电力变压器设计原则x

电力变压器设计原则

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1．铁心设计

1．1 铁心空载损耗计算： P0=kp?p0?G W

其中： kp——铁心损耗工艺系数，见表 2； p0——电工钢带单位损耗（查材料曲线） ，W/kg； G——铁心重量， kg。

1．2 铁心空载电流计算 空载电流计算中一般忽略有功部分

（1）三相容量≤ 6300 kVA 时：

(G1 G2 G3 ?k)?qt 2?S?n?qf

10?SN

其中： G1、 G2、 G3——分别为心柱重量、铁轭重量、角重， kg； k——铁心转角部分励磁电流增加系数，全斜接缝 k=4；

qf——铁心单位磁化容量（查材料曲线） ，VA/ kg； S——心柱净截面积， cm2； SN——变压器额定容量， k VA； n——铁心接缝总数，三相三柱结构 n=8； qj——接缝磁化容量， VA/ cm2，根据 Bm / 2按表 1进行计算

表 1 接缝磁化容量

2）三相容量＞

2）三相容量＞ 6300 kVA：I0

ki ?G?qt

10?SN

磁通密度（ T）

1.00

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

1.07

1.08

1.09

磁化容量 （VA/cm2）

0.125

0.135

0.145

0.155

0.165

0.175

0.187

0.200

0.214

0.229

磁通密度（ T）

1.10

1.11

1.12

1.13

1.14

1.15

1.16

1.17

1.18

1.19

磁化容量 （VA/cm2）

0.245

0.261

0.278

0.296

0.315

0.335

0.357

0.381

0.407

0.435

磁通密度（ T）

1.20

1.21

1.22

1.23

1.24

1.25

1.26

1.27

1.28

1.29

磁化容量 （VA/cm2）

0.465

0.496

0.528

0.561

0.595

0.630

0.670

0.710

0.755

0.800

磁通密度（ T）

1.30

1.31

1.32

1.33

1.34

1.35

1.36

1.37

1.38

1.39

磁化容量 （VA/cm2）

0.850

0.900

0.950

1.000

1.050

1.100

1.150

1.200

1.250

1.300

ki——空载电流工艺系数，见表 2；

G——铁心重量， kg； qt——铁心单位磁化容量（查材料曲线） ，VA/ kg； SN——变压器额定容量， k VA。

表 2 铁心性能计算系数（全斜接缝）

铁心形式

三相三柱结构

三相五柱 （ 1）

单相 二、三、

四柱

变压器容量

<

100

100～

500

630～

1600

2000～

6300

8000～

63000

>

63000

等轭

不等轭

损耗系数 kp

1.30

1.25

