油浸电力变压器设计手册-沈阳变压器(1999) 2线圈计算

变压器设计及计算要点变压器是一种电力设备，利用电磁感应原理，将交流电能从一个电路转移到另一个电路中去，通过改变电压大小和电流大小来满足不同电气设备的需求。

变压器的设计和计算是为了满足特定的电气设备要求，保证正常运行和安全使用。

以下是变压器设计和计算的要点。

1.确定变压器类型和用途：根据电气设备的需求和要求，确定变压器的类型，如配电变压器、隔离变压器、自耦变压器等。

同时确定变压器的用途，如升压变压器、降压变压器、引出变压器等。

2.确定电气参数：根据电气设备的额定电压和额定电流，以及变压器的应变半径、损耗、效率等要求，确定变压器的电气参数。

主要包括额定容量、额定电压比、额定频率、高压侧和低压侧的额定电压和额定电流等。

3.确定磁路参数：根据电气参数和变压器的设计要求，确定变压器的磁路参数。

主要包括磁通密度、磁路长度、磁路截面积等。

通过计算磁路参数，可以确定变压器的磁密、磁感应强度、磁感抗等。

4.确定绕组参数：根据电气参数和磁路参数，确定变压器的绕组参数。

主要包括高压侧和低压侧的绕组匝数、线圈截面积、铜线直径等。

通过计算绕组参数，可以确定变压器的电阻、感抗、短路电压等。

5.计算铁心大小：根据磁路参数，计算变压器的铁心尺寸。

主要包括铁心的截面积、长度和突出长度等。

通过计算铁心大小，可以确定变压器的铁芯损耗和铁芯饱和磁感应强度。

6.转矩计算：根据电气参数和磁路参数，计算变压器的转矩。

主要包括电磁转矩和机械转矩等。

通过转矩计算，可以确定变压器的起动和运行特性，保证正常的工作和运行。

7.温升计算：根据变压器的负载情况和散热条件，计算变压器的温升。

主要包括铜线温升、铁芯温升和油温升等。

通过温升计算，可以确定变压器的负载能力和使用环境。

8.安全设计：根据变压器的使用环境和负载特性，设计变压器的保护装置和安全措施。

主要包括过载保护、短路保护、漏电保护等。

通过安全设计，可以保证变压器的正常运行和安全使用。

9.绝缘设计：根据变压器的使用环境和绝缘等级，设计变压器的绝缘结构和绝缘材料。

变压器设计及计算要点变压器是电力系统中常见的电气设备，用于改变交流电的电压。

其设计和计算涉及到多个方面的知识和要点。

以下是变压器设计及计算的一些重要要点：1.变压器的基本原理：变压器通过电磁感应原理将一个电路中的交流电能转移到另一个电路中，通过磁场的耦合来改变电压大小。

其基本原理是根据斯托克斯定律，通过互感器将电能从一侧流向另一侧。

2.变压器的基本构成：一个基本的变压器由两个线圈和一个铁芯组成。

一个线圈称为主线圈或一次线圈，另一个称为副线圈或二次线圈。

主线圈的电流产生主磁场，通过磁场的耦合将能量传递到副线圈。

3.变压器的变比：变比指的是输入线圈和输出线圈的匝数比例。

变比决定了输入和输出电压的大小关系。

根据电压的变化关系可分为升压变压器和降压变压器。

4.变压器的额定功率：额定功率是指变压器能够连续工作的最大功率。

额定功率通常以千瓦（kVA）为单位。

变压器额定功率的选择需要考虑到负载的需求以及变压器的散热能力。

5.变压器的铁芯设计：铁芯是变压器中的一个重要组成部分，用于提供磁路。

铁芯的选择和设计需要考虑到磁通密度、使用材料以及铁芯的截面积等因素。

铁芯应尽可能减小磁通的漏磁，以提高变压器的效率。

6.变压器的损耗计算：变压器在工作过程中会有一定的损耗，包括铜损和铁损。

铜损是由于线圈的电阻而产生的，铁损是由于铁芯的剩磁和涡流损耗产生的。

损耗计算是评估变压器效率的重要指标。

7.变压器的效率计算：变压器的效率是指输出功率与输入功率之比。

变压器的效率越高，其能量转换效率越高。

考虑到变压器的损耗和负载功率，可以计算出变压器的效率。

8.变压器的保护与维护：变压器在使用过程中需要进行保护和维护工作，以确保其正常运行和延长使用寿命。

常见的保护措施包括过流保护、过温保护以及绝缘电阻测试等。

9.变压器的温升计算：变压器的温升是指变压器在工作过程中由于损耗而产生的热量，其决定了变压器的散热能力。

通过合理设计和计算变压器的温升，可以确保其正常运行和安全使用。

