110kV级油浸式电力变压器电磁计算原则.doc

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1、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。本原则所遵循的标准：2-1996 电力变压器 电力变压器 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 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： 匝 电 势（V）： 保留3位小数； 电压（V）：以整数结尾。线圈电流（A）： 保留1位小数； 电密（A/mm2）：保留2位小数。磁 密（T）： 保留2位小数； 线圈电阻（）：取5位有效数字。导线

2、截面（mm2）： 保留2位小数； 导线长度（m）：保留1位小数。导线重量（kg）： 以整数结尾； 温升（T）：保留1位小数。损 耗（W）： 以整数结尾（尾数为0）；空载电流（%）：保留2位小数。短路阻抗（%）： 保留2位小数。器身重、油重、总重、本体运输重（kg）：后两位为0。国标性能参数及设计计算允许偏差，有协议要求时按协议。项目国家标准允许偏差计算裕度及限值电压比规定的第一对绕组主分接a.规定电压比的%b.实际阻抗百分数1/10取两值中的低者主分接：%其他分接：%其他分接由制造厂与用户协商其他绕组对按协议，但不低于a和b中较小者短路阻抗有两个独立绕组的变压器，或多绕组变压器中规定的第一对独

3、立绕组主分接当阻抗10%时，%当阻抗10%时，10%标准值的%其它分接当阻抗10%时，10%当阻抗10%时，15%自耦联结的一对绕组，或多绕组变压器中规定的第二对绕组主分接10%其它分接15%其它绕组对15%，按协议正偏差可加大空载电流+30%+20%损耗空载损耗+15%+12%负载损耗+15%+10%总损耗+10%+8%温升线圈温升65k63k油顶层温升55k53k各线圈温差7k7k油箱结构件表面80k80k2、铁心部分铁心材料、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；片厚为或时叠片系数取，片厚为时叠片系数取。磁通密度（B）普通电

4、力变压器 B接发电机及厂用变压器 B 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5156范围内取值；Sz每柱容量， kVA。. 空载损耗与空载电流计算空载损耗计算 P0=KP0ptGFe W式中：KP0铁心损耗附加工艺系数，见表；pt电工钢带单位损耗（查材料曲线），W/kg；GFe铁心重量，kg。表 铁心损耗附加工艺系数铁心形式三 相 三 柱 结 构三相五柱变压器容量，kVA50006300063000等轭不等轭空载损耗系数KP0空载电流系数注：1）等轭表示铁心主轭与旁轭的截面相等。空载电流计算: 空载

5、电流计算中一般忽略有功部分式中：空载电流工艺系数，见表；铁心重量，kg；铁心单位磁化容量（查材料曲线），VA/ kg；变压器额定容量，kVA。3、绕组部分绕组中导线的一般要求导线材料采用无氧铜，在要求抗短路能力强的产品中用半硬铜导线；75时的电阻系数为.m m2 / m；导线电密均小于 m m2，半容量导线电密小于 m m2。线饼辐向尺寸计算：导线尺寸取名誉尺寸+ m m，辐向绕制裕度系数按以下选取：纠结式或内屏蔽连续式，连续式，螺旋式。线饼轴向尺寸计算：导线尺寸取名誉尺寸+ m m，当匝绝缘厚度 m m时要考虑10%的压缩量，垫块压缩系数取%。计算单中的导线长度均为绕组实际总匝长，不再包括绕

6、组出头长度或者工艺余量。.导线的选取单根纸包铜扁线厚度a 宽度b14(调压绕组除外)。纠结式绕组宽厚比37，a。连续式绕组宽厚比37，a。螺旋式绕组宽厚比7，a。单层圆筒式调压绕组绕组辐向10。平绕：宽厚比37，厚度a4。立绕：宽厚比2，宽度b10。复合导线原则上不使用四复合导线。二复合导线单根a,B/A=3。三复合导线单根a,B/A=2。式中：a 裸线厚度（mm）；b 裸线宽度（mm）；A包完匝绝缘后的线厚（mm）；B包完匝绝缘后的线宽（mm）。.导线标注方法组合导线：ZZB-（+1） ,式中：ZZB纸包组合铜导线；组合铜导线的组合根数，n=2-3；a,b,单根裸导线的厚与宽（mm）；A,B

