电力变压器设计方案.docx
- 文档编号:8495204
- 上传时间:2023-01-31
- 格式:DOCX
- 页数:47
- 大小:508.10KB
电力变压器设计方案.docx
《电力变压器设计方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力变压器设计方案.docx(47页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电力变压器设计方案
电力变压器设计方案
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电力系统作为先行工业,近年来已经得到了长足的发展,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更高的要求。
当前我国已生产了500KV,750KV超高压电力变压器:
2005年全国变压器年产量已达到5亿。
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[1]。
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220KV120000KVA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,全部为国内产品),到80年代国内变压器的最高电压等级为500KV、最大容量为400000KVA1995年制造出了容量为450000KVA电力变压器,本世纪初我国已能够生产740MW500KV的电力变压器和900MW500KV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直流土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直流土800KV作为主要框架,使我国的输变电技术走在世界的前列[2]。
1.2问题的提出及研究的意义
变压器的电磁计算是整个变压器设计和制造的基础,电磁计算的内容包括变压器的整体外形尺寸、性能表现、附件的选取、成本的估计等各方面。
在设计的过程中,如何对铁心直径、导线规格、线圈尺寸等各方面进行局部调整从而使变压器在成本上不是大幅度增加的情况下,整体性能达到一个最佳的表现,则是电磁计算中的重点和难点。
现在我国电网建设的力度正在逐步加大,对高性能的大型变压器的需求量还是很大的,如何快、好、省的发展电力事业,就更需要我们更加深入的研究变压器的电磁计算。
变压器的总损耗是由空载损耗(铁损)和负载损耗(铜耗)这样两部分所组成的。
空载损耗是不随负载大小而变化的,只要加上励磁电压后就存在,它的大小仅随电压波动而略有变化,在运行中基本上可以认为是一个不变化的值。
因此,在总损耗的功率中尽管空载损耗仅占1/6-1/4左右,但从一昼夜的电能损失来看,它所占的比例却并不算小,尤其是一些低负载率的变压器,空载损耗的影响就更加突出。
因此,降低空载损耗对节省运行中的能量损耗具有很大意义,在国外,对降低空载损耗是非常重视的,在衡量1KWh的损耗价格时,不仅要考虑电价,还要考虑为此所增加的输变电设备的投资费用,以及火电厂为此多发电而给环境保护所带来的影响和环保治理所增加的费用等。
另外随着硅钢片材料的进步,其单位重量的损耗正不断降低,在加上工艺加装和结构的改进,也使得附加损耗系数不断降低。
所有这些都使得降低空载损耗既有必要又有了可能。
所谓“低损耗变压器”,实质上主要是通过降低空载损耗来达到降低总电能的目的[3]。
1.3本文研究的内容
本论文对目前电力网中使用的SZ11-25000KVA/35KV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部分的几何尺寸,计算结果满足国家标准规定值。
计算电力变压器的一般程序是:
1.确定硅钢片的型号及铁心结构形式,计算铁心柱直径,得出铁心柱和铁轭截面积
2.根据硅钢片型号,初选铁心柱中的磁通密度,计算每匝电势。
3.初算低压绕组匝数,估算高压绕组匝数4.确定导线规格,进行绕组段数,匝数的排列,计算绕组轴向高度和辐向尺寸
5.计算短路阻抗
6.计算负载损耗
7.计算绕组导线对油的温差
8.计算空载性能
9.计算变压器重量
在进行SZ11-25000KVA/35KV电力变压器电磁方案计算的同时,本文还对降低变压器的空载损耗进行了讨论。
