sfsz1031500／110電力變壓器的電磁方案計算及減小局部放電措施的研究

SFSZ10-31500/110電力變壓器的電磁方案計算及減小局部放電措施的研究摘要本文完成了SFSZ10-31500/110電力變壓器電磁方案的計算，文中較為詳細地闡述了電力變壓器計算的基本公式和計算方法。SFSZ10-31500/110電力變壓器電磁方案計算，主要包括變壓器鐵心的選擇及幾何尺寸計算、變壓器線圈材料、型式選擇、高度確定、電壓電流計算及線圈幾何尺寸計算、短路阻抗計算、線圈損耗、引線損耗、雜散損耗、負載損耗計算、變壓器溫升計算、短路電動力計算、變壓器重量（總油量、器身重量、油箱重量、附件重量、運輸重量計算）等，并進行了絕緣校核，得出SFSZ10-31500/110電力變壓器的電磁計算方案。本文同時對高電壓變壓器局部放電產生的原因進行了分析綜述，在查閱文獻的基礎上，對減小變壓器的局部放電在設計、制造、裝配等方面提出了一些改進措施。關鍵詞電力變壓器；電磁計算；局部放電SFSZ10-31500/110powertransformerelectromagnetismprojectcalculationAbstractThistextintroducedtheSFSZ10-31500/110powertransformercalculatingandbasicknowledgeinprojectinelectromagnetismprimarily,thanclarifiedthecalculatingandbasicformulaintransformerinpowerdetailedwithcomputethemethod.Amongthemincludedchoiceandcalculationsofthetransformercore,transformercoilmaterial,patternchoice,highcertain,thevoltageandcurrentcomputesandthecoilcomputes,theshort-circuitresistancecomputes,thecoilexhausts,thefuseexhausts,miscellaneousspreadtoexhaust,loadtoexhaustthecalculation,thetransformertemperaturerisesthecalculation,shortcircuitelectricitythemotivecomputes,totaloilintransformermeasure,totalweight,conveyancetheweightcomputes,thetransformerinsulatestheschoolcheckup.SynthesizethedesigncalculationprocessthatintroducedtheSFSZ10-31500/110powertransformer.Becauseitismainreasonpartialdischargethatnextemergencetroubleinnormalworkinpowertransformerelectricvoltagewithstoptocarry.Thoughataffectthedegreetop,actuallyispartialdischargethesizeofthedeal、Frequencynumberoftimes,takeplacestillthepartwhichinfluenceisbigstillneedstheresearchinquiriesinto,butreduceitistargetthateverybodypursuetogetherthatpartialdischarge.Theforthisreasonatextreturnedtoturnonelectricitytheproceedingtheresearchtothepartofthetransformer,explainingtheprinciplethatpartialdischargeandaffectingthefactorthatpartialdischarge,thereasonswhichcausedthepartialdischargein110kVandaboveextralargepowertransformerareanalysisFromtherespectofdesignandtechnology,themeasuresfordecreasingthepartialdischargeareexpounded.KeywordsPowertransformer；Electromagnetismcalculation；Partialdischarge目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1課題背景 11.2論文研究的內容 1第2章電力變壓器電磁計算方案 2本設計的技術條件 22.1額定電壓﹑電流計算 22.1.1線圈相電壓 22.1.2線圈電流 32.2鐵芯的確定 52.3線圈匝數(shù)計算 52.4電壓比校核 62.5線段排列及計算 72.6線圈絕緣半徑及導線長度計算 112.7短路阻抗計算 122.8負載損耗計算 142.9溫升計算 162.10空載特性計算 192.11短路電動力計算 202.12變壓器重量計算 262.13絕緣校核 28第3章局部放電的減小措施 293.1局部放電機理 293.2減小局部放電的措施 31結論 37致謝 38參考文獻 39緒論課題背景電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設備之一。