电力变压器结构设计结构设计一、简介1.为什么要应用变压器电力系统中发电机输出的电能要经过升压才能远距离输电、网络的连接、配电都需要变压器，因此可以说变压器是电力系统中重要的设备之一，对电力系统的安全运行至关重要。
电力变压器简介电力变压器按用途可分为以下几种：a.发电机出口或电力网的前端称为升压变压器b.网络之间联结用称为联络变压器c.网络末端用于将高压电能降压用称为降压变压器d.直接连接用户的变压器称为配电变压器2.变压器的基本概念和基本原理2.1基本概念：变压器是基于电磁感应原理，通过改变电压来传输电能的一种静止电机。
2.2基本原理：法拉第电磁感应定律e=-dΦ/dtΦ=Φmsinωt则E1=-dΦm/dt×N1=-N1Φmωcosωt=-N1Φmωsin（90°-ωt）即:E1=N1Φmωsin（90°-ωt）（E1落后Φm90°）E1m=N1ΦmωE1(rms)= N1Φmω/√2同理E2(rms)= N1Φmω/√2，即N1/N2=E1/E2电力变压器简介3.变压器的分类从大类上，分为电力变压器和特种变压器。
特种变压器大致有：整流变压器、调相变压器、矿用变压器、试验变压器等。
电力变压器又可分为油浸式电力变压器和干式电力变压器。
我们重点学习油浸式电力变压器。
油浸式电力变压器的分类及型号中各符号代表的意义。
电力变压器简介a.耦合方式：自耦用“O”表示，其余不标b.相数：“D”表示单相，“S”表示三相c.冷却方式：冷却介质为风，即油浸风冷用“F”，水冷用“S”表示d.循环方式：“P”表示强迫油循环、自然油循环不标e.绕组数：“S”表示三绕组，双绕组不标，“F”表示双分裂绕组f.导线材质：铜导线不标，“L”表示铝导线g.调压方式：“Z”表示有载调压，无载调压不标h.设计序号：1、2、3…目前变压器执行的大部分为“9”“10”型产品i.额定容量：国家规定了R10系列优先容量j.额定电压：高压绕组额定电压等级k.防护等级：TH、TA、等。
4.变压器基本参数4.1 阻抗电压（Zk）：由漏磁引起的变压器内部电压降，一侧绕组短路，另一侧施加电压，当加压侧电流达到额定电流时，所施加电压占该侧额定电压的百分数称为短路阻抗用“%”表示。
阻抗电压是变压器订货及设计中最重要的参数之一。
（Zk=Zkr+Zkx）供电质量方面要求Zk小从安全运行方面要求Zk大些4.2电压调整率（ε）：（U2N－U2）/U2N×100%表示的是变压器带负载后的电压变化4.3额定容量：100/100/100 100/50/100 或 100/100/50等，额定容量即为绕组中容量最大的一个。
4.4电压组合：各绕组的额定电压，指空载电压而非负载条件下的电压组合4.5联结组别：各绕组之间的相位关系，用时钟表示法。
例如：YNd11、YZn11、YNd1等。
4.6绝缘水平：各端子及中点端子的耐受电压水平，国家标准对此有规定。
该项指标对变压器的其他参数成本有较大影响SI：操作冲击LI：雷电冲击AC：交流耐压4.7冷却方式及温升限值:冷却方式：ODAF、ONAN、ONAF、OFAF、ODWF、OFWF等。
温升限值：根据国家标准或技术协议要求4.8空载损耗：P0—铁心损耗（忽略激磁绕组中的铜耗）含磁滞损耗和涡流损耗；目前大多数的变压器制造厂均选用冷轧硅钢片，因此P0大幅度降低4.9负载损耗：Pk短路损耗。
主要由电阻损耗—I R、涡流损耗—%、环流耗及结构损耗构成。
其中结构损耗即为漏磁在金属结构件上产生的损耗。
4.10空载电流：I0%由两部分组成I0r、I0x，其中I0r占较小比重I0x较大。
