S9—500／10配电变压器计算与设计
摘要：10kV级S9系列三相油浸自冷式电力变压器，供交流50Hz的供电系统中作为分配电能、变换电压之用，也可供户内外连续使用。变压器的计算与设计，是依据变压器的额定容量、额定电压、联结组别、短路阻抗、负载损耗、空载损耗和空载电流等产品主要技术参数，按照国家标准及有关技术标准，对S9-500/10配电变压器进行的一次模拟性计算设计。主要通过变压器的电路、磁路和漏磁效应分析，确定绕组的基本形式、参数和尺寸，选择铁心结构，计算铁心的尺寸和重量，进行空载损耗、空载电流、短路阻抗和温升计算，以及绝缘类型的选择。
关键词：变压器；铁心；绕组；窗高；中心距
The Design and Calculation Of S9-500/10 Distribution Transformer
Abstract：10kV series of S9 three-phase oil-immersed cold-power transformers, for the exchange of 50 Hz as the power supply system in the distribution of power, transform voltage use, but also for indoor and outdoor continuous use. Transformer calculation and design, is based on the rated capacity of the transformer, rated voltage, linked groups, short-circuit impedance, load loss, no-load loss and no-load current major products such as technical parameters, in accordance with national standards and related technical standards, the S9 - 500/10 distribution transformers for the calculation of a mock design. Mainly through the circuit transformers, magnetic circuit and leakage magnetic effect analysis, the basic form of winding, parameters and size, choice of core structure, the calculation of core size and weight, no-load loss, no-load current, temperature rise and short-circuit impedance calculations and insulation types of choices.
Key words: Transformers, Core, Winding, The height of windows, The center distance
技术参数
额定容量： 500KVA 额定电压： 10±5%／0.4KV
频率： 50HZ 联结组别： Yyno
短路阻抗： 4% 负载损耗： 5150W
空载损耗： 960W 空载电流： 1%
其它：符合GB1094， GB6451
S9—500／10产品是全国统一设计的新产品，是目前国内技术经济指标最先进的铜线系列配电变压器。
该产品的铁心采用优质冷轧晶粒取向硅钢片，45°全斜接缝无冲孔结构，心柱与铁轭截面相等。心柱采用半干性玻璃粘带绑扎或刷固化漆，使片与片粘合在一起。铁轭用槽钢及旁轭螺栓同时加紧。
该产品的绕组采用纸包扁铜线，高低压绕组均为圆筒式。为了提高质量和改进工艺，高
低压绕组绕在一起。
该产品的油箱结构型式采用长方形油箱，均用片式散热器。
该产品为无载调压电力变压器，调压范围为±5% 。
S9—500／10型电力变压器技术数据见表1。
表1 S9—500／10型电力变压器技术数据
型号额定容量（kVA）额定电压（kV）阻抗电压（%）接连组标号损耗空载电流（%）质量（kg）外形尺寸mm