7、,组合导线的厚与宽（mm）；A= （a+） n+1,B=b+导线绝缘厚度（mm），常采用，；1=单根及屏蔽导线：ZB- ,式中： ZB纸包铜导线；a,b,单根裸导线的厚与宽（mm）；A,B,包绝缘后导线的厚与宽（mm），A= a+,B=b+；导线绝缘厚度（mm）。油导向结构高、中、低压绕组均采用油导向循环结构,油循环路径统一采用外进外出方式，当变压器容量25000kVA时，采用2个外挡油板与3个内挡油板交错放置，共分4区；当变压器容量25000kVA时，采用3个外挡油板与4个内挡油板交错放置，共分6区。油导向隔板所处油道宽为4（31），整个绕组隔板所占总高度51=5。绕组型式选择高压绕组（11

8、0kV级）高压绕组为单根导线或单根二复合导线时采用纠结连续式，纠结段均采用“单-单”纠，三复合或两根复合导线并联时采用内屏连续式。中压绕组（35kV级）中压绕组采用连续式，连续式绕组导线并绕根数12根，但要换位数应小于或等于档位数的一半，单根导线厚3。低压绕组（10kV级及以下）低压绕组根据容量大小采用连续式或单（半）螺旋式、双（半）螺旋式，连续式绕组导线并绕根数12根，但要换位数应小于或等于档位数的一半，单根导线厚3，绕组为单（半）螺旋式时采用“2-4-2”换位方式。调压绕组110kV级有载调压的高压调压和中压调压部分均设置单独调压绕组，为正反调压方式；双圈有载调压变压器的调压绕组均采用圆筒

9、式；三圈有载调压变压器容量小于等于20000kVA的调压绕组采用圆筒式，按辐向顺序方式排列，容量大于20000kVA的三圈有载调压变压器的调压绕组采用轴向排列方式。绕向所有绕组均采用左绕向。垫块宽度与撑条根数绕组撑条根数与垫块宽度的选取应根据其力学性能与热性能进行计算，常用垫块宽度有30、40、50三种，而铁心直径与撑条数量之间的关系见表：表 铁心直径与撑条数量关系铁心直径（）340470480630640690700770780900撑条数量12162020或2424或28匝绝缘重量的计算公式C=AB（r+/2）2（r+）2(n-1)-sn/n /s （%）式中：A包完匝绝缘后的线厚（mm）

10、；B包完匝绝缘后的线宽（mm）；n组合导线并绕根数；匝绝缘厚（mm）；s单根导线的截面积（mm2）；r单根导线的周边圆角（mm）；单根导线厚度为a=时，r=a=时，r=a=时，r=a=时，r=4、110kV电压等级变压器主、纵绝缘.铁心圆与相邻绕组内纸筒之间的间隙见表 表 铁心圆与内纸筒间隙 mm铁心直径mm340490500650660800810900间 隙mm6789、绕组空道尺寸见表 表 绕组空道尺寸 mm电 极 名 称绕 组 与 铁 心 之 间绕 组 与 绕 组 之 间电压等级 kV35kV010kV035kV10kV110kV10kV110kV35kV基本调压绕组空道尺寸mm24+

11、纸筒间隙12+纸筒间隙20端部进线:38 ;中部进线:3636绝 缘 水 平110kV级：LI480 AC200LI325 AC140（或LI250 AC95）35 kV级：LI200 AC85 10kV级：LI75 AC35相间距离见表表 110kV绕组相间距离 mm结构形式有单独调压绕组无单独调压绕组相间距离26303842绕组纵绝缘与端绝缘结构无单独调压绕组结构额定容量（kVA）800010000315004000063000绝 缘 水 平LI480 AC200LI325 AC140（或LI250 AC95）出 线 方 式端 部总 段 数64绕组结构绕组数2或3匝 绝 缘纠结段：（+）连

12、续段：（+）屏蔽段：，屏线 连续段：（+）首端线段普纠16段加静电板普纠12段屏蔽10段：4段（2P4），4段（2P3），2段（2P2）分接线段连 续其余线段连 续段间油道首 端27（3+）22 5（3+）224（3+）2分接区分接8段：4 + 19 + 4末 端2正 常导 向 设 置分6区或4区 ； 导向油道首 端 内 径 垫 条第1、2段垫8-10（首段角环，有静电板时不放）；第3、4段垫4-5首端到中断点匝数约55%主 空 道 尺 寸端部进线38 ； 中部进线36相间尺寸4044上 部 端 绝 缘端部进线：（2024）空隙+50压板+33上+20端圈+7油道中部进线：（2024）空隙+5