用户之所以关心I0主要是考虑空载合闸的涌流问题。
4.11使用条件：海拔高度的影响:a.外绝缘b.试验电压温度：当最低温度低于-25℃时需采用45#变压器油污秽等级：对外绝缘爬距有影响抗震能力4.12效率η= [输出功率/(输出功率+P0+Pf)]×100%二、核电用变压器主变：将发电机发出的电升至电网电压等级；起动备用变压器，简称起备变，是在电厂建设期间通过升压站供给厂用电的，所以叫启动；所谓备用变，就是在电厂正式运行期间，厂用电是由高压厂用变供应的，起备变作为厂用变的备用电源；起备变分为幅向分裂和轴向分裂；高厂变：将发电机输出的电变为厂用高压变；高厂变分为幅向分裂和轴向分裂；三、变压器设计中的主要问题1.电气强度：变压器运行中要承受四种电压：正常工作电压、大气过电压、操作过电压和谐振过电压，因此绝缘问题是变压器安全可靠运行的关键。
变压器设计中的主要问题2.机械强度：变压器运行中可能要经受短路，要保证变压器在短路状态下不损坏，因此变压器的抗短路能力是变压器安全运行的另一个重要指标。
3.耐热强度：热特性可以引起绝缘老化发生热击穿或影响变压器的使用寿命。
6度法则：温度每升高6℃绝缘老化速度加快一倍四、变压器的设计计算1.电压计算：三角形接法：线电压等于相电压星形接法：线电压为相电压的√3倍2.电流计算2.1单相变压器：I=SN/UN2.2三相变压器：三角形接法：I=SN/UN√3(线端)I=SN/3UN(绕组中)星形接法：I=SN/UN√3(线端电流与绕组中电流相同)3.铁心选取：D=KP¼柱根据阻抗电压数值及其它情况适当调整。
4.线圈计算：由E=NΦmù/√3公式，确定低压匝数及每匝电势由每匝电势及其余绕组电压确定各绕组匝数选择各绕组形式，主要考虑绝缘问题及散热线规选取，确定电流密度，预估负载损耗确定主绝缘尺寸，确定心柱中心距及窗高，预估空载损耗5.阻抗计算：根据各绕组尺寸，计算阻抗电压6.铁心重量及空载损耗和空载电流计算G铁心=G柱+G轭+GΔ7.负载损耗计算：7.1基本电阻耗计算：P=PR1+PR2其中PR1=I1*I1*NR1PR1—低压绕组电阻耗，I1N—低压侧额定电流，R1 —低压侧电阻PR2=I2NR2PR2—高压绕组电阻耗，I2N—高压侧额定电流，R2 —高压侧电阻7.2涡流耗计算：P（%）纵向漏磁 B=1.78IWρ/HkP1(%)=2.99×(B×a/δ)×PR1/100(单位：W)P2(%)=2.99×(B×a/δ)×PR2/100(单位：W)8.组件选取原则：8.1开关：电压等级、额定容量、级电压、电流8.2套管：额定电流、额定电压、爬距8.3冷却装置：总损耗以及温升要求8.4储油柜：总油量及用户要求铁心结构设计1.铁心的作用：在原理上：铁心的磁导体是变压器的磁路。
它把一次电路的电能转化为磁能，又由自己的磁能转化为二次电路的电能，是能量转化的媒介。
在结构上：铁心的结构件不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上几乎安装了变压器内部的所有部件。
相当于变压器的骨架。
2.铁心的型式：2.1壳式：铁心包围线圈的壳式铁心。
2.2心式：除壳式外，其余为心式铁心。
心式铁心的优点：a.工艺性较好，线圈为圆形，易于绕制。
b.经济性好，充分利用空间，节省原材料。
c.机械强度好。
结论：大多数变压器公司均用心式铁心。
三菱，保定的某些产品采用壳式铁心。
3.铁心的构成:铁心是电力变压器的基本部件，由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件等组成。