设计手册油浸电力变压器温升计算目 录1概述第 1 页热的传导过程 第 1 页温升限值第 2 页 1.2.1 连续额定容量下的正常温升限值 第 2 页 1.2.2在特殊使用条件下对温升修正的要求第 2 页 1.2.2.1 正常使用条件第 2 页 1.2.2.2 安装场所的特殊环境温度下对温升的修正 第 2 页 1.2.2.3 安装场所为高海拔时对温升的修正 第 3 页2层式绕组的温差计算第 3 页层式绕组的散热面（S q c ）计算 第 3 页层式绕组的热负载（q q c ）计算 第 3 页层式绕组的温差（τq c ）计算 第 4 页 层式绕组的温升（θqc ）计算第 4 页3饼式绕组的温升计算第 4 页饼式绕组的散热面（S q b ）计算第 4 页 3.1.1饼式绕组的轴向散热面（S q bz ）计算第 4 页 3.1.2 饼式绕组的横向散热面（S q b h ）计算第 5 页 饼式绕组的热负载（q q b ）计算 第 5 页饼式绕组的温差（τq b ）计算第 5 页 3.3.1 高功能饼式绕组的温差（τq g ）计算 第 5 页 3.3.2普通饼式绕组的温差（τq b ）计算第 6 页饼式绕组的温升（θq b ）计算第 7 页4油温升计算第 8 页箱壁几何面积（S b ）计算 第 8 页箱盖几何面积（S g ）计算第 9 页版次 日期签 字旧底图总号底图总号日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页02 01油箱有效散热面（S yx ）计算第 9 页 4.3.1 平滑油箱有效散热面（S yx ）计算 第 9 页 4.3.2管式油箱有效散热面（S yx ）计算第10 页 4.3.3 管式散热器油箱有效散热面（S yx ）计算 第12 页 4.3.4 片式散热器油箱有效散热面（S yx ）计算 第14 页目 录油平均温升计算第19 页 4.4.1 油箱的热负载（q yx ）计算 第19 页 4.4.2油平均温升（θy ）计算第19 页顶层油温升计算第19 页5强油冷却饼式绕组的温升计算第21 页强油导向冷却方式的特点第21 页 5.1.1 线饼温度分布 第21 页 5.1.2 横向油道高度的影响 第21 页 5.1.3 纵向油道宽度的影响 第21 页 5.1.4 线饼数的影响 第21 页 5.1.5 挡油隔板漏油的影响 第21 页 5.1.6流量的影响第21 页 强油冷却饼式绕组的热负载（q q p ）计算 第22 页强油冷却饼式绕组的温差（τq p ）计算 第23 页 强油冷却饼式绕组的温升（θq p ）计算 第23 页 强油风冷变压器本体的油阻力（ΔH T ）计算第23 页 5.5.1油管路的油阻力（ΔH g ）计算第23 页 5.5.1.1 油管路的摩擦油阻力（ΔH M ）计算 第23 页 5.5.1.2 油管路特殊部位的形状油阻力（ΔH X ）计算 第24 页 5.5.1.3 油管路的油阻力（ΔH g ）计算 第25 页 5.5.2线圈内部的油阻力（ΔH q ）确定第26 页 5.5.2.1 线圈内部的摩擦油阻力（ΔH q m ）计算 第26 页 5.5.2.2 线圈内部特殊部位的形状油阻力（ΔH qT ）计算第27 页油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页02 025.5.2.3 线圈内部的油阻力（ΔH q ）计算第27 页 5.5.3 额定油流量（Q r ）下的变压器本体的油阻力（ΔH T r ）计算 第27 页 强油风冷的实际油流量（Q ）计算第28 页 5.6.1 冷却回路的总油阻力（ΔH Z ）计算 第28 页 5.6.2 强油风冷的实际油流量（Q ）计算第28 页 强油风冷冷却器的冷却容量（P FP ）计算第29 页 5.7.1 强油风冷油平均温升（θ’yp ）的初步确定 第29 页 5.7.2 单台冷却器的冷却容量（P ’FP ）的初步确定 第29 页 5.7.3 风冷却器工作的数量（N FP ）确定第29 页 5.7.4 强油风冷却器单台实际冷却容量（P FP ）计算第30 页 强油风冷油平均温升（θyP ）计算 第30 页 强油风冷冷却器的技术数据第31 页强油水冷冷却器工作的数量（N SP ）确定第38 页1 概述 热的传导过程变压器运行时，绕组、铁心、钢铁结构件中均要产生损耗，这些损耗将转变为热量发 散到周围介质中，从而引起变压器发热和温度升高。

