电力变压器设计原则.docx

电力变压器设计原则1.铁心设计LI铁心空载损耗计算：Po=kp.poGW其中：kp铁心损耗工艺系数，见表2；Po电工钢带单位损耗（查材料曲线），W/kg；G铁心重量，kgo1.2铁心空载电流计算空载电流计算中一般忽略有功部分。（1）三相容量W6300kVA时：（G+G2+G3幻z+S分0/，。=10.S,k其中：Gi、G2、G3分别为心柱重量、铁辆重量、角重，kg；k铁心转角部分励磁电流增加系数，全斜接缝k=4；qt铁心单位磁化容量（查材料曲线），VA/kg；S心柱净截面积，cm2；Sn变压器额定容量，kVA；n铁心接缝总数，三相三柱结构n=8；¾接缝磁化容量，VA/cm2,根据Bm按表1进行计算。表1接缝磁化容量磁通密度（T）1.001.011.021.031.041.051.061.071.081.09磁化容量（VAZcm2）0.1250.1350.1450.1550.1650.1750.1870.2000.2140.229磁通密度（T）1.101.111.121.131.141.151.161.171.181.19磁化容量（VAc?）0.2450.2610.2780.2960.3150.3350.3570.3810.4070.435磁通密度（T）1.201.211.221.231.241.251.261.271.281.29磁化容量（VAc?）0.4650.4960.5280.5610.5950.6300.6700.7100.7550.800磁通密度（T）1.301.311.321.331.341.351.361.371.381.39磁化容量（VAZcm2）0.8500.9000.9501.0001.0501.1001.1501.2001.2501.300（2）三相容量630OkVA：Zo=-%10S%ki空载电流工艺系数，见表2；G铁心重量，kg；ql铁心单位磁化容量（查材料曲线），VA/kg；Sn变压器额定容量，kVAo表2铁心性能计算系数（全斜接缝）铁心形式三相三柱结构三相五柱中单相四柱变压器容量<100IOO50063016002000-6300800063000>63000等挽不等规损耗系数kp1.301.251.201.181.151.201.351.05电流系数ki1.601.401.401.601.30注（1）等辗表示铁心主规与旁朝的截面相等。1.3铁心圆与纸筒之间的间隙见表3表3铁心圆与纸筒间隙铁心直径<2002002552604905006506558008051000Iolo120012101600间隙3456789101.4铁心直径与撑条数量关系见表4表4铁心直径与撑条数量关系铁心直径<95100200205255260335340470480630640690700770780900撑条数量688或1010或1212162020或2424或28续表4铁心直径与撑条数量关系铁心直径910-10001010-11401150-13001310-1600撑条数量28或323232或40401. 5铁心直径与夹件绝缘厚度关系见表5表5佚心直彳仝与夹中修色缘厚度关系铁心直径702002052552603303404504605505606506608008101000IOlo1600夹件绝缘26101216192329322.绝缘结构2. 1IOkV级变压器2. 1.1纵绝缘结构(1)高压绕组(LI75AC35)1）饼式结构导线匝宸缘0.45,绕组不直接绕在纸筒上，所有线段均垫内径垫条1.0mm；各线饼轴向油道宽度见表15；分接段位于绕组中部。中断点油道4.0mm,分接段之间（包括分接段与正常段之间）油道2.0mm,正常段之间0.5mm纸圈。整个绕组增加9.Omm调整油道。2）层式结构层式绝缘：首层加强0.08义2,第2层与末层加强0.08X1。当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段均垫内径垫条LOmm。（2）低压绕组（AC5）当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段垫内径垫条LOnlnb所有线段之间垫0.5mm纸圈当高压绕组为饼式结构时，对应高压分接段处应注意安匝平衡。