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摘要：本文从降低能源消耗的角度，简要分析了低损耗大容量变压器设计的相关思路。中国
关键词：变压器；低损耗；设计
1引言
我国当前基本国策是节能减排，构建节约型社会。在电力设备中变压器是二次能源开发过程中的关键设备，应用极其广泛，据统计变压器总的电能损失约占整个电力系统损失的30%左右。因此，降低变压器的损耗，提高变压器效率，是节约电能的一个重要手段。目前,全国统一设计的低损耗变压器最大容量等级为6300千伏安,电压等级则为10千伏、35千伏。现在,有些用户已经认识到节能的重大意义,迫切要求制造厂生产低损耗大型变压器。因此对变压器进行合理设计，可以在很大程度上降低电力损耗，节约电能，实现节能的目标。
2电力变压器性能参数的确定
2.1短路阻抗
短路阻抗包括两个分量即有功分量和无功分量。当负载功率因数一定时,变压器电压调整率基本上与短路阻抗成正比，变压器的负载损耗、成本也随短路阻抗的增加而增加所以从降低成本、减少损耗这一角度出发，短路阻抗小些为好。但变压器短路时的稳态电流增长倍数与短路阻抗成反比，为了限制变压器动热稳定短路阻抗大一些为好。短路阻抗的选定一般按国家标准规定来选；如有特殊要求，必须注明。
2.2负载损耗
负载损耗包括基本损耗和附加损耗。基本损耗指直流电阻损耗。降低电流密度，增加导线截面就可以降低直流电阻损耗。附加损耗主要时指涡流损耗和漏磁在钢结构件中引起的损耗。附加损耗通过改进结构，采用新工艺、新材料来降低。总之，大幅降低附加损耗必然会增加制造成本。
2.3负载损耗
变压器的空载损耗主要是指磁滞损耗和涡流损耗。这两种损耗都与硅钢片的材质、磁密取值有关，同时与硅钢片的加工也有很大的关系。目前大量采用高牌号优质硅钢片，利用先进的纵、横剪线剪切，使硅钢片的空载损耗大幅度降低。
2.4负载电流
变压器在空载运行时的电流就是空载电流。空载电流包括励磁电流和铁损电流两个分量，也称为空载电流的无功分量和有功分量。其中无功分量时当变压器空载运行时在铁心中产生磁通的励磁电流，而有功分量是空载运行时在一次线圈和铁心中产生有功损耗的电流。
无论从变压器的安全运行还是从变压器的经济运行的角度去考虑，都希望空载电流小些。随着铁心结构和制造工艺的改进，以及硅钢片的性能的改善，目前变压器的空载电流已经大大降低了。
因此，要降低变压器的负载电流就必须选择合适的铁心结构和适当的加工工艺，同时对硅钢片的性能也必须认真考虑。
3变压器设计
在变压器的设计中，用户和生产厂家的目标应该是一致的。都是要合理地制定性能参数、设计相应的主要几何尺寸，降低制造成本，降低能耗，提高效率。但用户的经济性运行与厂家的制造成本也有一定的矛盾，所以，在变压器设计过程中也要综合考虑多方面因素，以便选择最佳方案。
3.1技术要求
（1）变压器的额定容量P：6300KVA；（2）变压器的额定线电压U和分接范围高压（一次）侧线电压UL1：35000±2×2.5%V,低压（二次）侧线电压UL2：6300V；（3）变压器连结组：Y，d11；（4）变压器相数：3相；（5）额定频率f：50HZ；（6）冷却方式：油浸风冷式；（7）空载损耗P0：8200W；（8）负载损耗PK: 41000W；（9）空载电流I0:0.9%；（10）阻抗电压UK:7.5%。
3.2选择铁心直径的考虑要素
铁心直径的选取中要先考虑，制造变压器的成本问题，影响成本的因素有铁心材料的选择、导线材料的选用，这两个材料的选择十分重要。本次设计就考虑钻研出，用铜铁比例结合的材料制成铁心，不仅成本降低了而且比起其他材料来，其性能是最优化的。解决了铁心材料的问题后，最重要的问题就是直径的大小选择，因为铁心的直径关系着，变压器各部件的技术性能，因此直径选取一直是难以解决的技术问题，这也是本次设计的关键所在。