变压器的设计计算方法1．电压计算公式（1）.Y Yo型U相=U线/ √ 3I相=I线（2）.△型U相=U线I相=I线/ √ 32．铁心直径的估算D=K4PK------经验系数（一般取52~57）P------每柱容量（P=Se/3）通过查表：得AC铁心的截面面积3．低压线圈匝数计算（1）.初算每匝的电压E t′Et′=B×At/450B-----磁通密度(通常为17.1~17.5) （2）.初算低压线圈匝数Wd′Wd′=U相/Et′U相-----低压线圈相电压按照公式计算低压线圈匝数Wd′不一定是整数，若舍去小数位时，磁通密度B将比初算Et′时大，若进位为整数匝时，磁通密度B将比初算Et′时小。

（3）.确定每匝的电压EtEt=U相/ Wd式中：Et值算至小数点后三位（4）.磁通密度的计算B=450Et / At=E t×105 / 222×At式中：B的单位为千高斯（5）.磁通的计算∮m=450Et式中：∮m的单位为千线4．高压线圈匝数计算（1）.首选计算最大和最小分接相电压=U相×（1±5%）（2）.根据分接电压计算分接匝数W G1=U相/Et U相----高压额定相电压W′G1=U相/Et U相----高压最大分接相电压W′G2=U相/Et U相----高压最小分接相电压（W G1、W′G1、W′G2都取整数匝）（3）.电压校核根据匝数W G1计算计算电压U相′相相相U UU'-≤0.25%#最大或最小分接电压的计算公式同上5．低压层式线圈的导线选择（1）.选用导线时应注意宽厚比：层式为1.5~3（2）.导线截面积的计算A=I相/ JI相---低压相位电流A-----导线截面积J-------电流密度（电流密度一般取2.3~2.5）#由导线截面积A查得导线宽度和厚度（指带绝缘的）（3）.一般来说容量在630KV A以下线圈形式用双层式。

