SFZ11-40000/110/10.5電力變壓器設計電磁計算

1．技術協(xié)議的要求參數(shù)

（1）產品型號：SFZ1—40000/110。

（2）額定容量：40000kVA。

（3）額定電壓與分接級數(shù)和分接范圍：110±8×1.25%/10.5kV。

（4）額定頻率：50Hz。

（5）相數(shù)：3。

（6）繞組連接組標號：YNd11。

（7）額定性能要求：空載損耗P₀=30+3%kW、空載電流I₀＜0.4%、

             負載損耗P_k=156+3%kW、短路阻抗u_k=10.5±5%。

（8）使用條件：符合GB1094.1規(guī)定。

（9）冷卻方式：ONAN/ONAF——70%/100%。

（10）溫升限值：油面溫升55K、繞組平均溫升65K。

（11）絕緣水平：h.v.線路端子     LI/AC   480/200

h.v.中性點端子   LI/AC    250/95

l.v.線路端子     LI/AC    75/35。

（12）噪聲要求：≤65dB。

（13）其它特殊要求：無。

2．變壓器電磁計算過程

（1）根據經驗或參考類似產品選擇鐵心直徑Φ620/Φ634，查標準鐵心截面得心柱截面積A_t=2807.4×0.97=2723.2cm²，鐵軛截面積A_t^/=2826.2×0.97==2741.4cm²。

（2）根據經驗初選鐵心柱的磁通密度B^/=1.59T，并按=B^/×A_t/450（頻率為50Hz）初步計算繞組匝電勢==96.2V。

（3）根據低壓繞組的電壓10.5kV和匝電勢計算低壓繞組的匝數(shù)==109.17，并將圓整成整數(shù)n_L=109。

（4）根據低壓繞組電壓U_l=10.5kV和匝數(shù)n_l=109計算匝電勢==96.33V。

（5）根據高壓繞組電壓U_h==63509V和匝電勢=96.33V，計算高壓繞組匝數(shù)n_h=U_h/==659.3，并將其圓整成整數(shù)后校核高低壓繞組的電壓比n_h=659。分接繞組匝數(shù)為8×659×0.0125≈8×8。

（6）初步選擇高壓繞組線規(guī)：糾結段ZB—1.35    2×2”、連續(xù)段ZB—0.95    2×2”。

低壓繞組線規(guī)：ZB—0.45    24”。

調壓繞組線規(guī)：ZB—0.45    2×1”。

（7）根據成熟的縱絕緣結構排布高低壓繞組的線匝：

1）高壓繞組糾結連續(xù)式：

輻向尺寸：

A：3.4×14×2×1.03=98+6_內   =104

B：3.4×14×2×1.03=98+6_層    =104

C：3.0×17×2×1.02         =104

D：3.0×14×2×1.023=86+18_層 =104

E：3.014×2×1.023=86+18_層 =104

軸向尺寸：

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_壓板

       ∑393     393×0.9079  =356.8      70_上

                         HK    =1330      70_下

                                      HW  =1555

2）低壓繞組單螺旋式，端部拉平，總匝數(shù)109，段數(shù)109+4=113：

輻向尺寸：2.74×24+1.5=67.5

軸向尺寸：113×9.0                  =1017

[112×3.0+“30”] ×0.91  =333

                        HK    =1350

3）調壓繞組雙螺旋式，總匝數(shù)8×8，段數(shù)2×（8+1）=18：

輻向尺寸：5×4.0=20.0

軸向尺寸：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）根據成熟的主絕緣結構決定繞組的直徑和鐵心柱中心距。

