110KV电力变压器电磁计算原则

2016年第8期总第185期江西电力·2016JIANGXI ELECTRIC POWER0引言当电力系统正常运行时，因为三相对称，变压器中性点电位为零。

但是，当高压输电线路发生非全相运行情况时，变压器中性点会产生过电压，如果线路参数和变压器励磁电感匹配时，将会造成铁磁谐振，此时变压器中性点过电压将更高[1，2]。

目前国内外的文献对非全相运行时变压器中性点过电压分析的较少，本文运用图解法详细论述了非全相运行时变压器中性点过电压的产生机理，给出了变压器中性点的理论计算公式以及各种运行情况下变压器中性点过电压值。

利用电磁暂态分析程序ATP 对某110kV 系统进行建模仿真，计算了非全相运行时变压器中性点过电压，仿真结果和理论分析值完全一致，证明了文章所提理论的正确性。

当把变压器切除，线路于是变成了空载线路。

本文运用图解法和解析法对空载线路非全相运行时开断相上的电压进行了详细的分析，两种方法所得分析结果完全一致，证明了本文所提理论的正确性。

1非全相拉合闸（包括断线）引起的过电压系统在非全相运行时，比如采用单相重合闸或熔断器的线路，在单相操作或非全相熔断时，或者采用同期性能不良的断路器在切合线路时，中性点会出现异常的过电压，此时若有铁磁谐振，中性点过电压会十分严重[3，4]。

1.1输电线路的正序电容和零序电容为方便论述，下面以空载线路为例，如图1所示。

作者简介：李博江（1988-），男，工学博士，研究方向为电力系统过电压保护，高压绝缘放电，气水两相流体放电。

摘要：为了限制短路电流和满足继电保护整定的需要，在110kV，220kV 系统中，只有部分变压器中性点接地运行。

当输电线路非全相运行时，不接地变压器中性点会产生过电压。

本文详细论述了在非全相运行时变压器中性点过电压的产生机理，通过理论推导得到了变压器中性点过电压值的理论计算公式，理论分析表明：当一相断开，单端供电且电源中性点不接地时，空载变压器中性点电位将达到0.5倍的相电压；当两相断开，单端供电且电源中性点不接地时，空载变压器中性点电位将达到相电压。

哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书电力变压器电磁计算摘要本文介绍了变压器的发展现状及130MVA/242kV发电机升压变压器电磁计算的两种方案及其分析比较。

根据给定的技术任务要求和环境使用条件，确定变压器的电磁负载和主要尺寸，计算性能数据包括阻抗电压、空载损耗、负载损耗、各部分温升、机械短路电动力、导线应力及变压器重量，确定外形尺寸，取得合理的技术经济效果。