隨著我國社會主義現(xiàn)代化建設的發(fā)展，特別是隨著電力網向超高壓、大容量方向的發(fā)展，對電力變壓器提出了新的更高的要求。近年來，我國在變壓器的理論研究和生產實踐方面取得了可喜的成就。隨著國民經濟建設的發(fā)展，特別是隨著電力工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展而不斷發(fā)展。電力變壓器單臺容量和安裝容量迅速增長，電壓等級也相繼提高。50年代發(fā)展到110kV級；60年代發(fā)展到220kV級；70年代發(fā)展到330kV級；80年代已發(fā)展到500kV級電力變壓器。建國前我國只能生產單臺容量為300kVA的小型配電變壓器，建國后50年代中期已能仿制31500kVA的電力變壓器，電壓等級已發(fā)展到110kV。60年代初我國由仿制階段過渡到自行設計和制造階段，60年代中期已發(fā)展到制造220kV、120000kVA電力變壓器。到60年代末期，電力變壓器的容量已經發(fā)展到260000kVA。70年代初期已達到生產330kV級、360000kVA電力變壓器的水平(我國西北地區(qū)的劉關線330kV系統(tǒng)中所用的升、降壓電力變壓器、聯(lián)絡用自耦變壓器，全部為國產品)，到80年代國內變壓器的最高電壓等級為500kV、最大容量為400000kVA，1995年制造出了容量為450000kVA電力變壓器，本世紀初我國已能夠生產740MVA/500kV的電力變壓器和900MVA/500kV的自耦變壓器。近年來隨著我國經濟建設的不斷發(fā)展，電網的電壓等級不斷提高，2005年9月西北750kV線路已經投入運行，線路中的變壓器、電抗器等主要設備均為國內生產?，F(xiàn)在我國正在進行交流1000kV直流±800kV輸電線路的研究與輸變電設備的研制工作，在不久的將來我國的輸電網絡將會以交流1000kV直流±800kV作為主要框架，使我國的輸變電技術走在世界的前列。論文研究的內容本論文對目前電力網中經常使用的SFSZ10-31500/110電力變壓器進行了電磁方案計算，計算出了該變壓器的各項技術指標及各部分的幾何尺寸，計算結果滿足國家標準規(guī)定值。在進行SFSZ10-31500/110電力變壓器電磁方案計算的同時，本文還對變壓器局部放電的產生原因及減小局部放電的措施等進行了討論。電力變壓器電磁計算方案變壓器的電磁的方案計算，就是在保證滿足國家和行業(yè)以及用戶所提出的技術要求的基礎上，在符合現(xiàn)行工藝條件的前提下，計算出變壓器的各項主要經濟技術指標、各部分的幾何尺寸等。變壓器的電磁計算決定了變壓器的經濟特性和運行特性，因此電磁計算是變壓器生產制造的重要環(huán)節(jié)之一。本設計的技術條件本設計的基本技術條件如下，其他技術性能指標均應滿足國家和行業(yè)相關標準的要求。額定容量：S=31500電壓組合：110%/35/10.5聯(lián)結組標號：空載損耗：P=30.6負載損耗：P=149短路阻抗：Z=10.5%,Z=6.5%,Z=17-18%額定電壓﹑電流計算線圈相電壓一、高壓線圈相電壓：高壓線圈為Y聯(lián)結：=69860V=69070V=68270V=67480V =66680V=65890V=65110V=64300V=63510V=62710V=61920V=61270V=60340V=59540V=58750V=57950V=57160V二、中壓線圈相電壓：中壓線圈為y聯(lián)結，故其相電壓為=35000/=20210V三、低壓線圈相電壓低壓線圈為d聯(lián)結，故其相電壓為=10500V線圈電流高壓線圈電流：高壓線圈為Y聯(lián)結，其線電流等于相電流：==150.3A152.0A153.8A155.6A157.5A159.4A161.3A163.3A165.3A167.4A169.6A171.8A174.0A176.4A178.7A181.2A183.7A二、中壓線圈電流：高壓線圈為y聯(lián)結，故其相電流等于線電流：==519.6A二、低壓線圈電流：低壓線圈線電流：==1732.1A低壓線圈相電流：==1000A鐵芯的確定變壓器鐵心的計算關系到整臺變壓器的技術經濟特性，也關系到變壓器的運行特性。合理的鐵心尺寸可以提高變壓器制造廠的經濟效益，同時還可減少變壓器在中的損耗，以創(chuàng)造良好的社會效益。一、硅鋼片的選用：鐵心采用DQ130-35冷軋硅鋼片。在50Hz﹑1.5T時，單位損耗為0.89W/kg。二、鐵心直徑計算：582.4mm,取580mm其中K為經驗系數(shù)，取K=52；S為三相雙線圈變壓器每柱容量，S=31500/2=15750KVA。三、鐵心柱截面積：鐵心級數(shù)為15級，撐條數(shù)為20，迭片系數(shù)為0.96，凈截面為2375cm。鐵軛截面積與鐵心根據(jù)《電力變壓器計算》附表1查得。