第2章变压器设计
2.1变压器的基本原理
1.电磁感应定律
设磁场中有一N匝的线圈,当线圈交链的磁通发生变化时,线圈中
就会产生感应电动势⑷。
如果感应电动势假定方向与交链的磁通的正方向符合右手螺旋定则,则感应的电动势
enJdt(2-1)
式中:
e-感应电动势,V;
N-线圈匝数;
d①-线圈中磁通的变化,Wb
dt-磁力线变化所需的时间
2.磁感应强度(磁通密度)
磁感应强度为通过垂直单位面积的磁力线数,它是用来衡量磁力线数的强弱的,其中算式可以表示为
B(2-2)
S
式中:
B-磁感应强度,T
-磁通,Wb
s-垂直于磁通的面积,m
3.磁路的基尔霍夫第一定律和第二定律
基尔霍夫第一定律为流入节点的电流等于流出节点的电流;第二定律为在闭合回路中电位升之和等于电位降之和,这是电路的定律。
由于磁与电有相似的规律,故基尔霍夫定律在磁路中同样适用。
设为磁路中的磁
Fo
Rm
通,Rm为磁路的磁阻,Fo为磁动势,应用欧姆定律则有
(2-3)
在同一磁路上有几个线圈就产生几个磁动势,磁通决定于磁动势的总和,即合成磁动势。
应用基尔霍夫定律,当有两个磁动势时,合成磁动势为
(2-4)
FoFlF2
同理,电路上的串并联也可以应用到磁路中
4.楞次定律
线圈中感应电动势的方向总是企图使它产生感应电动势产生的新磁通反抗原有磁通的变化,表达式为
(2-5)
2.2变压器的特点
变压器是一种静止的电器,它利用电磁感应作用将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。
变压器是电力系统中重要的电气设备。
变压器中最主要的部件是铁芯和绕组,它们构成了变压器的器身。
变压器的铁芯既是磁路,又是套装绕组的骨架。
铁芯由心柱和铁轭两部分组成,心柱用来套装绕组,铁轭将心柱连接起来,使之形成闭合磁路。
按照铁芯的结构,变压器可分成心式和壳式两种。
心式结构的心柱被绕组所包围,壳式结构则是铁芯包围绕组的顶面、底面和侧面。
心式结构的绕组和绝缘装配比较容易,所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器的机械强度较好,常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
绕组是变压器的电路部分,用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成;其中输入电能的绕组称为一次绕组(或原绕组),输出电能的绕组称为二次
绕组(或副绕组),它们通常套装在同一个心柱上。
一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流,其中电压较高的绕组称为高压绕组,电压较低的称为低压绕组。
从高、低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式两类。
同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上,交迭式的高、低绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置。
同心式绕组结构简单、制造方便,国产电力变压器均采用这种结构。
交迭式绕组用于特种变压器中⑸。
从变压器技术的发展趋势来看,我国生产500KV级变压器已经成熟,今后750KV级变压器的装备将继续增长,特高压变压器的研究和应用将进一步加强。
对于35KV~200KV电力变压器,下一步的发展重点是进一步降低损耗。
现在的“9”、“10”型35KV~200KV产品,从节约能源、产品总费用最低的观点来看,其损耗仍然偏大。
国外国际招标的这一范围的变压器,其损耗低于“9”型标准。
我国加入世贸组织,变压器的招标国际规范化,损耗将折入投标总价,势必将向更低损耗方向发展。
1、从提高变压器强度观点出发,电流密度低,绕组短路应力也低,所以降低损耗是提高变压器抗短路能力的直接的有效措施;
2、向免(少)维护、高可靠方向发展。
这就要求产品有低的局部放电,牢固的运输定位,无渗漏,有效的漏磁控制技术,足够的抗短路能力,铁芯不发生多点接地,油质保护措施以及焊死油箱等;
3、大城市高负荷密度特殊重要场所的降压变压器将无油化;
4、开发220KV三绕组变压器和自耦变压器高阻抗产品。