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

       362.75   417.75  491    562  591

（9）計算繞組的重量與直流電阻。

1）高壓：平均匝長：491×2π=3.085。

總長    ：3.085×659=2033+2=2035

      3.085×139=428.8+1.2=430

      3.085×520=1604.2+0.8=1605

75℃電阻：0.02135×2035/83.36=0.5212Ω

導線重量：430×83.36×8.9×3/1000=957/1029kg

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

2）低壓：平均匝長：362.75×2π=2.279。

總長    ：2.279×109=248.4+1.6=250

75℃電阻：0.02135×250/448.32=0.01191

導線重量：250×448.32×8.9×3/1000=2993/3061kg

3）調壓：平均匝長：591×2π=3.713。

總長    ：3.713×8×8=（29.7+2.3）×8=32×8

75℃電阻：（0.02135×32/73.9）×8=0.009245×8

導線重量：32×8×73.9×8.9×3/1000=505/545kg

（10）計算變壓器的短路阻抗。

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）計算變壓器的負載損耗。

1）高壓繞組：

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）低壓繞組：

I²R： 3×1269.8²×0.01191/1000=57.61

Eddy：2.99×（2.24×1.744/2.832）²=5.69%

3）雜散損耗：0.65×（50×60）/（60×15）×10.49=15.15

4）引線損耗：3.12（3.20）kW

5）總負載損耗：

額定分接：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）根據成熟的端絕緣結構決定鐵心柱的高度，計算鐵心重量。

鐵心窗高：HW=1555。

鐵心重量：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）選擇電工鋼帶的牌號，計算變壓器空載損耗和空載電流。

電工鋼帶：M5—0.3，心柱磁密1.592T時的單位損耗1.0

空載損耗：1.0×1.15×22665.1/1000=26.06Kw

空載電流：1.4×22665.1×1.85/40000×10=0.15%

（14）調整繞組安匝分布，計算繞組短路力。

1）短路軸向力計算

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

∑：0.92×50=46；系統(tǒng)短路阻抗：100×40000/9000000=0.44。

額定分接下的短路電流倍數(shù)：100/（10.49+0.44）=9.15。

漏磁組高度1340/2=670，漏磁組寬度λ=214；

漏磁組平均半徑436 ，繞組與鐵心距離19。

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

橫向洛氏系數(shù)：ρ_n=1-=0.51。

短路電抗的電阻分量： 152000/（10×400000）=0.38%

沖擊短路電流倍數(shù)：k_y=1+=1.89

短路軸向力：

F==11650 kgf

2）導線應力計算

（a）高壓繞組

導線平均半徑491

σ1==464 kgf/cm²

σ2==46kgf/cm²

合成應力：464+46=510 kgf/cm²

（b）低壓繞組

墊塊間外徑周長L=2π×39.65/20-3=9.5；   撐條間均徑周長L=2π×36.28/20-1.2=10.2；導線平均半徑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

合成應力：352+34+208=594 kgf/cm²

（15）變壓器油箱長、寬、高尺寸的決定

長：1235×2+1202+140+150+528+160=4650

寬：1202+418=1620

高：15+35+590+1555+590+95=2880

（16）計算繞組平均溫升和油頂層溫升

1）油溫升計算

選用PC2000—24/460片式散熱器10組。

自冷面積10×21.77=217.7m²，風冷面積10×25.81=258.1m²

最小分接電壓下的油箱表面熱負荷：q==806.3

油平均溫升：0.19×806.3^0.8=40.2 K

油面溫升：1.2×40.2+4=52.4 K

2）繞組溫升計算

（a）高壓繞組計算最小分接的情況：

線餅遮蓋系數(shù)1-=0.74，線餅周長2×（17×2×3+11.6）=227.2，導線電密2.518，渦流損耗5.74%。

線餅單位熱負荷：q==746

銅油溫差：0.159×746^0.7+0.00175×746+4×746/1550-5=14.5K

高壓繞組平均溫升：14.5+40.2=54.7 K

（b）低壓繞組：

線餅遮蓋系數(shù)1-=0.74，線餅周長2×（24×2.74+9.0）=149.5，導線電密2.832，渦流損耗5.69%。

線餅單位熱負荷：q==735

銅油溫差：0.159×735^0.7+2×735/1550-5=12.1K

低壓繞組平均溫升：12.1+40.2=52.3 K

（17）變壓器重量計算

1）油箱重量：箱蓋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

總重：（946+2481+980）×1.6=7050 kg

上節(jié)油箱重量：（946+2481）×1.6=5480 kg

2）器身重量：（22665+8392）×1.15=35720 kg

3）油重：油箱內（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

附件裝油：2150

總油重：19230-5140+2150=16240 kg

4）附件重量：9690

5）總重：35720+16240+7050+9690=68700 kg

6）注油運輸重：7050+35720+19230-5140-700=56160 kg