線圈匝數(shù)計算一、每匝電勢初選值：==91.833V/匝二、低壓線圈匝數(shù)計算：W3=114.338匝取W3=115匝三、每匝電勢準確值：==91.391V/匝四、磁通密度：T五、磁通：=0.41Wb六、中壓線圈匝數(shù)計算：==222.14匝取=221匝七、高壓線圈匝數(shù)計算：額定匝數(shù)：694.9匝取=694匝調壓線圈匝數(shù)：=8.68匝取=9匝電壓比校核額定電壓及各分接電壓的偏差，按下式計算：為各分接位置的標準相電壓（V）；為各分接位置實際計算電壓（V）；=（為計算分接匝數(shù)）。-0.210%合格-0.160%合格-0.130%合格-0.086%合格-0.053%合格-0.044%合格-0.061%合格-0.081%合格-0.130%合格+1.700%合格+2.300%合格+2.100%合格+0.036%合格+0.075%合格+1.300%合格+1.700%合格+2.300%合格線段排列及計算為了減少調壓時對漏抗的影響，將調壓線匝單獨做成一個調壓線圈，把額定電壓下的高壓基本線圈匝數(shù)做成高壓基本線圈，線圈的布置為鐵心-低壓線圈-中壓基本線圈-高壓基本線圈-調壓線圈，通過具有選擇轉換器的三相Y聯(lián)結的有載分接開關，連接調壓線圈和高壓基本線圈，由于轉換選擇器可將調壓線圈與高壓基本線圈正，反相連，故可減少一半的調壓匝數(shù)。一、高壓基本線圈⑴高壓基本線圈的匝數(shù)為694匝，采用糾結-連續(xù)式，端部出線，20根撐條并用寬度50的墊塊，每只高壓線圈的段數(shù)是2A+2B+66E=70段⑵各段匝數(shù)8，9，10⑶各種線段總匝數(shù)：7×2+7×2+8×66=694匝⑷導線規(guī)格：選用ZB-1.35，導線絕緣厚度為1.35的紙包銅線，導線尺寸為（2.8×12.5）/（4.2×13.9），采用2根并聯(lián)，即‖2⑸線圈導線的面積：2×32.4=64.8⑹電流密度：2.55⑺高壓線圈每匝平均長度為3.5⑻高壓線圈導線總長度為2429⑼75℃時高壓線圈電阻為0.8⑽三個線圈凈銅線總重量為4203⑾三個線圈紙包銅線總重量為5205⑿高壓線圈三相負載損耗為58.7⒀高壓線圈尺寸計算：E線段輻向尺寸為2×10×4.2×1.05=88A線段輻向尺寸為2×9×4.2×1.05=79+9（墊條）=88B線段輻向尺寸為2×8×4.2×1.05=70+18（墊條）=88高壓線圈軸向尺寸：963.2導線高度+284油道高度1247.2-7.2壓縮系數(shù)1240+26靜電板和油道高度1266+95上鐵軛絕緣距離65下鐵軛絕緣距離65線圈壓板及間隙1491鐵窗高度二、中壓線圈⑴中壓線圈匝數(shù)為221匝⑵連續(xù)式線圈，20根撐條并用40寬墊塊，線段數(shù)2M+73N=75段⑶每個線段匝數(shù)為⑷每種線段總匝數(shù)為×73+×2=221匝⑸導線規(guī)格ZB-0.6，導線絕緣厚度為0.6的紙包銅線，導線尺寸為（2.5×12.5）/（3.15×13.15），采用6根導線并聯(lián)，即‖6⑹導線總截面積為6×30.7=184.2⑺電流密度為2.8⑻中壓線圈每匝平均長度為2.8⑼中壓線圈導線總長度為618.8⑽75℃時中壓線圈電阻為0.072⑾三個線圈凈銅線總重為3043⑿三個紙包銅線總重為3150⒀中壓線圈三相負載損耗為58.3⒁中壓線圈尺寸計算：正常線段輻向尺寸為6××3.15×1.03=57.5加強線段輻向尺寸為6××3.15×1.03=54.5+3（墊條）=57.5中壓線圈軸向尺寸：978導線高度+296油道高度1274-8壓縮系數(shù)1266+95上鐵軛絕緣距離65下鐵軛絕緣距離65線圈壓板及間隙1491鐵窗高度三、低壓線圈⑴低壓線圈匝數(shù)為115匝⑵單螺旋式線圈，20根撐條并用寬度為30寬的墊塊⑶導線規(guī)格ZB-0.45，導線絕緣厚度為0.45厚的紙包銅線，導線尺寸為（3×6）/（3.5×6.5），采用20根導線并聯(lián)，即‖20⑷導線總截面積為16.25×20=325⑸導線電流密度為3.1⑹低壓線圈導線平均匝長為2.23⑺低壓線圈導線總長度為265.45⑻75℃時中低壓線圈電阻為0.017⑼低壓線圈三相導線凈銅線總重為2303.5⑽低壓線圈三相導線紙包銅線總重為3200⑾低壓線圈三相負載損耗為51⑿低壓線圈尺寸計算低壓線圈輻向尺寸為3.5×20=70低壓線圈軸向尺寸：6.5×（115+4）“424”773.5導線總高度+513油道高度1286.5-18.5壓縮系數(shù)1266+95上鐵軛絕緣距離65下鐵軛絕緣距離65線圈壓板及間隙1491鐵窗高度四、調壓線圈[一]有載分接開關的選擇有載分接開關必須滿足下列技術要求:高壓線圈的最大通過電流:183.7高壓線圈聯(lián)結組及調壓方式:YN聯(lián)結,中性點調壓有載分接開關對地絕緣水平:工頻85KV,沖擊時,線圈最大電壓不大開關絕緣水平調壓范圍:20%調壓級數(shù)及級電壓:±8×1.25%,共17級調壓,級電壓為780V開關壽命:電氣壽命不低于2萬次,機械壽命不低于20萬次有載分接開關的安全保護裝置:按上述要求,選擇帶有轉換選擇器的M500-110/D-10193W型有載分接開關,其規(guī)格為三相中性點有載分接開關最大額定電流500A;三秒鐘熱穩(wěn)定電流8KA;動穩(wěn)定電流20KA;級電壓3000每級容量1500KVA;總重280kg;高度2383;級數(shù)19級;平110kv;最大工作電壓125kv本開關具有安全保護裝置,可滿足技術要求。