110kV級油浸式電力變壓器電磁計算原則.doc

110kv級油浸式電力變壓器電磁計算原則 設計原則110kv級油浸式電力變壓器電磁計算原則共 18 頁第 18 頁1、總則本原則適用于110kv級容量在5000-120000kva范圍內，雙繞組或三繞組，無勵磁調壓或有載調壓油浸式電力變壓器的電磁計算。1.1本原則所遵循的標準：gb1094.12-1996 電力變壓器 gb1094.3-2003 電力變壓器 gb1094.5-2003 電力變壓器 gb/t6451-1999 三相油浸式電力變壓器技術參數(shù)和要求1.2 電磁計算的一般說明 為保證電磁計算的單位和精度的統(tǒng)一，特規(guī)定以下主要變量的單位及有效位數(shù)：1.2.1 匝 電 勢（v）： 保留3位小數(shù)； 電壓（v）：以整數(shù)結尾。1.2.2線圈電流（a）： 保留1位小數(shù)； 電密（a/mm2）：保留2位小數(shù)。1.2.3磁 密（t）： 保留2位小數(shù)； 線圈電阻（）：取5位有效數(shù)字。1.2.4導線截面（mm2）： 保留2位小數(shù)； 導線長度（m）：保留1位小數(shù)。1.2.5導線重量（kg）： 以整數(shù)結尾； 溫升（t）：保留1位小數(shù)。1.2.6損 耗（w）： 以整數(shù)結尾（尾數(shù)為0）；空載電流（%）：保留2位小數(shù)。1.2.7短路阻抗（%）： 保留2位小數(shù)。1.2.8器身重、油重、總重、本體運輸重（kg）：后兩位為0。1.3國標性能參數(shù)及設計計算允許偏差，有協(xié)議要求時按協(xié)議。項目國家標準允許偏差計算裕度及限值電壓比規(guī)定的第一對繞組主分接a.規(guī)定電壓比的0.5%b.實際阻抗百分數(shù)1/10取兩值中的低者主分接：0.25%其他分接：0.32%其他分接由制造廠與用戶協(xié)商其他繞組對按協(xié)議，但不低于a和b中較小者短路阻抗有兩個獨立繞組的變壓器，或多繞組變壓器中規(guī)定的第一對獨立繞組主分接當阻抗10%時，7.5%當阻抗10%時，10%標準值的2.5%其它分接當阻抗10%時，10%當阻抗10%時，15%自耦聯(lián)結的一對繞組，或多繞組變壓器中規(guī)定的第二對繞組主分接10%其它分接15%其它繞組對15%，按協(xié)議正偏差可加大空載電流+30%+20%損耗空載損耗+15%+12%負載損耗+15%+10%總損耗+10%+8%溫升線圈溫升65k63k油頂層溫升55k53k各線圈溫差7k7k油箱結構件表面80k80k2、鐵心部分2.1鐵心材料、鐵心截面及疊片系數(shù)鐵心材料均為高導磁冷軋硅鋼片，其性能查閱相關參數(shù)表；鐵心截面按照工廠現(xiàn)有的標準選?。黄駷?.3mm或0.35mm時疊片系數(shù)取0.97，片厚為0.27mm時疊片系數(shù)取0.96。2.2磁通密度（b）普通電力變壓器 b1.75t接發(fā)電機及廠用變壓器 b1.73t2.3 鐵心直徑的選取按照以下公式初步估算，再根據(jù)銅導線與硅鋼片的市場價格進行調整d=k(sz)1/4 式中：d 鐵心直徑，；k 經(jīng)驗系數(shù),在5156范圍內取值；sz每柱容量， kva。2.4. 空載損耗與空載電流計算2.4.1空載損耗計算 p0=kp0ptgfe w式中：kp0鐵心損耗附加工藝系數(shù)，見表1.1；pt電工鋼帶單位損耗（查材料曲線），w/kg；gfe鐵心重量，kg。表1.1 鐵心損耗附加工藝系數(shù)鐵心形式三 相 三 柱 結 構三相五柱變壓器容量，kva50006300063000等軛不等軛空載損耗系數(shù)kp01.081.151.25空載電流系數(shù)1.601.401.401.60注：1）等軛表示鐵心主軛與旁軛的截面相等。