《变压器计算》PPT课件.ppt

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1、第一章 概述1-1 电力变压器在电力工业中的作用,变压器与电机电力变压器的应用,容量匹配关系：,发电机功率(kW)；发电机的功率因数；变压器容量(kVA),1-2 我国电力变压器制造工业的发展,1.我国电力变压器的发展简况,50年代初期,热轧硅钢片,各种损耗很大。70年代开始,冷轧硅钢片,变压器损耗降低。“八五”期间,非晶合金材料,损耗大幅度降低。目前,我国已具备110kV、220kV、330kV、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。SF6气体绝缘的高压、超高压变压器正在研究开发中。,2.我国电力变压器的发展方向及趋势,中小型变压器优化设计。城网用变压器

2、应向难燃降噪方向发展。大型变压器向超高压（500kV、750kV）、特高压（1000kV及以上等级）方向发展。高温超导变压器用超导线圈取代铜线圈，小型制冷系统取代常规的油浸热交换系统,该技术是使变压器发生变革的重大关键。,总之，电力变压器正朝着降低损耗水平、提高单台容量、电压向1000-1500kV的超高压方向发展。总体讲,我国电力变压器的制造水平处于国际20世纪90年代初的水平,少数处于20世纪90年代末的水平,与技术先进的国家相比,还存在一定的差距。,1-3电力变压器的分类,1按变压器的容量分：500kVA及以下的为小型变压器；630一6300kVA中型变压器；8000一63000kVA的

3、变压器称为大型变压器；90000kVA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。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：可分为无载调压与有戴调压变压器。在不励磁条件下调压的变压器称无载调压变压器；在负载下调压的变压器称有载调压变压器。5按相数：可分为单相与三相变压器。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.按绝缘介质分：油浸式变压器和干式变压器。,常用的品种有,110kV级 6300kVA及以下 三相双线圈油浸自冷电力变压器。（10kVA）235kV级 31500kVA及以下 三相双线圈油浸电力变

4、压器。（50kVA）6300kVA及以下为油浸自冷式，8000kVA及以上为油浸风冷式。360 kV级 63000kVA及以下 三相双线圈油浸式电力变压器。（630kVA）6300kVA及以下为油浸自冷式，8000一40000kVA为油浸风冷式，50000kVA及以上为强迫油循环风冷式或水冷式。4110 kV级 63000kVA及以下 三相双线圈或三相三线圈油浸式。（3150kVA）6300kVA及以下为油浸自冷式，8000一40000kVA为油浸风冷式，50000kVA及以上为强迫油循环风冷式或水冷式；5220 kV级 360000kVA及以下 三相双线圈、三相三线圈、三相自耦油浸式电力变压

5、器。一般都采用强迫油循环风冷式或水冷式。（31500kVA）,重点介绍油浸式电力变压器的一般设计方法,1一高压套管；2一分接开关；3一低压套管；4一气体继电器；5一安全气道；6储油柜；7一油表；8一吸湿器；9散热器；10一名牌；11一接地螺栓；l 2一油样活门；13一放油阀门；14一活门；15一线圈；16一信号温度计；17一铁心；18一净油器；19一油箱；20一变压器油。,图1-3 油浸式电力变压器结构概况,第二章 电力变压器结构简介 2-1 电力变压器铁心结构,图2-1 变压器铁心结构（a）心式结构（线包铁）（b）壳式结构（铁包线）,表2-1 铁心结构特点及适用范围,续表2-1 铁心结构特点

6、及适用范围,续表2-1 铁心结构特点及适用范围,在一个周期内的交变磁通分布,三.铁心材料、截面及其迭积图1.材料 热轧硅钢片、冷轧硅钢片、非晶合金新型材料2.铁心迭积图#对装式铁心（心柱、轭分别迭装）#迭装式铁心 铁心迭积图：指迭装式铁心迭片的布置与排列方式,（a)一直接缝(b)一半直半斜接缝(c)一68斜接缝(d)一全斜接缝图2-5 三相心式铁心迭积图,3.铁心与铁轭截面形状,图2-6 铁心柱截面形状,图2-7 铁轭截面形状,四.铁心绑扎,图2-8 穿心螺杆夹紧铁心 图2-9 绑扎铁心,2-2 电力变压器绕组结构,一.线圈分类及结构特点,1.圆筒式线圈基本结构,图2-8 圆筒式线圈结构示意图

