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SZ10-40000-110型變壓器的設計計算本科論文.doc

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?SZ10-40000/110型變壓器的設計計算摘要本文簡要介紹了電力變壓器技術發展狀況,對國內、國外電力變壓器技術進行了對比,提出了中國變壓器技術上的不足和改進方向。本文針對SZ10-40000/110型有載調壓變壓器進行了電磁計算,通過對鐵芯尺寸的更改,繞組導線規格的選取以及空道尺寸的調節,分別計算出鐵芯質量、繞組高度、鐵芯窗高、電抗高度、負載損耗、空載損耗以及溫升和短路電動力等情況。然后對所得結果進行分析和修正,使其符合國家、用戶和廠家的要求。最后,本文研究了提高110千伏電力變壓器抗短路能力的措施,其中包括設計和工藝:機械強度的校核;鐵心的垂直度的控制;對導線的材質的要求,抗拉強度控制;圍板搭裝前的處理,控制套裝時各線圈之間的間隙等。關鍵詞:有載調壓變壓器,SZ10,變壓器設計。Power Transformer Design and Computation of Type SZ10-40000/110AbstractThe status of development of power transformer technology is simply described in this paper, by the comparison of the power transformer technology between civil and foreign, this paper proposes the shortage of the power transformer technology of civil and the way to improve it. Electromagnetism calculation of OLTC type SZ10-40000/110 is made in this paper, by the adjustment of the size of core,winding wire and insulation distance, core mass, winding height, reactance height, load losses, no-load losses, and temperature rise is calculated respectively. Analysis and modify the paraments after that to make it meet the requirements of the State, users and manufactures. Keywords OLTC, SZ-10, transformer design不要刪除行尾的分節符,此行不會被打印目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 11.1 背景 11.2 國內外電力變壓器技術發展狀況 11.3 本論文的主要工作內容 3第2章 電磁計算 42.1 變壓器計算的一般步驟 42.2 設計任務 62.3 設計過程 62.3.1 基本尺寸的確定 62.3.2 繞組直流電阻和重量計算 112.3.3 短路阻抗Xd計算 122.3.4 鐵心重量計算 132.3.5 空載損耗和負載損耗計算 132.3.6 溫升計算 152.3.7 短路電動力計算 162.4 本章小結 18第3章 提高110kV電力變壓器抗短路能力的措施 193.1研究意義 193.2提高變壓器抗短路能力的方法與措施 193.2.1提高變壓器抗短路能力在設計上采取的措施 193.2.2提高變壓器抗短路能力工藝上采取的措施 213.3本章小結 23結論 24致謝 25參考文獻 26附錄 28千萬不要刪除行尾的分節符,此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”,然后“更新整個目錄”。打印前,不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 背景 變壓器是一種利用電磁感應定律,將一個系統某一數值的交流電壓(電流)變成頻率相同的另一系統另一種或幾種數值不同的電壓(電流)的靜止的電氣設備。