计算结果满足国家标准及有关技术标准和使用部门的要求。

从运行的经济性考虑，我们要求变压器损耗低，效率高，但在实际生产中，降低损耗必然导致材料和制造成本的增加，所以应综合考虑各方面因素，从中选择最优方案。

关键词：电力变压器；电磁计算；方案分析Power Transformer Electromagnetic DesignAbstractThis article introduces the development of power transformer in present years and two plans of the 130MV A/242kV generator step-up transformer electromagnetism design. I also compare them with each other. According to technology mission requirement and environment exploitation conditions which assigns, determine the transform er’s electromagnetic load and the main dimension of the outline. The estimated performance data including the impedance voltage, the no-lead loss, the load loss, the temperature rises of various transformer part, the short circuit force, the wire stress and the transformer weight, external dimensions, obtaining the reasonable technical economic effect. The computed result satisfies the national standards and the related technical standard and user department’s request. Considered from the movement efficiency that we request the transformer loss to be low, the efficiency is high. But in the actual production, reducing the loss to cause the material and production cost increase inevitably, therefore we should the overall evaluation various aspects factor, choose the synergy.Keyword: power transformer；electromagnetic design；plan analyze目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论1.1课题研究的背景 (1)1.2问题的提出及研究的意义 (1)1.3变压器计算的一般程序 (1)1.4本课题的目的 (2)第2章发电机用电力变压器电磁计算方案一2.1技术条件 (3)2.2 额定电压电流计算 (3)2.2.1 高低压线圈相电压计算 (3)2.2.2 高低压线圈电流计算 (3)2.2.3 铁芯的确定 (4)2.2.4线圈匝数计算 (4)2.2.5电压比校核 (5)2.2.6 绕组排列及计算 (5)2.2.7 导线选取 (6)2.2.8 线圈计算 (6)2.2.9 铁芯中心距的计算 (6)2.2.10窗高的计算 (7)2.3阻抗电压的计算 (7)2.4导线重量和电阻阻值的计算 (10)2.4.1导线长度的计算 (10)2.4.2导线电阻阻值的计算 (10)2.4.3导线重量的计算 (10)2.5负载损耗的计算 (11)2.5.1电阻损耗 (11)2.5.2涡流损耗 (11)2.5.3油箱尺寸计算 (12)2.5.4杂散损耗 (12)2.5.5引线损耗 (13)2.6空载损耗和空载电流的计算 (13)2.6.1铁芯硅钢片总重 (13)2.6.2空载损耗的计算 (13)2.6.3空载电流的计算 (13)2.7.1线圈对油的温升计算 (14)2.7.2油对空气的温升计算 (14)2.7.3绕组对空气的温升计算 (15)2.8短路电动力的计算 (16)2.8.1安匝分布的计算 (16)2.8.2漏磁计算 (17)2.8.3短路电流稳定倍数 (17)2.8.4不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力 (18)2.8.5导线应力的计算 (18)2.9变压器重量的计算 (19)2.9.1总油量的计算 (19)2.9.2器身重量 (20)2.9.3油箱重量 (20)2.9.4附件重量 (21)2.9.5总重量的计算 (21)第3章发电机用电力变压器电磁计算方案二3.1技术条件 (22)3.2 额定电压电流计算 (22)3.2.1 高低压线圈相电压计算 (22)3.2.2 高低压线圈电流计算 (22)3.2.3 铁芯的确定 (23)3.2.4线圈匝数计算 (23)3.2.5电压比校核 (24)3.2.6 绕组排列及计算 (24)3.2.7 导线选取 (25)3.2.8 线圈计算 (25)3.2.9 铁芯中心距的计算 (25)3.2.10窗高的计算 (26)3.3阻抗电压的计算 (26)3.4导线重量和电阻阻值的计算 (29)3.4.1导线长度的计算 (29)3.4.2导线电阻阻值的计算 (29)3.4.3导线重量的计算 (29)3.5负载损耗的计算 (30)3.5.1电阻损耗 (30)3.5.2涡流损耗 (30)3.5.3油箱尺寸计算 (31)3.5.5引线损耗 (31)3.6空载损耗和空载电流的计算 (32)3.6.1铁芯硅钢片总重 (32)3.6.2空载损耗的计算 (32)3.6.3空载电流的计算 (32)3.7温升计算 (33)3.7.1线圈对油的温升计算 (33)3.7.2油对空气的温升计算 (34)3.7.3绕组对空气的温升计算 (35)3.8短路电动力的计算 (35)3.8.1安匝分布的计算 (35)2.8.2漏磁计算 (36)2.8.3短路电流稳定倍数 (36)2.8.4不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力 (37)2.8.5导线应力的计算 (38)3.9变压器重量的计算 (39)3.9.1总油量的计算 (38)3.9.2器身重量 (38)3.9.3油箱重量 (38)3.9.4附件重量 (39)3.9.5总重量的计算 (39)第4章两个方案变压器的性能比较与分析 (40)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录一 (44)第1章绪论1.1 课题研究的背景变压器是电力系统中重要的电力设备，平均一台发电机就需要配备七台相同容量的变压器。

110kV三绕组变压器设计要点本文对110kV三绕组变压器电磁计算设计要求进行了说明，并对产品的结构设计要点进行了分析。

标签：变压器；110kV；三绕组；设计1 概述本文对110kV电磁计算中的铁心计算、线圈计算、主绝缘设计和损耗计算中各种参数进行了详细的要求，并对产品的铁心结构、线圈结构和油箱结构、引线结构等需要注意的问题进行了归纳，与此同时，对产品的抗短路能力措施，防渗漏措施等进行了研究。

希望能够帮助以后从事110kV变压器设计人员能更快地进入角色。

2 110kV三绕组变压器的电磁计算设计原则此类变压器总的要求为：高压线圈端部出线，等安匝设计，同一个线圈的导线规格要少，根数相同，裸线宽度接近，油道按线圈电抗中心线对称放置。

