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SFPS8-120000-220變壓器電磁計算本科論文.doc

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?SFPS8-120000/220變壓器電磁計算摘要大型電力變壓器是電力系統中主要和關鍵設備之一。隨著電力工業的迅速發展,其容量越來越大、電壓等級越來越高、結構尺寸越來越大,而其設計和制造的好壞是直接影響其運行質量和經濟效益的關鍵所在。因此電力變壓器的電磁計算就顯得尤為重要。若能在設計和制造上提出更加合理和可行的方案,解決以往經驗方法解決不了的問題,對變壓器的結構進行優化,則將會具有重要的技術和經濟意義。本文對220kV大型電力變壓器電磁計算相關的基礎知識進行了介紹,并對國內外電力變壓器的發展趨勢進行了分析,并介紹了電力變壓器電磁計算的一般問題,并以220kV大型電力變壓器為例詳盡地介紹了變壓器各參數計算的過程,如鐵芯及空載參數計算,繞組及負載損耗計算,短路阻抗計算,溫升計算等。關鍵詞: 電力變壓器;電磁計算;溫升計算Electromagnetic calculation of SFPS8-120000/220 transformerAbstractLarge-scale electric power transformers are important part of the power system. With the development of power system, the capacity and voltage grade of transformer becomes high. Then the quality of its design and manufacturing become the concern of design of transformers. So the electromagnetic calculation of power transformer is especially important. If it can provide more reasonable and viable project in design, it resolves the former experience method which can't resolve of problem, and strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance.This paper introduces the electromagnetic calculation of 220kV large power transformer, and makes analysis and forecast on the developing trends of large power transformers at home and abroad, and introduces the calculation principle and structure of power transformer. The main content includes the problem of electromagnetic calculation. And take 220kV power transformer as an example, calculates the process of electromagnetic parameter. Calculation of core and empty parameter, calculation of winding and load loss, calculation of short-circuit impedance, temperature calculation and so on. Keywords:power transformer;electromagnetic calculation;temperature calculation目錄第1章 緒論 - 1 -1.1 我國電力變壓器發展及發展趨勢 - 1 -1.2 變壓器行業規模和市場結構分析 - 2 -1.3 變壓器變壓器行業市場需求分析 - 3 -1.4 變壓器的結構組成 - 3 -1.5 本課題的目的和意義 - 4 -第2章 電力變壓器的電磁計算 - 6 -2.1 技術條件 - 6 -2.2 額定電壓 電流計算 - 6 -2.2.1 繞組的相電壓 - 6 -2.2.2 繞組的相電流 - 7 -2.3 電磁路計算 - 8 -2.3.1 鐵心計算 - 8 -2.3.2 繞組匝數計算 - 8 -2.3.3 高電壓比校核 - 10 -2.3.4 繞組的選擇 - 10 -2.3.5 線段排列及計算 - 11 -2.3.6 繞組尺寸計算 - 11 -2.3.7 繞組絕緣半徑計算 - 12 -2.4 額定短路阻抗的計算 - 13 -2.5 損耗計算 - 15 -2.5.1 負載損耗計算 - 15 -2.5.2 空載損耗和空載電流計算 - 19 -第3章 溫升和短路電動力計算 - 21 -3.1 溫升計算 - 21 -3.1.1 線圈對油溫差計算 - 21 -3.1.2 油箱尺寸計算 - 23 -3.1.3 油箱尺寸計算 - 23 -3.1.4 油箱對空氣平均溫升計算 - 24 -3.2 短路電動力計算 - 25 -3.2.1 線圈中電流分配比計算 - 25 -3.2.2 繞組區域劃分 - 26 -3.2.3 安匝分布計算 - 27 -3.2.4 短路軸向電動力計算 - 27 -3.2.5 高壓-中壓運行突發短路時線圈導線應力計算 - 28 -3.2.6 中壓-低壓運行突發短路時線圈導線應力計算 - 29 -結論 - 30 -致謝 - 31 -參考文獻 - 32 -附錄A - 34 -第1章 緒論1.1 我國電力變壓器發展及發展趨勢電力變壓器發明于十九世紀末期,它為現代遠距離恒定電壓電流輸電系統的發展奠定了基礎。在十九世紀以前,公用供電的早期階段,均采用直流發電系統,人們不得不把發電設備靠近負載地點。于是在各種理論和實踐的大力支持下,電力研究學者的共同努力下,電力變壓器應運而生了。