13、0压板+23上+20端圈+7油道注：有静电板时，20端圈改为20静电板，其余不变。下 部 端 绝 缘LI325AC140或LI250AC95：70mm 其 它 说 明有单独调压绕组结构额定容量（kVA）800010000315004000063000绝 缘 水 平LI480 AC200LI325 AC140（或LI250 AC95）出 线 方 式端 部总 段 数64高压基本绕组结构绕组数2匝 绝 缘纠结段：（+）连续段：（+）屏蔽段：，屏线连续段：（+）首端线段普纠16段加静电板普纠12段屏蔽10段：4段（2P4），4段（2P3），2段（2P2）分接线段连 续其余线段连 续段间油道首 端27（

14、3+）225（3+）224（3+）2末 端2正 常导 向 设 置分6区或4区 ； 导向油道首端内径垫条第1、2段垫8-10（首段角环，有静电板时不放）；第3、4段垫4-5端绝缘上 部端部进线：（2024）空隙+50压板+33上+20端圈+7油道中部进线：（2024）空隙+50压板+23上+20端圈+7油道注：有静电板时，20端圈改为20静电板，其余不变。下 部LI325AC140或LI250AC95：70mm；调压绕组匝 绝 缘高调：（2裸组合） ； 中调绕组形式单层圆筒式无辐向油道，导线可以立绕多螺旋式油道，根据需要应进行一次换位。连续式高压调压上下两部分可以串联，也可以并联。油道。端绝缘与

15、高压差上部160应尽量使调压绕组相对于高压绕组上下对称下部70高调中调150主 空 道 尺 寸高中（低）：端部进线38 / 中部进线36高调：36相间尺寸26 30其 它 说 明5、阻抗计算阻抗计算基本公式 Uk=IWD/(etHk104) 式中：Uk 阻抗电压百分数； I 额定相电流（A）； W 绕组额定匝数； D 等值漏磁面积（cm2）； 洛氏系数；et 匝电压（V）；Hk 绕组平均电抗高度（cm）。阻抗电压一般按设计手册中提供的公式进行计算，不计有功部分的影响，并根据实测结果对经验系数进行修正。补充修正系数？在漏磁计算中，绕组幅向尺寸和空道宽度取为铜到铜之间的宽度（保留1位小数，mm），

16、相应平均半径计算时按带匝绝缘的绕组幅向尺寸和空道宽度考虑（保留1位小数，mm）。平均电抗高度计算保留1位小数（mm），洛氏系数计算保留3位小数，阻抗电压中的漏磁计算保留2位小数；阻抗电压结果保留2位小数（%）。 螺旋式绕组端部一匝导线拉平时，其电抗高度计算值等于该绕组轴向高度值。 大容量变压器要考虑引线电抗和辐向漏磁场对电抗的影响。6、负载损耗计算概述变压器的负载损耗主要是电流流经绕组导线产生的电阻损耗，漏磁通在绕组中产生的附加损耗，以及漏磁通在钢铁结构件中的杂散损耗，另外还有电流流经引线而产生的引线损耗。负载损耗计算包括四部分：绕组直流电阻损耗、绕组导体附加损耗、杂散损耗、引线损耗。绕组导线

17、电阻损耗（Pr）计算Pr=mI2Rq （W）式中： m 相数I 额定分接的相电流（A）Rq75时额定分接的相电阻（）绕组涡流损耗系数（Kw）计算Kw =式中： I 额定分接的相电流（A）；W 最大分接的线圈匝数；a 垂直于漏磁场方向的单根裸导线厚度（mm）； 洛氏系数； 绕组电抗高度（mm）；额定分接导线的电流密度（A/mm2）。绕组环流损耗系数（Kb）计算连续式或纠结式绕组环流损耗Kb = K1（m4-5m2+4）螺旋式绕组“2-4-2”换位环流损耗Kb = K2（m4-80m2+1024）式中： m 垂直于漏磁场方向导线根数，连续式=每饼匝数并联根数，螺旋式=单股并联根数；n 平行于漏磁场

18、方向导线根数，连续式=饼数（段数），螺旋式=匝数螺旋数；a 垂直于漏磁场方向的单根裸导线厚度（mm）； 每根导线的截面积（mm2）； 绕组电抗高度（mm）；K1 系数，在75时铜导线为；K2 系数，在75时铜导线为。杂散损耗（Pzs）计算Pzs=KUkPt (W)式中：K 系数；取，该系数要不断根据实际情况进行修正；Uk 额定容量时的电抗百分数（%）；Pt 额定容量（kVA）。引线损耗（Py）计算Py = PrKy% (W)式中： Pr绕组导线电阻损耗(W)；Ky引线损耗占绕组导线电阻损耗百分数（%），见表表 引线损耗占绕组直流损耗的百分数被计算线圈的电压等级35kV10 kVY连接时不计%D