7、,表2-2 为圆筒式线圈的结构形式、特点及其适用范围,2.饼式线圈基本结构,图2-9 连续式线圈示意图 图2-10 纠结式线圈示意图,图2-11 单螺旋线圈示意图 图2-12双螺旋线圈示意图,表2-3为饼式线圈的结构形式、特点及其适用范围,饼式线圈的结构形式、特点及其适用范围,3.并联导线换位,图2-13 变压器漏磁场分布,图2-14纵向漏磁场,图2-15 并绕导线换位方式,二.线圈材料 铜线、铝线,对线圈设计的基本要求 电气强度、耐热强度、机械强度,2-3 电力变压器绝缘与散热,二油浸式电力变压器绝缘等级及绝缘材料 A级绝缘；变压器油和绝缘纸板三.有关绝缘的几个基本概念 绝缘结构；绝缘配合；

8、绝缘击穿油箱及散热器结构 油箱是变压器的容器、散热装置应具备足够的机械强度。油箱结构随容量增大而有所改变。两种主要结构型式：平顶式(图2-16)拱顶式(图2-17钟罩式)。,平顶式油箱 拱顶式油箱,第三章 变压器设计概述3-1变压器设计的任务,电磁设计和结构设计,3-2变压器主要技术参数 电力变压器设计任务书,.了解变压器型号二.变压器技术参数1变压器额定容量；2相数；3 频率；4一次和二次侧线圈的额定电压；5联结组；6调压方式及调压范围；7负载特点；8使用条件和海拔高度变压器技术性能数据,9阻抗电压；10负载损耗；11空载损耗；12空载电流,a.阻抗电压（表中为双线圈电力变压器的阻抗电压值）

9、,b.空载电流,c变压器损耗,3-3变压器设计的一般程序,(l)根据设计任务书确定各原始技术数据;(2)计算铁芯柱直径、选择 铁芯柱和铁轭截面:(3)根据硅钢片牌号，初选 铁芯柱磁密，计算每匝电势;(4)计算高低压绕组匝数(5)根据正常及过电压下的 电气计算，进行绕组铁芯等部分 的绝缘设计，确定变压器的主、纵绝缘结构;(6)高、低压绕组设计，(7)短路特性计算;(8)磁路系统设计和空载特性的计算，（9）散热及冷却装置计算；（10）温升计算；（11）安匝平衡与短路电动力计算；（12）重量计算；（13）其它特殊计算。,图3-1 变压器设计流程图,3-4变压器设计“增长定律”和“十年变电成本”,增长

10、定律 在系列产品中，变压器的几何尺寸随变压器容量的增大而相应增长。如果几何尺寸之间的比例关系不变时，变压器系列产品结构都是相似的。并且存在关系十年变电成本 变压器正常运行时，十年内材料消耗和能源消耗的总和，即 变压器的主要几何尺寸 铁心柱直径、铁窗高度、铁窗宽度。他们对变压器性能及技术经济指标影响很大。电流密度的选择，将直接影响变压器常数和负载损耗水平。磁通密度的选择，将直接影响变压器常数和变压器空载损耗水平。,第四章 变压器设计一般方法及设计依据4-1电压和电流的计算,一.联接组（常用的三种标准联接组）Yyn0 Yd11 YNd11二.电压计算,若高压绕组带分接，如图示。则计算各分接对应的分

11、接电压,三.电流计算,最大分接 X1-X2；额定分接X3-X4；最小分接X5-X6,算例：,（算例),4-2变压器铁心与空载损耗计算,确定铁芯柱截面积1.铁芯柱直径与级数的关系 直径一定，级数基本确定 2.铁芯柱最大截面积及 各级片宽的理论计算,二.铁轭截面 常用的冷轧硅钢片铁轭级数与铁心柱级数相同，截面相同。特殊情况：采用椭圆形铁轭截面、T形铁轭截面等。三.铁心柱直径计算 影响有效材料的消耗、变压器的体积及性能。一般以每柱容量作基础进行计算。,3.铁心油道 铁心直径大，需设置冷却油道使铁心中各点的温度不超过80，油道宽度一般为56mm。油道数目与铁心直径、级数及迭片系数有关。4.铁心迭片系数

