66kV变电站一次部分设计

66kV变电站一次部分设计 哈尔滨理工大学学士学位论文 60kV变电站一次部分设计 摘要 随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳 固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站 的设计和配置。由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求要有较 高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，设计过程中要针对变电所的规 模和形式，具体问题具体分析。 本设计包括对导线的选择，主变压器的选择，无功补偿静电电容器的选择，电 气主接线的确定，短路计算，各种电气设备的选择与校验，高压配电装置的规划 设计。在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性，灵活性和经济性。另外，各 种断路器、隔离开关、电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一 起考虑。 本设计是有文字说明和图表解释的比较完整的变电所的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 关键词:电力系统;电气设备;变压器;变电站 - I - 哈尔滨理工大学学士学位论文 The design of 60kv satellite substation Abstract With the development of the industrial time , people have higher demand of the power supply, especially the power supply stability, reliability and consistency. However, power grid stability, reliability and durative often depends on the design and configuration of substation. As a result of substation design, a wide range of content, logic is strong, it is required to have higher professional level, and are familiar with a variety of design procedures and design principle, design process for substation the size and form, concrete analysis of concrete problems. This is the 60kv/10kv substation of a substation design This design including the selection of conductors, the selection of main transformer, reactive power compensation capacitors, the main electrical wiring, short-circuit calculation, all kinds of electrical equipment choice and verification, the planning and design of high voltage distribution device. In the design and selection of equipment are fully taken into account the reliability, flexibility and economy. In addition, a variety of circuit breaker, isolating switch, current transformer model should be selected with the high voltage distribution device arrangement linked to consider. This design is a written instructions and diagrams explain the relatively complete substation design. Keywords power system; electrical equipment,;transformer; Transformer substation - II - 哈尔滨理工大学学士学位论文 目录 摘 要...................................................................................................................................... ...I Abstract............................................................................................................................ .....II 第1章 绪 论 ............................................................................................................. ..........1 1.1 课题背 景 ............................................................................................................... .1 1.2 合理设计变电站的意 义 .................................................................................... .1 1.3 变电站设计相关的原则和规 范................................................................................2 第2章10kv线路导线的选 择 ..................................................................................... ..4 2.1选择机械制造厂出线架空型 号 ........................................................................ .4 第3章 选择主变压器的台数、容量、型号.............................................................9 3.1 线路损耗的总功 率...............................................................................................9 3.2线路所有负荷的总功率.......................................................................................9 3.3计算变压器二次侧总 功......................................................................................10 3.4选择变压器型 号....................................................................................................11 第4章 补偿电容器的选 择............................................................................................13 4.1计算变压器功率损 耗...........................................................................................13 4.2计算变压器高压侧功 率......................................................................................13 4.3计算无功补偿前系统的功率因数....................................................................13 4.4计算需要补偿的无功容 量..................................................................................13 4.5选择电容 器.............................................................................................................14 第5章 电气主接线方案设 计.......................................................................................16 5.1主机线设计的基本要 求......................................................................................16 5.2主接线方 案.............................................................................................................17 第6章 短路电流的计 算............................................................................................18 6.1发生短路的原因和短路的定义.........................................................................18 6.2短路的分 类...........................................................................................................18 6.4短路电流的计 算....................................................................................................18 第7章 电气设备的选 择................................................................................................20 7.1断路器的选 择.........................................................................................................20 7.2隔离开关的选 择....................................................................................................23 7.3互感器的选 择.........................................................................................................24 - III - 哈尔滨理工大学学士学位论文 7.4避雷器的选 