（1）铁心设计：磁密：噪声60dB时磁密≤1.73T；噪声65dB磁密≤1.76T，结构形式为三相三柱式，空载损耗系数1.08，空载电流系数1.4；（2）线圈设计：高压线圈：连续式，最小段数60，最小电抗高度12.5）0.45（纸包铜扁线线宽≤12.5），σ0.2≥160Mpa，电密≤3.5 A/mm2；调压线圈：圆筒式，匝绝缘高压调压1.95.中压调压1.35，σ0.2≥120Mpa，电密≤3.5 A/mm2；（3）主绝缘设计：变压器采用低-中-高-高调-中调排列。

低压-中压线圈距离34mm，高压-调压线圈距离36mm，高调-中调线圈距离28mm，相间距离≥30mm；上部压板厚度<63MV A时50mm，≥63MV A时60mm；（4）杂散损耗系数（50Hz时）：高-中0.038，高-低0.03 ，中-低0.048。

3 110kV三绕组变压器的结构（1）铁心结构。

1）铁心为三相三柱五级接缝结构，此结构可以降低变压器空载损耗，铁心心柱加装撑条，提高变压器抗短路能力；2）铁心主轭窗内采用拉带拉紧，上主轭采用上梁，下主轭采用垫脚，旁侧采用侧梁，四面夹紧；3）铁心叠装完毕后，主轭采用液压夹紧，心柱采用机械夹紧；4）铁心起立后心柱均采用高强度聚酯带机械绑扎；5）铁轭上的级次垫块与铁轭之间必须保证有70%的级次顶严，以确保主轭受力均匀。

110kv变电站安全距离110kv变电站设计规范110kv变电站安全距离国家《电磁辐射管理办法》规定100千伏以上为电磁强辐射工程,第二十条规定:在集中使用大型电磁辐射设备或高频设备的周围，按环境保护和城市规划要求,在规划限制区内不得修建居民住房、幼儿园等敏感建筑。

不过，据环保部门介绍，我国目前对设备与建筑物之间的距离有一定要求。

比如一般10KV —35KV变电站，要求正面距居民住宅12米以上，侧面8米以上；35KV以上变电站的建设，要求正面距居民住宅15米以上，侧面12米以上；箱式变电站距居民住宅5米以上。

北京市规划委(2004规意字0638号）110千伏的地下高压变电站工程项目，明确要求距离不得少于300米。

35~110KV变电站设计规范第一章总则第1.0。

1条为使变电所的设计认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求，制订本规范。

第1。

0。

2条本规范适用于电压为35～110kV,单台变压器容量为5000kV A及以上新建变电所的设计。

第1.0。

3条变电所的设计应根据工程的5~10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。

第1。

0。

4条变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。

第1.0.5条变电所的设计,必须坚持节约用地的原则.第1。

0。

6条变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。

第二章所址选择和所区布置第2.0。

1条变电所所址的选择,应根据下列要求，综合考虑确定:一、靠近负荷中心；二、节约用地,不占或少占耕地及经济效益高的土地;三、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；四、交通运输方便；五、周围环境宜无明显污秽,如空气污秽时,所址宜设在受污源影响最小处；六、具有适宜的地质、地形和地貌条件(例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；七、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业)的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；八、应考虑职工生活上的方便及水源条件;九、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。

110kv变电站安全距离110kv变电站设计规范110kv变电站安全距离国家《电磁辐射管理办法》规定100千伏以上为电磁强辐射工程，第二十条规定：在集中使用大型电磁辐射设备或高频设备的周围，按环境保护和城市规划要求，在规划限制区内不得修建居民住房、幼儿园等敏感建筑。

不过，据环保部门介绍，我国目前对设备与建筑物之间的距离有一定要求。

比如一般10KV —35KV变电站，要求正面距居民住宅12米以上，侧面8米以上；35KV以上变电站的建设，要求正面距居民住宅15米以上，侧面12米以上；箱式变电站距居民住宅5米以上。

北京市规划委（2004规意字0638号）110千伏的地下高压变电站工程项目，明确要求距离不得少于300米。

35～110KV变电站设计规范第一章总则第1.0.1条为使变电所的设计认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求，制订本规范。

第1.0.2条本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为5000kV A及以上新建变电所的设计。

