）低压 （10.5）匝数高度（）匝数高度（）匝数高度（）11010=10010段 匝64+45=44 0.9 39.6 + 1786 2613段 匝 412=48 0.9 432 13.1513=+ 170.95214.1520匝=20段4.519=85.5 0.9 76.95+ 206.5=130 206.95 204624510+28+27=484 49段 匝448=192 0.9 1728+4913.9=681.1 853.951段 匝450=200 0.9 1805113.15=+ 670.65 850.6581匝=81段4.

36、580=360 0.93246.581=526.5 850.531110=110段 匝410=40 0.9 36+=11段 匝410=40 0.9 36 1113.15=+ 144.65 180.6519匝=19段4.517=76.5 0.968.856.518=117 188.9 185.85 图2-1 不平衡安匝分布图表2.1(b) 安匝分布计算区域高压安匝（）中压安匝（） 低压安匝（）10%额定10%112.914.41617.3 16.8272.969.766.4 68 68.1314.215.917.614.7 15.1总和100100100100 100区域不平衡安匝（）平均高度（

37、）10%额定10%1-1.70-0.95-0.152+2.35+0.75-0.93-0.65-0.2+1.05总和0001245.3625区域平均安匝（）10%额定10%115.9516.32516.7252 69.27568.47567.653 14.77515.20015.625总和100100100二、漏磁计算根据图21可知，在+10%时具有最大漏磁组，计算如下（按表2.1）。漏磁组高度： 209.06251857.5横向洛氏系数：0.15；0.026；查电力变压器算图6.29所示曲线可得0.35。漏磁总安匝（）：82.95一、 路电流稳定值倍数4.621.74 倍式中，为变压器阻抗电压

38、（）；为内线圈阻抗（）；为中线圈阻抗（）；为外线圈阻抗（）负荷分配系数：30.6 69.4 四、不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力46.35 t式中，为由于直流电流分量而使轴向力增大的倍数。五、线圈导线应力计算(1) 高压线圈导线应力的计算：由轴向力引起的拉应力：1941.85 式中，为每个线圈并联分支数；为线段中导线并联根数；为线圈有效高度（）；为单根导线截面积（）；为短路电流冲击系数，1.6。由轴向力引起的导线弯曲应力： 129.225 式中，为导线轴向宽度（）；为线圈辐向厚度（）；为被计算线圈的外半径（）；Z为沿圆周分布的垫块数；为垫块宽度（）；为最大漏磁组的不平衡安匝百分数。线圈受的总应力： 1941600