[二]調壓線圈尺寸計算為了保證結構的穩(wěn)定性，此變壓器的調壓線圈采用雙螺旋式線圈結構，共8級調壓⑴調壓線圈匝數(shù)：8匝，串聯(lián)后調壓線圈匝數(shù)為64匝⑵雙螺旋不換位，20根撐條，寬度為50墊塊，線圈段數(shù)16段⑶導線規(guī)格：導線采用ZB-1.35，絕緣厚度為1.35的紙包銅線，導線尺寸為（2.8×12.5）/（4.2×13.9），采用兩根并聯(lián)，即‖2線圈導線截面積：68.9電流密度，最大分接時為2.2；額定分接時為0；最小分接時為2.6調壓線圈每匝平均長度4.1調壓線圈導線總長262.475℃時調壓線圈導線串聯(lián)電阻0.08調壓線圈凈銅線總重：483調壓線圈紙包銅線總重：530調壓線圈三相負載損耗：最大分接時為8.1；最小分接時為5.4調壓線圈尺寸計算調壓線圈的輻向尺寸為2×2×4.2×1.03=17.5調壓線圈的軸向尺寸：（16+2）×13.9=250.2導線高度+（16+1）×17=612油道高度862.2-16.2壓縮系數(shù)846調壓線圈電抗高度線圈絕緣半徑及導線長度計算線圈絕緣半徑鐵心柱直徑為：580；鐵心柱直徑放大為594R297 鐵芯柱半徑+23筒和撐條總厚度320低壓線圈內半徑（）+70低壓線圈輻向厚度（）390低壓線圈外半徑+26主空道厚度（）中壓線圈內半徑（）+57.5中壓線圈輻向厚度（）473.5中壓線圈外半徑+40主空道厚度（）513.5高壓線圈內半徑（）+88高壓線圈輻向厚度（）601.5高壓線圈外半徑+40紙筒和撐條厚度641.5調壓線圈內半徑+17.5調壓線圈輻向厚度659調壓線圈外半徑21318線圈總外徑+40相間絕緣距離1358相間鐵芯柱中心線距離短路阻抗計算線圈平均電抗高度：1253125.31253125.31266126.6漏磁總寬度：漏磁空道總面積：=446.18804．28272.86洛氏系數(shù)： 查《電力變壓器計算》表6.2得查《電力變壓器計算》表6.2得查《電力變壓器計算》表6.2得短路阻抗的電抗分量：式中，為頻率（Hz）；為額定匝數(shù)；為額定電流（）；=1.02，是估算的橫向電抗系數(shù)。短路阻抗的電阻分量：式中，為高壓-低壓運行時的負載損耗（）式中，為高壓-中壓運行時的負載損耗（）式中，為中壓-低壓運行時的負載損耗（）短路阻抗百分值：（標準植10.5%）合格（標準植17-18%）合格（標準植6.5%）合格負載損耗計算一、電阻損耗高壓線圈：中壓線圈：低壓線圈：式中，為相數(shù)；﹑﹑為額定相電流,A。二、渦流損耗高壓線圈：10中壓線圈：6.36低壓線圈：3.8低壓線圈為單螺旋結構，線圈采用“424”換位，不完全換位損耗為：=+=3.8+2.4=7.2三、引線損耗①高壓引線采用50銅電纜，每相長度約為4，則：=0.02135×=0.00171Ω=3××0.00171=0.14②中壓線圈引線采用50銅電纜，每相長度約為3，則：=0.02135×=0.00128Ω=4××0.00128=1③低壓線圈引線采用95，每相長度約為5，則：=0.02135×=0.001123Ω=3××0.001123=3.4四、雜散損耗高壓-中壓運行時：高壓-低壓運行時：中壓-低壓運行時：五、負載損耗高壓-中壓運行時：139.5<149合格高壓-低壓運行時：148.31<149合格中壓-低壓運行時：<149合格溫升計算一、線圈對油的溫差計算高壓線圈：根據(jù)國家標準規(guī)定，有載調壓變壓器的高壓線圈表面單位熱負荷按其在-10%的分接位置計算。在-10%分接位置時：=2.6，=183.7A755.5式中，為系數(shù)，銅導線；為線匝絕緣修正系數(shù)，；為導線中總的附加損耗百分數(shù)（85）；為線餅的遮蓋系數(shù)，；為線餅的周長（）。正常線段導線雜絕緣厚度的校正溫升2.07K線段油道寬度得校正溫升K式中，為校正溫度（），由《電力變壓器計算》圖8.12查得。線圈對油的溫升19K中壓線圈：中壓線圈表面單位熱負荷：式中，為系數(shù)，銅導線；為線匝絕緣修正系數(shù)，；為導線中總的附加損耗百分數(shù)（85）；為線餅的遮蓋系數(shù)；為線餅的周長（）。導線雜絕緣厚度的校正溫升K線段油道寬度得校正溫升1.87K式中，為校正溫度（），由《電力變壓器計算》圖8.12查得。線圈對油的溫升21.866K低壓線圈：低壓線圈表面單位熱負荷式中，為系數(shù)，銅導線；為線匝絕緣修正系數(shù)，；為導線中總的附加損耗百分數(shù)（85）；為線餅的遮蓋系數(shù)，；為線餅的周長（）。導線雜絕緣厚度的校正溫升0K線段油道寬度得校正溫升1.58K式中，為校正溫度（），由《電力變壓器計算》圖8.12查得。線圈對油的溫升15.8K二、油箱尺寸油箱高度：窗高+2倍鐵軛高+墊腳高度+鐵芯至箱蓋距離油箱寬度：調壓線圈外徑+線圈到箱壁間距離=1318+520=1838油箱長度：+調壓線圈外徑+間隙三、油箱有效散熱面拱頂箱蓋幾何面積：箱壁幾何面積：散熱器有效散熱面積：選用120管散熱器5只，聯(lián)管中心距為2885散熱面積為：帶散熱器的拱頂油箱總散熱面積：=210.38四、油對空氣的平均溫升油箱單位熱負荷：油對空氣的平均溫升：K油面對空氣的最高溫升：溫升修正值按油箱發(fā)熱中心與散熱中心之比()，《電力變壓器計算》圖8.19查得：K〈55K合格五、線圈的平均溫升高壓線圈：K中壓線圈：K低壓線圈：K空載特性計算一、空載損耗鐵心柱重量：鐵軛重量：總重量：式中，為硅鋼片比重，冷軋硅鋼片空載損耗：=30.7式中，為空載損耗附加系數(shù)，=1.15；為硅鋼片單位損耗?？