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美式箱变设计

随着城市建设规模的扩大及对环境的考虑，过去的那种集中降压、长距离配电以及架空电网已经不能适应现代城市的供电发展。城网改造要求高压直接进市区，变电设备深入负荷中心，电能通过地下电缆传输，配电设备及周围环境协调一致。同时因为配电设备深入到负荷中心，要求运行可靠性高，高性能（低损耗、低噪声、高抗短路强度），体积要小型化，安装简便，免维护。由此组合变压器应运而生。
组合变压器是20世纪90年代初从美国引入的技术，（所以也熟称为美式箱变）。因其结构紧凑，安装便捷，运行灵活，安全可靠，维护简单等优点而迅速被接受。目前，组合变压器已经有了飞速的发展，生产厂家不完全统计已有上百家，相关元器件配套厂家也发展有数十家，包括可配套高电压元器件。

性能优良：性能水平高，采用10、11型系列或非晶合金系列，损耗低、噪声低，抗短路能力强。
功能齐全、简单可靠：可切断负荷电流，进行全范围的电流保护，高压进线方式灵活（环网、终端），可实现断相（欠压保护），具有变电站的基本功能。
投入少、占地小、安装方便、见效快；体积小，约为同容量组合式变电站体积的1/3，省时，安装方便，现场安装只需要拧紧四个螺栓及接好进出电缆即可；
安全性好。全封闭，外表无任何导电部件，因此无需考虑绝缘距离，能保证人身安全，采用全绝缘的肘型电缆插头配合固定在支座上的高压套管接头，插拔方便。

定义：将变压器器身、开关设备、熔断器、分接开关及辅助设备进行组合的变压器。组合式变压器(成套性强、体积小、占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少损耗、送电周期短、选址灵活、对环境适应性强、安装使用方便、运行可靠、投资少、见效快)
型号标注

组合式变压器型号字母
性能水平代号
高压接线方案
额定容量
电压等级
特殊环境代号
产品型号字母顺序及含义
序号
分类
含义
字母
1
型式
组合式变压器
共箱
ZG（负荷开关、熔断器、变压器器身共用一个油箱）
分箱
ZF（负荷开关、熔断器与变压器器身分箱布置）
2
相数
单相
D
三相
S
3
绝缘介质
一般变压器

---
难燃油

R
4
线圈导线材质
铜线

---
铜箔

B
铝箔

LB
5
铁心材质
硅钢片

---
非晶合金

H
6
高压接线方案
环网

H
终端

Z
ZG S LBH10-H-800/10
共箱式组合变压器，三相，一般变压器油，铝箔，非晶合金，性能水平10型，环网，
额定容量800kVA,电压等级10kV。

1. 总体
组合式变压器是一种将高压负荷开关、插入式熔断器、后备保护熔断器、变压器器身与无励磁开关等电器组合在一个密封的油箱内，由变压器油作为绝缘介质的一种变压器。组合式变压器高压回路与变压器器身组装在油箱内，高压回路进线与操作在高压侧进行。低压回路一般由低压断路器、电流互感器及测量计量仪表等低压元件组成，安装在低压室内。
2. 变压器
变压器设计及普通变压器设计原理基本一致。铁心材料可采用高导磁硅钢片、也可采用非晶合金，铁心结构可采用叠片式、也可采用卷铁心结构，绕组可采用铜导线，也可采用铜箔。根据我国电网的实际情况，10kV中性点绝缘，在变压器设计时应注意联结组别，宜采用D,yn。因为高压为D联结，零序电流及三次谐波电流可在D联结内流通，不会引起输出电压波形畸变与由于负载不平衡而引起的中性点漂移。而不宜采用Y 联结，因为Yyn在负载不平衡是容易引起中性点漂移，影响输出电压的质量。
3. 高压系统及出线方式
高压系统接线方式有环网型、终端型、终端双回路型。环网型即“一进两出”，一个电源进线，一个从变压器的低压侧出线，另一个引至另一台变压器或其他电器，为另一台变压器的低压侧或其他电器提供电源。终端型即“一进一出”，一个电源进线，一个从变压器的低压侧出线。终端回路型即“一进一出一备”，一个电源进线，一个从变压器低压侧出线，另一个为备用电源，当主进电源发生故障时，由备用电源供电。

