19 低压变压器设计

第一章设计任务书一、主要技术数据1.额定容量：S=250KVA;2.频率：f=50Hz3.额定电压：U2N /U1N=8000V/400V;4.相数：m=3;5.连接组别：Y,Yn0;6.阻抗电压：UK=4%7.空载损耗：P=640W;8.负载损耗：PK=4000W;9.空载电流：I=2%;10.线圈对空气的温升：QK=650C;11.油顶层对空气的温升：Qh=550C;12.油对空气的平均温升：QB=400C13.冷却方式：油浸自冷式；14.装置方式：户外。

二、技术要求1.PK 和P设计值不应超过保证值的 2%;2.UK值不应超过保证值的2.5%;3.油面最高温升为550C，绕组最高温升为650C，铁心最高温升为800C；4.一次绕组对地耐压为35Kv,二次绕组对地耐压为5Kv;三、材料硅钢片：冷轧钢片DQ151-35（35Z145）;导线：铜线（纸包圆、扁铜线）。

四、毕业设计工作项目1.变压器的电磁计算；2.变压器的温升计算。

五、毕业设计说明书内容1.前言；2.变压器的一般说明；3.电磁计算单；4.温升计算单；5.变压器重量计算；6.结束语。

六、毕业设计应完成的图纸1.总装图（2号图纸一张）；2.铁心图（2号图纸一张）；3.铁心装配图（2号图纸一张）；4.高、低压线圈图（3号图纸两张）；5.油箱图（2号图纸两张）。

第二章变压器设计概述1、现状及发展趋势随社会经济的不断发展，电气产品的种类越来越多，对电源电压等级和质量的要求也日益增加，并且现代化的工业企业广泛地采用电力做为能源，而电力传输，电压等级的改变等都必须由变压器来完成．变压器在输配电系统中占着十分重要的地位，要求它能够安全可靠地运行．当变压器在运行中损坏时，将造成停电事故，甚至造成重大的国民经济损失．变压器除应用在电力系统中外，在其他方面的应用也十分广泛．现已形成多极化发展趋势．例如冶金用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，煤矿用的防爆变压器和特殊结构的矿用变压器，以及交通运输用的电力机车变压器和船用变压器等．变压器也成为各行业中不可缺少的电气设备．２、优点及存在问题a . 结构方面：１）．单相和三相变压器三相电力变压器大量采用，三相变压器与相同容量，相同电压等级的单相变压器相比较，三相变压可节约硅钢片，刚材和绝缘油等主要材料，还可以降低制造费用，缩短时间．但三相变压器制造受运输条件的限制，某些特大容量的三相变压器还要做成单相变压器．2 ). 铁心式和铁壳式铁壳式变压器绝缘结构和制造工艺比铁心式复杂，所以铁心式占有主要地位．但有些国家却认为在大型电力变压器上铁壳式结构比较可靠，且可以得到较大容量．３）．自藕式电力变压器同高压线圈和低压线圈分开的普通电力变压器比较,制造自藕式变压器可以减少铜和硅钢片的消费,降低损耗,提高单位容量.同时自藕式变压器还可以联成灵活的接线,节约高压设备.4 ). 有载调压电网的容量增长,需要随时调整电压,以便在各个发电厂和变电所之间,电网各个区段之间经济地分配有功和无功负荷,保持用户的电压稳定,因此带负载调整电压的装置发展很快.b .安装方面电力变压器的单个容量增大时,重量和外径尺寸也相应增大,给运输带来不便,限制了变压器的单个容量制造限度,也促进了变压器的进一步发展.目前解决的方法主要有:1 ). 采用导磁率比较高的冷轧钢片制造铁心,这样就可以选择较高的磁通,进而就经验减小铁心的直径,也就可以减小油箱的尺寸;2 ). 改变绝缘结构,采用压缩系数比较小的新型绝缘材料,缩短相邻线圈之间的距离,可以减小电力变压器铁心尺寸.3）.改进部件的结构，受运输条件的限制的部件，可合理改变结构，例如：把油箱做成分节式和钟罩式，采用电容型套管，从油箱侧面引出高压套管等措施，以降低电力变压器的总高度。