1.20

1.18

1.15

1.20

1.35

1.05

电流系数 ki

1.60

1.40

1.40

1.60

1.30

注（ 1）等轭表示铁心主轭与旁轭的截面相等。

1．3 铁心圆与纸筒之间的间隙见表 3

表 3 铁心圆与纸筒间隙

铁心直径

<200

200～

260～

500～

655～

805～

1010～

1210～

255

490

650

800

1000

1200

1600

间隙

3

4

5

6

7

8

9

10

1．4 铁心直径与撑条数量关系见表 4

表 4 铁心直径与撑条数量关系

铁心直径

<95

100～

205～

260～

340～

480～

640～

700～

780～

200

255

335

470

630

690

770

900

撑条数量

6

8

8或 10

10或 12

12

16

20

20或 24

24 或 28

续表 4 铁心直径与撑条数量关系

铁心直径

910～1000

1010～1140

1150～1300

1310～1600

撑条数量

28 或 32

32

32或 40

40

1．5 铁心直径与夹件绝缘厚度关系见表 5

表 5 铁心直径与夹件绝缘厚度关系

铁心直径

70～

205～

260～

340～

460～

560～

660～

810～

1010～

200

255

330

450

550

650

800

1000

1600

夹件绝缘

2

6

10

12

16

19

23

29

32

2．绝缘结构

2． 1 10kV 级变压器

2． 1．1 纵绝缘结构

（1） 高压绕组（ LI75 AC35 ）

1）饼式结构

导线匝绝缘 0.45 ，绕组不直接绕在纸筒上，所有线段均垫内径垫条 1.0mm；各线饼轴向油道宽度见表 15；分接段位于绕组中部。

中断点油道 4.0mm，分接段之间（包括分接段与正常段之间） 油道 2.0mm， 正常段之间 0.5mm纸圈。整个绕组增加 9.0mm调整油道。

2）层式结构

层式绝缘：首层加强 0.08 ×2，第 2 层与末层加强 0.08 × 1。当绕组不 直接绕在纸筒上时，所有线段均垫内径垫条 1.0mm。

（2） 低压绕组（ AC5）

当绕组不直接绕在纸筒上时， 所有线段垫内径垫条 1.0mm，所有线段之 间垫 0.5mm纸圈。。

当高压绕组为饼式结构时，对应高压分接段处应注意安匝平衡。

2．1．2 主绝缘结构

（1） 铁心圆与纸筒之间的间隙见表 3；低压绕组内纸筒厚 2.0mm。当 低压绕组需要内部散热面时要相应留出辐向间隙。

（2）主空道如下：

1）当高压绕组直接绕在厚 2.0mm纸筒上时，主空道为 10.0mm：低压绕 组— 8.0 油隙 （包括 1.5mm套装裕量，注意低压换位影响）— 2.0 纸筒—高压 绕组。

2）当高压绕组为饼式结构但内径侧不需要轴向油隙时，主空道为 12.0mm：低压绕组— 6.5 油隙（包括 1.5mm套装裕量， 注意低压换位影响） — 2.0 纸筒—2.5 油隙—1.0 垫条 —高压绕组。