2.4.2空載電流計算: 空載電流計算中一般忽略有功部分式中：空載電流工藝系數(shù)，見表1.1；鐵心重量，kg；鐵心單位磁化容量（查材料曲線），va/ kg；變壓器額定容量，kva。3、繞組部分3.1繞組中導線的一般要求3.1.1導線材料采用無氧銅，在要求抗短路能力強的產(chǎn)品中用半硬銅導線；75時的電阻系數(shù)為0.0209.m m2 / m；導線電密均小于3.8a/ m m2，半容量導線電密小于2.0a/ m m2。3.1.2線餅輻向尺寸計算：導線尺寸取名譽尺寸+0.05 m m，輻向繞制裕度系數(shù)按以下選?。杭m結式或內屏蔽連續(xù)式1.02，連續(xù)式1.01，螺旋式1.01。3.1.3線餅軸向尺寸計算：導線尺寸取名譽尺寸+0.05 m m，當匝絕緣厚度0.45 m m時要考慮10%的壓縮量，墊塊壓縮系數(shù)取10.011.0%。3.1.4計算單中的導線長度均為繞組實際總匝長，不再包括繞組出頭長度或者工藝余量。3.2.導線的選取3.2.1單根紙包銅扁線厚度a3.75 寬度b14(調壓繞組除外)。3.2.2糾結式繞組寬厚比37，a1.5。3.2.3連續(xù)式繞組寬厚比37，a1.5。3.2.4螺旋式繞組寬厚比2.57，a1.8。3.2.5單層圓筒式調壓繞組3.2.5.1繞組輻向10。3.2.5.2平繞：寬厚比37，厚度a4。3.2.5.3立繞：寬厚比1.52，寬度b10。3.2.6復合導線原則上不使用四復合導線。3.2.6.1二復合導線單根1.5a2.65,b/a=1.53。3.2.6.2三復合導線單根1.5a2.24,b/a=1.52。式中：a 裸線厚度（mm）；b 裸線寬度（mm）；a包完匝絕緣后的線厚（mm）；b包完匝絕緣后的線寬（mm）。3.3.導線標注方法3.3.1組合導線：zzb-（0.4+1） ,式中：zzb紙包組合銅導線；組合銅導線的組合根數(shù)，n=2-3；a,b,單根裸導線的厚與寬（mm）；a,b,組合導線的厚與寬（mm）；a= （a+0.4） n+1,b=b+導線絕緣厚度（mm），常采用0.95，1.35，1.6，1.95；1=-0.43.3.2單根及屏蔽導線：zb- ,式中： zb紙包銅導線；a,b,單根裸導線的厚與寬（mm）；a,b,包絕緣后導線的厚與寬（mm），a= a+,b=b+；導線絕緣厚度（mm）。3.4油導向結構高、中、低壓繞組均采用油導向循環(huán)結構,油循環(huán)路徑統(tǒng)一采用外進外出方式，當變壓器容量25000kva時，采用2個外擋油板與3個內擋油板交錯放置，共分4區(qū)；當變壓器容量25000kva時，采用3個外擋油板與4個內擋油板交錯放置，共分6區(qū)。油導向隔板所處油道寬為4（31），整個繞組隔板所占總高度51=5。3.5繞組型式選擇3.5.1高壓繞組（110kv級）高壓繞組為單根導線或單根二復合導線時采用糾結連續(xù)式，糾結段均采用“單-單”糾，三復合或兩根復合導線并聯(lián)時采用內屏連續(xù)式。3.5.2中壓繞組（35kv級）中壓繞組采用連續(xù)式，連續(xù)式繞組導線并繞根數(shù)12根，但要換位數(shù)應小于或等于檔位數(shù)的一半，單根導線厚3。3.5.3低壓繞組（10kv級及以下）低壓繞組根據(jù)容量大小采用連續(xù)式或單（半）螺旋式、雙（半）螺旋式，連續(xù)式繞組導線并繞根數(shù)12根，但要換位數(shù)應小于或等于檔位數(shù)的一半，單根導線厚3，繞組為單（半）螺旋式時采用“2-4-2”換位方式。3.5.4調壓繞組110kv級有載調壓的高壓調壓和中壓調壓部分均設置單獨調壓繞組，為正反調壓方式；雙圈有載調壓變壓器的調壓繞組均采用圓筒式；三圈有載調壓變壓器容量小于等于20000kva的調壓繞組采用圓筒式，按輻向順序方式排列，容量大于20000kva的三圈有載調壓變壓器的調壓繞組采用軸向排列方式。