12、（查国标准）,例题：求直径为50mm、n=3的铁心柱各级片宽及最大截面积。,每柱容量计算,定义：每柱容量是变压器的物理容量(计算容量)除以套有线圈的铁心柱数，而物理容量必须折合成双线圈变压器容量。单相双线圈变压器每柱容量三相双线圈变压器每柱容量 三相三线圈变压器每柱容量 单相双柱三线圈变压器每柱容量 自耦变压器每柱容量,四.铁心重量计算,单相变压器铁心重量计算 总重量=铁心柱重量+铁轭重量+角重三相变压器铁心重量计算 总重量=铁心柱重量+铁轭重量+角重五柱变压器铁心重量计算,总重量=铁心柱重量+铁轭重量+旁柱重量+旁轭重量+角重,五.变压器空载损耗,空载损耗铁心损耗涡流损耗磁滞损耗理论上：实际

13、上：根据不同的磁密值查出所对应的硅钢片单位损耗值，再乘以铁心重量得出总的空载损耗。即：铁心柱和铁轭级数相同 时有 不同时,六.计算空载电流,空载电流包括有功分量和无功分量。常以额定电流百分数表示。算列：巳知三相三线圈铝线变压器(SFSL-6300110)，其容量比为100l00100。试确定其铁心柱直径并计算空载损耗及空载电流,4-3变压器线圈计算,关于线圈结构的几个概念#匝：导线与铁心中磁通相交链#线饼：多匝导线沿线圈辐向排列形成。多个线（饼）段组成线圈。#线层：多匝导线沿线圈轴向排列形成。线圈可由多层线匝组成。一.线圈结构型式 由工作电压和容量选定，同时考虑各种型式线圈的特点。,二.饼式线

14、圈计算,1线圈电压、电流计算 2初选匝电势3低压线圈匝数计算4确定匝电势5磁通密度计算 6.磁通计算7高(中)压线圈匝数计算 一般先计算最大(或最小)分接匝数，然后减（加）分接匝数。算例。,Gs,8电压比校核 例如：具有士2*25的分接电压的高压线圈，电压比校核：9线圈电抗高度估算 线圈高度：是指线圈压缩后的总高度.线圈电抗高度：是指计算阻抗电压时的线圈净高度.线圈高度，对阻抗电压值、温升、机械力、材料消耗等技术经济指标均有影响.借助经验数据确定线圈高度的方法.,10电流密度选择 饼式线圈的散热情况比层式线圈好.一般情况下，铝线取1.72.3 Amm2。铜线取3.04.5 Amm2.11.估算

15、导线截面积12导线匝绝缘 13线段排列及计算(1)线段分配(2)高压线圈段数及每段匝数计算(3)低压或中压(无分接线圈)段数分配(4)在线段匝数分配计算时应注意的问题,14高压线圈导线高度计算15低压线圈导线高度确定16线段辐向尺寸计算(1)正常线段(2)其它线段17.线圈绝缘半径及主绝缘距离(查表)18.线圈轴向高度计算19.线圈直流电阻及重量计算2075下直流电阻损耗计算,4-4电力变压器的绝缘设计,雷电过电压操作过电压短时工频电压正常工作电压主绝缘纵绝缘 绝缘水平 绝缘结构,二.电力变压器主绝缘设计,油浸式电力变压器的主绝缘采用油一隔板结构型式.主绝缘设计的任务是正确选择这些间隙尺寸及所

16、采用的绝缘材料等，使其耐电强度大于试验电压下的最大电场强度。,.线圈间绝缘结构设计（）厚纸筒大油隙结构 纸简厚度为6mm，油隙宽度大于20mm.所有油隙全部击穿的情况下，纸简也能承受全部试验电压的作用（）薄纸筒小油隙结构型式 纸筒厚度小于4，油道宽度小于12.这种结构一般认为主绝缘的击穿主要是油隙的击穿，而油隙一旦击穿，纸筒也就丧失绝缘能力，因此要求纸筒能耐受住试验电压是没有必要的。2.线圈端部绝缘设计 降低端部场强，提高端部绝缘耐电强度的三种方法：,.几种不同电压等级的变压器主绝缘结构,图4.1,图4.2,图4.3,图4.4,三.电力变压器纵绝缘设计,1.匝间绝缘2.层间及段间（饼间）绝缘,