蛰d損耗的標準值為30.6，因此合格；二、空載電流有功分量：無功分量：式中，為勵磁電流附加系數(shù)；為鐵芯中總的接縫數(shù)；為接縫處的凈截面積()；為鐵芯接縫處單位面積的勵磁容量()。短路電動力計算變壓器在正常運行時，鐵心中的磁通密度及線圈中的電流均為或接近于額定值，但這種運行情況不是永遠不變的。當系統(tǒng)中出現(xiàn)線路短路或由于誤操作及保護裝置出現(xiàn)故障等時，因斷路器跳閘需要一定時間，就會使變壓器的正常運行遭到較大的擾動。另外變壓器也難免受到短路電流的沖擊，例如，當變壓器第二次側發(fā)生突然短路故障時，變壓器中會出現(xiàn)大電流，產生較大的電動力和過熱。根據(jù)長期實踐經驗和短路強度試驗情況可知，變壓器在突發(fā)短路中，其線圈損壞主要是由于短路時的輻向力和軸向力作用的結果。沿線圈的軸向力使線圈承受壓力或拉力的作用。當此力大于結構件的機械強度時，可使線圈、壓板及夾件等零部件產生變形，嚴重時可將上鐵軛頂起，破壞整個線圈結構。沿線圈徑向的輻向力，使內線圈受到壓力，外線圈受到拉力作用。當拉力大于導線抗張應力時，則線圈變形，匝絕緣斷裂，破壞整個主、縱絕緣結構，嚴重時甚至拉斷導線。因此，在變壓器計算時必須計算其短路時的電動力，核算變壓器結構件的強度。此外，由于短路時線圈中流過的電流比額定電流大幾十倍，因此負載損耗比額定運行時大幾百倍，并使線圈溫度迅速上升，因此若不能在短時間內排除故障，則變壓器就有被燒壞的可能。一、不平衡安匝分布圖根據(jù)上面的電磁計算可將各線圈的安匝分布列于表2.1，根據(jù)表2.1中的數(shù)據(jù)可以作出在＋10%，額定及－10%時的安匝分布圖，如圖2-1所示。在圖2.1中，不平衡安匝百分數(shù)的各點計算如下：在＋10%時：；；額定分接時：；；在－10%時：；；表2.1(a)區(qū)域劃分區(qū)域高壓（220）中壓（35）低壓（10.5）匝數(shù)高度（）匝數(shù)高度（）匝數(shù)高度（）11010=10010段匝64+45=440.939.6+178．62613段匝412=48 0.943．213.1513=+170.95214.1520匝=20段4.519=85.50.976.95+206.5=130206.95204．624510+28+27=48449段匝448=1920.9172．8+4913.9=681.1853.951段匝450=200 0.91805113.15=+670.65850.6581匝=81段4.580=3600.93246.581=526.5850.531110=110段匝410=400.936+=11段匝410=400.9361113.15=+144.65180.6519匝=19段4.517=76.50.968.856.518=117188.9185.85圖2-1不平衡安匝分布圖表2.1(b)安匝分布計算區(qū)域高壓安匝（％）中壓安匝（％）低壓安匝（％）＋10%額定－10%112.914.41617.316.8272.969.766.46868.1314.215.917.614.715.1總和100100100100100區(qū)域不平衡安匝（％）平均高度（）＋10%額定－10%1-1.70-0.95-0.152+2.35+0.75-0.93-0.65-0.2+1.05總和0001245.3625區(qū)域平均安匝（％）＋10%額定－10%115.9516.32516.725269.27568.47567.65314.77515.20015.625總和100100100二、漏磁計算根據(jù)圖2－1可知，在+10%時具有最大漏磁組，計算如下（按表2.1）。漏磁組高度：209.0625＋1857.5橫向洛氏系數(shù)：；；0.15；0.026；查《電力變壓器計算》圖6.29所示曲線可得0.35。漏磁總安匝（％）：＝＝82.95路電流穩(wěn)定值倍數(shù)4.621.74倍式中，為變壓器阻抗電壓（％）；為內線圈阻抗（％）；為中線圈阻抗（％）；為外線圈阻抗（％）負荷分配系數(shù)：30.6％69.4％四、不平衡安匝漏磁組所產生的總軸向力46.35t式中，為由于直流電流分量而使軸向力增大的倍數(shù)。五、線圈導線應力計算(1)高壓線圈導線應力的計算：由軸向力引起的拉應力：1941.85式中，為每個線圈并聯(lián)分支數(shù)；為線段中導線并聯(lián)根數(shù)；為線圈有效高度（）；為單根導線截面積（）；為短路電流沖擊系數(shù)，＝1.6。由軸向力引起的導線彎曲應力：129.225式中，為導線軸向寬度（）；為線圈輻向厚度（）；為被計算線圈的外半徑（）；Z為沿圓周分布的墊塊數(shù)；為墊塊寬度（）；為最大漏磁組的不平衡安匝百分數(shù)。線圈受的總應力：194<1600(2)低壓(內)線圈導線應力的計算：由軸向力引起的導線彎曲應力：190.63式中，為導線軸向寬度（）；為線圈輻向厚度（）；為被計算線圈的外半徑（）；Z為沿圓周分布的墊塊數(shù)；為墊塊寬度（）；為最大漏磁組的不平衡安匝百分數(shù)。