（长×宽×高）高压低压空载短路油器身总质量S9-500/10500100.44Yyn010*******.4360115518801570×1250×1610
变压器设计计算步骤
1．变压器设计计算应注意的问题
变压电磁计算任务在于确定变压器的电磁负载、主要几何尺寸、性能参数和各部分温升以及变压器重量等。但最终计算结果必须满足国家标准规定和使用部门的要求。
在变压器设计计算中，需注意，计算时必须符合国家的经济、技术政策和资源情况以及制造和使用部门的要求，必须合理地制定性能参数和相应的主要几何尺寸。总的说来，制造厂家和使用部门的目标应该是一致的。但由于考虑各自的利益，对某些要求也往往有所矛盾。所以在进行变压器计算时，需要综合考虑各方面因素，如用户的负荷特性等，来确定其计算原则。同时计算全过程，应进行多方案比较，以便从中选取最佳方案。
2．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，决定变压器规格及其相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、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，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭截面。
c．根据硅钢片牌号，初选铁心柱中磁通密度，计算每匝电势。
d．初选低压匝数，凑成整数匝，根据此匝数再重算铁心柱中的磁通密度及每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其它各分接的匝数。
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，进行绕组段数、层数、匝数的排列，计算绕组的轴向高度及辅向尺寸。计算电抗高度（指变压器阻抗电压计算时的绕组净高度）及窗高。
g．计算绝缘半径，确定变压器中心距M0，初算短路阻抗无功分量，大型变压器无功分量值应与短路阻抗标准值接近。
h．计算绕组负载损耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型变压器），检查短路阻抗是否符合标准规定值。
i．计算绕组对油温升，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，则需要调整变更铁心柱直径。
j．计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布或加大导线截面。
k．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，应调整冷却器数目。
l．计算变压器重量。
电力变压器计算的一般程序，如下图1所示。
图1 电力变压器计算的一般程序
第一章铁心的计算
铁心是变压器的磁路，它同样是变压器的主要组成部分。铁心一般由高磁导率的硅钢片叠成，主要包括铁心柱和铁轭，铁心的加紧装置使硅钢片彼此连接在一起，形成完整而牢固的铁心结构。
第一节变压器磁路的基本要求
对变压器磁路的基本要求主要包括电气绝缘及电气性能、机械强度以及磁路中的温升和散热等方面。
1．变压器磁路的电气性能及电气绝缘
变压器磁路的电气性能主要是指变压器运行中的空载损耗及空载电流。因为，变压器只要投入电网，不论带多大负荷，都有空载损耗存在；也就是说，空载损耗与变压器带负荷多少关系不大。多以，为了降低能源消耗，而努力降低变压器空载损耗和空载损耗和空载电流，这是用户和制造单位共同追求的目标。降低空载损耗和空载电流主要途径：（1）选择优质的硅钢片
硅钢片本身性能的不断改善和提高，促进了变压器的迅速发展。当前高导磁冷轧硅钢片得到广泛的应用，这不仅降低了变压器的空载损耗，同时也缩小了变压器体积，减轻了重量。
（2）严格铁心制造工艺
因为硅钢片的成分、内部结构与电磁性能、物理力学性能均有密切关系，而铁心制造全过程，即从切片下料到铁心叠装，都会影响硅钢片的成分及内部结构，所以我们必须做到：正确用料、分类存放，不得混用。注意区分硅钢片轧制方向。操作时要轻拿轻放，不可敲打或弯曲。控制剪切毛刺，注意保持片料表面平整、光滑，切勿磕碰、划伤。