3.5.5繞向所有繞組均采用左繞向。3.6墊塊寬度與撐條根數(shù)繞組撐條根數(shù)與墊塊寬度的選取應根據(jù)其力學性能與熱性能進行計算，常用墊塊寬度有30、40、50三種，而鐵心直徑與撐條數(shù)量之間的關系見表3.1：表3.1 鐵心直徑與撐條數(shù)量關系鐵心直徑（）340470480630640690700770780900撐條數(shù)量12162020或2424或283.7匝絕緣重量的計算公式c=10.67ab0.86（r+/2）20.86（r+0.2）2(n-1)-sn/n /s （%）式中：a包完匝絕緣后的線厚（mm）；b包完匝絕緣后的線寬（mm）；n組合導線并繞根數(shù)；匝絕緣厚（mm）；s單根導線的截面積（mm2）；r單根導線的周邊圓角（mm）；單根導線厚度為a=1.12-1.6時，r=0.5a=1.7-2.36時，r=0.65a=2.5-3.75時，r=0.8a=4.0-5.60時，r=1.04、110kv電壓等級變壓器主、縱絕緣4.1.鐵心圓與相鄰繞組內紙筒之間的間隙見表4.1 表4.1 鐵心圓與內紙筒間隙 mm鐵心直徑mm340490500650660800810900間 隙mm67894.2、繞組空道尺寸見表4.2 表4.2 繞組空道尺寸 mm電 極 名 稱繞 組 與 鐵 心 之 間繞 組 與 繞 組 之 間電壓等級 kv35kv010kv035kv10kv110kv10kv110kv35kv基本調壓繞組空道尺寸mm24+紙筒間隙12+紙筒間隙20端部進線:38 ;中部進線:3636絕 緣 水 平110kv級：li480 ac200li325 ac140（或li250 ac95）35 kv級：li200 ac85 10kv級：li75 ac354.3相間距離見表4.3表4.3 110kv繞組相間距離 mm結構形式有單獨調壓繞組無單獨調壓繞組相間距離263038424.4繞組縱絕緣與端絕緣結構4.4.1無單獨調壓繞組結構額定容量（kva）800010000315004000063000絕 緣 水 平li480 ac200li325 ac140（或li250 ac95）出 線 方 式端 部總 段 數(shù)64繞組結構繞組數(shù)2或3匝 絕 緣糾結段：1.35（0.4+0.95）連續(xù)段：0.95（0.4+0.55）屏蔽段：1.35，屏線1.60 連續(xù)段：0.95（0.4+0.55）首端線段普糾16段加靜電板普糾12段屏蔽10段：4段（2p4），4段（2p3），2段（2p2）分接線段連 續(xù)其余線段連 續(xù)段間油道首 端24.57（3+4.5）24.524.5 5（3+4.5）24.524.54（3+4.5）24.5分接區(qū)分接8段：44.5 + 19 + 44.5末 端24.5正 常3.0導 向 設 置分6區(qū)或4區(qū) ； 導向油道4.0首 端 內 徑 墊 條第1、2段墊8-10（首段角環(huán)，有靜電板時不放）；第3、4段墊4-5首端到中斷點匝數(shù)約55%主 空 道 尺 寸端部進線38 ； 中部進線36相間尺寸4044上 部 端 絕 緣端部進線：（2024）空隙+50壓板+33上+20端圈+7油道中部進線：（2024）空隙+50壓板+23上+20端圈+7油道注：有靜電板時，20端圈改為20靜電板，其余不變。