3.3线圈型式的选择及排列
1、线圈型式的选择
线圈型式是根据电流、匝数和容量选择的。选用连续式线圈。
2、线圈高度的估计
线圈的几何尺寸主要是由电抗计算确定的。当频率、匝数、电流、每匝电压等确定后，电抗的大小与线圈高度和线圈的径向尺寸有关。这样，就有两个未知数，故不能一次就确定出线圈的几何尺寸，往往都是假设一种线圈几何尺寸进行电抗计算，以后再进行反复调整。由下式估计：
3、线圈撑条数选择
线圈撑条最好为4的倍数，撑条主要是支撑线圈，故撑条的最后确定，应由短路机械计算决定，但一般都以经验以铁心直径大小确定撑条数。选12根撑条。
4、低压线圈的段数及每段匝数
因为低压线圈处于内线柱，又由于整数匝起端与末端有搭头，使得线圈有局部突起，为了使线圈各部辐向尺寸近于一致，故低压线圈一般都用分数匝，以保证高低压线圈间的距离沿圆周方向一致，保证不因局部突出影响绝缘强度。每段匝数的分数部分均以撑条数N为分母表示出来，分数的分子尽量为撑条数N-1。首先按撑条数N求出与接近整数的差额。N=12 差额=1/12=.084。
5、高压线圈的段数及每段匝数
高压线圈因为处于外线柱，由于局部突起不会影响绝缘距离，故不需要分数匝，因为高压线圈有分接段，以最小分接的匝数计算，为了使各分接线均在辐向的外侧引出，如若取上下对称分接段处在正中间时，段数必须取4的倍数。
3.4过电流保护设计
1变压器的保护设计
配置过电流保护装置可以有效的控制变压器高压侧的过电流保护对低压侧母线规定的灵敏系数。电流保护设备配置的位置就在变压器低压侧断路器与高压侧短路器上。这个装置保护的主要对象就是低压侧母线的主保护和它的后备保护。注意，如果短路是非金属性的，它的阻抗保护的灵敏度经过弧光短路时会变得没那么灵敏，这就会导致时间的延长。所以，最好设置一个反时限过流保护，位置是在高压一侧，目的是为了保护变压器热稳定的，热稳定的大小就是要整定值决定的。同时，就是掌控动作电流的不平衡电流在低压侧另安装保护或在低压侧中性线上装设零序电流保护，就是为了跳高压侧短路器。
2负序过电流保护设计
当相间后备保护按远后备原则配置时，要注意一定的原则，就是做到应该躲过安装处的负序电流，还要注意电流保护的后备段在灵敏度上之间的相互作用，只有这样才可以防止负序过电流保护非选择性动作。在设计变压器的过程中，首先要测量的就是离散值，它包括反时限、定时限和负序过过负荷报警回路动作电流。工作人员对于反时限、定时限和负序过负荷报警回路的动作电流范围必须要加强重视。才能设计出更合理的设备装置。
4、结束语
本文通过对低损耗大容量变压器设计思路的分析，在很大程度上降低电力损耗，节约电能，实现节能的目标。对提高变压器的的可靠性和安全性提供参考。只有不断的推陈出新，改善产品的性能，降低生产成本，产品在市场上才会有较强的竞争力，才会创造好的效益。
参考文献:
[1]. 刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践.辽宁科学技术出版社.2002
[2]郝文新.100kV变电站微机继电保护设计[J].山西建筑，2013
论文作者:李光
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/20
标签：变压器论文; 电流论文; 线圈论文; 铁心论文; 阻抗论文; 硅钢片论文; 低压论文; 《电力设备》2017年第13期论文;