19、连接时%负载损耗（Pk）计算Pk =Pr+Pf +Py +Pzs +3 Pf (W)式中： 3 Pf当三绕组变压器的“内-外”绕组运行时，处于中间绕组附加损耗的3倍，双圈变压器没有此项; 其余同上7、温升计算绕组温升计算绕组热负荷计算自然油循环饼式绕组热负荷计算 （W/ m2）式中：导线匝绝缘校正系数（1）： I最小分接时绕组线饼内电流（A）；W单个线饼匝数；j最小分接时线饼导线的电流密度（A/mm2）；kf附加损耗百分数；N线饼辐向垫块数；B线饼辐向垫块宽（mm）；线饼平均周长（mm）；L线饼断面周长（mm）。强油循环饼式绕组热负荷计算（W/ m2）此公式待修订？式中：k4线段绝缘校正系数，

20、k4=1+（）,其中t=导线匝绝缘厚度+线段附加绝缘厚度（均为两边宽度）（mm）；线段间油道宽度校正值，（W/ m2）。 其余均同以上温升计算线圈不带挡油板时，自冷及风冷绕组温升（T）计算 油浸自冷内绕组 T= K油浸自冷外绕组 T= K油浸风冷内外绕组 T= K线圈带挡油板时，自冷及风冷绕组温升（T）计算 油浸自冷内绕组 T= （） K油浸自冷外绕组 T=（） K油浸风冷内外绕组 T=（） K强油循环绕组温升（T）计算 T= K 油对空气温升计算自冷时油温升计算散热面积 S=+KSb+nSs （m2）最大损耗 P=P0+ （W）热负荷 q=P/S （W/m2）温升 T= （K）式中：S散热面

21、积 （m2）；Sg箱盖散热面积（m2）；K系数，一般情况下K=；Sb油箱四壁散热面积（m2）；n散热器只数；Ss每只散热器的散热面积（m2），查片散样本；P0变压器空载损耗（W）；Pk变压器最大负载损耗（W）。风冷底吹时油平均温升计算 T= （K）风冷侧吹时油平均温升计算散热面积 S=2（+ Sb ）+2KSsn （m2）式中： K=;n风机数量；Sg箱盖散热面积（m2）；Ss每只散热器的几何散热面积（m2）；Sb油箱四壁散热面积（m2）每台风机风量（m2/ h）。当散热器下端油管中心线距油箱底高度大于线圈下端至油箱底距离时T= （K）当散热器下端油管中心线距油箱底高度小于线圈下端至油箱底距离

22、时T= （K）油面（油顶层）对空气的最高温升Tm= T+Tm53式中：Tm温升修正值（），查白皮书。强油循环风冷却器数量的确定Nfp=(P0+Pk)/Pfp+1(备品)式中：Pfp每个风冷却器额定容量（kW）； P0空载损耗（kW）；Pk变压器的最大负载损耗（kW）。8、绕组短路力学性能计算短路电流倍数短路电流稳定值倍数： 短路电流冲击系数取。导线应力计算 画安匝平衡图，计算内外绕组的导线应力外绕组导线应力包括两部分：周向拉伸应力（Mpa）： 轴向弯曲应力（Mpa）：外绕组导线最大应力（Mpa）：= +160 Mpa内绕组导线应力包括三部分：周向压缩应力（Mpa）： 轴向弯曲应力（Mpa）：辐

23、向弯曲应力（Mpa）：内绕组导线最大应力（Mpa）：= + +160 Mpa式中：I绕组短路电流有效值（A）；W绕组匝数；RP绕组平均半径（cm）；纵向洛氏系数，见阻抗电压计算；m绕组并联支路数，中部出线m=2，端部出线m=1；n单个线饼中绕组并联导线根数；H平均电抗高度（cm）；A单根导线横截面积（cm2）；绕组不平衡安匝最大值（%）；绕组线饼两垫块之间的最大弧长（cm）；p绕组线饼两撑条之间的平均弧长（cm）；横向洛氏系数： 式中：=/h， =2（+）/ h纵向漏磁宽度；h横向单个漏磁高度；铁心圆与内绕组间距；D铁心圆直径；纵向漏磁宽度（cm）；a单根导线辐向厚度（cm）；b单根导线轴向宽

