10kV级电力变压器的设计.doc
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1、 中文摘要 变压器理论是电机学的分支,尽管变压器是一个静止的设备,在其匝链于一个铁心上的两个或几个绕组回路之间可以进行电磁能量的交换与传递,已广泛的应用于国民经济各部门,各领域。使用变压器,可使得发电机,传输电力的电网以及应用电力的用电设备,都有可能选择最合适的工作电压,安全而经济的运行。变压器主要包括油箱,线圈,绝缘和结构件等,变压器的设计主要进行的是变压器的电磁计算和器身线圈,结构件的计算。变压器的设计顺序是根据计算单中的数据首先进行铁心的设计,然后是夹件和线圈的设计,最后是油箱的设计,设计过程中要保证装配尺寸的准确。此次设计的变压器的功能主要是用来稳定电压,另外本台产品为S11系列,损耗
2、较小,符合节能降耗的原则。完成此总成的设计主要包括三方面的工作第一是方案的选择,第二是设计计算,第三是结构的设计。为保证所设计零部件的可靠性,还应进行一定的试验。关键词 变压器 传输 损耗 配电系统 节能降耗毕业设计说明书(论文)外文摘要Title The design of the cover in the transformer of 10kvAbstractThe theory of electrical transformer is a branch of learning, but it has been widely used in national economic depart
3、ments in various fields as an energy converter . The use of the transformer, can make electricity transmission grid and the application of the electrical equipments choose the most appropriate operating voltage for the safe and economic operation. Transformer includes the fuel tank, coil, insulation
4、 and pieces of the structure, the design of the transformer is calculated for the electromagnetic and the structure of the calculation. The order of the transformer design is based on the data in the calculation, the first is the design of the core, then folder and coil, and finally the fuel tank de
5、sign, in the design process we must ensure the exact size of assembly. The main functions of this transformer is to stabilize voltage, and this transformer belongs to S11,smaller loss ,in line with the principle of saving energy and reducing consumption.I have to do several missions for finishing th
6、e design. First, choosing a proper programmer of the design; Second, finishing the design and calculation; Third, finishing the configuration of the design. We have to do some experiments for the design to assure the ability of the assemblies and parts.Keywords transformer transmission loss distribu
7、tion system saving energy. 第37页共37页目 次1.摘要 12 变压器概述 32.1 变压器原理及分类 .52.2 变压器设计的目的范围及意义.52.3 变压器发展概况.52.4 变压器发展方向.62.5 变压器的设计任务及要求.73 做好变压器设计应注意的问题73.1熟悉国家标准.73.2熟悉产品规格及用户要求.84 设计方案84.1 相关变压器参数的确定.84.2 铁心直径的选择104.3 铁心截面设计124.4 低压线圈匝数计算154.5 高压线圈各分接匝数的确定和电压比较核对164.6 线圈及相关布置形式的确定184.7 导线规格的选取及层数的确定184.8