此类产品往往在高—中阻抗适当增大的同时,要求低压侧短路电流不超过某限值,因而高—低阻抗往往要达到40%~50%甚更高;
5、适当提高阻抗电压,以降低短路电流;
6、开发研究低损耗、低噪声、低温升型产品;
7、标准问题。
上述许多都涉及这类产品的标准(主要是性能标准)。
随电网建设,特别是城网的发展需要,标准也要适时扩展。
长期以来,在我国变压器行业中,由于在结构设计方面缺乏先进的手段,各生产厂家只能沿用经过多年实践检验过的结构类型,对产品结构改进态度特别慎重,变压器结构型式多年不变,科技人员的创造思维被抑制。
在科学技术飞速发展的今天,在产品竞争激烈的市场经济条件下,如果不能吸取最新科研成果,不断更新换代产品,企业将无生命力可言[5]。
2.3变压器的注意事项
1.确定硅钢片品种、牌号及铁芯结构型式,计算铁芯柱直径,选定标准直径,得出铁芯柱和铁轭截面积。
铁芯采用3级步进搭接,目的是使铁芯片与铁芯片之间的空气间隙小,减少漏磁损耗。
2.根据硅钢片牌号,初选铁芯柱中的磁通密度,计算每匝电势。
3.初算低压线圈匝数,凑成整数匝,根据整数匝再重算铁芯柱中的磁通密度及每匝电势,再算出高压线圈匝数。
4.根据变压器额定容量及电压等级,确定变压器的主、纵绝缘结构。
5.根据线圈结构型式,确定导线规格,进行线圈层数、匝数的排列,计算线圈轴向高度及辐向尺寸。
6.初算阻抗电压无功分量(ux)值,大容量变压器的ux值应与阻抗电压(Uzk)标准值相接近;小型变压器的值Ux应小于标准值Uzk。
7.计算线圈负载损耗、空载损耗,算出阻抗电压的有功分量(ur),
检查阻抗电压是否符合标准规定值,若不符合时应调整达到标准规定值范围。
降低空载损耗方法。
a.降低磁密b.使用较好的硅钢片c.减少铁的重量。
8.计算线圈导线对油的温差,不合格时,可调整导线规格,或调整线段数及每段匝数的分配,当超过规定值过大时,则需要变更铁芯柱直径。
9.计算空载性能及变压器总损耗,计算油温升,当油温升过高或过低时,应调整冷却装置的数目。
10.计算变压器重量。
应该指出,电力变压器计算必须根据国家经济、技术政策和资源情况以及制造和运行方面的要求,合理地制定变压器的性能参数数据,确定变压器相应的主要几何尺寸、电磁负载和电、热、机械方面的性能数据来满足使用部门要求。
要有良好的工艺性,使其制造简单,产品的价格应便宜,由于制造和运行的角度不同,对某些性能数据的要求也往往有所不同。
在进行变压器计算时必须综合考虑各方面因素,并进行电磁计算结果
第3章变压器电磁计算及空载损耗的分析
3.1变压器电磁计算
电磁计算是电力变压器设计的核心部分。
电力变压器的设计计算首先要满足有关的国家标准、行业标准的要求,同时还要符合特定的生产合同要求。
变压器设计的任务就是根据上述的技术规范,确定变压器电磁负荷、几何尺寸和电、热、机械等方面的性能参数,以满足使用部门的要求。
所设计的电力变压器技术参数如下:
1•额定容量SN:
25000KVA
2•高压侧线电压:
3542.5%KV低压侧线电压:
10.5KV
3.联接组号:
YN,d11
4•变压器相数:
3相
5.额定频率f:
50HZ
6.冷却方式:
油浸自冷式
7.空载损耗P。
:
18.5KV
8.负载损耗Pk:
98.2KW
9.空载电流I。
:
0.2
10.短路阻抗Uk:
8.0%
11.铁心材料:
30RK105+30RK100
12.导线材料:
高压,ZB-0.45高压分接线,ZB-1.35
低压,ZB-0.45
3.1.1额定电压和电流
1.电压、电流及匝数的计算是在假定变压器无电阻、无漏磁、无铁耗的情况下进行的,因为这些问题对计算结果影响很小。
2.高压线圈为“Y'接线时,其各级分接的线电压分别为
UL11
35000
1.1
38500V;Ul12
35000
1.075
37625V;
UL13
35000
1.05
36750V;Ul14
35000
1.025
35870V;
UL15
35000
1.0
35000V;Ul16
35000
0.975
34130V;
UL17
35000
0.95
33250V;Ul18
35000
0.925
32375V;
UL19
35000
0.9
31500V;
相电压为线电压的1八3,UP1122228.6V;UP1221723.4V;
3.1.2铁心的确定
一、铁心直径的确定
铁心直径的大小直接影响材料用量,变压器体积和性能等经济指标,硅钢片重和空载损耗随铁心直径增大而增大,而线圈导线重和负载损耗随铁心直径增大而减小。