（3）选择适当磁密
磁路密度的选取直接关系到变压器的空载性能、铁心的温升，以及空载噪声和运行时过励磁的能力。基于这些原因，磁通密度的选取要有不同程度的裕量；降低磁密的后果，使得硅钢片用量增加，变压器多耗材料和体积增大。
变压器铁心的电气绝缘主要是指铁心和其它结构件间的绝缘及铁心片间绝缘。
在变压器铁心结构中，虽然铁心片和夹件、垫脚以及拉板等均要接地，但是，还必须有夹件绝缘、垫脚绝缘、拉板绝缘等。其原因是它们各部分所处电厂位置不同，产生电位不同，也就是说它们之间会有电位差存在。变压器铁心不仅要接地，而铁心片间又必须要良好绝缘。所以选购硅钢片时，必须注意其表面状况。如果片间绝缘破坏，等于增加硅钢片厚度，这就会引起涡流损耗的增加，也就保证不了变压器的空载性能。
2．铁心机械强度
铁心本体以及与绕组组成的器身都必须形成一个坚强的整体结构，以承受产品在制造、运输和运行过程中可能受到的作用力，为此，必须分析计算铁心各构建的强度。铁心结构件受到的作用力可以分为三种：
a．长期作用力：如铁心柱和铁轭的加紧力，压紧绕组的反作用力；
b．较短时间的作用力：如起吊和运输时的作用力；
c．瞬时作用力：如突发短路时的作用力。
所以铁心要有足够的机械强度，以保证铁心结构能承受以上各种力的作用。并且还要有一定的裕度，这样才能保证变压器在使用中不致损坏。
3．铁心的温升和散热
变压器运行时，铁心是主要热源之一，变压器的散热必须保证使其温升不超过规定的温升限值。不同容量的变压器，通过对铁心温升的计算来确定铁心内部散热面积，以保证运行中变压器铁心温升在规定温升限值内，从而确保变压器安全运行。
第二节变压器铁心结构选择
一．铁心结构
S9—500／10配电变压器的铁心采用三相三柱型式结构，如图1-1所示。三相三柱式铁心柱与铁轭在同一个垂直的平面内，以叠接方式联接，结构简单，工艺装备少，但叠装工作量大，属广泛应用的典型结构。
铁心的组成：铁心是由铁心本体、加紧件、绝缘体和接地片等组成。
图1-1 三相三柱式铁心结构
S9—500／10配电变压器采用无孔绑扎、拉螺杆加紧铁心结构，如图1-2所示。这种结构常用于10KV、35KV级630KVA及以下的中小型变压器铁心上，铁心的直径范围约为Φ80mm Φ400mm。
这种结构往往又采用径吊螺杆连箱盖的安装方式，其结构件有铁轭夹件、旁螺杆、拉螺杆、铁轭拉带、心柱绑带、垫脚等；绝缘件有夹件绝缘、螺杆绝缘、拉带绝缘和垫脚绝缘等。
铁心绑扎用的树脂浸渍玻璃绑扎带在铁心立起后绑扎，然后同器身干燥一起固化。
图1-2 无孔绑扎、拉螺杆加紧铁心结构
二．铁心叠积形式
铁心是由薄钢片叠积而成的，因而具有一定的叠积形式。铁心叠积形式一定要保证不减弱电工钢片的磁性，还要在机械结构上对形成整体铁心有利，故铁心材料采用冷轧晶体取向硅钢片，铁心叠片角部接缝全部采用斜接缝，它可以降低空载损耗和空载电流。铁心叠积采用三相三柱式标准全斜接缝，如图1-3所示。在叠积图中规定了叠片的接缝结构，叠片的形状、尺寸和数量。
图1-3 三相三柱式标准全斜接缝(断轭)铁心叠积图
三．三相变压器的磁通分布和磁通密度
不同结构的铁心，其铁轭和心柱截面的关系是由铁心各个部分磁通的分布确定。
三相变压器铁心中，流经左右两部分铁轭的磁通就是左右两个边柱的磁通，只是相位不同，故铁轭截面等于心柱截面。由于两边柱磁路磁阻比中间相大，中间柱磁路短，空载电流小。
磁通密度B的选取是由硅钢片牌号及所要求变压器性能（如过励磁）决定的，B只能在一定范围内选取。B值选取大时，空载损耗会增加，变压器噪声也会提高；B值选取小时，硅钢片用料增加，提高了变压器制造成本。冷轧钢片取值一般在1.7T1.75T，故选取DQ147-30牌号的硅钢片，其磁密取为1.69T。（如下表DQ147—30所示）
表 DQ147—30 7.65g/
(HZ)5060
0.05
0.050.50.1110.1320.1470.1750.60.1540.1800.2030.2360.70.2070.2330.2710.3080.80.26 60.2980.3480.3930.90.3330.3690.4420.4891.00.4080.4520.5420.5981.10.4910.5400.650 0.7141.20.5840.6400.7710.8371.30.6900.7520.9060.9821.40.8090.8781.0621.1511.50.9 601.0431.2501.3811.61.1561.2921.4901.6501.71.4281.6171.8472.0801.81.8252.0342.33 92.6021.92.2432.878