由輻向力引起的導線壓縮應力：=76.73由輻向力引起的導線彎曲應力：=4線圈受的總應力：130.7<1600由以上計算可知，各線圈的導線應力均小于許用應力，因此計算合格。變壓器重量計算一、總油重量計算1.器身排油量計算：式中，為硅鋼片重量（）；為帶絕緣的銅導線重量（）。2．油箱裝油重量：油箱斷面積716.64油箱裝油重量=17487.9式中，為拱頂油箱的直線高度（）；h、b、l為油箱下節(jié)槽高、寬、長（）。3.油箱內油量：4.散熱器中油重：式中，為散熱器數(shù)目；為每只散熱器中油重量（）。5.總油重：14040（儲油柜；靜油器，中心距2285）式中，為儲油柜油重量；為凈油器中油重量；其他雜類重量。二、器身總量37140.34三、油箱重量1.箱蓋重量：614.23式中，為油箱平均半徑（）；為箱蓋厚度（）；為油箱直線部分長度（）。2.箱底重量：301.44式中，為箱底厚度（）；為箱底面積（）。3.槽壁：425.97式中，為槽壁厚度（）；為槽長度（）；為槽高度（）。4.油箱壁：1233.25式中，為油箱壁厚度（）；為油箱壁高度（）。5.油箱總重:2961.12式中，為雜類系數(shù)，＝1.15。四、附件重量計算6653式中，為儲油柜重量；為凈油器重量；為散熱器重量；散熱器電動機重量；為小車重量；為套管總重量。五、變壓器總重量六、變壓器運輸重量1.拱頂形頂蓋下200油重：489式中，為拱頂下200的弓形面積（）；為拱頂頂油箱總長度（）。2.運輸時箱內裝油重量：式中，為油箱內總油重量；為箱蓋下空襲部分的油重量。3.加添油重量：4.拆卸零件重量：5.運輸重量：53382.5絕緣校核一、工頻耐壓核算變壓器的工頻耐壓裕度核算，首先由參考文獻圖5.21查取不同匝絕緣厚度、不同油隙情況下的最小允許場強，再與高低壓線圈內外表面的場強進行比較，從而計算出絕緣裕度。低壓線圈外表面：因為，則45。高壓線圈內表面：因為，則50。綜合修正系數(shù)，則低壓線圈外表面：250裕度高壓線圈內表面：277.8裕度工頻試驗電壓的裕度大于1.25是足夠的。二、高壓線圈沖擊耐壓核算當端部出線時，全波沖擊系數(shù)為2。對于三線圈變壓器主絕緣結構，根據(jù)沖擊測量結果，內外兩個線圈全波電位差為112%。折算成為工頻電壓：376，裕度大于1.25時足夠的。局部放電的減小措施局部放電機理一、產生局部放電的原因在電氣設備的絕緣系統(tǒng)中，各部位的電場強度往往是不相等的，當局部區(qū)域的電場強度達到該區(qū)域介質的擊穿場強時，該區(qū)域就會出現(xiàn)放電，但這放電并沒有貫穿施加電壓的兩導體之間，既整個絕緣系統(tǒng)并沒有擊穿，仍然保持絕緣性能，這種現(xiàn)象稱為局部放電。發(fā)生在絕緣體內的稱為內部局部放電；發(fā)生在絕緣體表面的稱為表面局部放電；發(fā)生在導體邊緣而周圍都是氣體的，可稱之為電暈。造成電場不均勻的因素很多，主要包括：電氣設備的電極系統(tǒng)不對稱，如針對板、圓柱體等。在電機線棒離開鐵心的部位、變壓器的高壓出線端，電纜的末端等部位電場比較集中，不采取特殊的措施就容易在這些部位首先產生放電。②介質不均勻，如果各種復合介質：氣體—固體組合、液體—固體組合、不同固體組合等。在交變電場下，介質中的電場強度是反比于介電常數(shù)的，因此介電常數(shù)小的介質中的電場強度就高于介電常數(shù)大的。③絕緣體中含有氣泡或其他雜質。氣體的相對介電常數(shù)接近于1，各種固體、液體介質的相對介電常數(shù)都要比它大1倍以上，而固體、液體介質的擊穿場強一般要比氣體介質的大幾倍到幾十倍，因此絕緣體中有氣泡存在是產生局部放電的最普遍原因。絕緣體內的氣泡可能是產品制造過程殘留下的，也可能是在產品運行中由于熱脹冷縮在不同材料的界面上出現(xiàn)了裂縫，或者因絕緣材料老化而分解出氣體。此外，在高場強中若有點為懸浮的金屬體存在，也會在其邊緣感應出很強的場強；在電氣設備的各連接處，如果接觸不好，也會在距離很微小的兩個接點間產生高場強；這些都可能造成局部放電。局部放電會逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區(qū)域不斷擴大，最終導致整個絕緣體擊穿。因此，必需把局部放電限制在一定水平之下。高電壓電工設備都把局部放電的測量列為檢查產品質量的重要指標，產品不但出廠時要做局部放電試驗，而且在投入運行之后還要經常進行測量。二、影響局部放電特性的諸因素局部放電的各表征參數(shù)與很多因素有關，除了介質特性和氣泡狀態(tài)之外，還與施加電壓的幅值、波形、作用的時間，以及環(huán)境條件等有關。㈠電壓的幅值隨著電壓升高，放電量和放電次數(shù)一般都趨向于增加，這是由于：⑴在電工產品中，往往存在多個氣泡，隨著電壓升高，更多更大的氣泡開始放電。在有液體的組合絕緣中，電壓愈高，放電愈劇烈，產生的氣泡愈多，放電量和放電次數(shù)都增大。⑵即使是單個氣泡，在較低電壓下，只是氣泡中很小的部分面積出現(xiàn)放電，隨著電壓升高，放電的面積增大，而且有更多的部位出現(xiàn)放電，于是放電量和放電次數(shù)都增加。⑶在表面放電中，隨著電壓升高，放電沿表面擴展，即放電的面積增大，放電的部位增多。由于氣體經電離后擊穿電壓要降低，本來在某一電壓下沒有局部放電的試品，一旦在更高的電壓下發(fā)生放電，即使再將電壓降到原來的水平，放電還可能繼續(xù)出現(xiàn)。對于含有液體的絕緣系統(tǒng)，如果液體的吸氣性能不好，在較高的電壓下放電所產生的氣體，也會使放電熄滅電壓降低。