4. 肘型套管（肘型电缆插头）
组合式变压器的高压进线由地下电缆通过肘形电缆头来完成，肘形电缆头由肘形连接头、负荷插座及套管护套3部分组成。
该肘形分单通与双通两种，单通时直接及电缆连接，接入高压电网，双通时一头接入避雷器，一头引入电压。
5. 避雷器
避雷器主要作用是防雷击，分为内置、外置两种。内置式放在油箱内部高压出线处，起保护作用。
6. 其他元件
无励磁开关、油位表、压力表、温度表、释放阀等元件。根据需要还可安装低压空气断路器、二次侧计量、补偿装置等。这种变压器的熔丝、多工位环网负荷开关、无励磁调压分接开关都作为变压器的组部件安装在油箱内，在油箱外很容易更换熔丝或操作负荷开关而改变变压器运行的工况。高压侧由可以带负载插拔的肘形电缆输入电能，油箱外另装低压出线仓，仓内空间可按要求加装保护装置仪表。所有带电部位都在油箱内，无裸露带电部分。

7. 保护系统
组合变压器保护系统是高压采用高压限流熔断器与过载保护熔丝串联保护，低压侧采用空气断路器，用于低压回路的过载与短路保护。
插入式熔断器（过载保护熔丝）具有很好的耐受变压器冲击的能力，主要用于变压器过载与低压侧短路时对变压器的保护。后备保护熔断器（高压限流熔断器）能够安全分断所有能引起融化的预期电流，主要用于变压器内部故障时对变压器与配电系统进行保护。
8. 优点
组合式变压器重量轻，并有多种供电方案可供选择，既可采用终端供电，又可实现环网与双电源供电，高压电缆及变压器的连接采用电缆插接件，变压器采用插入式过载熔丝与后备限流熔断器的双熔丝保护，较合适于城市电网供电。
组合式箱变是将变压器、高压室、低压室组成“品字形”结构，变压器位于后部，成为后仓，高、低压室位于前部，称为前仓。由于结构紧凑、体积小、安装迅速、操作方便、全绝缘、全密封、能够深入负载中心而被接受。
箱体是有密封的油箱及封闭的高、低压室所组成的组合体。油箱用来放置器身与高压开关等元器件及绝缘油。高、低压室是借助于油箱壁、采用钢板将高、低压电缆接线与电气元件的操作、控制封闭起来。

JB/T10217-2000 组合式变压器
引用标准
GB311.1—1997 高压输变电设备的绝缘配合
GB1094.1-1999电力变压器第一部分总则
GB1094.2-1996电力变压器第二部分温升
GB1094.3-2003电力变压器第三部分绝缘水平与绝缘试验
GB1094.5-2003电力变压器第五部分承受短路的能力
GB/T2900.20 高压开关设备
GB3804 3~63kV交流高压负荷开关
GB4208 外壳防护等级
GB/T6451-1999三相油浸式电力变压器技术参数与要求
GB6450 干式变压器
GB/T17211 干式变压器负载导则
GB/T10228-1997干式电力变压器技术参数与要求
GB/T15164 油浸式变压器负载导则
GB/T7328 变压器与电抗器的升级测定
GB/T11022 高压开关设备通用技术条件
GB/T14048.1 低压开关设备与控制设备总则
GB/T16927.1.2 高电压试验技术 第一、二部分
GB/T16935.1 低压系统内设备绝缘配合
GB/T17467-1998 高压/低压预装式变电站
DL/T537-93 6~35kV箱式变电站订货技术条件
JB/T3837 变压器类产品型号编制办法

一、基本参数与要求
运行环境
(1) 气候环境
a. 海拔高度
在海拔高度为 1000m 及以下地区使用的变压器可不考虑海拔高度的影响。在海拔高度为 1000m 以上地区使用的变压器必须考虑高海拔处的空气比较稀薄，它对变压器的散热及外绝缘的电介质稳定性有影响。温升限值要折算：1000m以上，每升高400m,降低1K
高压开关设备 海拔高度为 1000m以下，超过时按 GB/T11022
低压开关设备 海拔高度为 2000m以下，超过时按 GB/T7251.1

环境温度
-1最高温度+40
-2最热月平均气温+30
-3最高年平均气温+20
-4最低气温-25（户外）-5（户内）
-5严寒气候 -50~ +40（安装处的环境温度）
-6酷热气候 -5~+50 （安装处的环境温度）

b. 风速
风速对套管及装在变压器油箱上的附属设备有影响。
c. 湿度
以某一温度下的百分值表示相对温度。
在有高相对湿度时，易繁殖霉菌对油箱表面的喷漆有影响。另外，高温下的高相对湿度在温度变化时，如温度下降，相对温度增加，这就易凝成水，高湿度还影响金属的腐蚀。
一般产品应按 25 ℃时相对湿度为 90% 考虑。如有特殊要求，可在合同上注明。

