SFZ11-40000/110/10.5电力变压器设计电磁计算

1．技术协议的要求参数

（1）产品型号：SFZ1—40000/110。

（2）额定容量：40000kVA。

（3）额定电压与分接级数和分接范围：110±8×1.25%/10.5kV。

（4）额定频率：50Hz。

（5）相数：3。

（6）绕组连接组标号：YNd11。

（7）额定性能要求：空载损耗P₀=30+3%kW、空载电流I₀＜0.4%、

             负载损耗P_k=156+3%kW、短路阻抗u_k=10.5±5%。

（8）使用条件：符合GB1094.1规定。

（9）冷却方式：ONAN/ONAF——70%/100%。

（10）温升限值：油面温升55K、绕组平均温升65K。

（11）绝缘水平：h.v.线路端子     LI/AC   480/200

h.v.中性点端子   LI/AC    250/95

l.v.线路端子     LI/AC    75/35。

（12）噪声要求：≤65dB。

（13）其它特殊要求：无。

2．变压器电磁计算过程

（1）根据经验或参考类似产品选择铁心直径Φ620/Φ634，查标准铁心截面得心柱截面积A_t=2807.4×0.97=2723.2cm²，铁轭截面积A_t^/=2826.2×0.97==2741.4cm²。

（2）根据经验初选铁心柱的磁通密度B^/=1.59T，并按=B^/×A_t/450（频率为50Hz）初步计算绕组匝电势==96.2V。

（3）根据低压绕组的电压10.5kV和匝电势计算低压绕组的匝数==109.17，并将圆整成整数n_L=109。

（4）根据低压绕组电压U_l=10.5kV和匝数n_l=109计算匝电势==96.33V。

（5）根据高压绕组电压U_h==63509V和匝电势=96.33V，计算高压绕组匝数n_h=U_h/==659.3，并将其圆整成整数后校核高低压绕组的电压比n_h=659。分接绕组匝数为8×659×0.0125≈8×8。