17、图4.5,图4.6,图4.7,3.不同电压等级的变压器纵绝缘结构,图4.9,图4.8,四.变压器引线绝缘,图4.11,图4.10,4-5 变压器阻抗电压计算,一.概述 短路阻抗：是当负载阻抗为零时，变压器内部的等效阻抗.阻抗电压：是指变压器短路阻抗乘以同侧的电流.短路阻抗的标么值也与阻抗电压的标么值相等.它对变压器的制造成本、短路电流的大小、电压质量的高低以及系统运行性能等都有显著的影响。,二.漏电抗计算基础,漏电抗就是反应漏磁场的参数.计算式：,三.纵向漏磁通及横向漏磁通分布,纵向漏磁通：平行于线圈轴向.短路时将引起极大的辐向电动力,横向漏磁通：与线圈轴向方向相垂直的漏磁通.,变压器绕组产生

18、的漏磁通空间分布与理论分布图,（纵向）漏磁通空间分布,漏磁通理论分布,绕组高度不等时的漏磁通空间分布,（b）为纵向漏磁,（c）横向漏磁场,四.阻抗电压计算,以三相双线圈变压器为例，计算漏电抗及阻抗电压,（1）低压绕组漏磁链,（2）高压绕组漏磁链,（3）主空道内总漏磁链,变压器总漏磁链,变压器漏电抗,阻抗电压（标么值）,算例：,不同结构的变压器短路阻抗不同.但计算思路是一样的.计算大容量变压器时，通常只计算纵向电抗分量即可.而计算中、小型变压器时，还要增加电阻分量计算.阻抗电压偏差20以上，要重新选择铁心直径.当初选值偏大时，说明初选的铁心直径偏小，调整时要加大铁心直径.阻抗电压偏差10%左右，

19、可调线圈高度、改变线圈辐向尺寸等.阻抗电压的计算不能孤立地进行，有时必须与损耗值、温升、短路机械应力计算一并考虑.最好是在基本完成电磁计算后，再决定如何调整不符合要求的阻抗电压值.,4-6 损耗计算,变压器空载损耗和负载损耗.空载损耗也称为基本铁耗，主要是主磁通在铁磁材料中交变引起的磁滞损耗和涡流损耗.负载损耗是当变压器在短路试验时从电源所吸取的功率：短路损耗（基本铜耗），线圈的附加损耗(包括导线的涡流损耗及不完全换位损耗).引线损耗 钢铁结构件中的杂散损耗.空载损耗的计算，线圈电阻损耗计算已讲过.主要介绍各种饼式线圈附加损耗的计算方法。,1.导线纵向涡流损耗计算,导线在dx宽度内产生的涡流损

20、耗为：,总损耗为：,实际计算时一般常用涡流损耗占电阻损耗的百分数表示.,设计手册中对导线纵向涡流损耗占基本铜耗的百分数按下式计算,3.导线不完全换位时引起的附加损耗,4.引线损耗,电流通过引线，由于引线电阻而产生的损耗,漏磁通穿过夹件、钢压板、螺栓及油箱壁等产生杂散损耗。精确计算是有困难的，只能采用近似方法进行计算或查表估算。,5.杂散损耗,4-7温升计算,一.变压器发热和散热过程变压器发热2.热平衡状态3.温升4.变压器散热过程（传导、对流、辐射）,二.变压器温升及温度限定值 变压器的温升限值以变压器的使用寿命为基础。油浸电力变压器一般采用A级绝缘材料，它的最高允许温度为105.对油浸式变压器最热点的寿命计算温度一般认为是98。线圈的平均温升为65，线圈的年平均温度为65+2085.油顶温升为55，而线圈最热点的温升比油顶层温升高23c，因此线圈最热点的温升为78，年平均最热点温度为98.,三.温升计算,1.线圈表面对油的平均温升2.油对空气平均温升计算 3.绕组对空气平均温升计算4.顶层油对空气平均温升,4-8 机械力计算及安匝平衡,1.安匝分布及线圈受力情况2.安匝平衡计算 算例,4-9 重量计算,4-10 变压器电磁设计方案调整方法,