第三节铁心主要尺寸计算
铁心主要尺寸包括铁心直径、铁心窗高及中心距。铁心窗高及中心距主要取决于绕组尺寸和绝缘计算。
1．估算铁心直径
铁心直径选取的是否合理，将直接影响变压器主要消耗材料和变压器重量、体积、成本、运输及技术性能指标。
一般情况下，同一变压器如果铁心直径选取过大时，变压器铁心重量、空载损耗也会增大，器身重量及运输费用也随之增大，而变压器段的导线重及负载损耗则减少，变压器外形矮胖。如果铁心直径选取过小时，结果相反。
铁心直径是按下面经验公式估算，即
，mm
式中——经验系数,见表1-1。在5357之间，取54；
——变压器每柱容量，kVA。
对三相双绕组；
——双绕组变压器额定容量，kVA；
mt ——套有绕组的铁心柱数；
所以，=500KVA/3
=166.7KVA，
故，mm
表1-1 变压器额定容量与每柱容量的关系及经验系数K
变压器类别与的关系K110kV双绕组53~57三绕组51~55220kV双绕组53~57三绕组51~55220kV
自耦变升压
降压51~55
2．铁心净截面积(见图1-4)
铁心净截面积按下面公式计算，即
，
——填充系数，阶梯型取0.962。
——铁心直径，cm。
所以
并取叠片系数为0.97，工艺系数为1.15。
图1-4 铁心柱截面
3．铁心绝缘
铁心的绝缘不良将影响到变压器的安全运行，铁心的绝缘包括铁心片中绝缘和铁心本身结构件（夹件、垫脚、拉带、拉板及侧梁等）间的绝缘。
a．铁心片间的绝缘在标准准测量方法情况下一般为70左右。一般在冷轧钢取向硅钢片的表面具有0.00150.003mm的无机磷化膜即可满足要求。
b．铁心片与结构件间的绝缘，务必不可损伤，否则有可能形成短路匝；其次是旁螺杆、侧梁和垫脚的绝缘应良好，否则必然产生短路铁心片的现象。
铁心绝缘装配时，用2500V兆欧表测量出电阻应为23M以上。
c．铁心接地方式：只有拉螺杆时，采用一接地片相连，铁心经上夹件、拉螺杆、下夹件、垫脚和箱底接地，如图1-5所示。
图1-5 只有拉螺杆的变压器铁心接地方式
4．铁心重量计算
铁心重量包括心柱重、铁轭重和角重三部分。心柱重和铁轭重主要待窗高和中心柱算出后可直接计算，而角重是由铁心直径表格中查出，查得：角重kg。
铁心的角重包括两部分：一是铁心的四个角重，这是角重的主要部分；二是铁心柱和铁轭交接部分（铁窗内）的重量，两个铁窗共8个部分。
第二章绕组的选取与计算
第一节对变压器绕组的基本要求
变压器电路由绕组和高、低压引线组成，是变压器变换和输配电能的中枢。为了保持变
压器长期安全可靠地运行，变压绕组必须满足以下基本要求：
一．电气强度
在变压器长期运行中，其绝缘（尤其是绕组绝缘）必须能可靠承受住大气过电压，操作过电压和长期工作电压。
要保证变压器绕组有足够的电气强度，除采用合适的绕组绝缘结构和设计数据充分可靠外，绕组制作工艺过程，实用材料优劣及工艺环境等，对绕组电气强度也有决定性影响，故要注意以下几点：
a．导线规格及绝缘符合要求，导线本身应无毛刺、尖角、裂纹，硬度适中；绝缘无破损、断层；导线焊接质量绝对可靠。
b．绕组所有绝缘（包括匝绝缘、层绝缘和主绝缘）应符合要求，在绕组制作过程中要保持清洁，不得有导电粉尘夹杂。绕组存放处要干燥并能防尘。
c．绕组制造过程中换位、衬垫和绑扎等要符合工艺要求，确保绕组在整形和压紧过程中及以后的运行中不致损坏绝缘。
d．不同电压等级绕组的绝缘干燥和浸油处理（指器身处理），必须符合要求。一般小于35KV 的变压器产品为一般浸油式。
二．耐热强度
绕组的耐热强度包含两个方面：其一，在长期工作电流产生的热作用下，绕组绝缘使用寿命应不少于30年；其二，变压器在运行状态下，在任意线端发生突然短路时，绕组应能承受住此短路电流所产生的热作用而无损坏。
在不正常运行条件下，变压器所有绝缘决定于温度、湿度、氧气、电场作用，机械振动和热冲击等因素。在这些因素影响下，绝缘材料的各种性能逐渐变化。
绝缘材料按长期使用极限温度来分级。（如表2-1所示）
表2-1 绝缘材料的等级