4）.拆卸电力变压器的附件，减少运输尺寸和运输重量，在变压器运到目的地后，再组装。

c. 提高效率方面1）.选择铁心结构和材料，采用冷轧硅钢片制造铁心，其损耗远小于热轧钢片制造的铁心。

改进铁心的结构，如把硅钢片的连接处做成斜接头和采用卷制铁心等措施，以降低变压器的空载损耗。

2）.减少附加损耗，由漏磁所引起的涡流和磁滞等附加损耗，对大型变压器来说损耗甚为可观。

因此，常用电或磁的屏蔽，以及改变漏磁通回路的方法来降低这部分损耗。

3）.改进冷却方式，油浸风冷是目前大中型变压器常用的冷却方式，当电力变压器容量达到100000千伏安以上时，采用强迫油循环风冷或油循环水冷等效率更高的冷却方式。

采用高效率的冷却方式，可以减少电力变压器的尺寸和降低变压器的制造成本。

3、设计内容及指导思想1）.设计内容电力变压器设计包括：电磁计算和结构设计。

电磁计算的任务在于确定变压器的电磁负荷和主要尺寸，计算性能数据以及重量、外形尺寸等。

计算结果必须满足有关技术标准的规定和使用部门的要求。

结构设计的任务是选定各种结构件的形式，核算各部分的强度。

同时，应使整体结构及其零部件的制造符合节约原材料、加工方便以及便于安装、运输和维护修理等要求。

进行系列产品设计时，还要做到统一技术条件、统一标准件、统一安装尺寸和连接尺寸、以及从整体系列来考虑某些设计。

本设计以三相低压油浸自冷式电力变压器为例，主要阐述了变压器的电磁计算和温升计算，并涉及到部分结构设计。

变压器的产品设计，尤其是系列产品设计，要根据国家经济技术政策、资源情况以及制造和运行部门的要求，合理制定变压器性能数据和相应结构。

设计应立足全局，综合考虑各方面因素，力求所设计的产品的单位容量损耗和材料消耗都达到经济合理的指标。

一般以“十年变电成本最低”的原则所设计的产品为最佳，同时，尽可能采用新材料、新工艺和新结构。

第三章总体设计方案1、变压器设计计算步骤：下面所述主要是针对电力变压器而言，特种变压器计算基本上与之相同，只需要考虑其中特殊要求和自身特点即可。

a、根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格极其相应的性能参数，如额定容量、额定电压、连接组别、短路阻抗、负载损耗、空载损耗及空载电流等；b、确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心直径；c、初步确定磁通密度，计算每匝电势；d、初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重新计算磁通密度及每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其他分接的匝数；e、根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器主、纵绝缘结构；f、根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组层数、匝数的排列，计算绕组的轴向高度及辐向尺寸；g、计算绝缘半径，确定变压器铁心中心距C，计算高压绕组及其引线电阻和损耗，并估算线圈的附加损耗；h、计算绕组短路损耗，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；i、确定铁心的几何尺寸，计算心柱、铁轭截面积及铁心重量；j、计算空载性能及变压器的效率，计算变压器的油箱尺寸及冷却油管的数目、尺寸和总长度；k、计算油的温升，当油温升过高或过低时，应调整冷却器数目，计算绕组对油的温升，不合格时，可调整导线规格或调整每层匝数，当超过规定值过大时，则需要调整变更铁心柱直径。

2、变压器设计程序框图记录原始数据：产品主要技术参数确定主要电气数据根据经验选定相关参数，确定铁心直径选定铁心柱磁通密度，计算每匝电势先设计低压绕组，确定磁通密度及每匝电势，再设计高压绕组。