而铁心结构件又由夹件垫脚、撑板、拉板、压钉等组成。
结构件保证叠片的充分夹紧，形成完整而牢固的铁心结构。
叠片与夹件、垫脚、撑板、拉带和拉板之间均有绝缘件。
铁心叠片及夹件接地引出线通过油箱到外部可靠接地，铁心不允许多点接地。
4.铁心截面的选取原则：充分利用空间考虑工艺性经济性:铜铁比问题铁心结构设计5.铁心截面各级片宽、叠厚的优化求解理论计算即为求极值的过程，单工程上最后确定参数应注意一下两点：a. 片宽尾数取0或5b.考虑夹紧问题，最小级片应加宽各制造厂均有结合本厂工艺水平的优化铁心截面6.铁心叠片：6.1.大型油浸式电力变压器多为叠铁心，且为搭接形式，各接缝错开压住，这样做有两个好处：a.绝缘问题：避免了可能发生的片间短路问题b.易于夹紧：机械强度好铁心结构设计6.2接缝6.2.1接缝数量a.二级，四级b.三级，五级6.2.2确定接缝数量的因素：a.损耗：多一级接缝P0下降2%~2.5%b.噪音c.铁心利用率d.工艺性e.空载电流 I06.2.3角度目前国内的制造厂均为45°，因为冷轧电工钢片是取向的， 45 °斜接缝利用磁通沿轧制方向流通，磁阻小。
6.2.4硅钢片材质和铁心叠片系数硅钢片性能参数：1.单位重量损耗W/kg 2.单位重量激磁容量VA/kg；硅钢片牌号及叠片系数按下表选取：牌号叠片系数(fd) 30ZH120 0.97 30ZH110 0.9727ZH100 0.96523ZH90 0.955原则上优先选用0.3mm硅钢片；6.5叠积图（见附图）6.6铁心的夹紧方式a.主柱粘带绑扎，旁柱钢带绑扎b.上下轭夹件夹紧c.上下梁、侧梁形成框架结构d.刚拉带拉紧e.粘块顶紧6.7铁心的绝缘与接地形式夹件与拉板处有绝缘，串联接地，一点接地。
6.8器身的压紧装置及引线的支持件6.9起吊装置：吊拌6.10铁心的降噪措施：加橡胶垫。
线圈结构设计由电力变压器基本原理可知，线圈（亦称绕组）是变压器的核心部件之一，即电气回路，由铜或铝的圆或扁线绕制而成，另外考虑绝缘问题再加上绝缘材料制成。
由于电力变压器的容量不同，绝缘等级不同，所以线圈也具有多种不同形式，线圈结构设计必须重点考虑以下三个方面：电气强度、温升、机械强度，另外考虑附加损耗小。
线圈结构设计一、参数的确定1.线圈匝数：UΦ=N×et，其中N为匝数， et为每匝电势，单位为V/匝， UΦ为相电压单位是V。
EΦ=4.44N Φmf在电磁计算中档考虑到阻抗电压、损耗等参数而确定铁心直径后磁通密度选为合理的值后就可以确定每匝电势，这样就可以确定各绕组匝数，确定匝数时应考虑其电压误差比国标规定≤5‰，计算时应小于3‰为宜。
线圈结构设计2.电流密度的确定δ=IΦ/S，其中δ—电流密度（A/mm²），IΦ—相电流（A），S —导线截面（ mm²）考虑损耗、温升、短路机械强度的要求后电流密度δ一般选为：铝导线 1.6-2.1，铜导线 3.0-4.03.导线规格的选用3.1层式绕组：漆包线（圆截面）纸包线（圆截面）3.2饼式绕组：纸包扁线宽高比在2~5为宜二、线圈绕向代表导线缠绕方向，分为左绕，右绕两种线圈结构设计规定：从起头端看，导线逆时针缠绕为左绕向，反之为右绕向。
通常操作者位于线轮侧，从右手端绕起为左绕向，左手端绕起为右绕向绕向对于绕组的串并联连接及连成规定的联结组是有用的，因此在进行线圈设计前因弄清绕向注：在设计单相双柱式变压器时应注意绕组的方向，避免磁通“顶牛”或电压方向不对三、冷却与散热由于变压器运行时要有损耗，因而会发热，结构设计应考虑散热，油道垫块和档油隔板为散热主要结构。