绝缘等级允许温度∕℃绝缘材料A105Q型漆包绝缘、黄漆稠、丁腈橡胶、有机玻璃、油性沥青漆等E120QQ、QA、QAN型漆包线绝缘，聚酯薄膜，热固性聚酯树脂，三聚氰脓甲醛树脂，热固性合成树脂胶，纸层压制品，棉纤维层压制品等B130QZ、QZN型漆包线绝缘，玻璃纤维，石棉层压制品聚酯薄膜玻璃漆布复合箔，环氧酚醛层压玻璃布板，热固性合成树脂胶等F155QZY型漆包线绝缘，聚芳纤维纸薄膜复合箔，绝缘处理的玻璃纤维和石棉制品，云母制品和硅有机制品，有机硅绝缘胶等H180无机物填料塑料，硅有机橡胶，聚芳纤维纸薄膜复合箔等C＞180QY型漆包线绝缘，聚酰亚胺薄膜、石英、陶瓷、玻璃等要保证绕组的使用寿命，在变压器设计和制造上，除了有足够的变压器外部冷却条件外，绕组的内部也应有良好的纵向油道，制造中要保证绕组内部的冷却油道畅通无阻。（如图2-1所示）
图2-1 绕组内部一般油循环
三．机械强度
不正常运行和突然短路的电动力作用致使绕组损坏。
要保证变压器突然短路时所能承受住电动力的作用，除设计上选择电流密度不要过高，导线的宽、厚比不要过大，导线硬度适当提高，结构上绕组的轴向压紧装置和压紧力是很关键的因素。
绕组形式主要依据变压器容量大小和电压的高低以及绝缘和热计算结果作具体分析。
（附表2-2）
表2-2 绕组选型参考表
容量（KVA）电压（KV）绕组型式绕组位置630及以下0.4双层圆筒式内线柱500及以下3~10多层圆筒式外线柱630及以下352000及以下60两段圆筒式外线柱800~10000.4双螺旋
内线柱1250~20000.4四螺旋4000~100003
单螺旋或单半螺旋16000~50000640000~630001031500及以上35单螺旋式单半螺旋、连续式31500及以上60连续式800~31503
连续式或
半连续式
外线柱800~100006630及以上10800及以上352500及以上60纠结一部分纠结连续式5000及以上110内屏蔽连续式31500及以上220纠结式、内屏式、分级补偿故高压绕组选择为多层圆筒式，低压绕组选择为双层圆筒式。
选择绕组的主要零件与材料
1．导线采用铜导线（扁线），绝缘采用纸。
2．电压为35KV及以上的多层圆筒式，由于内部绝缘及结构要求，一般用纸筒，而扁线绕制的双层（400KV以下）绕组内部不用纸筒。
3．端绝缘。用来填平绕组的螺旋端面，提高绕组端部的机械稳定性。
多层圆筒式油道第一层绝缘采用纸筒型绝缘，防止其它形式端绝缘干燥后变形堵住油道。因导线厚度大于2mm，且不是油道上面的第一层的端绝缘，故其它采用纸板条型。双层圆筒式的最内和最外一层采用纸筒型端绝缘。（如图2-2所示）。
纸筒型纸板条型
图2-2 绕组的端绝缘
4．层绝缘。用各种厚度的电缆纸制成，其宽度应比绕组（包括端绝缘）的总高略高3~4mm，其长度应使每张自己的搭接长度不小于10mm。每层张数为4张及以上时，常用分级层绝缘，一般每层中有一半张数的宽度略小于绕组高度，另一半张数的宽度略小于绕组高度的一半（如图2-3所示），分级层绝缘在绕组油道之间要成对放置。
图2-3 静电屏及分级绝缘
5．油道撑条，既是层间绝缘，又是冷却绕组的通道，其宽度为10mm或15mm常用层压纸板制成。
一．绕组的每匝电势
，V
其中，—频率，50HZ；
—铁心磁密，取1.69T；
—铁心有效截面积，
所以，
V
二．高压、低压电压值
高压绕组额定线电压 10000±5%V ，
可写为 1050V 10000V 950V
所以相电压为V V V
低压绕组额定线电压 400V
相电压 V
三．额定电流
，A
高压额定电流 A
低压额定电流 A
四．绕组匝数
对于带有分接头的绕组，应根据各分接的相电压，求出各分接的匝数。一般先计算最大分接（或最小分接）的匝数，再根据两个相邻分接的相电压之差，求出每级分接匝数。对于绕组匝数一般是计算无分接绕组的匝数，即一般先算低压绕组匝数。
主分接电压比的校验
—相电压， V
—计算的相电压，，
—每相电压匝数。
a．高压绕组的匝数
即
解得：匝
同理代入最大、最小分接电压值，得到最大、最小分接匝数：
最大匝数为577匝，最小匝数为523匝
分接匝数各相差 577－550=550－523=27匝
b．低压绕组匝数
即
解得：匝
五．段号段数
1．高压绕组分为9段58匝的，和一段55匝的，总共10段为9×58＋1×55＝577匝。