24、度（cm）；N与撑条根数、线屏平均直径、导线辐向尺寸有关的系数。内绕组辐向稳定性计算线饼周长单位辐向压缩力发生值（N/cm）：线饼周长单位辐向压缩力临界值（N/cm）：线饼辐向稳定性安全裕度校核：式中：k、I、W、H的意义见；M绕组线饼数；z绕组内径侧有效支撑数，取为撑条根数的一半；E铜导线弹性摸量（N/cm2），对于软铜E=106 N/cm2RP绕组线饼平均半径（cm）；J绕组线饼截面惯性矩（cm4）；式中：na线饼辐向导线根数（换位导线时为大线根数）；nb线饼轴向导线根数；x取决于线饼各导线之间粘接程度的系数。无粘接时x=1，完全粘接时x=3；J0单根导线的截面惯性矩。普通扁线： 换位导线

25、：其中a、b的意义见（换位导线为小线尺寸），为每根换位导线内的小线根数，y为取决于换位导线内部小线粘节程度的系数。普通换位导线y=，自粘换位导线y=。9、油箱尺寸计算 无励磁调压变压器 长度长度=2M0D2M （mm）式中：M0 铁心中心距（mm）； D 外线圈外径（mm）； M 外线圈至油箱长壁距离，M135mm。 宽度 宽度=D2N （mm）式中： D 外线圈外径（mm）； N 外线圈至油箱短壁距离，M180mm。 高度 高度=H02bm88 （mm）式中：H0 铁心窗高（mm）； b 铁轭主级高（mm）； m 铁轭主级下端距油箱底的距离（mm），一般m取47（32+5+10）。 有载调压

26、变压器 长度 长度=2M0DK1d K2 mm）式中：M0 铁心中心距（mm）； D 外线圈外径（mm）； K1 外线圈与开关触头距离，一般K1150 mm；K2 油箱壁与开关触头距离，一般K2170 mm；d 有载调压开关电气计算外径（mm）。 宽度宽度同无励磁调压变压器。 高度高度同无励磁调压变压器。10、重量计算油重器身排油重GQP = GFe/GCu / kg式中：GFe铁心硅钢片总重量（kg）；GCu绕组铜导线总重量（kg）。空箱装油重 G空箱油 = V kg式中：V油箱体积（dm3）；散热器油重G SY= nGb kg式中：n散热器只数；Gb散热器容油重（kg）。总油重G总油 =

27、G空箱油- GQP+ G SY+ G CY+ G其他 kg式中： G CY储油柜油重；G其他其他部分油重，如升高座内油重。器身重G器身=（GFeGCu） kg式中：GFe铁心硅钢片总重量（kg）； GCu绕组铜导线总重量（kg）。油箱重上节油箱重G上= (G盖+ G壁+ G沿+nG加强铁 ) kg式中：G盖箱盖总重量（kg）；G壁箱壁总重量（kg）；G沿箱沿总重量（kg）；G加强铁每根加强铁重量（kg）；n 加强铁总数量。下节油箱重G下= (G底+ G壁+ G围裙+nG加强铁 ) kg式中：G底箱盖总重量（kg）；G壁箱壁总重量（kg）；G围裙箱沿总重量（kg）；G加强铁每根加强铁重量（kg）

28、；n 加强铁总数量；油箱重G油箱= G上+ G下 kg式中：G上上节油箱总重量（kg）；G下下节油箱总重量（kg）；附件重G附件= GW+ NGP+ GT+ GZ+ Gg+ G0 kg式中：GW储油柜重量（kg）；GP每只散热器重量（kg）；GT套管重量（kg）；GZ吹风装置总重量（kg）；Gg升高座重量（kg）；G0其他重量（kg）；N 散热器只数 总重G总重 = G油+ G器身+ G油箱+ G附件 kg式中：G油 总油重量（kg）；G器身器身重量（kg）；G油箱油箱重量（kg）；G附件附件重量（kg）。主体带油运输重G运输 = G器身+ G油箱+ G油箱油- G盖下100 kg式中：G器身器身重量（kg）；G油箱油箱重量（kg）；G盖下100箱盖下100mm油重量（kg）G油箱油油箱装油重量（kg）；加添油重G加添 = G总油- G油箱油+G盖下100 kg式中符号同前拆卸零件重 G拆卸 = G总重- G运输- G加添 kg式中符号同前