Z ref = U2／P r式中: U—Z和Z ref所属的绕组的电压(额定电压或分接电压) ;P r—额定容量基准值。

此相对值也等于短路试验中为产生相应额定电流(或分接电流)时所施加的电压与额定电压之比或化成百分数表示。

及见后面相关的图。

Kx——电抗修正系数, 见表5.2表5.2 电抗修正系数( K x )线圈一侧有铁心时: []ρππππs su vu u e e e ss =-------11110512().()( 5 . 2 )其中: 0't0'sss s D 03.0s 2D 03.0s s h s v h u +≈δ++==λ=其它尺寸见图5.2线圈两侧都有铁心(如壳式变压器)时: []ρππππππs u v u v v u v v u e e e e e =----+-------++111105111211121212().()(()()( 5 . 3 )其中: s22s11s2ss 1h s v h s v h u h u ==λ=λ=s s D s D t 110100032003=++≈+''..δ s s D s D t 220200032003=++≈+''..δ δt ——导线绝缘(两边)厚度(cm); 其它尺寸见图5.2第页 共页 17 4 油 浸 电 力 变 压 器 阻 抗 计 算u →30 10.5 1.5 2 2.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.050.10.150.20.250.32.2 双绕组变压器电抗计算17 5 第 页 u →↑ρs图5.3 线圈一侧有铁心时的横向洛氏系数ρs = f ( u , v )曲线共 页 油 浸 电 力 变 压 器 阻 抗 计 算3 电阻分量计算短路阻抗中的电阻分量, 由变压器的负载损耗计算而得。

且常以百分数表示。

如下式: rk kP 10P %R =[ %] ( 5.4 )式中: P k ——变压器的负载损耗 ( W ); 见负载损耗计算; P r ——变压器的额定容量 ( kVA )。

--2．９.１单相分裂变压器电抗计算SＢ1－007.５第13页2.9．2 三相径向分裂变压器电抗计算SB1-00７.5 第14页２．9.3三相轴向分裂变压器电抗计算SB1-00７.5 第15页2.1０单相旁轭有载调压自耦变压器（低压励磁）电抗计算SB1-０0７.5第16页３电阻分量计算SB1－０07．５第17页4短路阻抗计算SB1-007.５第17页表示为该对绕组中同一绕组的参考阻抗Ｚref＝U2／P r的分数值(标么值）或百分数表示,则有:Ｚ% =１0０Z/ ZｒeｆZ ref = U2/Ｐｒ式中：U—Z和Z ref所属的绕组的电压(额定电压或分接电压) ；P r—额定容量基准值。

此相对值也等于短路试验中为产生相应额定电流(或分接电流)时所施加的电压与额定电压之比或化成百分数表示。

各线圈电抗高度, 然后再计算平均电抗高度; 按后面相关的公式计算； B q １, B q ２, B q3 ——各线圈的辐向尺寸(cm ）； 按线圈计算中公式(2．1７)及公式（2.2２)计算;A 12, Ａ13,A 2３, ——各对线圈间主空道尺寸(c ｍ)； 按线圈计算中公式(2．2６)及公式(2.2７）计算及见后面相关的图;Ｒｐ1, R p2, R ｐ３ ——各线圈的平均半径（ｃm); 按线圈计算中公式(２.26）及公式(2．２7）计算及见后面相关的图;Ｒｐ12, R p13, R p23 —各主空道平均半径(cm); 按线圈计算中公式(2.２6)及公式(２.27)计算及见后面相关的图。

Kx ——电抗修正系数， 见表5.2表5.２ 电抗修正系数 ( K ｘ )ρ —— 洛氏系数; 按下式计算或查表５.3 ( 时当3.1H u k≥λ=, 可用等号后的近似公式计算 ) :ρπππ=--≈--11111u e uu ()（ 5 . 1 )第 页 共 页 17 3 油 浸 电 力 变 压 器 阻 抗 计 算其中: u H k=λ表５.3 洛氏系数ρｓ——横向洛氏系数；线圈一侧有铁心时：按公式(5.2)计算; 线圈两侧都有铁心时：(如壳式变压器）按公式(5.3）计算;线圈一侧有铁心时:[]ρππππssu v uue e es s=-------11110512().()( 5. 2 )其中:'t'ssssD03.0s2D03.0sshsvhu+≈δ++==λ=其它尺寸见图5.2线圈两侧都有铁心(如壳式变压器）时:[]ρππππππsu v u v v u v vue e e e e=----+-------++111105111211121212().()(()()(5. 3 )其中:s22s11s2ss1hsvhsvhuhu==λ=λ=图5.2 横向漏磁组尺寸图铁心a) 线圈一侧有铁心b) 线圈两侧有铁心铁心铁心s s D s D t 110100032003=++≈+''..δ s s D s D t220200032003=++≈+''..δ δt ——导线绝缘(两边)厚度(cm); 其它尺寸见图5.２第页 共页 17 4 油 浸 电 力 变 压 器 阻 抗 计 算u →30 10.5 1.5 2 2.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.050.10.150.20.250.317 5 第 页 u →↑ρs图5.3 线圈一侧有铁心时的横向洛氏系数ρs = f ( u , v )曲线共 页 油 浸 电 力 变 压 器 阻 抗 计 算２.2 双绕组变压器电抗计算２.8 双绕组变压器(低压Z形联结) 电抗计算３ 电阻分量计算短路阻抗中的电阻分量, 由变压器的负载损耗计算而得。