2．低压绕组分为2段，各为11匝。
六．导线和电流密度的选择
1．高压绕组导线选为纸包扁铜线ZB型电磁线。（见附表2-3）
取：ZB-0.45 ，1.7×5.6
考虑匝绝缘厚度为0.45mm的电缆纸。
导线尺寸（厚×高）为：（1.7＋0.45）×（5.6＋0.45）
＝2.15×6.05
查附表2-3 导线截面积为9.157
2．低压绕组选择也为纸包扁铜线ZB型电磁线
取：ZB-0.45 ，5.6×14.0
考虑匝绝缘厚度为0.45mm的电缆纸。
导线尺寸（厚×高）为：（5.6＋0.45）×（14＋0.45）
＝6.05×14.45
查附表2-3，导线截面积为4×77.54＝310.16
高压绕组导线的电流密度＝高压绕组的额定电流／高压导线截面积
＝28.87／9.157
＝3.157 A／
低压绕组导线的电流密度＝低压绕组的额定电流／低压导线截面积
＝721.7／310.16
＝2.327 A／
第四节绕组尺寸的确定与计算
绕组尺寸主要包括绕组的内径、外径辐向尺寸及绕组的高度等，这些尺寸必须在电磁计算中确定出来，以便为产品的结构设计提供依据。
一．绕组尺寸确定方法
绕组尺寸对短路阻抗以及变压器温升、机械力、材料的消耗和重量等技术经济指标均有影响。
1．绕组辅向尺寸确定
变压器设计中有两个重要尺寸，窗高和中心距，其中窗高决定于绕组高度，而中心距则决定于绕组的辐向尺寸。
辐向尺寸可以可以通过选用导线规格、导线形式以及绕组层数、每段匝数来进行调节，调节目的即要满足短路阻抗计算要求，又要经济合理。
2．绕组高度的确定
层式和不带静电环的连续式绕组，其电抗高度和压缩后高度可以认为相等。
绕组高度初算时，一般只能得出其大致范围，经调整后，才能得出合理的计算值。经绕组高度的理论计算：中小型变压器及一部分大型变压器，不受铁路运输的限制，这种变压器的高度计算，主要满足短路阻抗的要求。
二．绕组尺寸实际计算
1．层式绕组辐向及轴向尺寸的计算
a．辐向向尺寸的计算
对多层绕组，如果层间有油道，应将油道左右两侧分开，分别进行计算（如图2-4所示）
图2-4 层间绝缘示意图
—带绝缘导体直径或厚度，mm；
—导体沿辐向并绕根数；
—一层导线总厚度，mm；
—油道一侧层数；
—油道一侧导线总厚度，mm；
—油道侧净辐向，mm；
—层间绝缘总厚度，mm；
—每层间绝缘厚度，mm；
—辐向裕度，mm；
—油道一侧辐向厚度，mm；
—油道另一侧辐向厚度，mm；
—油道宽度，mm；
—多层式总厚度，mm。
b．高压绕组辐向尺寸计算
根据高压绕组层间绝缘示意图，将油道左右两侧分开，油道左边为3层导线，右边为七层导线。
先计算油道左边的辐向尺寸。
由高压绕组导线型号及线规中得：
=2.15≈2.2 mm
=1
=2.2×1=2.2 mm
=2.2×3=6.6 mm
由表2-5查得，导线层间的单层电缆纸张厚度取0.08mm，
mm，其中“3+7”为该油道左侧绝缘纸中点层数，
mm
—辐向裕度，对该变压器取为0.6mm
mm
由表2-6查得，油道宽度mm
表2-5 层间长期工作电压的一般层间绝缘值
层间最大工作电压（V）850及以下851~15001501~20002001~25002501~3000层间用0.12电缆纸张数23456层间用0.08电缆纸张数34678
表2-6 圆筒式绕组层间油道宽度
绕组高度(包括绝缘端)(mm)350及以下350~
400401~
450451~
500501~
550551~
600601~
650651~
700700及以上油道最小宽度(mm)44.555.566.577.58
再计算油道右边的辐向尺寸，
同理，
=2.15≈2.2 mm
=1
mm
mm
同样，导线层间的单层电缆纸张厚度取0.08mm
根据图2-4层间绝缘示意图，mm
其中“3+5+3+5+3+6”为油道右侧绝缘纸层数
mm
取0.6mm
=17.4＋0.6
=18 mm
故
= 8.0＋4.5＋18
=30.5 mm
C．高压绕组轴向尺寸计算
轴向尺寸计算用来确定绕组的高度与窗高
其中，—带绝缘导线的直径或宽度，mm；
—导线沿轴向并绕根数；
—一匝导线的高度，mm；
—每层匝数；
—轴向净高度，mm；
—轴向裕度，mm；
—绕组高度，mm；
—电抗高度，mm；
由高压绕组导线型号及线规得：