3）当高压绕组内径侧需要轴向油隙时，主空道为 14.0mm：低压绕组—

6.5 油隙（包括 1.5mm套装裕量，注意低压换位影响） —2.0 纸筒—4.5 油隙 —1.0 垫条 —高压绕组。

2． 1．3 端绝缘： 54mm

下部（ 15 端圈 +10 下铁轭绝缘 ）mm；上部（ 15 端劝+10 上铁轭绝缘 +4 调整 ） mm。

　当铁窗侧有拉带时，铁轭垫块需分相制作，此时端绝缘要增加厚 20 mm 的压板。

2．1．4 相间：高压 D接： 12（10+2 隔板） mm。高压 Y接： 8mm。

2． 2 35kV 级变压器

2． 2．1 纵绝缘结构

（1） 高压绕组（ LI200 AC85 ）

1）饼式结构

导线匝绝缘 0.45 。当绕组不直接绕在纸筒上时， 首、末端各两段垫内径 垫条 4mm，所有其他线段垫内径垫条 1.0mm。各线饼轴向油道宽度见表 15。

　分接 12 段位于绕组中部，中断点两侧各两段为纠结式结构。

中断点油道 4.0mm，分接段之间（包括分接段与正常段之间） 油道 2.0mm， 正常段之间 1.0mm纸圈。整个绕组增加 9mm调整油道。

2）层式结构

Y接结构 ：首、末层加强 0.08 ×1。静电屏 0.3mm铝板包绝缘 0.08 ×6， 总厚度按 1.5mm考虑。

D 接结构 ：两段层式。

（2） 低压绕组（ AC5）

当绕组不直接绕在纸筒上时， 所有线段垫内径垫条 1.0mm。当低压绕组 为饼式结构时，所有线段之间垫 0.5mm纸圈。

当高压绕组为饼式结构时，低压绕组上对应高压分接段的位置应注意 安匝平衡。

2．2． 2 主绝缘结构

1） 铁心圆与纸筒之间的间隙见表 3，内纸筒厚 3.0mm。从绝缘角度

考虑的绝缘距离如表 6：

表 6 低压绕组与铁心圆（不包括套装间隙）之间绝缘距离

低压绕组电压等级

0.4

3.0 、 6.3

10.0

15.0

到纸筒内表面距离

0

8.5

当低压绕组内表面需要轴向油道时，要相应增大绝缘距离。

当低压绕组为饼式结构时，要考虑低压线饼的 1.0mm 内径垫条和内径 处 2.5mm的轴向撑条。

（2） 主空道 20mm：低压绕组— 8.0 mm 油隙 （包括 3.0mm套装裕量，注 意低压换位影响）— 3.0mm纸筒—8.0 mm油隙—1.0mm内径垫条 —高压绕组或屏蔽。

当高压绕组为饼式结构时，高压绕组内径侧应该有厚 3.0mm轴向撑条。

2．2．3 端绝缘结构

（1） 绕组导线为纸包电磁线时，端绝缘 94mm：

下部：（8 油隙 +15 端圈 +2 角环 +1 纸圈 +19 下铁轭绝缘 ） mm；

上部：（8 油隙 +10 端圈 +2 角环 +1 纸圈 +24 上铁轭绝缘 +4 裕量 ） mm。

当铁窗侧有拉带而要求铁轭垫块分相制作时，上铁轭绝缘改为 29，其

中包括 20mm厚压板和 9mm端圈）。

（2） 绕组导线为漆包电磁线时，端绝缘 104mm： 下部：（8 油隙 +15 端圈 +2 角环 +1 纸圈 +24 下铁轭绝缘 ） mm； 上部：（8 油隙 +10 端圈 +2 角环 +1 纸圈 +29 上铁轭绝缘 +4 裕量 ） mm。

　当铁窗侧有拉带而要求铁轭垫块分相制作时，上铁轭绝缘中包括 20 mm 厚压板和 9mm端圈）。

2．2．4 相间

（1）饼式绕组：高压 Y或 D接 27 mm（包括 3 mm隔板）。

（2）层式绕组：高压 Y接 15mm无隔板；高压 D接 27mm（包括 3 mm隔 板）。

3．绕组材料

3．1 高强度缩醛漆包圆铜线 表示方法：缩醛漆包圆铜线 标称直径 QQ— 2

3．2 纸包圆铜线

表示方法：纸包圆铜线 Z —导线两边绝缘厚度 标称直径 绝缘厚度： 0.30 ，0.45 ，0.80 ，1.20 ，1.80 ，4.25 等

3． 3 纸包铜扁线

表示方法：纸包铜扁线 ZB —绝缘两边厚度 裸线厚×裸线宽 ZAB—绝缘两边厚度 裸线厚×裸线宽 其中： ZB表示电缆纸或电话纸， ZAB表示高密度电缆纸（ 500kV）。