计算短路损耗和短路电压，检验短路电压是否符合要。

不合格时另选导线，重新设计高、低压线圈另选铁柱直径，重新设计。

铁心几何尺寸的最后确定空载性能计算，并检验空载性能是否符合要求。

设计变压器总体平图，确定油箱尺寸及冷却装置。

计算油的温升及线圈对油的温升。

并检验温升是否符合要求。

绘制变压器外形尺寸图及主要零部件图。

不合格时不合格时温升偏高或偏低时，可调整冷却装置数目。

第四章 详细设计方案（一） 变压器设计计算单 一、主要技术数据1.额定容量：S=250KVA;2.频率：f=50Hz3.额定电压：U 2N /U 1N =8000V/400V;4.相数：m=3;5.连接组别：Y,Yn0;6.阻抗电压：U K =4%7.空载损耗：P 0=640W;8.负载损耗：P K =4000W;9.空载电流：I 0=2%;10.线圈对空气的温升：Q K =650C; 11.油顶层对空气的温升：Q h =550C; 12.油对空气的平均温升：Q B =400C 13.冷却方式：油浸自冷式； 14.装置方式：户外。

二、主要电气数据决定1.每相容量： m S S =Φ=3250=83.333（VA ）； 2.每柱容量： C S S ='=3250=83.333（VA ）； 3.额定电流高压侧： 2I =23310U S ⨯⨯=80003102503⨯⨯=18.43（A ）；低压侧： 131310U S I ⨯⨯==4003102503⨯⨯=360.844（A ）；4.相电流高压侧： 22I I =Φ=18.043（A ）； 低压侧 11I I =Φ=360.844（A ）； 5.相电压高压侧： 322U U =Φ=38000=4618.8（V ）； 低压侧： 311U U =Φ=3400=230.94（V ）；6.线的试验电压设表—1 I 、∏类油浸式电力变压器的实验电压绝缘等级（KV ） 3 6 10 最大工作电（KV ） 3.5 6.9 11.5 实验电压（KV ）182535注：1.油浸式或空气自冷式变压器线圈工作电压为1KV 及以下者其实验电压为5 KV ； 2.绝缘等级在10KV 及以下者的空气自冷式变压器其实验电压用表所列数值的2/3。

三、主要尺寸的决定7.铁柱直径 167.08835.063.15011.1115.711.1=⨯⨯⨯==ππc c B K fB u d cm其中:c B --为铁柱中磁通密度,油浸式变压器对冷扎硅钢片取c B =1.65T ； c K --为圆面积的总的填充系数Fe kp c K K K .=,其中kp K 为圆面积填充系数；kp K --圆面积的填充系数，取kp K =0.93(预选7级),Fe K 为压装系数,不涂漆的冷扎片时取Fe K =0.95,故Fe kp c K K K .==0.938835.095.0=⨯；B u --为预计每匝电压SC u B 1=,对铜线变压器45.01=C ,故115.725045.0=⨯=B u V ；d---铁柱直径，求得的值常加以修正，以0.005米进位修正； 对铁柱直径进行修正，可得到0.17米和0.160米两种直径。

即：最大、最小两种设计方案。

方案一：（直径m d 17.0=）8.漏磁间隙直径的平均值(初步值)()m a a a d d 224.001.00166.02005.0217.022*******=+⨯+⨯+=+++=其中:01a ---为铁柱与低压线圈间油道的宽度取01a =0.005m;12a ---为高低压线圈间油道的宽度,当kv U 102=时, 12a =0.01m; 1a ---为低压线圈的径向尺寸,在初步计算时取1a =m S 0166.0'105.543=⨯- 9.线圈的轴向尺寸(初步值)m d l 306.03.2224.012=⨯=⨯=πβπ 其中β--为主要尺寸比,见<<电机设计>>表13-5,取β=2.3 10.铁柱的有效面积(初步值)()22202.0417.08835.04m d K A cc =⨯⨯=⨯=ππ11.每匝电压(初步值)()V A fB u c c B 32.702.063.15044.444.4=⨯⨯⨯== 12.低压线圈匝数523.3132.794.23011===ΦB u U ω 1ω---取整数：1ω=3213.每匝电压最后值()V U u B 217.73294.23011===Φω14.铁柱中的磁通密度(初步值)()T fA u B c B c 624.102.05044.4217.744.4=⨯⨯==四.低压线圈的计算15.高低压线圈的平均电流密度由经验可知：容量为100—630KVA ，线圈电压等级为0.4KV 的圆筒式线圈电流密度范围为：3.0—4.32/m MA 初选m A j av /105.36⨯=2。