第1.0.3条变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。

第1.0.4条变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。

第1.0.5条变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。

第1.0.6条变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。

第二章所址选择和所区布置第2.0.1条变电所所址的选择，应根据下列要求，综合考虑确定：一、靠近负荷中心；二、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；三、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；四、交通运输方便；五、周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处；六、具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；七、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业）的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；八、应考虑职工生活上的方便及水源条件；九、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。

《电 气 计 算 通 则》110kV 及以下TR 适用编 制常州变压器厂设计处2001.9.5WWW.PL CWCN附表 Ⅲ 油面温升修正值 △QmHQm△Qm Qm △Qm Qm △Qm Qm △Qm Qm △Qm Qm △Qm Qm △Qm0.89 12 5 19 6 26.58 35.5 10 43.512 0.88 13.5 5 20 6 28 8 37 10 45.5120.87 15 5 21.56 29 8 38.5 10 47 120.86 16.5 5 23 6 30.58 40 10 48.5120.85 18 5 24 6 32 8 41.5 10 50 120.84 19.5 5 25.5 6 33.58 43 100.83 21 5 27 6 35 8 44.5 100.82 22.5 5 28.5 6 36 8 46 100.81 24 5 30 6 37.58 47.5 100.80 25.5 5 31.5 6 39 8 49 10 0.79 27 5 33 6 41 8 50.5 100.78 28.5 5 34.56 42.580.77 29.5 5 36 6 44 80.76 13 4 31 5 38 6 45.580.75 14 4 32.5 5 39.5 6 47 80.74 15 4 34 5 41 6 48.580.73 16.5 4 35.5 5 42.56 50 80.72 18 4 37 5 44 60.71 19.5 4 38.5 5 46 60.70 21 4 40 5 47.5 6 0.69 22.5 4 41.5 5 49 60.68 24 4 43 5 50.560.67 25.5 4 44.550.66 27 4 46 50.65 28.5 4 47.550.64 30 4 49 5 0.63 31.54 51 50.62 33 4 0.61 35 4 0.6036.540.59 12.5 3 38.540.58 13 3 40 4 0.57 14 3 42 4 0.56 14.5 3 43.5 4 0.55 15.5 3 45.5 4 0.54 16 3 47.540.53 17 3 49 4 0.52 18 3 51 4 0.51 19 3 0.50 203在相应的高度系数下，根据Qm 进行线性插值，得到△Qm 。

电力变压器电磁计算摘要本文介绍了变压器的发展现状及130MVA/242kV发电机升压变压器电磁计算的两种方案及其分析比较。

根据给定的技术任务要求和环境使用条件，确定变压器的电磁负载和主要尺寸，计算性能数据包括阻抗电压、空载损耗、负载损耗、各部分温升、机械短路电动力、导线应力及变压器重量，确定外形尺寸，取得合理的技术经济效果。