2. 1.2主绝缘结构（1）铁心圆与纸筒之间的间隙见表3；低压绕组内纸筒厚2.Ommo当低压绕组需要内部散热面时要相应留出辐向间隙。（2）主空道如下：1）当高压绕组直接绕在厚2.0mm纸筒上时，主空道为10.Omm：低压绕组一8.0油隙（包括1.5mm套装裕量，注意低压换位影响）一2.0纸简一高压绕组。2）当高压绕组为饼式结构但内径侧不需要轴向油隙时，主空道为12.0mm：低压绕组一6.5油碳（包括L5mm套装裕量，注意低压换位影响）一2.0纸简一2.5油隐一1.0垫条一高压绕组。3）当高压绕组内径侧需要轴向油隙时，主空道为14.0mm：低压绕组一6.5油隙（包括1.5mm套装裕量，注意低压换位影响）一2.0纸简一4.5油除一L0垫条一高压绕组。2.1.3端绝缘：54mm下部(15端圈+10下铁蜿绝缘)nun；上部(15端圈+10上铁挽绝缘+4调整)mm。当铁窗侧有拉带时，铁帆垫块需分相制作，此时端绝缘要增加厚20mm的压板。2. 1.4相间：高压D接：12(10+2隔板)mmo高压Y接：8mm。3. 235kV级变压器4. 2.1纵绝缘结构(1)高压绕组(LI200AC85)*勾导线匝绝缘0.45。当绕组不直接绕在纸筒上时，首、末端各两段垫内径垫条4mm,所有其他线段垫内径垫条LOInn1。各线饼轴向油道宽度见表15。分接12段位于绕组中部，中断点两侧各两段为纠结式结构。中断点油道4.0mm,分接段之间(包括分接段与正常段之间)油道2.0mm,正常段之间LOmm纸圈。整个绕组增加9mm调整油道。2)层式结构Y接结构：首、末层加强0.08X1。静电屏0.3Imn铝板包绝缘0.08X6,总厚度按L5m)考虑。D接结构：两段层式。(2)低压绕组(AC5)当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段垫内径垫条LOmn1。当低压绕组为饼式结构时，所有线段之间垫05mm纸圈。当高压绕组为饼式结构时，低压绕组上对应高压分接段的位置应注意安匝平衡。2.2.2主绝缘结构(1)铁心圆与纸筒之间的间隙见表3,内纸筒厚3.Ommo从绝缘角度考虑的绝缘距离如表6：表6低压绕组与铁心圆（不包括套装间隙）之间绝缘距离低压绕组电压等级0.43.0、6.310.015.0到纸筒内表面距离08.5当低压绕组内表面需要轴向油道时，要相应增大绝缘距离。当低压绕组为饼式结构时，要考虑低压线饼的LomnI内径垫条和内径处2.5mm的轴向撑条。（2）主空道20mm：低压绕组一8.0mm油隙（包括3.Omm套装裕量，注意低压换位影响）-3.Omm纸筒一8.0mm油隙一1.Omm内径垫条一高压绕组或屏蔽。当高压绕组为饼式结构时，高压绕组内径侧应该有厚3.OrnnI轴向撑条。2. 2.3端绝缘结构（1）绕组导线为纸包电磁线时，端绝缘94r:下部：（8油隙+15端圈+2角环+1纸圈+19卜铁转绝缘）mm；上部：（8油隙+10端圈+2角环+1纸圈+24上铁辄绝缘+4裕敢）mmo当铁窗侧有拉带而要求铁辗垫块分相制作时，上铁轨绝缘改为29,其中包括20mm厚压板和9mm端圈）。（2）绕组导线为漆包电磁线时，端绝缘104mm：下部：（8油隙+15端圈+2角环+1纸圈+24卜铁辄绝缘）mm；上部：（8油隙+10端圈+2角环+1纸圈+29上铁辄绝缘+4裕Qmmo当铁窗侧有拉带而要求铁辗垫块分相制作时，上铁辗绝缘中包括20mm厚压板和9mm端圈）。2.2.4相间（1）饼式绕组：高压Y或D接27mm（包括3mm隔板）。（2）层式绕组：高压Y接15mm无隔板；高压D接27mm（包括3隔板）。3.绕组材料3. 1高强度缩醛漆包圆铜线表示方法：缩醛漆包圆铜线标称直径QQ-23. 2纸包圆铜线表示方法：纸包圆铜线z导线两边绝缘厚度标称直径绝缘厚度：0.30,0.45,0.80,1.20,1.80,4.25等3. 3纸包铜扁线表示方法：纸包铜扁线ZB一绝缘两边厚度裸线厚义裸线宽ZAB一绝缘两边厚度裸线厚X裸线宽其中：ZB表示电缆纸或电话纸，ZAB表示高密度电缆纸(500kV)o绝缘厚度：0.45,0.60,0.95,1.35,1.60,1.95,2.45,2.95等。3. 