_
根据简化公式DKz4SZ计算铁心直径
其中:
D-铁心直径,mm
Kz-对冷轧硅钢片铜线变压器,取60
Sz-每柱容量,SZSn250008333KVA
33
DKZ4ST6018333573.26mm
所以铁心直径取D=570mm
二、铁心截面的确定
3.1.3线圈匝数的计算
1•每匝电势et的确定按电磁感应定律得
U4.44fW
551
m10222WBAe10WBAe(V)
450
etU/WBAc伏/匝
450
2.初选每匝电势e
取铁心中磁通密度Bc1.8T,Ac2298.51cm
所以每匝电动势为:
'182298.51et91.9伏/匝
450
其中:
B;-初选磁通密度,T
Ac-铁芯有效截面积,cm2
3.低压线圈匝数
W2I0500114.25匝,取114匝
91.9
每匝电势实际值
10500
92.105伏/匝
114
磁通密度实际值
450et45092.1““
t18.03
Ac2298.51
咼压线圈匝数
因为高压线圈的分接范围为3500042.5%V,故首先应求出
2.5%相电压匝数。
2.5%相电压=UP11UP12510V,2.5%匝数
=510/et=5.54取5匝和6匝两种。
实际2.5%电压为
et5460.5V
et6552.5V
3.1.4分接电压比较核
10%匝数Up^918187.1/92.1197.4197匝,19792.118143.7V
e
18143.718187.1,
误差100%0.23%
18187.1
-7.5%匝数=203匝,实际电压=18696.3V
误差=0.023%
-5%匝数=208匝,实际电压=19156V误差=0.2%
-2.5%匝数=214匝,实际电压=19708.6V误差=0.03%
额定匝数=219匝,实际电压=20169.1V误差=0.16%
+2.5%匝数=225匝,实际电压=20721.7V误差=0.047%
+5%1数=230匝,实际电压=21182.2V误差=0.17%
+7.5%匝数=236匝,实际电压=21734.8V误差=0.05%
+10%E数=241匝,实际电压=22195.3V误差=0.15%
误差<0.25%即
5%E数=208匝,实际电压=19156V误差=0.2%
3.1.5线圈形式及排列
1.线圈高度的估计
线圈物理高度电抗高度
7941145701.85570“cc,、
=4(27284)
92.1810440
=918mm
2.高压线圈采用连续式,低压线圈采用单半螺旋式绕线方式
3.线圈撑条数为16
4.高压线圈的段数及每段匝数的确定
高压线圈最小分接匝数为197,当每段匝数为2、3、4时,
197/2=98.5—100;197/3=65.67—68;197/4=49.25—52取68段,每段3匝,总匝数为683=204,多了7匝,故可将68段中7段取2匝,即得出实际匝数
E
61
3
183
G
7
2
14
合计
68
197
3.1.6导线的选择
1.高压线圈共68段67个油道,油道总高度为673+30=231
导线总高度为918-23仁687每根导线高687/68=10.1,裸导线高度为10.1-0.5=9.6,导线高度为9.6
2.导线宽度a的选择
电流密度取2.74A/mm2,A=150.36mm2,b=9.6,查找表格a=2.0时截面积最接近,采用8根并绕的绕线方式,ab2.010.1,匝绝缘为0.5
导线带绝缘=9.6+0.5=10.1
导线总高度=6810.仁686.8
油道总高度=231
线圈高度=686.8+23仁917.8mm
3.低压线圈导线的选择
油道=643=192
271.5导线高=918-271.5=647mm
531.5=79.5
每根导线带绝缘高度为647/118=5.6mm,去掉绝缘为5.1mmb=5.1mm
4.导线宽度a的确定
A上251.3mm2,3.16A/mm2,b=5.1mm查找表格
3.16
a=2.1mm采用24根并绕的绕线方式ab2.15.1
3.1.7线圈辐向尺寸计算
1.低压线圈
导线厚度a2.1mm,加绝缘为2.1+0.5=2.6
辐向厚度=242.6仁63mm
2.咼压线圈
导线厚度a2.0mm,加绝缘为2.0+0.5=2.5
辐向厚度=82.531.0仁61mm
3.高压调压线圈
导线厚度a5.4mm,加绝缘为5.4+0.5=5.9
辐向厚度=5.92=12mm
3.1.8绝缘半径计算