计算结果满足国家标准及有关技术标准和使用部门的要求。

从运行的经济性考虑，我们要求变压器损耗低，效率高，但在实际生产中，降低损耗必然导致材料和制造成本的增加，所以应综合考虑各方面因素，从中选择最优方案。

关键词：电力变压器；电磁计算；方案分析目录摘要 (I)第1章绪论1.1课题研究的背景 (1)1.2问题的提出及研究的意义 (1)1.3变压器计算的一般程序 (1)1.4本课题的目的 (2)第2章发电机用电力变压器电磁计算方案一2.1技术条件 (3)2.2 额定电压电流计算 (3)2.2.1 高低压线圈相电压计算 (3)2.2.2 高低压线圈电流计算 (3)2.2.3 铁芯的确定 (4)2.2.4线圈匝数计算 (4)2.2.5电压比校核 (5)2.2.6 绕组排列及计算 (5)2.2.7 导线选取 (6)2.2.8 线圈计算 (6)2.2.9 铁芯中心距的计算 (6)2.2.10窗高的计算 (7)2.3阻抗电压的计算 (7)2.4导线重量和电阻阻值的计算 (10)2.4.1导线长度的计算 (10)2.4.2导线电阻阻值的计算 (10)2.4.3导线重量的计算 (10)2.5负载损耗的计算 (11)2.5.1电阻损耗 (11)2.5.2涡流损耗 (11)2.5.3油箱尺寸计算 (12)2.5.4杂散损耗 (12)2.5.5引线损耗 (13)2.6空载损耗和空载电流的计算 (13)2.6.1铁芯硅钢片总重 (13)2.6.2空载损耗的计算 (13)2.6.3空载电流的计算 (13)2.7温升计算 (14)2.7.1线圈对油的温升计算 (14)2.7.2油对空气的温升计算 (14)2.7.3绕组对空气的温升计算 (15)2.8短路电动力的计算 (16)2.8.1安匝分布的计算 (16)2.8.2漏磁计算 (17)2.8.3短路电流稳定倍数 (17)2.8.4不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力 (18)2.8.5导线应力的计算 (18)2.9变压器重量的计算 (19)2.9.1总油量的计算 (19)2.9.2器身重量 (20)2.9.3油箱重量 (20)2.9.4附件重量 (21)2.9.5总重量的计算 (21)第3章发电机用电力变压器电磁计算方案二3.1技术条件 (22)3.2 额定电压电流计算 (22)3.2.1 高低压线圈相电压计算 (22)3.2.2 高低压线圈电流计算 (22)3.2.3 铁芯的确定 (23)3.2.4线圈匝数计算 (23)3.2.5电压比校核 (24)3.2.6 绕组排列及计算 (24)3.2.7 导线选取 (25)3.2.8 线圈计算 (25)3.2.9 铁芯中心距的计算 (25)3.2.10窗高的计算 (26)3.3阻抗电压的计算 (26)3.4导线重量和电阻阻值的计算 (29)3.4.1导线长度的计算 (29)3.4.2导线电阻阻值的计算 (29)3.4.3导线重量的计算 (29)3.5负载损耗的计算 (30)3.5.1电阻损耗 (30)3.5.2涡流损耗 (30)3.5.3油箱尺寸计算 (31)3.5.4杂散损耗 (31)3.5.5引线损耗 (31)3.6空载损耗和空载电流的计算 (32)3.6.1铁芯硅钢片总重 (32)3.6.2空载损耗的计算 (32)3.6.3空载电流的计算 (32)3.7温升计算 (33)3.7.1线圈对油的温升计算 (33)3.7.2油对空气的温升计算 (34)3.7.3绕组对空气的温升计算 (35)3.8短路电动力的计算 (35)3.8.1安匝分布的计算 (35)2.8.2漏磁计算 (36)2.8.3短路电流稳定倍数 (36)2.8.4不平衡安匝漏磁组所产生的总轴向力 (37)2.8.5导线应力的计算 (38)3.9变压器重量的计算 (39)3.9.1总油量的计算 (38)3.9.2器身重量 (38)3.9.3油箱重量 (38)3.9.4附件重量 (39)3.9.5总重量的计算 (39)第4章两个方案变压器的性能比较与分析 (40)结论 (41)参考文献 (43)附录一 (44)第1章绪论1.1 课题研究的背景变压器是电力系统中重要的电力设备，平均一台发电机就需要配备七台相同容量的变压器。

110kv变电站安全距离110kv变电站设计规范110kv变电站安全距离国家《电磁辐射管理办法》规定100千伏以上为电磁强辐射工程，第二十条规定：在集中使用大型电磁辐射设备或高频设备的周围，按环境保护和城市规划要求，在规划限制区内不得修建居民住房、幼儿园等敏感建筑。

不过，据环保部门介绍，我国目前对设备与建筑物之间的距离有一定要求。

比如一般10KV —35KV变电站，要求正面距居民住宅12米以上，侧面8米以上；35KV以上变电站的建设，要求正面距居民住宅15米以上，侧面12米以上；箱式变电站距居民住宅5米以上。

北京市规划委（2004规意字0638号）110千伏的地下高压变电站工程项目，明确要求距离不得少于300米。

35～110KV变电站设计规范第一章总则第1.0.1条为使变电所的设计认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求，制订本规范。

第1.0.2条本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为5000kV A及以上新建变电所的设计。

第1.0.3条变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。

第1.0.4条变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。

第1.0.5条变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。

第1.0.6条变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。

第二章所址选择和所区布置第2.0.1条变电所所址的选择，应根据下列要求，综合考虑确定：一、靠近负荷中心；二、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；三、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；四、交通运输方便；五、周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处；六、具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；七、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业）的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；八、应考虑职工生活上的方便及水源条件；九、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。