(2) 地质环境
主要是考虑变压器能承受地震力。正常使用条件中规定的地面水平加速度小于 0.2g 。当变压器安装地点属地震区时，可在订货时指明变压器应承受住的里氏地震裂度。
对变压器内部结构而言，由于已考虑在运输中已能较好的固定紧，并已能承受短路电流产生的机械应力，因此，变压器内部不受地震裂度的影响。主要是外部结构件的耐地震力。
里氏地震裂度
地面水平加速度 g
地面垂直加速度 g
9 度
0.4
0.2
8 度
0.25
0.125
7 度
0.2
0.1

(3) 生态环境
a. 污染
对表面喷漆有影响
b. 沿海环境
沿海空气中含盐雾，对表面喷漆有影响
c. 其他
霉菌的分泌物会污染油漆，昆虫等一些环境因素。
(4)．安装环境：无明显污秽、无爆炸性、腐蚀气体、粉尘、无剧烈震动冲击。
(5).电源电压的波形近似于正弦波，并且三相大致对称。
变压器技术要求
1、基本技术要求
1.1 GB1094.1-1999电力变压器第一部分总则
GB1094.2-1996电力变压器第二部分温升
GB1094.3-2003电力变压器第三部分绝缘水平与绝缘试验
GB1094.5-2003电力变压器第五部分承受短路的能力
1.2 允许偏差
空载损耗： +15％
负载损耗： +15％
总 损 耗： +10％（不含辅机损耗）
短路阻抗 大于10% ±7.5%
小于10% ±10%
空载电流 +30%
2、技术参数
额定电压
高压侧额定电压：6、10、35kV
高压侧最高电压：6.9、11.5、40.5kV
低压侧额定电压：0.4kV
高压分接范围：±5%，±2*2.5%
联结组标号：Dyn11,Yyn0
变压器额定容量
50、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000kVA（变压器容量等级的优先系列:）
额定频率 50Hz
额定电流：
高压回路：10、12.5、20、25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、630、800、1000A
低压回路：40、50、63、100、200、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000

变压器绝缘水平：（注分母为包封式干变试验值）
额定电压
6
10
35
工频耐压
25/20
35/28
85/70
冲击耐压峰值
60
75
200/170
噪声水平：65dB(干变)55dB(油浸)
外壳防护等级：户内不低于IP2x
户外不低于IP33
温升：符合GB1094.2与GB6450
电力变压器产品性能水平代号的确定
表A1
性能水平代号
电压等级kV
性 能 参 数
空 载 损 耗
负 载 损 耗
7
6、10
符合GB/T 6451 组II
符合GB/T 6451
≥35
符合GB/T 6451
8
6、10
符合GB/T 6451 组I
≥35
比GB/T 6451平均下降10％
9
6、10
配电变压器符合表A2
6、10
电力变压器比GB/T 6451 组I平均下降10％
比GB/T 6451平均下降10％
≥35
比GB/T 6451平均下降20％
10
6、10
比GB/T 6451 组I平均下降20％
比GB/T 6451平均下降15％
≥35
比GB/T 6451平均下降30％
11
6、10
比GB/T 6451 组I平均下降30％
≥35
比GB/T 6451平均下降40％

干式电力变压器性能水平代号的确定

性能水平代号
性 能 参 数
空 载 损 耗
负 载 损 耗
7
符合国家标准《干式电力变压器 技术参数与要求》组II值
符合国家标准《干式电力变压器 技术参数与要求》

额定容量 kVA
空载损耗 W
负载损耗 W
30
130
600
50
170
870
63
200
1040
80
250
1250
100
290
1500
125
340
1800
160
400
2200
200
480
2600
250
560
3050
315
670
3650
400
800
4300
500
960
5100
630
1200
6200
800
1400
7500
1000
1700
10300
1250
1950
12800
1600
2400
14500
30～1600/6、10配电变压器产品性能参数表