mm
mm
mm
取为0.1mm
mm
mm
d．铁窗高度的确定
对于35KV级及以下中小型变压器，铁窗高等于绕组高+上、下端绝缘距离。
—窗高
—上部端绝缘距离，mm；
—下部端绝缘距离，mm；
根据附表2-7，2-8综合考虑，取mm，
故，mm
e．低压绕组辐向尺寸的计算
该变压器低压绕组采用4根并绕，其导线排列截面如图2-5所示
图2-5 低压绕组导线排列截面图
由低压绕组导线型号及线规得：
mm
mm
mm
依据表2-5，取低压绕组导体间单层绝缘纸的厚度为0.12mm
mm
取为0.86mm
mm
f．低压绕组轴向尺寸的计算
由低压绕组导线型号及线规得：
mm
mm
mm
当沿辐向有两根并绕时，考虑换位应再加，此变压器中≈14.5 mm
取为3.5mm
mm
mm
，其中，取 mm
故， mm。
g．绝缘半径计算
绝缘半径的计算最终要确定中心距，中心距用表示。当各绕组的辐向尺寸确定后，从铁心半径开始，并根据主绝缘要求，由内向外分别计算出各绕组的半径（内外半径），绕组平均半径，主漏磁空道的平均半径，最后加上相间距离，得出两个铁心柱的中心距。以双绕组变压器为例（如图2-6所示），并写以下方式：
图2-6 双绕组绝缘半径示意图
其中，—铁心半径，mm；
—低压绕组内半径，mm；
—低压绕组至铁心距离，mm；
—低压绕组正常段辐向尺寸，mm；
—低压绕组外半径，mm；
—高、低压绕组间主绝缘距离，mm；
—高压绕组内半径，mm；
—高压绕组正常段辐向尺寸，mm；
—高压绕组外半径，mm；
—高压绕组直径，mm；
—相间距离，mm；
—铁心柱中心距离，mm。
S9—500／10配电变压器的中心距计算
mm
—铁心的直径
由表2-7，查得 mm。
所以 mm
（低压绕组辐向尺寸）=25.5mm
mm
由表2-8 得：mm
mm
BG可分为高压绕组油道左侧、油道、油道右侧三个部分的轴向尺寸，
mm
所以 mm
mm
由表2-8查得：mm
所以 mm
按图3-1双绕组绝缘半径示意图得：
mm
mm
油道左侧高压绕组平均半径 mm
油道平均半径mm
油道右侧高压绕组平均半径mm
第三章绕组导线数据的计算
绕组数据主要包括导线长度、重量、绕组直流电阻及电阻损耗等。
一．导线长度的计算
1．平均匝长
其中，—任一绕组平均半径，绝缘半径计算中均需要计算出各绕组的平均半径，对有轴向油道的高压层式绕组，应分为油道内侧和外侧分别计算。
a．对于高压绕组
因有一个轴向油道，故分别计算绕组平均半径，由绝缘半径的尺寸计算
对于油道外侧,
mm＝0.157m
对于油道内侧,
mm≈0.14m
故
m
m
b．对于低压绕组
mm≈0.114m
m
2．高压导线总长
其中，—最大分接时绕组总匝数
a．对高压绕组
m
其中，58为每段匝数，55为最后一段匝数，3和6为油道内、外的段数(参考第二章第三节“六”)
b．高压额定分接时的总长
m
其中，27为分接匝数
c．对低压绕组
其中，—额定分接总匝数
m
对于中小型配电变压器，低压绕组出头长度为 0.5～1m，取0.58m
故 m
二．导线重量的计算
高压绕组
a．不带绝缘时导线重量
三相变压器
—导线密度，铜导线=8900 kg∕；
—导线的截面积，；
所以，
＝135.07 kg
b．带绝缘时的导线重量
—绝缘重占导线重的百分数，取为0.012
所以， kg
低压绕组
a．不带绝缘时
＝135.23 kg
b．带绝缘时
取为0.06
所以， kg
三．绕组电阻的计算
在变压器制造过程中，通过绕组电阻的测定可以做如下检测，绕组内部导线的焊接质量、引线与绕组出头的焊接质量、所用导线的规格是否符合设计、出头与套管等载流部分接触是否良好和三相绕组电阻是否平衡等。
—铜导线在75℃时电阻系数，取0.02135
高压绕组
低压绕组
第四章铁心重量和空载损耗及空载电流的计算
第一节铁心重量计算
三相变压器铁心重量计算
铁心柱重量：，kg
铁轭重量：，kg
总重量：，kg
其中：—窗高，mm；
—中心距，mm；
—铁心柱净截面，；
—铁轭净截面，；
—硅钢片密度，冷轧硅钢片；
—角重，取86.8kg；
所以
第二节空载损耗及空载电流的计算
一．空载损耗
对于某一给定的硅钢片，在一定频率下，每单位重的损耗主要取决于磁通密度。
其中：—附加系数，直接取工艺系数1.15；