其發展始于19世紀。其有效的解決了電力不能遠距離傳輸的難題,其既可作為電力傳輸的節點,也可作為電力分配的終端,其將產電用電的各個單元有機結合為一個網絡系統,變壓器對現代社會的意義可謂極大。1.變壓器的分類變壓器的分類方式非常多,我們常見的有以下五種:按相數分:單相變壓器、三相變壓器;按冷卻方式分:干式變壓器、油浸式變壓器;按用途分:電力變壓器、儀用變壓器、試驗變壓器、特種變壓器;按繞組形式分:雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變電器;按鐵芯形式分:芯式變壓器、殼式變壓器。2.變壓器基本結構(1).鐵芯。鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。(2).繞組。繞組是變壓器的電路部分。(3).套管。(4).保護裝置(吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等)。(5).冷卻器。(6).調壓裝置。(7).油箱。1.2 國內外電力變壓器技術發展狀況 變壓器早期選用薄鐵帶、軟鐵片來制作,但當時的薄鐵帶、軟鐵片價格昂貴,且鐵芯損耗大、發熱嚴重,更為主要的是鐵芯老化嚴重,因此在硅鋼片實現工業化生產后,逐漸退出了大部分電機及變壓器鐵芯領域。20世紀初,硅鋼片開始工業化生產,開始是熱軋硅鋼片,含硅量較低,由于生產工藝不成熟,硅鋼片的損耗較高。50年代后,隨著冷軋硅鋼片的出現,由于冷軋硅鋼片具有損耗低、質量可靠、厚度均勻、表面平整等優點,冷軋硅鋼片在許多場合取代了熱軋硅鋼片。在硅鋼片發展的同時,科學家們也在尋找其他材料來制作鐵芯,主要有鐵鎳合金、鐵鋁合金、非晶態合金、微晶合金等[1]。其中,非晶合金具有損耗很低的特點,其鐵芯損耗比無取向硅鋼片鐵芯低很多,目前在電源變壓器中已有一定的發展。變壓器絕緣介質也發生了很大的變化,早期選用礦物油和絕緣漆做絕緣介質,后礦物油經提煉和加工絕緣強度和燃點都逐步提高?;げ牧系陌l展使絕緣漆也有了長足的進步。近年來出現礦物油與絕緣紙、絕緣漆結合、絕緣紙及SF6氣體絕緣等。變壓器的型式從油浸發展到干式變壓器、氣體絕緣變壓器等。1.國外目前國外已經普遍采用非晶合金鐵心變壓器,其有更的低單位損耗和鐵芯損耗;國外先進企業如日立、東芝、ABB、三菱、西門子等公司,其技術革新速度極快,加工工藝水平極高,其生產產品可靠性強,壽命長。2.國內我國的電力變壓器制造工業,從建國以來,隨著國民經濟的發展,特別是隨著電力工業的發展而不斷進步。電力變壓器單臺容量和安裝容量迅速增長,電壓等級也不斷提高。50年代發展到110kV級,60年代發展到220kV級,70年代發展到330kV級,80年代發展到550kV級,現在發展到750kV、1000kV級。40年來,我國電力變壓器制造技術得到飛速發展,突破高壓技術禁區,科研手段和產品創新能力得到進一步加強[2]。550kV電力變壓器的科研成果和制造技術的應用,轉化和逐步改進以及其他。省略部分。對限制,Dlim:0.47 正常Dmax:0.42 正常輸入電壓:VINMINDmax= 42 V VINmaxDlim:89.3V第3步。計算輸出電壓加上二極管和二次側在滿負荷下的IR壓降: VO1:5.0 + 0.4 = 5.4V Vo2:N / A第4步。計算所需的匝數比:P-S1:S1-S2等,請記住,選擇低電壓輔助可能會受到限制。 N = NP/NS1 = VIND/VO1=42/5.4 = 7.8 可能的選擇:8:1,7:1; 15:2鐵芯的選擇第5步:暫定鐵芯材料,形狀和大小,使用制造商的數據表。 鐵芯材料:鐵氧體 磁性:P型 鐵芯類型,類型:ETD 鐵芯尺寸:34mm - ETD34第6步:對于特定的鐵芯選擇,請注意:有效的鐵芯面積,容量,路徑長度(cm)。 AE:0.97 cm2 VE:7.64立方厘米 le:7.9厘米窗口面積,寬度,高度,平均每匝長度: Aw/Aw':1.89 / 1.23 cm2 Bw /Bw':2.36 / 1.5厘米 HW/HW':0.775 / 0.6厘米 MLT:5.8 / 6.1厘米定義RT和損耗限制第7步:獲取數據表中的熱敏電阻或從窗口面積計算(不是線筒面積)基礎上最大的損失限制、溫升。 2.1W限制適用,因為它是小于第1步中的絕對限制。姑且相當于繞組損耗的一半。 