8、 绝缘半径194.9 引线的选取及相关参数的确定214.10 油箱的设计计算22 5 减少变压器漏磁场引起的附加损耗的措施23 6变压器实验246.1最后实验数据26结论.27致谢.28参考文献.29附录.30附录1变压器设计图纸.30附录2变压器主要产品部件使用说明3210kV级变压器的设计1变压器概述1.1变压器的原理及分类变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器。它有一个共用的铁心和与其交链的几个绕组,且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接受交流电能时,能通过电感生磁,磁感生电的电磁感应原理改变电压(电流),在其余绕组上以同一频率,不同电压传输出交流电能。变压器分为电
9、力变压器和特种变压器。电力变压器又分为油浸式和干式两种。目前,油浸式变压器用作升压变压器,降压变压器,联络变压器和配电变压器,干式变压器只在部分变压器中使用。电力变压器可以按绕组耦合方式,相数,冷却方式,绕组数,绕组导线材质和调压方式分类。1.2变压器设计的目的范围及意义变压器是电网配电的重要设备,主要包括运行在主干电网的输电变压器和运行在终端的配电变压器两部分。目前,变压器产品按电压分为高端变压器,220-550千伏变压器,110-200千伏变压器以及小于110千伏的变压器。可以说,变压器行业的发展与电力建设息息相关,中国目前证处于电力建设的高峰期,未来两年中国电力建设将仍然呈现热火朝天的局
10、面。电力新增装机容量的增长必然导致发电设备需求的大幅增长,而目前发电设备与输变电设备的构成比例大约为1:12,据此比例估计,国内变压器市场容量接近700亿kVA。我过电力行业的产业政策主旨是优化电源结构。目前,节能减排已经成为我国的一项基本国策,随国家有关政策的落实,节能效果显著的非晶合金变压器发展前景广阔。所以现在设计变压器的原则是在保证性能良好的情况下节材节能,降低损耗。1.3变压器发展概况目前国内具有一定规模的变压器生产厂家有近1000家,可制造变压器、互感器、电抗器、调压器及其配套组件等各种产品,年产量约1.4亿kVA、产值近80亿元的盈利制造业。据统计,在变压器总产量13383万kV
11、A中,年产量2000万kVA的企业有1家,年产量1000-2000万kVA的企业有2家,年产量200- 600万kVA的企业有11家,年产量100-200万kVA的企业有14家,(即年产量100万kVA以上企 业共有28家,合计生产9983万kVA,约占当年变压器总产量的74.6%);总产量50-100万kVA 的企业有22家,(合计生产1321万kVA,约占当年变压器总产量的9.8%)。上述50家企业变压器总产量约占当年变压器总产量的84%。保定天威集团有限公司其主导产品为电力变压器,电压等级涵盖10-1000KV,其中500KV级、220KV级变压器为公司拳头产品,其经济技术水平和整机性能
12、已达到国际先进水平。公司于1997年通过了ISO9001国际标准的质量体系认证,1999年又获得了南非国家标准局国家电力试验中心(NETFA)的生产能力认证书。公司是国内核电唯一供应商,同时还是国内唯一具有壳式变压器生产能力的制造厂家,使天威集团在输变电重大装备之一的变压器产品及其配套设备上已经具有完整知识产权和世界领先的核心技术。1.4变压器发展方向从当前城乡电网改造的情况来看,我国供电电网要求配电变压器小容量化,降低噪声,就近安装,美化环境,环网供电,以尽量缩短低压配线,降低二次线损,改善电压品质。我国的变压器制造业和使用总的发展趋势是: 采用新材料,降低损耗。 采用新结构,以求重量轻、体
13、积小。 提高产品的可靠性,减少甚至免维修。 防火防爆,安全供电。 节约原材料,降低成本。针对我国目前电网用电峰谷进一步加大的现状,要提高配电变压器的过载能力,要求其具有较强的超铭牌运行能力。研究科学的效率曲线,尽可能按高效运行的原则合理选用。跟踪国际潮流,进一步简化配电变压器的结构,取消无功励磁,分接开关做到高度的通用化、标准化、互换化,增加自身的保护功能。见于变压器的现状和发展趋势,一些新技术、新材料、新工艺的应用也层出不穷。目前变压器行业的新材料和新技术在不断发展,除低损耗变压器、非晶和金铁心变压器、干式变压器、全密封变压器、调容量变压器、防雷变压器、卷铁心变压器、R型变压器、单相变压器、
14、有载调压变压器、组合式变压器、箱式变压器外还有硅油变压器、六氟化硫变压器、超导变压器等。新材料的应用:非晶和金和速冷法制成的硅钢片,激光照射和机械压痕的高导磁取向硅钢片,HI-B高导磁取向电工钢片,菱格上胶绝缘纸。新工艺的应用:阶梯叠铁心工艺,圆柱矩轭铁心的应用,贴心自动叠装生产线,铁心硅钢片的专业生产,用激光刀作切割刀,绕组整体套装,绕组用恒压装置压紧处理,采用垫块预压。改进技术的应用:采用椭圆形绕组,采用半油道结构,解决直流电阻不平衡率问题,不同硅钢片搭配使用的性能变化,一种新的D联结方法,配电变压器低压引线的改进,变频调速绕线机。新技术的应用:现场装配型(ASA)变压器,向超高压、大容量
