电力变压器设计要点

武汉华能阳光电气电力变压器设计要点

武汉华能阳光电气有限公司

变压器设计及计算 1. 变压器发展史

(1) 发明阶段(1831～1885)

1881年法国人爱维(Jaewin) 发现磁滞现象, 美国人斯坦曼茨 (C.P.Steimetz)发现磁滞损耗是磁密的1.6次方成正比例。

1882年英国人格拉特 ( Goulard)和吉普斯

(J.D.Jibbs)制成15kVA1.5kV的开路铁心的单相变压器。同年法栾(S.Z.Ferranti)和汤姆生 (A.Tomson) 制成电流互感器。

变压器是利用电磁感应原理来变换电能的设备,故变压器一定在电磁感应原理发现后出现。

1831年英国人法拉第(M.Farady)在铁环上缠绕两个闭合线圈, 在一个线圈中突然接上或断开电池, 另一个线圈所接仪表指针发生偏转, 从而发现电磁感应原理。

1837年英国人曼生(Masson)用薄铁片做电磁线圈的铁心, 从而减少损耗。

1884年英国人戈普生兄弟开始采用具有闭合铁心的变压器作照明电源。

1884年9月16日匈牙利人布拉提(O.Blathy)和但利(M.Dery)和齐彼尔斯基K.Zipernovsky)在匈牙利的甘兹(Ganz)工厂制造一台1400 VA 120 / 72 V 40 Hz单相闭合磁路的变压器。至1887年底甘兹(Ganz)工厂就生产24台总容量达3000 kVA。 1885年才把这种电器叫做”变压器”。 (2) 完善阶段(1886～1930)

1890年德国人威士顿(Wenstrom)做成对称三相铁心。 1891年德国西门子(Siemens Sohucrerf) 做成不对称三相铁心。美国人斯汀兰(W.Stanley)在西屋公司(Westing House) 做成单相壳式铁心。瑞士的勃朗—鲍佛利(B.B.C)公司的创始人勃朗(E.F.Brown) 做成三相壳式铁心。

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1891年德国生产30kVA的油浸变压器

1900年德国人夏拉(Schalley)做成三相五柱式铁心。 1900年英国人哈特菲尔德(Hodfeild)发明了硅钢片, 1903年开始用硅钢片制造变压器铁心。

(德国在1904年, 美国在1906年, 俄国在1911年, 日本在1922年分别用硅钢片制造变压器铁心)

1905年德国人洛果夫斯基(W. Rowgowski)研究漏磁场提出漏磁系数。

1915年华纳(K.W.Wagner)研究线圈内部电磁振荡的基本理论,提出了过电压保护一种方式。

1930年前后变压器的基本理论已基本形成。 (3) 提高阶段(1930～至今)

1930年以后变压器进入改进提高阶段, 即采用新材料、改进结构、改进工艺、不断扩大变压器的使用范围

1887年英国人配莱(Belry)发明了单相多轭的分布式铁心。

1888年俄国人多利沃—多勃罗沃尔斯基 ( M.O.Dolivo－Dobrowolsky ) 提出交流三相制。并于1890年发明了三相变压器。同年布朗（Brown）又制造出第一台油冷、油绝缘变压器。

2. 变压器用途及分类

(1) 输送距离: 1km / kV

(2) 变压器总容量: 约为发电机装机容量的8～10倍

3. 基本技术参数(订货须知)

1.电压组合: 如: (110±8×1.25% ) / (38.5

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±2×2.5% ) / 10 kV ;

2.联结组标号: 如: YN yn 0 d 11 ; 3.额定频率: 如: 50Hz或60Hz ;

4. (1) 型号:

(2) 额定容量: 三绕组容量分配比如: 100 / 100 / 100或100 / 100 / 50 ;

(6) 空载电流: 标准规定允许偏差: +30 % ; (7) 空载损耗: 标准规定允许偏差: +15 % ;

(8) 负载损耗: 标准规定允许偏差: +15 % ; 但总损耗不得超过 +10%;

(9) 短路阻抗: 标准规定允许偏差: 主分接: 阻抗≥10%时±7.5 % ; 阻抗＜10%时±10 % ;