PClim:1瓦 PWlim:1.1瓦步驟8:損耗限制下的磁通振幅。計算每立方厘米的磁芯損耗 PClim / VE = 1/7.64 = 131 mw/cm3(kW/m3)使用這個鐵芯損耗值,輸入選定的P材料的磁芯損耗曲線。在變壓器的頻率下,找到“磁通密度”(實際峰值磁通密度)。乘以2來獲取損耗有限的峰值磁通密度擺幅,B。 在131 mw/cm3和200千赫下: B = 2*800高斯= 1600G = 0.16特斯拉第9步:使用法拉第定律,計算次級匝數:向下舍入1圈,將大大增加伏/匝,磁通振幅和磁芯損耗。四舍五入到2匝降低繞組損耗,但增加了磁芯損耗。由于結果上是非常接近2圈,其將被采納。第10步:重新計算磁通振幅和鐵芯損耗:由鐵心損耗曲線可知,0.14T / 2(700高斯)所對應的損耗損失是110mw/cm3 x7.64cm3 磁芯損耗= 0.84 W第11步:完成初級匝數的選擇。大的匝數比會導致較低的電流峰值,較大的D(少儲備),和更多的銅損。從第4步定義的可能情況,展示了最佳選擇是NP= 15匝(7.5:1匝數比)的最佳選擇。 重新計算正常VIND和最差情況下VINmaxDlim條件: VIND = NVO'= 7.5 *5.4 = 40.5V Blim = 0.14T*89.3/40.5 = 0.31T 第12步:定義繞組結構。 如圖4-1所示,采用交錯結構,以減少泄漏電感和線圈損耗。 交錯的結構使繞組分為兩個部分。在一個區域內的15匝初級繞組并行連接。初級電流均勻分配在兩個并聯繞組中,因為這導致極低的能量傳遞。1匝銅箔次級繞組每匝之間是串聯的,產生一個2匝的次級繞組。每區域中的僅1匝繞組下,次級繞組會很薄。第13步:在200Hz計算DPEN: DPEN = 7.6/f = 7.6/200 000= 0.017厘米 計算在VINMIN和Dmax下每線圈的直流和RMS交流電流: ISDC = 50A DMAX = 50 0.405 = 20.25A ISAC = ISDC((1-d)/ d)1/2 = 24.5A IPDC = ISDC / N = 20.25/7.5 = 2.7A IPAC = ISAC / N = 24.5/7.5 = 3.27A兩并聯區域的每個初級電流是一半的總初級電流:1.35Adc和1.65Aac。第14步:確定初級繞組:15匝分布于1.3厘米可用繞組寬度的每層允許最大直徑為0.87毫米??梢允褂肁WG21 - 0.72毫米銅線。從參考文獻R2可知,的有效層厚度等于0.83*直徑(直徑/間距)1/2。 Q =(厚度)/ DPEN Q = 0.83 *0.072(0.072/0.087)1/2/0.017 = 3.19從道威爾的曲線,第1層的RAC / RDC 是3.1。這將導致不可接受的交流損失。100股#42線組成一個絞合線,有0.81毫米的直徑和0.545Ω/cm的電阻率。單層的直流電阻是: RDC =Ω/cm*MLT *NS = 0.00055*6.1*15 = 0.05Ω再乘以(1.35Adc)2,直流電源損耗是0.091瓦,初級總損耗為0.18W 。每個#42導線的直徑是0.064毫米,但實際上在單層鋼絲絞合線中只有10層。這是因為100股大致相當于一個10×10陣列,因此,有10個K 11線深。 Q是接近1/10的實心線,或0.3%,進而使RAC / RDC 等于1.2。因此,RAC = RDC* 1.2或0.06。第15步:定義次級線圈。次級包涵兩匝銅或鉑導線,1.3厘米寬(可用繞組寬度),0.13厘米厚。交錯繞組結構兩節中每節都有一個二次層。這使得銅片的厚度要遠遠比DPEN大很多,以減少直流損耗,不增加交流損耗。這是因為交流電流只在每匝繞組外層流動。隨著導體增厚,RAC / RDC變得較大,但RDc增加而RAC保持不變。 在實心銅副邊,層厚和導體厚相同。 Q =層厚度/ DPEN = 0.13/.017 = 7.6 RAC / RDC = 7.5 這是可以接受的,因為直流電阻非常低。 總二次損耗:. 068 W + 0.75W = 0.82 W 總銅損: 0.82W + 0.5W = 1.32 W 總的鐵耗,加上銅損: 0.84W + 1.32W = 2.16W因此,總功率損耗小于2.5瓦的絕對限制,但略高于2.1瓦這一期望的最大值。溫升為40°C。
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