二、总体结构要求组合式变压器的设计应能保证安全进行使用与维护、检查。
结构
预装式变电站的最大额定值是指变压器的最大额定容量（容量及损耗）（对应于预装式变电站额定最大容量）
外壳的级别：同一变压器在外壳内外的温升之差。
分三个等级 10/20/30 分别对应于 10K/20K/30K的最大温升值
额定外壳等级 额定外壳等级是对应于预装式变电站额定最大容量的外壳等级。
额定外壳等级用来决定变压器的负荷系数，使变压器的温度不超过GB1094.1.2与GB6450的规定。共分三级：10，20，30 分别对应于10K，20K，30K的最大温升。

2.1对箱体的要求：
（1）箱顶能自然排水，顶盖倾斜角度不小于3º
(2)抗暴晒性能好、不易导热，避免因外部温度过高而引起箱体温度过高，隔热层
(3)防潮性能好，不易产生凝露
(4)防腐蚀，阻燃、抗冻
(5)机械性能好，耐压、抗冲击
(6)对环境的协调性
外壳：镀锌钢板，框架采用集装箱材料制作工艺
箱体：(防火性能)

普通冷轧钢板
复合板外壳
高效外壳
喷砂、喷漆
双层镀锌钢板夹隔热材料
双层镀锌钢板夹高效隔热材料
隔热性、防腐性一般、防凝露一般
价格便宜，外观效果较好
一般场合
隔热性、防腐性、防凝露好
外观效果好，价格稍贵
小区、特定环境
隔热性、防腐性、防凝露好
外观效果好，价格贵
污染极强的场合
2.2整体布置
箱体带操作走廊及不带操作走廊两种，带操做走廊，高压柜至少要有900mm的操作空间，低压柜不小于600mm。
箱体骨架：有装配式、焊接式
箱体基座应高出地基300-600mm
高压、低压应用金属隔板隔开。箱体应有起吊装置。箱体机械强度应满足在正常起吊与运输时无损伤与不允许的永久变形。
柜体门 应有自动开闭的照明设施，门向外开，门开启角度大于90，并设有定位装置。高、低压门 应有联锁，保证只有当低压门打开后，才能打开高压室的门。
高压室门门密封良好。
油箱密封部位应可靠耐久，应无渗漏。箱体焊接及组装应牢固、焊缝光洁均匀，无焊穿、裂纹、气孔等现象。箱体应防锈处理，保证喷漆均匀、附着力强，漆膜没有裂纹，斑点、气泡。
机械性能 电气元件其机械性能应符合相应标准与技术条件的规定。
通风设计：自然通风，箱体设置通风口，一般还有不少于2个通风机，可随变压器运行温度自动投切

防火：材料应是阻燃的（混凝土、金属、砖、玻璃纤维或石棉、其他合成材料）
操作通道：内部通道大于600mm ，一般为800-900mm左右
2.3机械防护
预装式变电站外壳应有足够的机械强度
顶部负荷 最小值为 2500N/m2（竖直）
在车库等地下安装的 顶部最小值50N/630cm2 ，830KN/m2
风雪负荷（视气候情况定）
外壳上的风负荷 GB/T 11022
面板、通风口 、门机械强度 撞击能量 20J
2.4接地 专用接地螺栓（M12铜螺栓），主接地点应有明显的接地标志。箱体不少于两个及接地系统相连的端子。需要接地的元件均应可靠接地。
应提供一条连接预装式变电站所有原件的接地体。接地导体为铜带，接地导体电密的选择，额定短路电流持续时间，，
1s
3s
小于200A/mm2
小于125A/mm2（截面大于30mm2）