110kV级油浸式电力变压器电磁计算原则1、总则本原则适用于110kV级容量在5000-120000kVA范围内，双绕组或三绕组，无励磁调压或有载调压油浸式电力变压器的电磁计算。

1.1本原则所遵循的标准：GB1094.1～2-1996 电力变压器GB1094.3-2003 电力变压器GB1094.5-2003 电力变压器GB/T6451-1999 三相油浸式电力变压器技术参数和要求1.2 电磁计算的一般说明为保证电磁计算的单位和精度的统一，特规定以下主要变量的单位及有效位数：1.2.1 匝电势（V）：保留3位小数；电压（V）：以整数结尾。

1.2.2线圈电流（A）：保留1位小数；电密（A/mm2）：保留2位小数。

1.2.3磁密（T）：保留2位小数；线圈电阻（Ω）：取5位有效数字。

1.2.4导线截面（mm2）：保留2位小数；导线长度（m）：保留1位小数。

1.2.5导线重量（kg）：以整数结尾；温升（T）：保留1位小数。

1.2.6损耗（W）：以整数结尾（尾数为0）；空载电流（%）：保留2位小数。

1.2.7短路阻抗（%）：保留2位小数。

1.2.8器身重、油重、总重、本体运输重（kg）：后两位为0。

2、铁心部分2.1铁心材料、铁心截面及叠片系数铁心材料均为高导磁冷轧硅钢片，其性能查阅相关参数表；铁心截面按照工厂现有的标准选取；片厚为0.3mm 或0.35mm 时叠片系数取0.97，片厚为0.27mm 时叠片系数取0.96。

2.2磁通密度（B ）普通电力变压器 B ＜1.75T 接发电机及厂用变压器 B ＜1.73T 2.3 铁心直径的选取按照以下公式初步估算，再根据铜导线与硅钢片的市场价格进行调整D=K(Sz)1/4式中：D ——铁心直径，㎜；K ——经验系数,在51～56范围内取值； Sz ——每柱容量， kVA 。

2.4. 空载损耗与空载电流计算2.4.1空载损耗计算 P 0=K P0×p t ×G Fe W式中：K P0——铁心损耗附加工艺系数，见表1.1； p t ——电工钢带单位损耗（查材料曲线），W/kg ； G Fe ——铁心重量，kg 。

2 线圈型式油浸电力变压器常用线圈型式有如下几种, 具体选用可参考线圈的主纵绝缘。

2.1 圆筒式(层式)线圈2.1.1 线圈种类圆筒式(层式)线圈, 分为单层圆筒式、双层圆筒式、多层圆筒式及分段圆筒式线圈。

2.1.2 适用范围圆筒式(层式)线圈, 常用于中小型变压器的高压、低压线圈或中大型变压器的调压 线圈, 具体选用如下:(1) 单层圆筒式线圈: 常用于电压 66～110 kV 级的高压、中压及低压的调压线圈。