下 部 端 絕 緣li325ac140或li250ac95：70mm 其 它 說 明4.4.2有單獨調壓繞組結構額定容量（kva）800010000315004000063000絕 緣 水 平li480 ac200li325 ac140（或li250 ac95）出 線 方 式端 部總 段 數(shù)64高壓基本繞組結構繞組數(shù)2匝 絕 緣糾結段：1.35（0.4+0.95）連續(xù)段：0.95（0.4+0.55）屏蔽段：1.35，屏線1.60連續(xù)段：0.95（0.4+0.55）首端線段普糾16段加靜電板普糾12段屏蔽10段：4段（2p4），4段（2p3），2段（2p2）分接線段連 續(xù)其余線段連 續(xù)段間油道首 端24.57（3+4.5）24.524.55（3+4.5）24.524.54（3+4.5）24.5末 端24.5正 常3.0導 向 設 置分6區(qū)或4區(qū) ； 導向油道4.0首端內徑墊條第1、2段墊8-10（首段角環(huán)，有靜電板時不放）；第3、4段墊4-5端絕緣上 部端部進線：（2024）空隙+50壓板+33上+20端圈+7油道中部進線：（2024）空隙+50壓板+23上+20端圈+7油道注：有靜電板時，20端圈改為20靜電板，其余不變。下 部li325ac140或li250ac95：70mm；調壓繞組匝 絕 緣高調：1.95（2裸組合） ； 中調1.35繞組形式單層圓筒式無輻向油道，導線可以立繞多螺旋式油道6.0，根據(jù)需要應進行一次換位。連續(xù)式高壓調壓上下兩部分可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)。油道6.0。端絕緣與高壓差上部160應盡量使調壓繞組相對于高壓繞組上下對稱下部70高調中調150主 空 道 尺 寸高中（低）：端部進線38 / 中部進線36高調：36相間尺寸26 30其 它 說 明5、阻抗計算5.1阻抗計算基本公式 uk=24.8iwd/(ethk104) 式中：uk 阻抗電壓百分數(shù)； i 額定相電流（a）； w 繞組額定匝數(shù)； d 等值漏磁面積（cm2）； 洛氏系數(shù)；et 匝電壓（v）；hk 繞組平均電抗高度（cm）。5.2阻抗電壓一般按設計手冊中提供的公式進行計算，不計有功部分的影響，并根據(jù)實測結果對經(jīng)驗系數(shù)進行修正。補充修正系數(shù)？5.3在漏磁計算中，繞組幅向尺寸和空道寬度取為銅到銅之間的寬度（保留1位小數(shù)，mm），相應平均半徑計算時按帶匝絕緣的繞組幅向尺寸和空道寬度考慮（保留1位小數(shù)，mm）。5.4平均電抗高度計算保留1位小數(shù)（mm），洛氏系數(shù)計算保留3位小數(shù)，阻抗電壓中的漏磁計算保留2位小數(shù)；阻抗電壓結果保留2位小數(shù)（%）。5.5 螺旋式繞組端部一匝導線拉平時，其電抗高度計算值等于該繞組軸向高度值。5.6 大容量變壓器要考慮引線電抗和輻向漏磁場對電抗的影響。6、負載損耗計算6.1概述變壓器的負載損耗主要是電流流經(jīng)繞組導線產(chǎn)生的電阻損耗，漏磁通在繞組中產(chǎn)生的附加損耗，以及漏磁通在鋼鐵結構件中的雜散損耗，另外還有電流流經(jīng)引線而產(chǎn)生的引線損耗。負載損耗計算包括四部分：繞組直流電阻損耗、繞組導體附加損耗、雜散損耗、引線損耗。6.2繞組導線電阻損耗（pr）計算pr=mi2rq （w）式中： m 相數(shù)i 額定分接的相電流（a）rq75時額定分接的相電阻（）6.3.1繞組渦流損耗系數(shù)（kw）計算kw =式中： i 額定分接的相電流（a）；w 最大分接的線圈匝數(shù)；a 垂直于漏磁場方向的單根裸導線厚度（mm）； 洛氏系數(shù)； 繞組電抗高度（mm）；額定分接導線的電流密度（a/mm2）。