连接原件
变电站金属外壳
高压开关设备及控制设备的金属外壳
低压开关设备及控制设备的金属外壳
金属屏蔽及高压电缆的接地体
变压器箱体的金属框架

对于不是金属外壳的变电站，金属门与其他金属部件要与接地回路连接。
变电站内部的接地线要可靠连接，保证完好接地。
2.5配件：油箱应安装压力释放装置与油位指示装置。应安装温度表，压力表，注油阀与放油阀。油箱应装设熔断器。负荷开关、无励磁分接开关。（压力释放阀、油位指示、温度计、注放油阀、负荷开关、熔断器、无励磁开关）
三、试验及检验
-1 一般检查包括：外观整洁，标识清晰，接线合理正确。箱门开启及关闭灵活可靠。电缆头连接可靠合理、安全。
-2机械操作试验：高压负荷开关不带电情况下连续正反各5次循环，转动灵活。
-3机械寿命实验：高低压开关及其他可操作的元件进行机械寿命试验。
例行试验
-1一般检查
-2 低压元件通电操作
-3机械操作试验
-4油箱密封试验
-5直流电阻
-6变比及连接组
-7短路阻抗与负载损耗
-8空载电流与空载损耗
-9对地绝缘电阻
-10绝缘例行试验
-11绝缘油试验
型式试验
-1温升试验
-2机械寿命试验
-3油箱机械强度试验
-4雷电冲击
-5高压负荷开关额定短路关合能力试验与额定开断能力试验
-6额定短时与峰值耐受电流能力试验
-7防护等级试验
特殊试验
-1升级测定
-2短路试验
-3零序阻抗
-4空载电流谐波
-5防雨试验
四、标志、起吊、包装、运输、储存
-组合—设有名牌，名牌应由不锈钢材料，名牌放置在明显可视的位置。应标注下列内容
-1产品名称、型号
-2标准代号
-3制造单位名称
-4出厂序号及制造年月
-5相数
-6额定容量
-7各绕组额定电压及分接范围
-8各绕组额定电流
-9额定频率
-10连接组标号
-11短路阻抗（%）
-12重量（油重、器身重总重）
组合---处设有主名牌外,还应设有高低压电器元件性能的名牌.

组合变压器在箱体明显位置设置安全标志
组合变压器具有承受总重的起吊装置
产品内部结构在铁路、公路及水路运输中不发生相对位置改变，紧固件松动。
整体运输时，内部所有组件不损坏、不受潮。
产品外包装应有“小心轻放”“不准倒置”等标志。包装箱内应有质量合格证明书、安装使用说明书、装箱单、备件与附件清单。
产品包装保存应在干燥、通风、无有害气体的侵蚀。

五、订货及投标时应提供的资料：
1. 供电系统的相关条件：额定与最高电压、额定最大容量、频率、相数、系统中性点接地方式
2. 运行条件：最高与最低温度、日温差、凝露与污秽等级、地震烈度
3. 箱变的具体要求：
3.1高、低压额定电压及最高电压
3.2安装方式（户外、户内、地下、半地下）
3.3相数及频率
3.4绝缘水平
3.5额定热稳定时间
3.6高低压额定热稳定电流
3.7额定动稳定电流（如不是热稳定电流的2.5倍应给出）
3.8元件型式及额定参数
3.9回路接线图
3.10防护等级
3.11外壳材料与表面处理
3.12机械应力要求（各种负荷：风、雪、顶部）
3.13结构要求
3.13. 1外形尺寸与重量
3..13.2运输件最大外形与重量
3.13.3变压器最大外形尺寸与重量
3.13.4外部引线的布置平面图

1
一般电磁计算程序
第一部分 铁心计算
1． 确定铁心形式：芯式
2． 选取铁心直径：查表确定铁心柱与铁轭截面积（cm2）
3． 硅钢片的牌号：
4． 接缝形式
5． 磁密的选取（材质，空载，噪声，温升）
B大，空载大，噪声大

第二部分 绕组计算
1． 绕组形式
2． 绝缘结构（主，纵绝缘）
3． 匝绝缘的选取
4． 电密的选取(材质，负载，温升)
电密大，负载大，温升高

第三部分 性能参数计算
阻抗计算
损耗计算
温升计算
机械力计算
重量计算

1.根据现有硅钢片牌号确定选用范围　　　30Q140,30Q130,3409,3408
2.根据经验确定铁心直径．
3.查表确定铁心柱截面积，铁轭截面积与角重．
4.初选磁密．
5.估算每匝电势．
6.计算低压线圈匝数，重新计算磁密与每匝电势．
7.计算高压线圈匝数．电压比校核
8.确定高压线圈的形式，段数，每段匝数，主纵绝缘结构．计算高压线圈的轴向及辅向尺寸．
9.确定低压线圈的形式，段数，每段匝数，主纵绝缘结构．计算低压线圈的轴向及辅向尺寸．
10.阻抗电压的计算．( 调整)
11.负载损耗的计算，计算导线的长度，电阻，铜损（调整）
12.空载损耗及空载电流计算，（调整）
13.温升计算
14.机械力计算
15.重量计算

1初选铁心直径．D=K√4P
K
铝
铜
冷轧
48-55
55-60
热轧
50-60
60-65

硅钢片较高时，K值取小值。
取整查表，确定铁心柱截面积，铁轭截面积与角重．
2.每匝电势估算．
E1=4.44fW1BAt
et=E1/W1=4.44f BAt B( 高斯)，At (Cm2)
3.低压匝数