4组合导线(1)组合导线根数与单根裸线厚度的关系见表7表7组合导线根数与单根裸线厚度关系导线组合根数234单根裸线最大厚度2.52.01.6(2)统包绝缘后组合导线的宽厚比21.4(3)表示方法：组合导线ZB1/la×b×n(4)尺寸计算：宽度二单根导线带绝缘宽度+统包绝缘厚度厚度二单根导线带绝缘厚度X导线组合根数+导线间夹垫绝缘厚度(0.1mm)+统包绝缘厚度3. 5换位导线(1)表示方法：换位导线HQQ-绝缘厚度a×b×n自粘换位导线HQQN-绝缘厚度a×b×n(2)尺寸计算：径向尺寸=(a+ka)(n+1)/2÷l轴向尺寸=2(b+kb)+t+c其中：c一一两摞导线之间加垫绝缘的厚度。当两摞导线接触尺寸VlO时0；当两摞导线接触尺寸210时c=0.13。ka一一径向修正系数。kb轴向修正系数，如表8表8换位导线尺寸计算的修正系数换位导线种类径向修正系数ka轴向修正系数h普通换位导线0.16=0.11+0.050.17=0.11+0.06自粘换位导线0.19=0.14+0.050.20=0.14+0.064. 阻抗与负载损耗计算系数4.1IOkV变压器阻抗与负载损耗的计算系数如表9：表9IOkV变压器阻抗与负载损耗计算系数容量(kVA)4006301000125016002000阻抗计算系数1.001.021.051.071.111.20负载损耗计算系数1.101.151.181.201.221.254.235kV变压器阻抗与负载损耗的计算系数如表10：表1035kV变压器阻抗与负载损耗计算系数容量(kVA)500630800100016003500阻抗计算系数1.031.041.051.061.071.08负载损耗计算系数1.121.151.161.171.191.205.绕组结构5. 1层式绕组6. 1.1不满匝的位置(1)无内部油道的情况：不满匝位于最外层。若最外层由于分接出头需要满匝时，不满匝应在次外层，并用纸条进行填充。(2)带内部油道的情况：不满匝位于油道内侧最外层(稀绕不填充纸条八(3)四层圆筒式：不满匝位于中间的第二层或第三层，且要填充纸条。(4)双层圆筒式：不满匝位于外层，且要填充纸条。5.1.2导线换位当导线沿辐向并联时需要要增加换位高度，并用纸条填充。5.1.3轴向油道尺寸(1)油道位置当绕组内外径侧均为散热面时，中部油道位于绕组辐向的1/2处；当内径侧无散热面时，中部油道位于(从内径侧起)绕组辐向的1/32/5处。(2)油道尺寸如表IL表11层式绕组轴向油道尺寸绕组富度3803814604615405416206217007017807818608619402940油道厚度3.03.54.04.55.05.56.06.57.0(3)层间绝缘厚度如表12:表12层式绕组层间绝缘厚度层间电压500501800801120012011600160120002001240024012800280132003201350035013800380141000.08总张数345678910111213长张数34344556677短张数2233445565.2.1单螺旋绕组的“242”不等距换位(1)导线并联根数必须为4的倍数；(2)当导线并联根数小于撑条数时，轴向导线的根数二绕组匝数+4；(3)“242”不等距换位端部区的匝数系数见图K5.2.2双螺旋绕组的一次“均匀”交叉换位(1)轴向导线根数二(绕组匝数+1)X2；(2)在绕组换位处辐向超高一根导线的厚度；(3)一次完全换位原则：1)换位次数等于双饼并联导线总根数；2)换位间隔以绕组匝数的一半处为基准上下对称；3)首、末两个“半换位间隔”要不小于正常换位间隔的一半；4)位于绕组端部位置的换位间隔大于绕组中部位置的换位间隔。(4)当变压器容量较大时，应采用3次“均匀”交叉换位。5.3连续式绕组5.3.1连续式绕组线饼的分数部分连续式绕组各线饼少绕的撑条间隔数见表13表13连续式绕组各线饼少绕的撑条间隔数线段名称首、末端出头段正常段辐向并联根数12345671223普通导线12341组合导线或换位导线不跨撑条换位2323跨撑条换位34345. 3.2对于组合导线绕制的绕组，在每一个线段“单元”的中间位置必须进行一次股间换位，且股间换位尽量在线饼的外部连线处进行。