其他分接: 阻抗≥10%时±10 % ; 阻抗＜10%时±15 % ;

(10) 绝缘水平: 有全绝缘及分级绝缘之分; 特别注意中性点绝缘水平;

(11) 冷却方式: ONAN; ONAF; OFAF; ODAF; OFWF; ODWF; (12) 套管电流互感器要求:

(13) 套管要求: 如: 泄漏比距(如: 3.0 cm / kV等)、拉力、防污、排列方式等; (14) 开关要求:

(15) 噪声要求: 如65 dB (标准规定测量距离: ONAN 为0.3 m; ONAF 或OFAF为2 m ); (16) 局放要求: 如500 Pc (标准规定测量电压: 1.5Um 5 min; 1.732Um 5s; 1.5Um 30min );

(17) 小车及轨距的要求:

(18) 外形尺寸及运输尺寸; 重量及运输重量的要求: (19) 其它要求。

4. 变压器的尺寸、重量、价格、损耗与容量的关系

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D (直径) ∝ L (长度) ∝ P

2 2 / 4 1 / 2

S (面积) ∝ L∝ P=Pe t (每匝

1 / 2

电势) ∝P

3 3 / 4

V (体积) ∝ L∝P G (重量) ∝

3 / 4

V∝P

3 / 4

C (价格) ∝G ∝PPt (损耗) ∝G ∝ 3 / 4P

二 铁心设计及计算

1. 铁心的作用: 变压器是根据电磁感应原理制造的, 磁路是电能转换的媒介, 由于铁心是采用导磁率较高的硅钢片叠积而成, 只要通入较小的励磁电流, 就能得到所需要的磁通。

2. 铁心的材料: 常用冷轧硅钢片的牌号及叠片系数如下表。 由于硅钢片表面已有附着性较好的绝缘薄膜, 故可不涂漆。叠片系数取决于绝缘膜厚度、波浪度、同板差及毛剌的大小。

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3. 铁心截面形状: 铁心柱截面形状为圆内接阶梯形, 铁心直径 70～ 1600的级数为6～26级 (1/4圆内)。当铁心直径为 70～ 395时, 铁轭截面形状与铁心柱截面形状相同; 当铁心直径为 340～ 1600时铁轭截面形状为D形。 4. 铁心直径: D

= K

D

P

0.25zh

D

式中: KD－直径经验系数, 冷轧硅钢片, 铜导线K57

Pzh－每柱容量(kVA) 5. 铁心叠积图及接缝: 三相三柱式半直半斜有台阶叠片图

三相三柱式全斜无台阶无尖角叠片图

= 52～

三相三柱式全斜有尖角叠片图

三相三柱式全斜有台阶叠片图

三相五柱式全斜无台阶无尖角叠片图

铁心叠片的搭接长度: b ≈ 0.03 D

o

一般如下表:

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6. 磁通密度选择原则:

6.1 考虑空载损耗(P0): 当空载损耗(P0)

B 损耗接近与磁密的2次方 成正比, 故磁密不宜取得过高, 特别是小型变压器。

6.2 考虑材质的饱和程度: 热轧饱和点1.55～1.6轧饱和点2.03～2.05 T 。 6.3 考虑运行特点:

2

6.3.1 考虑过励磁: U% =110－5 K 0 ≤ K (负载率) ≤ 1

6.3.2 考虑故障运行: 当单相接地时, U可提高0.8√3 =1.39倍(接地系数为0.8), 全绝缘水平的相电压U提高1.0√3 = 1.732倍(接地系数为1.0), 但由于运行时间短, 设计时可不考虑。

6.4 考虑绕组联结方式: 根据铁心的磁化曲线, 励磁电流中必有三次谐波电流, 而Yy联结的无三次谐波电流回路, 故三相五柱式或单相组的铁心中有三次谐波磁通流通, 从而产生不需要的三次谐波电势, 且磁密取得愈高愈甚, 故一般Y y联结常不采用三相五柱式或单相组。

6.5 考虑铁心的温升: 应使相邻的绝缘材料不致损伤的温度。 6.6 考虑铁心的噪声:

6.6.1 磁密每降低或升高0.1T噪声将降低或升高约3dB; 6 …… 此处隐藏：7996字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……