W2=U2/ et 保留小数点后三位
重新确定et， B, 磁密计算B=450*et/ At
4.高压匝数

W1=U1/ et 各分接匝数
电压比校核 实际匝数及et的乘积及实际电压的差
绝对值(W1* et-实际电压)/ 实际电压 *100%
允许偏差
标准规定允许偏差值
计算允许偏差
主分接
≦0.25% 或≦短路阻抗x10%
≦0.25%
其他分接
可及用户协商
≦0.25%

5.线圈形式确定：
小容量为层式线圈：线匝沿轴向按层次排列的线圈.(机械强度差,冲击性能好)
圆筒式：单层圆筒式，双层圆筒式，多层圆筒式，分段圆筒式
箔式：一般箔式与分段箔式(一层一匝)
大容量为饼式线圈：线匝沿辐向形成线饼,再沿轴向排列的线圈. (机械强度好,冲击性能差)
连续式，半连续式，内屏连续式，交错式与螺旋式（单螺旋，单半螺旋，双螺旋，四螺旋）
线圈形式的选择：容量，电压等级，使用条件。
通常低压电流大，并饶根数多，螺旋式线圈较多，但也要看匝数，如匝数多，线圈高度受限制，可能要采用连续式。
容量
电压等级
线圈形式
适用范围
说明
≦630
0．4
双层圆筒式
内线柱
并连根数1-6根（扁）
≦500
3-10
多层圆筒式
外线柱
圆线或扁线
并饶根数1根，
不超过2根
≦630
35
≦2000
63
分段圆筒式
1000-4000
110
800-1000
0.4
双螺旋
内线柱
单螺旋并饶根数不超过撑条根数
60匝以上采用双或四螺旋
60-100匝单螺旋
100-150采用单半螺旋
1250-2000
0.4
四螺旋
4000-10000
3
单螺旋
单半螺旋
12000-50000
6
40000-63000
10
800-3150
3
连续式
半连续式
外线柱
并饶根数1-4根，最多6根
匝数150以上，高压并饶根数4根以上，采用中部进线
800-10000
6
≥630
10
≥800
35
≥2500
63
纠结式
外线柱
并饶根数≦3根，采用纠结式，3根以上采用内屏连续式，内段匝数少可采用内屏
≥5000
110
内屏式
外线柱
≥31500
220
纠结式

以饼式线圈为例计算：线圈电流,电压,匝数,线圈的电抗高度，线圈的辐向尺寸，段数，每段匝数，线规（a*b a为厚度），导线的长度，重量，匝绝缘，油道，压缩系数等。
主纵绝缘结构：
变压器的主绝缘是指绕组对地，对异相绕组之间，或同相其他绕组之间的绝缘。绝缘结构的击穿电压不仅及绝缘间隙的结构及尺寸有关还及其中电场分布有关，还及带电及接地部分的形状及其相互间的位置与距离有关。因此，为了正确的设计绝缘结构，了解其中出现最大场强的部位，并求得这些部位的场强值是非常重要的。在线圈间主绝缘设计时还应该注意到线圈轴向场强对主绝缘的影响。在工频电压作用下，电压分布式均匀的。
主绝缘：线圈对地，同相的各线圈间，异相线圈之间，主空道，线圈到铁轭
纵绝缘：匝间，段间，层间，相间的绝缘
主绝缘:
电压等级
≦20
35
63
110
主空道
17
23
34
40

纵绝缘:
匝绝缘的选取：导线双边绝缘厚

电压等级
35kV 以下
63 kV
110
220 kV
扁线
0.45
0.95
1.35
1.95

段数的确定：双数，中部进线为4的倍数，保证出头在外侧
电压（kV)
3-6
10
35
63
110
段数
36-60
40-70
56-76
60-80
60-80
2x34,2x44

电抗高度的估算：
HK=IN*WN*D*K/ et*Uk%*104(D/40+主空道+2 Uk%+4) mm
D---铁心直径
K----经验系数
经验系数
铜线
铝线
热轧
冷轧
热轧
冷轧
3-35/0.4-10kV
1.65
1.85
1.78
2.15
63-110/3-10 kV
1.85
1.96
2.03
2.17
63-110/35/3-10 kV
2
2.1
2.18
2.45