(2) 双层或四层圆筒式线圈: 常用于容量 ＜ 630 kVA, 电压 0.4 kV 的低压线圈。

(3) 多层圆筒式线圈: 常用于容量 ＜ 630 kVA, 电压 3～35 kV 级的高压线圈。

(4) 分段圆筒式线圈: 常用于容量 ≤ 2000 kVA, 电压 66 kV 的高压线圈。

2.1.3 不满匝层放置多层圆筒式线圈常有一层为不满匝层, 不满匝层的匝数, 一般为正常层匝数的 70% 以上, 具体放臵如下:(1) 无油道的多层圆筒式线圈: 不满匝层放在最外层;如最外层有分接头,且布满一层 时, 不满匝层可放在外数的第2层;(2) 带内部油道的多层圆筒式: 不满匝层一般应放在油道内侧的最外层(该层可稀绕); (3) 四层圆筒式线圈: 不满匝层放在中间的第 2 层或第 3 层, 但需填充纸条; (4) 双层圆筒式线圈: 不满匝层放在最外层, 但需填充纸条。

2.1.4 所用导线圆筒式(层式) 线圈一般用缩醛漆包圆铜线（仅用于小型变压器的高压线圈）、 纸包 圆铜线、纸包铜扁线等一根或多根并联绕制。

2.1.5 线圈换位为了减少导线中的环流损耗，圆筒式线圈，当导线沿辐向2根并联时，应在每层 1/ 2 匝 数处，进行一次换位（调压线圈按具体情况确定是否换位），但换位使线圈轴向尺寸增加 一根导线高度。

2.2 螺旋式线圈2.2.1 线圈种类螺旋式线圈, 分为单及单半螺旋式、双及双半螺旋式、三螺旋式、四及四半螺旋式等。

5 圆形引线的绝缘距离一般结构见表5；特殊结构见表6圆形引线一般结构的绝缘距离表（）表均按工频试验电压240 kV水平选取绝缘距离。

②220 kV级变高－低结构以及220 / 110 kV级自耦变；高压上下联线至线端之绝缘距离按340 kV水平选取。

③当220 kV级引线直径d≥φ30时，允许引线每边绝缘采用δ=10。

表6 圆形引线特殊结构的绝缘距离表（表中S1、S2、S3、δ见表5）（mm）注：当电压≤40 kV 级的引线，可采用铜（铝）排（但≥154 kV 的线圈部位，不允许有裸铜排通过）, 最小绝缘距离按表6 中S2.1, S2.2, S2.3, S2.4 选用；其至油箱夹件等的最小绝缘距离,按表5 中δ= 0 时的S1, S2, S6, S7选用。

6 内部线圈线端引线的绝缘距离见表7表7 内部线圈线端引线的绝缘距离表(mm)注：①* 为优先采用的引线每边绝缘厚度。

②▲适用于110 kV 级全绝缘线端及220 kV 级高压多线圈结构的高压2的线端。

③表中S9，S10为引线至金属压板的最小绝缘距离，如是绝缘压板时，只考虑机械距离。

④表中绝缘距离均为“最小绝缘距离”，设计时应采用“选用距离”,将“最小绝缘距离”加表4“制造公差”。

7 高压线端引线的绝缘距离见表8表高压线端引线的绝缘距离表8 铜（铝）排间及至线圈的绝缘距离见表9表9 铜（铝）排间及至线圈的绝缘距离表(mm)注：≤35（40）kV级排至线圈最小绝缘距离S 25 为纯油距（如有爬距时, 应折合成纯油距）。

9 线圈至油箱的绝缘距离见表10表10 线圈至油箱的绝缘距离表(mm)10 开关带电部位的绝缘距离10.1 置于器身顶上的开关带电部位的绝缘距离见表11表11 置于器身顶上的开关带电部位的绝缘距离表(mm)10.2 置于相间的立式夹片式（DWJ）开关的绝缘距离见表1210.3 置于相间的立式鼓式（DW ）开关的绝缘距离 见表13表置于相间的立式鼓式（）开关的绝缘距离表注：绝缘距离下面的数值（kV ）为选取该绝缘距离的工频试验电压水平。