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發展。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級、1000kV級。40年來,我國電力變壓器制造技術得到飛速發展,突破高壓和超高壓技術禁區,科研開發手段和產品創新能力得到進一步加強。500kV電力變壓器的科研成果和制造技術的應用,轉化和逐步改善以及其他變壓器類產品的移植,擴散必將促進變壓器制造總體水平的進一步提高。電力變壓器的進一步發展趨勢是:進一步降低損耗水平。省略部分。。鐵芯是仿照作為一個非進行各向同性材料。 3000恒定的相對滲透率線性模型,并用于非線性模型使用一個通用的BH曲線面向非鐵芯鋼。采用切向通量邊界條件括空氣空間與尺寸的矩形,其為變壓器鐵芯的兩倍。使用內置適應的功能和解決方案的多項式階被設定為3,默認網格自動細化。利用變壓器的對稱性,解決的時間縮短為三維模型,只有八分之一的設備為藍本。一個例子,TX1的,隨著初始網格,幾何模型如圖3所示。4.3電抗計算線圈電感被定義為[16]Lij=NiNjPij (12)其中:Ni,Nj=繞組i和j的匝數Pij=λi/ij (13)Pij=繞組j勵磁電流對繞組i的互感。三雙繞組變壓器的磁導率,P11,P12(=P21) and P22 ,是在兩個模擬計算。自感和互感轉換成一個T等效電路的組成部分。連同鐵芯和繞組電阻,形成變壓器的等效電路如圖2。電抗值給出Xm=aωL12 (14)X1=ωL11-aωL12 (15)a2X 2= a2ωL22- aωL12 (16)4.4另一種泄漏電抗的計算漏抗計算的替代方法是基于對能源技術[17]。這提供了一個簡單的計算,是不容易比數值錯誤的自感和互感法,漏感值(通常很?。┦怯蓛纱髷抵礫18]之間的差異。然而,這種方法可以解決個別漏抗值。對于不同的初級和次級繞線長度,或不完整的磁芯,變壓器,泄漏電抗相等時,對于初級的假設不再有效[19]。對初級繞組的漏抗計算利用總儲存能量Ws。一些初級和次級繞組都設置為N1,初級繞組的電流+is和次級繞組電流-is。漏抗:X1+a2X2=2ωWs/is2 (17)5.兩個變壓器設計的例子,使用逆向設計方法 為了說明逆向設計方法,兩個單相,50赫茲,高壓變壓器已經設計、制造和測試。變壓器的設計在磁電路理論模型的基礎上,隨后被重新使用的有限元磁場模型分析。其額定值列于表1。 表1 變壓器額定值變壓器TX1TX2一次電壓(V)24014二次電壓(V)6.244.56功率等級(VA)200617電源變壓器TX1的設計[20]用于自動凈水設備。 TX2的變壓器是一種模式,旨在評估的電容式電壓互感器的諧波性能。兩個變壓器內置為矩形殼式鐵芯。物理材料滲透率,電阻和熱電阻系數的標準值作為數據輸入,為鐵芯的鋼鐵和銅繞組,如表2所示。兩個變壓器建造了使用不同的鐵芯鋼,但不占等效電路模型。 表2 材料常數鐵心低壓繞組高壓繞組磁導率30001120℃的電阻率1.8×10-71.76×10-81.76×10-8熱阻系數0.0060.00390.0039工作溫度505050密度787089608960考慮了線儀,絕緣材料,實際可用的鐵芯尺寸。逆向設計方法,在表3所示,輸入數據的各個組成部分,是被用來構造變壓器的尺寸。5.1等效電路參數計算變壓器等效電路參數稱為主,隨著開路和短路測試表4所確定的測量值??s寫為:“CTM的磁場模型。電路理論模型,'L有限元“。非線性有限元模型,'NL有限元“。非線性有限元模型。還進行負載測試,但結果并沒有對空間的原因,這里被列入。表4勵磁電抗值的有限元模型進行了計算,使用兩個變壓器的三維模型。這并不需要,因為主磁通主要約束在鐵芯的三維模型內。構建線性和非線性模型。 表3 變壓器的設計數據變壓器TX1TX2鐵心:長度(mm)寬度1(毫米)寬度2(毫米)核心/低壓絕緣厚度(mm)685144 2114441523.25低壓繞組:長度層數電線直徑(mm)層間絕緣厚度(mm)低壓/高壓絕緣厚度(mm)6650.80.50.711413.5506.5高壓繞組長度層數導線直徑(mm)層間絕緣厚度(mm)66200.1250.5114200.2120.09 表4 計算和測量樣品變壓器的等效電路參數等效電路參數RC,Ωxm,ΩRwind,ΩLleak,Ω變壓器 TX1Meas.3388198710.02.8CTM1342138311.51.91 FEM-19.5-1.6n1 FEM-1883--變壓器 TX2Meas.18410.0430.012CTM9.9200.0550.0161 FEM-25-0.015n1 FEM-54--對于非線性模型的勵磁值計算在開路條件下,使用一個迭代過程與靜態求解。勵磁電流值進行了調整,直至其產生的勵磁電抗的計算值等于主電壓的峰值。這是一個實際的勵磁電抗值的逼近,作為測量有效值米。瞬態求解器可能為精度更高的,但費用了計算時間。在實踐中,勵磁電抗器的實際值是不重要的,但場分布,場峰值,可用于損失計算使用時間即時計算。更先進的機型要求鐵芯的各向異性和鐵芯的施工細節。 BH曲線和損失數據,縱向和橫向兩個方向測量,有限元模型可以被納入。這種模式是目前用于工業高精度中鐵損計算中[21]。一個三維模型,用來計算漏抗值。兩維模型不能準確地計算出漏抗值,因為大多數的漏磁通在最終引線地區發生。通常情況下,一旦進入鐵芯,漏磁通密度最大的初級和次級線圈之間的管道,下降到可以忽略不計的低價值。因此,只需要一個線性模型。結果表明,非線性有限元模型,最準確地計算出兩個樣品變壓器的勵磁電抗值。 TX1的變壓器,有限元模型是比現有的漏抗值計算模型的準確。這可能是由于的有限元模型的幾何形狀的近似。磁芯損耗的計算值與實測值之間是有顯著性差異。遲滯公式(公式2)計算出的峰值磁通密度為1.6T 13W/kg的損失。這是一種嚴重的高估,并應在隨后的文章中處理?,F代鐵芯鋼的損失通常低于1W/kg,大多數變壓器生產廠家都小于1.5。6.結論反向變壓器設計方法已被引入磁場的有限元模型。該模型被認為是比現有的模型磁路理論基礎上更準確,雖然以編程的復雜性為代價,。這加強了作為一個入門級的設計工具,從更精確的模型可以開發的逆向設計方法的使用。
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