因此在局部放電測量中，在進行第二次重復試驗時，必須讓試品有足夠的“休息”時間。㈡電壓的波形和頻率當工頻交流電壓中含有高次諧波時，會使正弦波的頂部變?yōu)榧忭敾蚱巾?，這決定于諧波與基波的相位差。當正弦波畸變?yōu)榧忭敳〞r，其幅值增大，于是放電起始電壓降低，放電量和放電次數(shù)都明顯增加。若畸變?yōu)槠巾敳?，只有當高次諧波分量較大時，如對于三次諧波而言要大于20%時，由于峰值被拉寬，放電次數(shù)有較明顯增加，放電量略有增加，起始電壓略有升高。提高電壓頻率，將明顯增大放電重復率，但只要測試系統(tǒng)有足夠的分辨能力，對于測得的放電量不會有明顯影響。㈢電壓作用時間氣體放電有一定的隨機性，電壓作用的時間長，如升壓的速度慢或用逐級升壓法升壓，測得的起始放電電壓要偏低。在電壓的長期作用下，局部放電會使絕緣材料發(fā)生各種物理和化學效應，如試品中氣泡的含量、氣泡中氣體的壓力、氣體的成分、氣泡壁上的電導率、介電系數(shù)等都可能發(fā)生變化，這些變化都將導致局部放電狀態(tài)的變化。在一般情況下，隨著電壓作用時間的增加，局部放電會變得更加劇烈。如在液體和固體的組合絕緣中，如果液體的吸氣性不是很好，氣泡會愈來愈多。在固體材料中會產生新的裂紋，產生低分子分解物和增塑劑揮發(fā)物，這些都會形成新的氣泡。在放電部位出現(xiàn)樹枝狀的放電，也會加劇局部放電。絕緣體表面放電中，由于放電的范圍擴大也會時放電加劇。在有些情況下，隨著電壓作用時間的增加，在一定時間內放電反而衰減，甚至觀察不到。出現(xiàn)這種“自衰”現(xiàn)象的原因可能有以下幾點：⑴在封閉氣隙中，由于放電放出的氣體增加，使氣泡中的氣壓增高，這時氣泡的擊穿電壓可能提高，放電就熄滅了。另一種情況是放電產生的氣體少于放電時消耗掉的氣隙中的氧氣，這樣氣隙中的氣壓可能降低，當氣壓低到一定程度后，放電從脈沖型轉變?yōu)榉敲}沖型，于是在脈沖型的檢測儀器上，就觀察不到這種放電。⑵氣隙壁上介質的特性發(fā)生變化，如許多有機材料，在局部放電長時間作用下，材料被炭化，可能把放電氣泡短路或者使放電點電場均勻化，從而使放電暫時變弱。隨著時間加長，被腐蝕炭化點的周圍，由于電場集中又可能出現(xiàn)新的放電，使放電出現(xiàn)起伏。⑶有些放電源可能消失，如在導體邊上的小毛刺在放電過程可能會被燒掉。有些聯(lián)接點接觸不好產生放電，時間長了可能燒結在一起，就不會再放電了。㈣環(huán)境條件環(huán)境的溫度、濕度、氣壓都會對局部放電產生影響。⑴溫度升高，氣泡中的壓力增加，液體的吸氣性能改善，這將有利于減弱局部放電。另一方面溫度高會加速高聚物的分解，揮發(fā)低分子物質，這有可能加劇局部放電的發(fā)展。⑵濕度對表面放電有很大影響。在極不均勻的電場中，由于濕度大，增加了電導和介電常數(shù)，改善了那里的電場分布，從而改善了那里的局部放電。但對某些憎水性材料，在濕度較大時，表面會形成水柱，在水柱附近的電場集中而形成新的放電點。對于層壓制品和纖維材料，在濕度大時，吸進的水分汽化，也會加劇局部放電。⑶大氣壓力會明顯影響外部的局部放電，在高原地區(qū)氣壓低，起始放電電壓降低，因此，局部放電問題就顯得更嚴重。許多充以氮氣或六氟化硫等氣體為絕緣的電工設備，如果氣壓降低就容易發(fā)生局部放電而導致?lián)舸囊陨细鞣N因素的影響中，可以看出兩種本質上的區(qū)別，一種只是在不同的條件下，測量的結果發(fā)生了變化；另一種卻是使試品本身放電特性發(fā)生變化。前者在試驗方法上應給以規(guī)定，使試驗結果的可比性提高；后者還應考慮通過試驗后的產品性能可能發(fā)生變化，在設計試驗時應注意試品可能承受的能力。由于影響因素很多，再加上氣體放電本身是隨機性的，因此，測量結果的分散性往往是比較大的。減小局部放電的措施一、局部放電產生的關鍵因素產生局部放電的環(huán)節(jié)，一般是在電場集中和絕緣薄弱的部位。影響局部放電的因素很多，綜合起來主要有三點:⑴絕緣材料的材質。⑵產品設計的絕緣結構。⑶生產加工制造工藝。從產生局部放電的原因和部位分析，引起局部放電的關鍵因素有四個方面:⑴導電體和非導電體的尖角毛刺。⑵固體絕緣的空穴和縫隙中的空氣及油中的微量氣泡。⑶在高電場下產生懸浮電位的金屬物。⑷絕緣體表面的灰塵和臟污。二、局部放電的危害⑴導致電擊穿：放電點直接轟擊所在位置的絕緣，這種放電連續(xù)地、長期地發(fā)生，必將導致此處絕緣的擊穿。⑵導致熱擊穿：局部放電產生熱量，或許有腐蝕性氣體，使臨近絕緣熱老化或腐蝕變質。連續(xù)放電日積月累的結果，將導致絕緣燒損或失效，造成擊穿。三、減少局部放電量的技術措施⑴絕緣件制造絕緣件要選擇性能好、質量高的絕緣板材。有的生產廠家因生產質量不高,在絕緣板材中?；煊薪饘佼愇?應嚴格檢驗。如沈變廠在檢驗加工購入的40mm厚的層壓紙板時,曾發(fā)現(xiàn)過裁紙刀和鋼釘。在購入的1.0～3.0mm厚的絕緣紙板上,也時常發(fā)現(xiàn)金屬亮點和米粒大小的金屬物。這些金屬物在高電場作用下最容易產生樹枝狀放電。目前,沈變廠已在500kV變壓器產品上全部采用優(yōu)質進口紙板。絕緣件制造應無楞角和飛邊毛刺。所有的絕緣板或絕緣塊的楞角應倒圓。燕尾墊塊倒楞后如圖3-1所示。圖3-1燕尾墊塊楞角倒圓外形目前,絕緣裝配用的絕緣壓板和鐵軛墊塊均采用電工層壓木板和層壓紙板制作。