—铁心单位损耗，由表DQ147-30查得，取1.317W∕kg；
—铁心重量，kg；
所以 W
二．空载电流
1．空载电流的有功分量
空载电流的有功分量取决于变压器的空载损耗
其中，—空载损耗，968W；
—变压器额定容量，500KVA；
所以，（%）
2．空载电流的无功分量
空载电流的无功分量计算方法是将铁心分为铁心柱、铁轭及接缝几部分，分别算出其励磁功率。然后以总的励磁功率求得。
其中，
—考虑工艺结构、材料等因素的励磁电流附加系数，取1.057；
—铁心单位质量的磁化容量，由表DQ147-30查得，取3.65VA∕kg；
—接缝处单位面积的磁化容量，由表DQ147-30查得，取0.461 VA∕；
—接缝处净截面；
—接缝数目，三相心式变压器＝6；
所以，（%）
3．空载电流
（%）
第五章变压器损耗计算
一．三相变压器的电阻损耗
其中：—相电流
高压绕组，
W
低压绕组，
W
二．附加损耗
对于小型变压器采用层式绕组时，变压器也产生杂散损耗和涡流损耗，—一般根据实践经验估计，参考表5-1，取0.07。
表5-1 层式绕组的附加损耗占基本铜耗的百分数(%)
电压等级(kV)10351035容量kVA≤250≤400315~500500~630(%)557.57.5
所以，W
三．负载损耗
W
四．总损耗
W
第六章短路阻抗计算
短路阻抗是当一个绕组接成短路时，在另一个绕组中产生额定电流所施加额定频率的电压。此电压常用标么值或百分数表示。它又包括电阻和电抗两个分量。
第一节短路阻抗的电阻分量
电阻分量须换算到绕组的参考温度，油浸式变压器的电阻分量为75℃时的数值。
其中, —负载损耗，为5066 W
所以，﹪＝﹪
第二节短路阻抗的电抗分量
短路阻抗的电抗分量涉及到变压器的联接方式，绕组的布置方式。为了计算短路电抗，必须寻求等值短路电抗的计算，本次设计计算采用磁路法，计算由负载电流产生的漏磁所引起的电抗。
，﹪
其中，—每匝电势，；
—绕组的额定相电流，A，采用低压绕组的值；
—相应绕组的匝数，采用低压绕组的值；
—高低压绕组的平均电抗高度，取单位为cm，
即
；
—附加电抗系数，由表6-1查得，取1.03；
—洛氏系数，取为0.942；
表6-1 K值(不平衡安匝在5%及以下)
接法Yyn0Yd11容量(kVA)50~125160~315400~5006308001000~
12501600≥630连续式(d接)螺旋式(d接)电压10kV0.9711.031.051.11.151.21.021.05电压35kV0.930.960.991.011.061.11.151.021.05
考虑S9—500／10变压器高压绕组内的油道，将变压器分为低压绕组，高压绕组油道左侧绕组和高压绕组油道右侧绕组三部分，所以，
附图2-59
其中，—即－0.05，为低压绕组辐向尺寸，cm；
—即，单位取cm；
—高低压绕组间油道的辐向尺寸＋0.05，cm；
—高低压绕组间油道的，cm；
—高压绕组油道左侧的辐向尺寸－0.05，cm；
—高压绕组油道左侧的，cm；
—高压绕组内油道的辐向尺寸＋0.05，cm；
—高压绕组内油道的，cm；
—高压绕组油道右侧，cm；
—高压绕组油道右侧匝数，6×58＋27；
—高压绕组的额定匝数；
，cm；
—高压绕组油道右侧辐向尺寸，mm；
—高压绕组单根导线厚度，mm；
—调压绕组匝数；
—高压绕组基本每段匝数；
所以，
，
=36.753cm
故﹪＝
＝3.87﹪
短路阻抗：
＝
＝4﹪
短路阻抗是变压器设计计算中一个十分重要的参数，它的大小涉及到变压器的成本、效率、电压变化率、机械强度、短路电流大小等。为了降低负载损耗，提高效率，减少电压波动率，短路阻抗应该小；为了降低短路电流和增大变压器耐受短路时的机械强度，短路阻抗应该大；当然减小短路阻抗，制造成本会适当降低。
第七章温升计算
变压器在运行时，有一部分电磁能量将转变成为热量，即在变压器运行中，在铁心，绕组和钢结构中均要产生损耗，其中绕组中的损耗约占总损耗的80﹪，所以绕组是变压器内部的主要热源。这些损耗将转变为热量发散到周围介质中去，从而引起变压器发热的和温度升高。而变压器内部热量的散出是靠热传导、辐射和对流实现，其中对流散热在变压器冷却中起主导作用。为使变压器各部分温升不超过规定的限值，应采用有效的冷却措施。
第一节变压器冷却方式的选择