一个线段“单元”指的是相邻两个导线焊接点之间的所有线段。6. 4纠结式绕组7. 4.1纠结式绕组的分数部分(1)采用普通扁线绕制时，纠结式绕组各线饼少绕的撑条间隔数如下:1)当并联根数为12时，线饼少绕2个撑条间隔；2)当并联根数为3时(一般不用)，线饼少绕3个撑条间隔；(2)采用组合导线时，线饼少绕的撑条间隔数应适当增大；当需要跨撑条换位时，线饼少绕的撑条间隔数还应再增大。8. 4.2纠结方式（1）改变低部换位纠结方式1）当反段、正段均为奇数匝时：反段和正段上的连线均为外径侧第一根线，纠线为外径侧第二根线。2）当版段为奇数匝，正展为偶数匝时：反段上的连线为外径侧第一根线，纠线为外径侧第二根线；正段上的连线为外径侧第二根线，纠线为外径侧第一根线。3）当反段、正段均为偶数匝时：反段和正段上的连线均为外径侧第二根线，纠线为外径侧第一根线。4）当版段为偶数匝，正展为奇数匝时：反段上的连线为外径侧第二根线，纠线为外径侧第一根线；正段上的连线为外径侧第一根线，纠线为外径侧第二根线。（2）为避免导线换位出现爬坡，不推荐采用“单一双”或“双一单”的纠结式结构。5. 5内屏蔽式绕组6. 5.1内屏蔽式绕组分类：两段屏与四段屏。电压等级高、每段匝数少的情况下采用四段屏结构。7. 5.2内屏蔽式绕组的分数部分内屏蔽式绕组各线饼少绕的撑条间隔数见表14表14内屏蔽式绕组各线饼少绕的撑条间隔数线段名称首、末端出头段正常段辐向并联根数1234'1234普通导线两段屏2323组合导线两段屏（不跨撑条换位）2323组合导线四段屏（不跨撑条换位）34345.5.3屏线的位置（1）首端第1、2段：为便于屏线绕制，且不致因出头移动而损伤屏线绝缘，首端第1、2段的屏线一般放在匝间。（2）正常线段：当各段线饼匝数较多时（如高压绕组），屏线放在匝间或线间差别不大；当各段线饼匝数较少时(如中压绕组)，屏线一般放在线间。5.6饼式绕组中线饼内部轴向油道尺寸与线饼辐向裕度系数(1)线饼内部轴向油道尺寸见表15表15线饼内部轴向油道尺寸冷却方式ONANONAFOFAF线饼辐向尺寸无导向时260；有导向时210021203.54.54.5(2)线饼辐向裕度系数见表16表16线饼辐向裕度系数绕组形式纠结式内屏蔽式连续式双螺旋式单螺旋式线饼辐向裕度系数卧式绕线机1.031.021.01立式绕线机1.021.01变压器为什么用硅钢片做铁芯？常用的变压器铁芯一般都是用硅钢片制做的。硅钢是一种合硅（硅也称矽）的钢，其含硅量在0.84.8%。由硅钢做变压器的铁芯，是因为硅钢本身是一种导磁能力很强的磁性物质，在通电线圈中，它可以产生较大的磁感应强度，从而可以使变压器的体积缩小。我们知道，实际的变压器总是在交流状态下工作，功率损耗不仅在线圈的电阻上，也产生在交变电流磁化下的铁芯中。通常把铁芯中的功率损耗叫“铁损”，铁损由两个原因造成，一个是“磁滞损耗”，一个是“涡流损耗”。磁滞损耗是铁芯在磁化过程中，由于存在磁滞现象而产生的铁损，这种损耗的大小与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。硅钢的磁滞回线狭小，用它做变压器的铁芯磁滞损耗较小，可使其发热程度大大减小。既然硅钢有上述优点，为什么不用整块的硅钢做铁芯，还要把它加工成片状呢？这是因为片状铁芯可以减小另外一种铁损“涡流损耗”。变压器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流着，所以叫涡流。涡流损耗同样使铁芯发热。为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用彼此绝缘的硅钢片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻；同时，硅钢中的硅使材料的电阻率增大，也起到减小涡流的作用。用做变压器的铁芯，一般选用O.35mm厚的冷轧硅钢片，按所需铁芯的尺寸，将它裁成长形片，然后交叠成“日”字形或“口”字形。从道理上讲,若为减小涡流，硅钢片厚度越薄，拼接的片条越狭窄，效果越好。这不但减小了涡流损耗，降低了温升，还能节省硅钢片的用料。但实际上制作硅钢片铁芯时。