（6）初步选择高压绕组线规：纠结段ZB—1.35    2×2”、连续段ZB—0.95    2×2”。

低压绕组线规：ZB—0.45    24”。

调压绕组线规：ZB—0.45    2×1”。

（7）根据成熟的纵绝缘结构排布高低压绕组的线匝：

1）高压绕组纠结连续式：

辐向尺寸：

A：3.4×14×2×1.03=98+6_内   =104

B：3.4×14×2×1.03=98+6_层    =104

C：3.0×17×2×1.02         =104

D：3.0×14×2×1.023=86+18_层 =104

E：3.014×2×1.023=86+18_层 =104

轴向尺寸：

3×8    =24      84×10.6     =890.4      1330

6×6    =36      20×1.4×0.9 =25.2       25_空

74×4.5 =333     64×1.0×0.9 =57.6       60_压板

       ∑393     393×0.9079  =356.8      70_上

                         HK    =1330      70_下

                                      HW  =1555

2）低压绕组单螺旋式，端部拉平，总匝数109，段数109+4=113：

辐向尺寸：2.74×24+1.5=67.5

轴向尺寸：113×9.0                  =1017

[112×3.0+“30”] ×0.91  =333

                        HK    =1350

3）调压绕组双螺旋式，总匝数8×8，段数2×（8+1）=18：

辐向尺寸：5×4.0=20.0

轴向尺寸：18×14.3                  =257.4

[17×8.0+“30”] ×0.901  =122.6

                                 ∑  380×2=760

               HK=760+410_中-2×（8+14.3）=1125.4

（8）根据成熟的主绝缘结构决定绕组的直径和铁心柱中心距。

317+12+ 67.5 +  42.5  + 104  + 38 + 20 =601×2+33=1235=M0

       362.75   417.75  491    562  591

（9）计算绕组的重量与直流电阻。

1）高压：平均匝长：491×2π=3.085。

总长    ：3.085×659=2033+2=2035

      3.085×139=428.8+1.2=430

      3.085×520=1604.2+0.8=1605

75℃电阻：0.02135×2035/83.36=0.5212Ω

导线重量：430×83.36×8.9×3/1000=957/1029kg

          1605×83.36×8.9×3/1000=3572/3757kg

2）低压：平均匝长：362.75×2π=2.279。

总长    ：2.279×109=248.4+1.6=250

75℃电阻：0.02135×250/448.32=0.01191

导线重量：250×448.32×8.9×3/1000=2993/3061kg

3）调压：平均匝长：591×2π=3.713。

总长    ：3.713×8×8=（29.7+2.3）×8=32×8

75℃电阻：（0.02135×32/73.9）×8=0.009245×8

导线重量：32×8×73.9×8.9×3/1000=505/545kg

（10）计算变压器的短路阻抗。

6.75×36.275/3=81.62       4.25×41.775=177.54

10.4×49.1/3  =170.21      18.45×48.875=901.74

2.0×59.1/3   =39.4        3.8×56.2    =213.56

（6.75²-10.4²）/12=-5.22    （6.75²-2.0²）/12=3.46

（10.4²-2.0²）/12=8.68

=3.563，64/（64+659）=0.0885，1-0.0885=0.9115

81.62+39.4+901.74+3.46=1026.22

170.21+39.4+213.56+8.68=431.85

10.4×0.9115=9.48，9.48×48.64/3=153.7

10.4-9.48   =0.92，0.92×53.84/3=16.5

（11）计算变压器的负载损耗。

1）高压绕组：

I²R：Rat——3×209.9²×0.5212/1000=68.89

Min——3×233.3²×（0.5212+8×0.009245）/1000=97.18

Eddy：1.78×1269.8×109×0.949/134=1744

2.99×（2.0×1.744/2.518）²=5.74%

2）低压绕组：

I²R： 3×1269.8²×0.01191/1000=57.61

Eddy：2.99×（2.24×1.744/2.832）²=5.69%

3）杂散损耗：0.65×（50×60）/（60×15）×10.49=15.15

4）引线损耗：3.12（3.20）kW

5）总负载损耗：

额定分接：68.89×1.0574+57.61×1.0569+15.15+3.12=152kW

最小分接：97.18×1.0574+57.61×1.0569+15.15+3.20=182 kW

（12）根据成熟的端绝缘结构决定铁心柱的高度，计算铁心重量。

铁心窗高：HW=1555。

铁心重量：3×1555×2723.2×7.65/1000  =9718.4

4×1235×2741.4×7.65/1000 =10360.0

2666.75×0.97=2586.7

∑22665.1 kg

（13）选择电工钢带的牌号，计算变压器空载损耗和空载电流。

电工钢带：M5—0.3，心柱磁密1.592T时的单位损耗1.0

空载损耗：1.0×1.15×22665.1/1000=26.06Kw

空载电流：1.4×22665.1×1.85/40000×10=0.15%

（14）调整绕组安匝分布，计算绕组短路力。

1）短路轴向力计算

不平衡安匝：39.45-38.53=0.92；平均安匝：39.45+10.55=50。

∑：0.92×50=46；系统短路阻抗：100×40000/9000000=0.44。

额定分接下的短路电流倍数：100/（10.49+0.44）=9.15。

漏磁组高度1340/2=670，漏磁组宽度λ=214；

漏磁组平均半径436 ，绕组与铁心距离19。

u=214/670=0.32，s=1.9+0.03×62=3.76，v=3.76/67=0.06，

横向洛氏系数：ρ_n=1-=0.51。

短路电抗的电阻分量： 152000/（10×400000）=0.38%

冲击短路电流倍数：k_y=1+=1.89

短路轴向力：

F==11650 kgf

2）导线应力计算

（a）高压绕组

导线平均半径491

σ1==464 kgf/cm²

σ2==46kgf/cm²

合成应力：464+46=510 kgf/cm²

（b）低压绕组

垫块间外径周长L=2π×39.65/20-3=9.5；   撑条间均径周长L=2π×36.28/20-1.2=10.2；导线平均半径362.8；

2×362.8/2.24=324，M^/=0.086，N^/=0.914

σ1==352 kgf/cm²

σ2==34 kgf/cm²

σ3==208kgf/cm²

合成应力：352+34+208=594 kgf/cm²

（15）变压器油箱长、宽、高尺寸的决定

长：1235×2+1202+140+150+528+160=4650

宽：1202+418=1620

高：15+35+590+1555+590+95=2880

（16）计算绕组平均温升和油顶层温升

1）油温升计算

选用PC2000—24/460片式散热器10组。

自冷面积10×21.77=217.7m²，风冷面积10×25.81=258.1m²

最小分接电压下的油箱表面热负荷：q==806.3

油平均温升：0.19×806.3^0.8=40.2 K

油面温升：1.2×40.2+4=52.4 K

2）绕组温升计算

（a）高压绕组计算最小分接的情况：

线饼遮盖系数1-=0.74，线饼周长2×（17×2×3+11.6）=227.2，导线电密2.518，涡流损耗5.74%。

线饼单位热负荷：q==746

铜油温差：0.159×746^0.7+0.00175×746+4×746/1550-5=14.5K

高压绕组平均温升：14.5+40.2=54.7 K

（b）低压绕组：

线饼遮盖系数1-=0.74，线饼周长2×（24×2.74+9.0）=149.5，导线电密2.832，涡流损耗5.69%。

线饼单位热负荷：q==735

铜油温差：0.159×735^0.7+2×735/1550-5=12.1K

低压绕组平均温升：12.1+40.2=52.3 K

（17）变压器重量计算

1）油箱重量：箱盖0.16×46.5×16.2×7.85=946

箱壁0.1×（46.5+16.2）×2×25.2×7.85=2481

箱底0.12×[（4.04×2+12.16）×46.5+（12.16+16.2）×3.5] ×7.85=980

总重：（946+2481+980）×1.6=7050 kg

上节油箱重量：（946+2481）×1.6=5480 kg

2）器身重量：（22665+8392）×1.15=35720 kg

3）油重：油箱内（46.5×16.2×28.8-2.02×3.5×46.5）×0.9=19230

器身排油：22665/7.6+8392/3.9=5140

附件装油：2150

总油重：19230-5140+2150=16240 kg

4）附件重量：9690

5）总重：35720+16240+7050+9690=68700 kg

6）注油运输重：7050+35720+19230-5140-700=56160 kg