　绝缘厚度： 0.45 ，0.60 ，0.95 ，1.35 ，1.60 ，1.95 ，2.45 ， 2.95 等。

3．4 组合导线

（1）组合导线根数与单根裸线厚度的关系见表 7

表 7 组合导线根数与单根裸线厚度关系

导线组合根数

2

3

4

单根裸线最大厚度

2.5

2.0

1.6

（2） 统包绝缘后组合导线的宽厚比≥ 1.4

（ 3）表示方法：组合导线 ZB —δ 1/ δt a ×b×n （4）尺寸计算：

宽度 = 单根导线带绝缘宽度 + 统包绝缘厚度

厚度 = 单根导线带绝缘厚度×导线 组合根数 + 导线间夹垫绝缘 厚度（ 0.1mm）+ 统包绝缘厚度

3．5 换位导线

（1） 表示方法：换位导线 HQQ—绝缘厚度 a ×b×n 自粘换位导线 HQQN—绝缘厚度 a ×b×n

（2）尺寸计算：

径向尺寸 = （a + k a）（ n + 1 ） /2 + δt

轴向尺寸 = 2 （b + k b）+ δ t + c 其中： c——两摞导线之间加垫绝缘的厚度。当两摞导线接触尺寸＜ 10

时 c=0；当两摞导线接触尺寸≥ 10 时 c=0.13 。

ka——径向修正系数。

kb——轴向修正系数，如表 8

表 8 换位导线尺寸计算的修正系数

换位导线种类

径向修正系数 ka

轴向修正系数 kb

普通换位导线

0.16=0.11+0.05

0.17=0.11+0.06

自粘换位导线

0.19=0.14+0.05

0.20=0.14+0.06

4．阻抗与负载损耗计算系数

4．1 10kV 变压器阻抗与负载损耗的计算系数如表 9：

表9 10kV 变压器阻抗与负载损耗计算系数

容量（ kVA）

400

630

1000

1250

1600

2000

阻抗计算系数

1.00

1.02

1.05

1.07

1.11

1.20

负载损耗计算系数

1.10

1.15

1.18

1.20

1.22

1.25

4．2 35kV 变压器阻抗与负载损耗的计算系数如表 10：

表 10 35kV 变压器阻抗与负载损耗计算系数

容量（ kVA）

500

630

800

1000

1600

3500

阻抗计算系数

1.03

1.04

1.05

1.06

1.07

1.08

负载损耗计算系数

1.12

1.15

1.16

1.17

1.19

1.20

5．绕组结构

5．1 层式绕组

5．1．1 不满匝的位置

（1）无内部油道的情况：不满匝位于最外层。若最外层由于分接出头 需要满匝时，不满匝应在次外层，并用纸条进行填充。

（2）带内部油道的情况：不满匝位于油道内侧最外层（稀绕不填充纸 条）。

（3）四层圆筒式： 不满匝位于中间的第二层或第三层， 且要填充纸条

（4）双层圆筒式：不满匝位于外层，且要填充纸条。

5．1．2 导线换位 当导线沿辐向并联时需要要增加换位高度，并用纸条填充。

5．1．3 轴向油道尺寸

（1） 油道位置 当绕组内外径侧均为散热面时，中部油道位于绕组辐向的 1/2 处；当 内径侧无散热面时， 中部油道位于（从内径侧起）绕组辐向的 1/3 ～2/5 处。

2） 油道尺寸如表 11：

表 11 层式绕组轴向油道尺寸

绕组高度

≤380

381～

460

461～

540

541～

620

621～

700

701～

780

781～

860

861～

940

≥ 940

油道厚度

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

3） 层间绝缘厚度如表 12:

表 12 层式绕组层间绝缘厚度

501～

801～

1201～

1601～

2001～

2401～

2801～

3201～

3501～

3801≥

层间电压

≤500

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3500

3800

4100

0.08 总张数

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

长张数

3

4

3

4

4

5

5

6

6

7

7

短张数

2

2

3

3

4

4

5

5

6

5． 2 螺旋式绕组

图1

5．2．1 单螺旋绕组的“ 242”不等距换位

（1）导线并联根数必须为 4 的倍数；

（2） 当导线并联根数小于撑条数时，轴向导线的根数 =绕组匝数 +4；

（3）“ 242”不等距换位端部区的匝数系数见图 1。

5．2．2 双螺旋绕组的一次“均匀”交叉换位

（1）轴向导线根数 =（绕组匝数 +1）× 2；

（2）在绕组换位处辐向超高一根导线的厚度；

（3）一次完全换位原则：

1）换位次数等于双饼并联导线总根数；

2）换位间隔以绕组匝数的一半处为基准上下对称；

3）首、末两个“半换位间隔”要不小于正常换位间隔的一半；

4）位于绕组端部位置的换位间隔大于绕组中部位置的换位间隔。

（4）当变压器容量较大时，应采用 3 次“均匀”交叉换位。

5．3 连续式绕组

5．3．1 连续式绕组线饼的分数部分

连续式绕组各线饼少绕的撑条间隔数见表 13

表 13 连续式绕组各线饼少绕的撑条间隔数

线段名称

首、末端出头段

正常段

辐向并联根数

1

2～3

4～5

6～7

1

2

≥3

普通导线

1

2

3

4

1

组合导线或 换位导线

不跨撑条换位

2

3

2

3

跨撑条换位

3

4

3

4

5．3．2 对于组合导线绕制的绕组，在每一个线段“单元”的中间位置必须 进行一次股间换位，且股间换位尽量在线饼的外部连线处进行。一个线段 “单元”指的是相邻两个导线焊接点之间的所有线段。

5．4 纠结式绕组

5．4．1 纠结式绕组的分数部分

（1）采用普通扁线绕制时， 纠结式绕组各线饼少绕的撑条间隔数如下： 1）当并联根数为 1～2 时，线饼少绕 2 个撑条间隔； 2）当并联根数为 3 时（一般不用），线饼少绕 3 个撑条间隔；

（2）采用组合导线时，线饼少绕的撑条间隔数应适当增大；当需要跨 撑条换位时，线饼少绕的撑条间隔数还应再增大。

5．4．2 纠结方式

（1）改变低部换位纠结方式

1）当反段、正段均为奇数匝时：反段和正段上的连线均为外径侧第 一根线，纠线为外径侧第二根线。

2）当反段为奇数匝，正段为偶数匝时：反段上的连线为外径侧第一 根线，纠线为外径侧第二根线；正段上的连线为外径侧第二根线，纠线为 外径侧第一根线。

3）当反段、正段均为偶数匝时：反段和正段上的连线均为外径侧第 二根线，纠线为外径侧第一根线。

4）当反段为偶数匝，正段为奇数匝时：反段上的连线为外径侧第二 根线，纠线为外径侧第一根线；正段上的连线为外径侧第一根线，纠线为 外径侧第二根线。

（2）为避免导线换位出现爬坡，不推荐采用“单—双”或“双—单” 的纠结式结构。

5．5 内屏蔽式绕组

5．5．1 内屏蔽式绕组分类： 两段屏与四段屏。电压等级高、每段匝数少的情况下采用四段屏结构。

5．5．2 内屏蔽式绕组的分数部分 内屏蔽式绕组各线饼少绕的撑条间隔数见表 14

表 14 内屏蔽式绕组各线饼少绕的撑条间隔数

线段名称

首、末端出头段

正常段

辐向并联根数

1

2

3～4

`1

2

3～4

普通导线两段屏

2

3

2

3

组合导线两段屏 （不跨撑条换位）

2

3

2

3

组合导线四段屏 （不跨撑条换位）

3

4

3

4

5．5．3 屏线的位置

（1）首端第 1、2 段：为便于屏线绕制，且不致因出头移动而损伤屏

线绝缘，首端第 1、 2 段的屏线一般放在匝间。

（ 2）正常线段：当各段线饼匝数较多时（如高压绕组） ，屏线放在匝 间或线间差别不大；当各段线饼匝数较少时（如中压绕组） ，屏线一般放在 线间。

5．6 饼式绕组中线饼内部轴向油道尺寸与线饼辐向裕度系数

1） 线饼内部轴向油道尺寸见表 15

表 15 线饼内部轴向油道尺寸

冷却方式

ONAN

ONAF

OFAF

线饼辐向尺寸

无导向时 ≥60；有导向时 ≥ 100

≥120

3.5

4.5

4.5

2） 线饼辐向裕度系数见表 16

表 16 线饼辐向裕度系数

绕组形式

纠结式

内屏蔽式

连续式

双螺旋式

单螺旋式

线饼辐向裕度系数

卧式绕线机

1.03

1.02

1.01

立式绕线机

1.02

1.01

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