層壓木板的層間有拼接縫隙,真空干燥時層間時有開裂或起鼓現(xiàn)象,在層間形成空穴,如圖3-2所示。設計時,最好選用絕緣層壓紙板。為便于器身真空處理時水蒸氣的逸出,在電氣性能允許的情況下,應在較厚、較大的絕緣壓板和鐵軛墊塊上設置Φ8～Φ10mm的排氣孔及8～15mm寬、5～10mm深的油路通道,如圖3-3所示。所有加工的絕緣件應清潔,無金屬粉塵和灰塵,并用絕緣紙包扎好存放。⑵靜電板及引線制作靜電板時其引出線的焊點必須牢固可靠,以防開焊引起懸浮電位。焊點的表面要處理光滑,屏蔽包扎要緊實。此部位是場強過高處,必須圓滑處理。直徑過大的靜電板搬運時要采取防護措施,以防變形損傷屏蔽。變壓器的高壓引線及分接線用電纜線。控制引線的關鍵是消除尖角毛刺。引線包扎前要將電纜線的斷股線頭焊牢或將斷股線頭插入電纜線內。絕緣包扎完畢,外表再包一層皺紋紙以防搬運時或操作時將引線弄臟。用銅管制作的低壓引線,應將銅管內的金屬屑、金屬粉塵及臟物除凈。圖3-2電工層壓木板拼接縫隙及空穴(a)斷面圖(b)干燥后層間起鼓圖3-3鐵軛墊塊示意圖⑶繞組繞組本身在正常情況下不會發(fā)生局部放電現(xiàn)象。但也有例外,如導線上有毛刺,燕尾墊塊及內撐條等絕緣件內有金屬雜物,也會發(fā)生局部放電。繞組卷制時,首先要嚴格控制導線的質量,卷制要緊實,要防止導線扭曲及匝絕緣破損。繞組內部導線的焊接頭要牢固、平整、無尖角毛刺。處理焊頭時要防止金屬粉塵飛濺到繞組上。導線的換位及出頭處威彎要用專用工具,要防止出現(xiàn)硬彎或直角彎。繞組出頭處的屏蔽要牢固、緊實、圓滑。單柱繞組壓裝后,要檢查繞組內徑側撐條及換位處有無匝絕緣損傷。繞組存放要采取防塵措施。⑷鐵心裝配鐵心疊裝時,硅鋼片應清潔,無灰塵和臟污痕跡。要防止剪切時的“小三角片”疊入鐵心內。鐵心裝配完畢后應緊實。測量鐵心對夾件及鐵心油道間絕緣,絕緣應良好。所有緊固件應牢固,禁止有產生懸浮電位的金屬物,確保鐵心一點接地良好。⑸油箱及附件圖3-4油箱內壁焊接示意圖油箱、升高座的內壁及夾件肢板嚴禁有尖角毛刺。為使地電極的電場均勻,應將夾件肢板的楞角加工打磨或倒圓,油箱和升高座內壁的焊線應光滑。在電場較高處應采取屏蔽措施,如圖3-4所示。為防止變壓器在總裝時有產生懸浮電位的金屬件,油箱磁屏蔽接地應可靠。各金屬件相互連接的部位應不涂漆,即鐵心夾件與上橫梁的接觸面、鐵心拉板與心柱地屏連線端子的接觸面、夾件肢板與鋼螺栓的接觸面皆不涂漆,如圖3-5所示。油箱上的主聯(lián)管與氣體繼電器連接一側應略高一些,應有一個坡度,保證排氣暢通。升高座、散熱器等附件應設有放氣塞。⑹絕緣裝配絕緣裝配時應保證絕緣件、鐵心、繞組等有關零部件的清潔,不得有金屬粉塵、灰塵及臟污痕跡。繞組套裝前應將導線理順平直,屏蔽搭接必須牢固可靠,包扎后應緊實、圓滑。拆卸鐵心上橫梁、側梁及夾件時應除凈金屬鐵屑。復裝時必須用C形卡子將鐵軛夾緊,以防金屬緊固件受力產生鐵屑。絕緣裝配完畢后,檢查鐵心接地片和心柱地屏連線,不得有松動現(xiàn)象。測量鐵心對夾件及油道間絕緣應良好。所有金屬緊固件連接必須牢固可靠,以防產生懸浮電位。圖3-5夾件肢板與木件連接示意圖⑺引線裝配引線裝配最重要的是控制引線接頭及屏蔽質量。目前,高壓引線及調壓分接線已全部采用冷壓端子連接。低壓引線由銅排或銅管制作,用螺栓連接。用冷壓端子連接引線時,應將冷壓端子上的排氣孔朝上,導線要理順平直,要保證導線插入端子內的深度。對于端子內的空隙要用不同規(guī)格的扁銅線或圓銅線填充。套筒式冷壓端子與引線連接見圖3-6。填充的導線要求平直,有一端應倒圓。倒圓的一端在填充的外側,填充率應達90%以上。冷壓后,引線連接必須牢固可靠。圖3-6套筒式冷壓端子與引線連接示意圖1.引線2.填充導線3.冷壓端子4.鋁箔屏蔽時應將多股導線及冷壓端子的空穴用鋁箔填充飽滿。為避免屏蔽表面出現(xiàn)小的皺褶及尖角等缺陷,屏蔽后要用薄紙板進行圓整或用圓棒碾平,使屏蔽達到緊實、圓滑。⑻總裝配變壓器總裝配前,要對器身進行真空處理,其目的是除去器身絕緣件中的水分,增加絕緣電阻,提高電氣強度。器身處理時,真空殘壓應控制在133Pa以下,對500kV產品,其值應控制在67Pa以下。器身出爐后,為防止絕緣受潮,應在3h內完成扣罩裝配。抽空注油及器身浸油后總裝時,要檢查所有引線的根部絕緣,應無破損。所有緊固件不得松動,不得有懸浮電位的金屬件。要防止外購件、配套件的灰塵、雜物及臟污進入變壓器內。因為這些灰塵臟物在高電場下容易極化,使電場發(fā)生畸變,并構成“小橋”,形成泄漏通道,增加泄漏電流,最后將這通道擊穿而造成短路。安裝高壓套管時,引線的斜梢必須進入均壓球內。變壓器成品抽真空及靜放是排除油中氣泡的關鍵。為使變壓器油中氣泡及時排除,變壓器在靜放期間,要按照規(guī)定時間對變壓器主體、有載開關、升高座、散熱器及套管等部位進行放氣。⑼試驗變壓器靜放72h即可進行試驗。試驗前對變壓器主體、有載開關、升高座、套管及散熱器等部位放氣,放氣時應以溢油為準。局放試驗時,變壓器必須牢固接地,不得有懸浮電位的金屬件。為防止干擾,變壓器應遠離電器設備及金屬障礙物。為防止電暈放電,高壓套管接線端子應罩上均壓罩。產品試驗連接線應采用屏蔽線。結論本文確定了SFZ10-31500/110電力變壓器的電磁計算方案，使我學習了電磁計算的基本知識，對以后的工作有很大的幫助。還研究了減少局部放電的措施，降低了局部放電對變壓器的危害。電磁方案計算了變壓器鐵芯的選擇及計算，變壓器線圈材料、型式選擇、高