6.3.2繞組環(huán)流損耗系數(shù)（kb）計算6.3.2.1連續(xù)式或糾結式繞組環(huán)流損耗kb = k1（m4-5m2+4）6.3.2.2螺旋式繞組“2-4-2”換位環(huán)流損耗kb = k2（m4-80m2+1024）式中： m 垂直于漏磁場方向導線根數(shù)，連續(xù)式=每餅匝數(shù)并聯(lián)根數(shù)，螺旋式=單股并聯(lián)根數(shù)；n 平行于漏磁場方向導線根數(shù)，連續(xù)式=餅數(shù)（段數(shù)），螺旋式=匝數(shù)螺旋數(shù)；a 垂直于漏磁場方向的單根裸導線厚度（mm）； 每根導線的截面積（mm2）； 繞組電抗高度（mm）；k1 系數(shù)，在75時銅導線為0.178；k2 系數(shù)，在75時銅導線為0.07。6.4雜散損耗（pzs）計算pzs=kukpt (w)式中：k 系數(shù)；取0.04，該系數(shù)要不斷根據(jù)實際情況進行修正；uk 額定容量時的電抗百分數(shù)（%）；pt 額定容量（kva）。6.5引線損耗（py）計算py = prky% (w)式中： pr繞組導線電阻損耗(w)；ky引線損耗占繞組導線電阻損耗百分數(shù)（%），見表6.1表6.1 引線損耗占繞組直流損耗的百分數(shù)被計算線圈的電壓等級35kv10 kv6.0kvy連接時不計0.5%1.0%d連接時0.5%1.0%2.0%6.6負載損耗（pk）計算pk =pr+pf +py +pzs +3 pf (w)式中： 3 pf當三繞組變壓器的“內-外”繞組運行時，處于中間繞組附加損耗的3倍，雙圈變壓器沒有此項; 其余同上7、溫升計算7.1繞組溫升計算7.1.1繞組熱負荷計算7.1.1.1自然油循環(huán)餅式繞組熱負荷計算 （w/ m2）式中：導線匝絕緣校正系數(shù)（1）： i最小分接時繞組線餅內電流（a）；w單個線餅匝數(shù)；j最小分接時線餅導線的電流密度（a/mm2）；kf附加損耗百分數(shù)；n線餅輻向墊塊數(shù)；b線餅輻向墊塊寬（mm）；線餅平均周長（mm）；l線餅斷面周長（mm）。7.1.1.2強油循環(huán)餅式繞組熱負荷計算（w/ m2）此公式待修訂？式中：k4線段絕緣校正系數(shù)，k4=1+0.364（t-0.5）,其中t=導線匝絕緣厚度+線段附加絕緣厚度（均為兩邊寬度）（mm）；線段間油道寬度校正值，（w/ m2）。 其余均同以上7.1.2溫升計算7.1.2.1線圈不帶擋油板時，自冷及風冷繞組溫升（t）計算 油浸自冷內繞組 t=0.41 0.6 k油浸自冷外繞組 t=0.3580.6 k油浸風冷內外繞組 t=0.1590.7 k7.1.2.2線圈帶擋油板時，自冷及風冷繞組溫升（t）計算 油浸自冷內繞組 t=0.41 （0.75）0.6 k油浸自冷外繞組 t=0.358（0.75）0.6 k油浸風冷內外繞組 t=0.159（0.75）0.7 k7.1.2.3強油循環(huán)繞組溫升（t）計算 t=0.1130.7 k 7.2油對空氣溫升計算7.2.1自冷時油溫升計算散熱面積 s=0.75sg+ksb+nss （m2）最大損耗 p=1.1p0+1.032pk （w）熱負荷 q=p/s （w/m2）溫升 t=0.262q0.8 （k）式中：s散熱面積 （m2）；sg箱蓋散熱面積（m2）；k系數(shù)，一般情況下k=0.85；sb油箱四壁散熱面積（m2）；n散熱器只數(shù)；ss每只散熱器的散熱面積（m2），查片散樣本；p0變壓器空載損耗（w）；pk變壓器最大負載損耗（w）。7.2.2風冷底吹時油平均溫升計算 t=0.191q0.8 （k）7.2.3風冷側吹時油平均溫升計算散熱面積 s=2（0.75sg+ sb ）+2kssn （m2）式中： k=;n風機數(shù)量；sg箱蓋散熱面積（m2）；ss每只散熱器的幾何散熱面積（m2）；sb油箱四壁散熱面積（m2）每臺風機風量（m2/ h）。