电密计算：相电流/导线截面积 （单根导线面积 x并饶根数）
性能水平
8
9
10
电密
3．5
3
2．5

轴向高度计算：单根导线包完绝缘高度（b）*段数+压缩后轴向油道高度+线圈到铁轭尺寸

辐向尺寸计算：单根导线包完绝缘厚度（a）*每段匝数 *并饶根数*辐向工艺系数
连续式（卧绕）
连续式（立绕）
纠结及内屏
1.02,1.03
1.02, 1.01
1.05, 1.04

高压
低压
绝缘半径的计算：
外线圈
内线圈

铁心直径/2
套装裕度
内线圈辐向尺寸 （低压线圈平均半径）
主空道
外线圈辐向尺寸 （高压线圈平均半径）
外线圈外半径
外线圈外直径
相间距离
M0 ( 铁心柱中心距)

UK%= 49.6f I W∑Dρ/et*HK*104
∑D等效漏磁面积)(cm2)（一般变压器只考虑纵向漏磁，大型变压器则必须考虑横向漏磁，因为此时横向漏磁已不能忽略了），Hk平均电抗高度（cm），ρ洛式系数，修正纵向磁场长
∑D: 计算记忆法
辐向尺寸用3除，再乘各自半径数,漏磁空道是基础,它乘空道半径数,线圈辐向油道处,靠边匝数除总数,其商平方为系数,再乘半径及宽度,最后漏磁总面积,各项相加即得出.
注意:
1.所有尺寸单位为 (cm),
2.辐向尺寸需要减去匝绝缘厚度,即为裸线.
3.空道处尺寸需加上匝绝缘的一半.

10.5%以下
10.5以上
计算值
UK%
±10%
±7.5%
±2.5%

一般UK%的计算不能一次合格,偏差在10%以内时可通过调整线圈的尺寸,(∑D, Hk)等方法而合格,如果偏差在10%以上,则必须调整铁心直径,重新计算.
调整方法: UK%计算值过大,增加段数,减少每段匝数,线规减薄加高,减少低压匝数,增大铁心直径.

阻抗调整合格,继续下面的计算.

电阻损耗3IR2 电阻:电阻率*导线长度/导线面积
导线长度:(平均匝长*匝数)+出头长 (m)
导线重量(净重):3*8.9*导线长度*导线面积
包绝缘导线重量:17t(a+b+1.57t)/s t=匝绝缘/2
涡流损耗系数:kw%=kw/107(f * m * n * a * s *ρ/Hk)2
m:垂直于漏磁场方向导线总根数
n: 平行于漏磁场方向导线总根数
环流损耗系数: :kb%=kb x kw /108(f * n * a * s *ρ/Hk)2
引线损耗按占基本损耗的百分数取经验值.
杂散损耗:Pzs=23x0.8* (磁通x10-6)2* (UK%)2* Hk3/L*(Hk+2(RP-主空道)
L:油箱内壁周长, RP油箱内壁平均半径
负载损耗:+15% 空载损耗: +15%,总损耗:+10%
调整方法:
负载损耗高:降低电密,降低基本损耗,减小附加损耗:减薄a, 多根导线并饶,减小环流损耗,增大油箱尺寸,加磁屏蔽,减小杂散损耗.
空载损耗:铁心损耗(磁滞损耗+涡流损耗+附加损耗)
磁滞损耗:铁磁分子克服摩擦所吸收的能量 ,占空载损耗25-50%,及硅钢片的磁滞回环面积成正比,及硅钢片材质有关,正比于f2,厚度的平方
涡流损耗: 正比于B2,f2,厚度的平方,所以硅钢片的厚度要减小,占空载损耗40-50%,
附加损耗:5-30%,取决于1.材质,2.接缝方式,片间绝缘,3.工艺性,毛刺,装配工艺等.
计算方法: P0=铁心工艺系数* 铁心重量* 单位损耗系数(取决于硅钢片材质)

铁心工艺系数(k1)x 铁心重量x 单位铁损
铁心直径
125
125-200
200-350
350以上
K1
1.35
1.3
1.25
1.2
铁心重量计算:心柱重量+铁扼重量+角重
心柱重量=3*窗高*心柱面积 *7.65kg/dm2
铁扼重量=3*MO*铁扼面积*7.65kg/dm2
调整方法:空载损耗大,降低磁密,降低铁心重量,缩小铁心直径,采用单位铁损小的硅钢片(优质硅钢片)
空载电流:ki*铁心重量*磁化容量( 查表)/容量*10
ki经验系数 1.4
温升计算:ONAN :自然油循环, 自然空气冷却