主绝缘距离是根据试验数据和制造经验确定的。
i----低压线圈套装裕度,取3mm
37.5mm
C----低压线圈对铁心绝缘距离,取12mmA----高压线圈与低压线圈之间的绝缘距离,取
Bi----低压线圈辐向尺寸63mm
B2----高压线圈辐向尺寸61mm
R2----低压线圈内半径
R2R1C285312300mm
R23----低压线圈平均半径
B2
2
30063
331.5mm
R3----低压线圈外半径
R3R2B130063363mm
R4—咼压线圈外半径
R4R3A36337.5400.5mm
R34----高低压线圈间空隙平均半径
A
R34R336318.75381.75mm
2
R45----高压线圈平均半径
R5—咼压线圈外半径
R5R4B2400.561461.5mm
R7----调压线圈外半径
R7461.51218491.5mm
Dx----线圈外径
Dx2R72491.5983mm
M0----两铁心柱的中心距离
M0Dx5983221005mm
5—相间距离
图1绝缘半径示意图
R2
R3
R5
R6
R7
3.1.9阻抗电压计算
当线圈几何尺寸确定后,应首先计算阻抗电压,当阻抗电压符合要求后,才能进行线圈数据计算。
阻抗电压由电阻压降U2%和电抗压降Up%两
部分组成,但对较大容量变压器,因为阻压降很小,计算时可以略去。
电抗压降Up%都是以额定电压的百分数表示的,其计算公式如下
图2阻抗电压计算结构示意图
etHx106
式中f----额定频率,50赫
WIp——低压线圈安匝数=794114=90516
D----漏磁宽度,
D(B10.05)R23(B20.05)R45(A005)R
D-2-2-(A0.05)R34
33
(B3O.05)R67(A005)R
(A0.05)R56
3
D=319.1
et----每匝电压,92.1
Hx----高低压线圈平均有效电抗高度,89.72
----漏磁场总厚度,22.43
r----洛氏系数,取0.93
K
——0.98
Up%
49.65090516319.10.930.98.
6=7.90%
92.189.7210
阻抗电压的允许误差值,按标准规定为10%但由于制造时,影响因
素较多,故一般计算时,误差控制在3~4%以下
该误差为口日100%1.25%,符合标准的规定。
8
3.1.10高压线圈及调压线圈数据计算
咼压线圈
1.电流密度1,A/mm2
A1----高压导线总截面积
2.平均匝长L1,m
33
Li2R45102431102.7
3.导线总长l1,m
l1L122.72412652.7
额定电压时,导线总长l1H,m
75OCI1HL1Wh22.72192593.3
式中W,---最高分接电压时的匝数
Wh----额定电压时的匝数
4.时额定电压时的电阻R75C,
R75C
h0.0188593.3。
册
A150.36.
3.截面积A3122.483mm
A2——低压导线总截面积
2.平均匝长L2,m
L22R231032331.51032..08
3.导线总长l2,m
3.1.12铁心计算
线圈几何尺寸确定后,即可计算铁心各部的几何尺寸和铁心硅钢片的重量
1.铁心柱中心距
M0Dx5983221005mm
2.铁心窗咼HW的计算
HwHx2Vht1045mm
3.铁心柱部分重量
GC3gHWAC10438.910452298.516413.19kg
4.铁轭部分重量Gy
Gy4gM0AC10448.910052298.518223.6kg
5.铁心转角重量G0
GoG18G9Go2150kg
6.铁心硅钢片重量
GpeGcGyG016786.79kg
3.1.13空载损耗和空载电流的计算
一、变压器的空载损耗,就是硅钢片中的损耗,故又称铁心损耗。
这个损耗决定于硅钢片的材质和加工工艺的质量,也决定于铁心各部分的磁通密度和重量。
按磁通密度B,查得每公斤硅钢片的损耗为
P0KPKGFe1.051.1716786.7920622W
K----系数,取1.05
二、空载电流计算
空载运行时在一次线圈中和铁心中产生的有功损耗的有功电流和产生磁通的励磁电流之和为空载电流。
无论从变
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力变压器 设计方案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)