7.2.3.1當散熱器下端油管中心線距油箱底高度大于線圈下端至油箱底距離時t= （k）7.2.3.2當散熱器下端油管中心線距油箱底高度小于線圈下端至油箱底距離時t= （k）7.2.4油面（油頂層）對空氣的最高溫升tm=1.2 t+tm53式中：tm溫升修正值（），查白皮書。7.2.5強油循環(huán)風冷卻器數(shù)量的確定nfp=1.15(p0+pk)/pfp+1(備品)式中：pfp每個風冷卻器額定容量（kw）； p0空載損耗（kw）；pk變壓器的最大負載損耗（kw）。8、繞組短路力學性能計算8.1短路電流倍數(shù)8.1.1短路電流穩(wěn)定值倍數(shù)： 8.1.2短路電流沖擊系數(shù)取1.8。8.2導線應力計算 畫安匝平衡圖，計算內外繞組的導線應力8.2.1外繞組導線應力包括兩部分：周向拉伸應力（mpa）： 軸向彎曲應力（mpa）：外繞組導線最大應力（mpa）：= +160 mpa8.2.2內繞組導線應力包括三部分：周向壓縮應力（mpa）： 軸向彎曲應力（mpa）：輻向彎曲應力（mpa）：內繞組導線最大應力（mpa）：= + +160 mpa式中：i繞組短路電流有效值（a）；w繞組匝數(shù)；rp繞組平均半徑（cm）；縱向洛氏系數(shù)，見阻抗電壓計算；m繞組并聯(lián)支路數(shù)，中部出線m=2，端部出線m=1；n單個線餅中繞組并聯(lián)導線根數(shù)；h平均電抗高度（cm）；a單根導線橫截面積（cm2）；繞組不平衡安匝最大值（%）；繞組線餅兩墊塊之間的最大弧長（cm）；p繞組線餅兩撐條之間的平均弧長（cm）；橫向洛氏系數(shù)： 式中：=/h， =2（+0.03d）/ h縱向漏磁寬度；h橫向單個漏磁高度；鐵心圓與內繞組間距；d鐵心圓直徑；縱向漏磁寬度（cm）；a單根導線輻向厚度（cm）；b單根導線軸向寬度（cm）；n與撐條根數(shù)、線屏平均直徑、導線輻向尺寸有關的系數(shù)。8.3內繞組輻向穩(wěn)定性計算8.3.1線餅周長單位輻向壓縮力發(fā)生值（n/cm）：8.3.2線餅周長單位輻向壓縮力臨界值（n/cm）：8.3.3線餅輻向穩(wěn)定性安全裕度校核：1.8式中：k、i、w、h的意義見8.2.2；m繞組線餅數(shù)；z繞組內徑側有效支撐數(shù)，取為撐條根數(shù)的一半；e銅導線彈性摸量（n/cm2），對于軟銅e=11.5106 n/cm2rp繞組線餅平均半徑（cm）；j繞組線餅截面慣性矩（cm4）；式中：na線餅輻向導線根數(shù)（換位導線時為大線根數(shù)）；nb線餅軸向導線根數(shù)；x取決于線餅各導線之間粘接程度的系數(shù)。無粘接時x=1，完全粘接時x=3；j0單根導線的截面慣性矩。普通扁線： 換位導線：其中a、b的意義見8.5.2（換位導線為小線尺寸），為每根換位導線內的小線根數(shù)，y為取決于換位導線內部小線粘節(jié)程度的系數(shù)。普通換位導線y=1.5，自粘換位導線y=2.5。9、油箱尺寸計算9.1 無勵磁調壓變壓器9.1.1 長度長度=2m0d2m （mm）式中：m0 鐵心中心距（mm）； d 外線圈外徑（mm）； m 外線圈至油箱長壁距離，m135mm。 9.1.2 寬度 寬度=d2n （mm）式中： d 外線圈外徑（mm）； n 外線圈至油箱短壁距離，m180mm。 9.1.3 高度 高度=h02bm88 （mm）式中：h0 鐵心窗高（mm）； b 鐵軛主級高（mm）； m 鐵軛主級下端距油箱底的距離（mm），一般m取47（32+5+10）。9.2 有載調壓變壓器9.2.1 長度 長度=2m0dk1d k2 mm）式中：m0 鐵心中心距（mm）； d 外線圈外徑（mm）； k1 外線圈與開關觸頭距離，一般k1150 mm；k2 油箱壁與開關觸頭距離，一般k2170 mm；d 有載調壓開關電氣計算外徑（mm）。 9.1.2 寬度寬度同無勵磁調壓變壓器。 9.2.