并不单从上述的一面有利因素出发，因为那样制作铁芯，要大大增加工时，还减小了铁芯的有效截面。所以，用硅钢片制作变压器铁芯时，要从具体情况出发，权衡利弊，选择最佳尺寸。为什么电流源型变频器需要较大的变压器容量？变压器的设计一般只看额定容量，而不看额定功率，因为其电流只与额定容量有关。对于电压源型变频器，由于其输入功率因数接近于1,所以额定容量与额定功率几乎相等。电流源型变频器则不然，其输入侧变压器功率因数最多等于负载异步电机的功率因数，所以对于相同的负载电机，其额定容量要比电压源型变频器的变压器大一些。变压器的容量和什么有关？铁芯的选择与电压有关，而导线的选择与电流有关，即导线的粗细直接与发热量有关。也就是说，变压器的容量只与发热量有关。对于一个设计好的变压器，如果在散热不好环境中工作，假如为IOoOKVA,如果增强散热能力，则有可能工作在1250KVA。另外，变压器的标称容量还与允许的温升有关，例如，如果一台IOoOKVA的变压器，允许温升为IO0K,如果在特殊的情况下，可以允许其工作到120K,则其容量就不止1000KVAo由此也可以看出，如果改善变压器的散热条件，则可以增大其标称容量，反过来说,对于相同容量的变频器，可以减小变压器柜的体积。如何提高变压器效能？1、尽量选用低损耗、高效节能变压器2、根据负载情况，选择合理容量的变压器3、变压器平均负载系数应大于70%4、平均负载系数经常小于30%时，应酌情调换小容量变压器5、提高负载功率因数，以提高变压器输送有功功率的能力6、合理配置负载，尽量减少变压器的运行台数为什么要加快对高能耗配电变压器的技术改造？高能耗配电变压器主要是指：SJ、SJL.SL7、S7等系列变压器，其铁损、铜损都比目前广泛使用的S9系列变压器高出很多，如S7与S9相比，铁损高出11乐铜损高出28虬而新型变压器，如S10、SlI变压器比S9还要节能，非晶合金变压器的铁损只相当于S7的20吼变压器一般使用寿命长达几十年，用高效节能型变压器替代高能耗变压器，不但可提高能源转换效率，而且在寿命期节电效果相当可观。什么叫涡流？涡流的产生有哪些害处？当交流电流通过导线时，在导线周围会产生交变的磁场。交变磁场中的整块导体的内部会产生感应电流，由于这种感应电流在整块导体内部自成闭合回路，很像水的旋涡，所以称作涡流。涡流不但会白白损耗电能，使用电设备效率降低，而且会造成用电器（如变压器铁芯）发热，严重时将影响设备正常运行。变压器瞬动保护为什么要躲过低压短路电流？这主要是考虑了继电保护动作的选择性，高压侧速断保护主要是严重的保护变压器外部故障,在整定是如果不躲过变压器低压侧的最大短路电流,由于低压侧离出口不远的一段范围短路电流值变化不大,基本相等,这样就会使高压侧速断保护的范围扩大到低压出线,从而失去选择性.失去选择性后保护更可靠,但给允许带来了不便，比如现在有许多工业圆设IOKV总配电室（IOKV母线+出线断路器），每个车间设低压配电室（环网柜+变压器），如果断路器不躲过变压器低压侧的最大短路电流将造成低压总开关，（环网柜负荷开关熔断器），高压断路器动作,给运行带来不便.2台并列运行的变压器为什么不允许中性点同时接地运行？大电流系统中，为了满足继电保护灵敏度配合上的要求，需要一部分主变接地，另一'部分不接地。一个站上的两台主变中性点不同时接地，主要考虑的是零序电流、零序电压保护的配合问题。多台变压器并联运行的变电站，通常采用一部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地运行的方式。这样可以将接地故障电流水平限制在合理范围内，同时也使整个电网零序电流的大小和分步情况尽量不受运行方式变化的影响，提高系统零序电流保护的灵敏度为什么新安装或大修后的变压器在投入运行前要做冲击合闸试验？切除电网中运行的空载变压器，会产生操作过电压。在小电流接地系统中，称作过电压的幅值可达34倍的额定相电压；在大接地系统中，操作过电压的幅值也可达3倍的额定相电压。所以，为了检验变压器的绝缘能否承受额定电压和运行中的操作过电压，要在变压器投运前进行数次冲击合闸试验。另外投入空载变压器时会产生励磁涌流，其值可达额定电流的68倍。由于励磁涌流会产生很大的电动力，所以做冲击合闸试验还是考虑变压器机械强度和继电保护是否会误动作的有效措施