第一个字母
第一个字母
第一个字母
第一个字母
表示及线圈相接触的介质
表示及外部冷却系统相接触的介质
冷却介质种类
循环方式
冷却介质种类
循环方式
温升限值:
A级绝缘: 线圈温升 65K (63 K) 电阻法测量
油顶层温升 55K (53 K) 温度计测量
油箱及结构件 80K 是相邻绝缘材料不致损伤
高海拔折算:安装海拔高于1000m,自冷式变压器绕组温升每升高400米降低1k,风冷式每升高250米降低1k
单位热负荷: q=kj*I*Wx电密/l(1-n*b/lp)
kj=22.1, I,电流, W,每段匝数
l 线饼周长, nxb,撑条根数x垫块宽度 lp 线圈平均匝长
铜油温升计算公式:
自冷内线圈 0.41 q0.6+匝绝缘校正温差+辐向及油道高度校正温差
自冷外线圈 0.358 q0.6+匝绝缘校正温差+辐向及油道高度校正温差
风冷线圈 0.159 q0.7+匝绝缘校正温差+辐向及油道高度校正温差
线圈温升=铜油温升+油对空气的平均温升
油温升计算:
油箱单位热负荷 qy=1.032*负载损耗(最大电流的负载损耗)+空载损耗/总散热面
总散热面=油箱散热面+散热器散热面
油对空气的平均温升 油浸自冷 τy= 0.262 q0.8
油浸风冷 τy =0.16 q0.8
顶层油温升:1.2xτy+△τy
△ τy:发热中心及散热中心的修正值
机械力计算略
重量计算
器身重:线圈(铜重+绝缘件+硅钢片+夹件等)
35kV以下 铁重/7.8+铜重/4.5
60-110kV 铁重/7.6+铜重/3.9
总油重:油箱装油-器身排油重+附件油重
附件油重=储油柜油重+升高座装油+联管+套管+散热器装油
油箱重:上节+下节+铁件
附件重:储油柜+升高座+联管+套管+散热器
总重=器身重+总油重+油箱重+附件重
添加油重: 储油柜油重+升高座装油+联管+套管+散热器装油+箱盖下100-150油重
运输重=总重-添加油重
变压器主要性能参数及成本的关系
UK 提高，成本提高；
PK 降低，成本提高；
P0 降低， 成本提高；
声级降低， 成本提高；

变压器容量，重量，尺寸与性能的关系
SN 〆 L4 （线性尺寸）
有效材料重量 （制造成本）〆 SN 3/4

单位容量消耗有效材料重量〆 SN -1/4
PK ,P0 〆 SN 3/4
单位容量 损耗〆 SN -1/4
从经济的角度看，单台大容量比同容量的单台小容量的变压器经济。

结构设计:将计算单转化为可生产图纸的过程.
要求:
布置图:总体图,指导每一部分结构设计,细而全
线圈:出头位置,套管出线位置,分接线出头位置
器身:夹件及器身绝缘件之间位置关系
引线:走向,夹持,电缆规格
铁心:固定方式(上,下)夹件尺寸
油箱:外形尺寸,散热器布置,吊板位置,附属件表记,阀门位置
高低压柜:插入式熔断器尺寸

自下而上,由里及外

结构设计:满足设计要求,满足工艺要求

有里向外:铁心→线圈→绝缘→引线→油箱→组件
器身

一、铁心:磁路及骨架、支撑线圈及引线
1.铁心截面:多级圆形
铁轭截面: 多级圆形、椭圆形、梯形、D形
2.叠片系数:心柱有效截面积及其几何截面积之比
片厚
叠片系数
0.23
0.945
0.27
0.95
0.3
0.965
0.35
0.97

3.铁心叠积方式:直接缝、半直半斜、全斜
4.铁心夹紧方式:粘带+拉板, 粘带+拉螺杆
5.铁心绝缘:片间绝缘、及夹件间绝缘
6.铁心必须一点接地,接地方法(串联+并联)
7.绘制图纸
二、线圈
1.电气性能(雷电过电压、操作过电压、长期工作电压、暂态过电压)
2.耐热性能(绝缘老化)
3.机械性能(抗短路能力)
4.绕向(左绕向--逆时针