15、变压器发展,SF6气体绝缘变压器,硅油变压器,超导变压器等。通过国外与国内技的电力变压器设计比较,我们有应加强国内变压器设计的创新力度,另一个角度也说明电力变压设计也是很值得我们去研究和设计的课题。1.5变压器的设计任务及要求变压器的设计任务主要包括变压器的型式,额定容量,冷却方式,额定电压与调压方式以及变压器阻抗电压值的确定等。按照有关国家标准如电力变压器及三相油浸式电力变压器技术参数和要求和部件标准等,确定变压器电磁负载,几何尺寸和电,热,机械方面的性能数据,以满足使用部门的要求。要有良好的工艺性,使其制造简单,产品的价格应便宜。要求设计者要综合考虑上述各种因素,进行多方案比较分析,选取最
16、佳方案。2做好变压器设计应注意的问题2.1熟悉国家标准“标准”就是技术立法。任何一台产品是否能够出厂,关键在于它是否符合标准中的各项规定。只有在产品性能满足标准的前提下,讨论其技术经济性能才有意义。因此,要搞好产品设计,首先应当熟悉标准。按我国现行标准体系,标准分为国家标准(GE)、行业标准(JB与ZB以及1)L)以及企业标准达:个等级。标准又分为强制性与非强制性(又称推荐性标淮)两类。另外、根据对外开放的需要,为使我国产品赶真甚至超过世界先进国家的水平,我们还推广采用了国际电工委员会标准。此外,对有些出口产品,有时还应参考采用其他国际先进标难。其中如英国标准(BS),美围标很(AN51,IE
17、EE),德目标冶(DIN,v1)t),日本标准(JEC,JEM),前苏联标很(Post),加拿大标准(CSA),法国标准(NF)以及奥地利标难(AS)等等。与产品设计关系最密切的“国标”除前述的GB/ l094与GBT 645lGBT10228等之外,还有GB 3ll等。2. 2熟悉产品规格及用户的要求产品型号:SZ11-1600/10 额定容量:1600KVA额定电压:1000042.5%/400V 相数:3额定频率:50Hz 联结组别:Dyn11 空载损耗:1.85kW 负载损耗:15.2kW 阻抗电压百分数:4.5% 绝缘等级:A级冷却方式:油浸风冷 使用形式:户内使用了解用户的要求是非
18、常必要的前期工作,一个企业经济效益的高低在于产品是否适销对路,是否生产成本较低、产品质量高且销售价格合理,尤其是在当今社会主义市场经济条件下,国家强调不能单纯看产值,而应着重用效益来衡量一个企业。不言而喻,一个企业的产品的销售情况就成了企业的生命线。为此,在产品设计时除了考虑通用化、系列化之外,还应很好考虑各种用户的不同要求,以尽量满足不同用户的需要。尤其应当着重开发在市场1:竞争能力强的产品。变压器的电磁计算应根据产品设计任务书中所给定的技术参数来进行其结果首先必须满足国家标准及有关技术标准中的规定以及用户的要求,同时还应具有较好的技术经济指标。通常所说的“优化设计”,就是以实现上述要求为目
19、标的。3设计方案3.1相关变压器设计参数的确定3.1.1额定电压和额定电流的计算电压、电流及匝数的计算是在假定变压器没有电阻,没有漏磁和没有铁耗的情况下进行的,因为这些问题对计算结果影响很小。由于三相变压器有Y接法(或YN接法)与D接法两种类型,因此在计算电压、电流时,必须注意线值与相值的关系,下面分别介绍本设计用到的Dyn11接法这种情况。D(三角形)接法(见图3-1)。这种接法多用于中、低压绕组。其特点为相电压等于线电压,但相电流为线电流的1/ ,即图3-1 三相变压器的D接法另外,对于有分接抽头的变压器,还应分别计算在不同分接下的电压和电流。上所述可知:根据已知的额定容量、额定电压(包括
20、各分接电压)、变压器绕组的接法以及相数等,按照上述各有关公式、即可计算出所需的线、相电流可以及各分接下的电压。额定电压和额定电流的计算过程:1.高压线圈为D接线时,其各级分接的线电压和相电压相等,即:2.低压线圈为“y”型接线时,其线、相电压分别为:3.高压线圈为D型接线时,其线、相电流分别为: 4.低压线圈为y型接线时,其线电流和相电流相等,即: 3.2铁心直径的选择3.2.1影响铁心直径选择的主要因素:铁心是变压器的磁路和骨架。首先,从变压器原理的分析可知,在保持铁芯磁密一定的条件下,铁芯直径的增大将使得绕组匝数减少,换句话说,铁芯材料消耗的增加特使得导线材料的消耗减少并使得短路阻抗、负载
21、损耗值降低;如果减少铁芯直径,则会得出相反的结论。其次,如保持绕组匝数不变增大铁芯直径将使得磁密降低,而空载电流、字载损耗均将相应下降,但铁芯材料消耗将增加;反之,如减少铁芯直径则有可能引起铁芯过饱和以致使空载电流和空载损耗均大为增加。此外对电力变压器来说,短路阻抗是一个很重要的性能参数,在设计时要求严格地控制在一定范围之内。根据计算短路阻抗公式可知,短路阻抗的电抗分量。若要维持短路阻抗为一定值,则需要使绕组电抗高度Hx减少,并使纵向漏磁等效而积增大,即增加辐向尺寸而减少绕组高度,以使绕组和整个变压器的尺寸向宽而低的方向发展。相反,如减少铁芯直径而使绕组匝数增加时为保持短路阻抗不变,则整个变压
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- 10 kV 电力变压器 设计