择........................................................................................................27 7.5高压开关柜的选 择...............................................................................................28 7.6母线的选 择............................................................................................................28 结 论...................................................................................................................................... 33 致 谢...................................................................................................................................... 34 参考文 献.............................................................................................................................35 附录 A..................................................................................................................................36 附录 B...................................................................................................................................37 - IV - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第1章 绪论 1.1 课题背景 电力工业是关系国计民生的基础产业，在我国电力工业发展中，国家电网承担 着优化能源资源配置，保障国家能源安全和促进国民经济发展的重要作用。我国 是世界能源消费大国，煤炭消费总量居世界第一位，电力消费总量居世界第二位， 但一次能源分布和生产力发展水平却很不均衡。水能、煤炭主要分布在西部和北部，能源和电力需求主要集中在东部和中部经济发达地区。这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置，必须以大煤电基地、大水电基地为依托，实现煤电就地转换和水电大规模开发。通过建设以特高压电网为核心的坚强的国家电网，实现跨地区、跨流域水货互济，将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中东部地区，这是解决我国能源和电力供应问题的有效途径，这是解决我国能源和电力供应问题的有效途径，是优化资源配置方式，提高资源配置效率，保障国家能源安全的战略举措。 长期以来，我国电网发展严重滞后。当前电网发展和建设任务比较繁重。建设坚强的国家电网，必须坚持统一规划。用国家电网规划指导区域、省级和城市电网规划，用电网规划引导电源分布，实现电网、电源在同一规划下协调发展，提高电力工业整体效益。必须坚持实施集约化管理。充分利用先进技术和设备，在加强现有电网技术改造和升级的同时，以构建特高压电网为核心，加快各级电网建设，提高国家电网的输配电能力和整体效率。必须大力推广典型设计。典型设计是对以往电网设计经验的总结和提高;是多快好省建设电网的必由之路;是全面贯彻落实党的十六届五中全会精神，落实科学发展观，建设“资源节约型、环境友好型”社会，大力提高集成创新能力的重要体现。 1.2 合理设计变电站的意义 随着科学技术的发展，作为现代工业发展的基础和先行官—电力工业，也随之有了很大的发展。电力需求的大大增加，促使电力技术和电力工业进一步向高电压，大机组，大电网的方向发展。由于大电网的出现，世界 - 1 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 各国电力工业发展和运行的经验说明:电力系统愈大，调度运行就愈能合理和优化，经济效益就愈好，应变事故的能力就愈强。所以许多发达国家的电力系统都已联合成统一的国家电力系统，甚至联合成跨国电力系统[1]。 60kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建66kV变电所。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。随着变电所综合自动化技术的发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。 改革开放以来，全国的电力工业发展速度突飞猛进，60kV变电所在全国电力系统中仍具有重要的地位。 1.3 变电站设计相关的原则和规范 1.3.1变电站典型设计的原则 开展60kv及以下输配电工程典型设计的原则是:安全可靠、自主 创新、技术先进; 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 统一、覆盖面广、提高效率;注重环保、节约资源、降低造价;努力做到统一性和可靠性、适应性、先进性、经济性和灵活性的协调统 一。 统一性:典型设计的基本方案统一，适用标准统一，外部形象体现 国家电网公司 企业文化 企业文化与人力资源环保科技有限公司介绍企业调查企业文化企业文化体系构建框架高职企业文化管理 特征。 可靠性:各个模块安全可靠，通过模块拼接得到的技术方案安全可 靠。 适应性:典型设计要综合考虑不同地区的实际情况，要在公司系统 中具有广泛的适用性，并能在一定时间内，对不同规模、不同形式、不同外部条件均能适用。 先进性:推广应用电网新技术，鼓励设计创新;典型设计各项技术 - 2 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 经济可比指标先进。 经济性:综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求工程寿命期内最佳的企业经济效益。 灵活性:典型设计模块划分合理，接口灵活，组合方案多样，增减方便，便于调整概算，方便使用。 1.3.2变电站典型设计规范 GB 50061—1997《60kv及以下架空电力线路设计规范》 GB16434—1996《高压架空送电线路和发电厂、变电所环境污秽分级及外绝缘选择标准》 GB1179—1999《圆线同心绞架空导线》 DL/T 5092—1999《110~500kv架空送电线路设计技术规程》 GB 50060-92《3~110KV高压配电装置设计规范》 - 3 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第2章 10KV线路导线的选择 导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路建设投资中占很大比重。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，在抗氧化、抗腐蚀能力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。 铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。 架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，符合国家电线产品的标准。 因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线，符号:LGJ—**，其中**为导线的标称截面(mm2)。 导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。 2.1. 选择机械制造厂出线架空线型号 已知线路长度为3km，双回线路供电，双回出线重要负荷率不超过60%，远期最大负荷为3500kW，功率因数，最大负荷利用小时数 2.1.1按经济电流密度选择导线截面 使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。 按经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用(包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等)最低。对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使网络处于最佳经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。 - 4 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 1根据输送功率计算最大长期工作电流: ? ; UN——线路额定电压(kV) ——功率因数; P——远期最大负荷(kW)，对于双回路P=60%Pmax;对于单回路P=Pmax。 ， 2由最大负荷利用小时数T?max查《电力工程电气设计手册》 377页，图8-30软导线经济电流密度得。 式中 S——导线经济截面(mm2); Imax——线路正常运行时的最大负荷电流(A); J——经济电流密度(A/mm2)，可根据经济电流密度曲线查取。 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及长期允许载流量，选用型架空线，其参数为: ，， 。 2.1.2 热稳定校验 温度修正系数: 校验合格。 2.1.3电压损耗校验 - 5 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 本次设计任务中已明确要求电压损失不超过9%。 其中由《供用电工程》附录A查得+200C时的直流电阻，修正到 导线工作时的实际温度: 导线电阻修正: 对于铜;对于铝; --电阻的温度系数。 ; r20--导线+20C时的电阻(Ω/km) t--导线的实际工作温度。 所以: 式中 P--有功负荷(kW)，对于双回路P=60%Pmax;对于单回路P=Pmax; L—线路长度(km); UN--线路额定电压(kV); R--线路最高温度(+380C)时的电阻; X--线路电抗(Ω)。 即:，校验合格。 2.1.4 线路功率损耗计算 阻抗损耗: - 6 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 22 UN 2 导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为: ， 1 2 1 2 则机械制造厂的线路损耗为: 22 2 同理，可以求出针织器材厂，织布厂，标准件厂，服装厂，粮食加工场，汽水厂，化工厂各部分技术参数，如下表 则综上10KV线路所选架空线参数如下表所示: 表2-1 10KV线路架空线参数 - 7 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第3章 选择主变压器的台数、容量、型号 在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。 为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据《电力系统设计技术规程》SKJ161—85有关规定:凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。 根据《供配电设计手册》P50页规定，选择主变压器台数时应考虑下列原则: (1)应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。 (2)对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可采用两台变压器。 (3)对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。 (4)在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 综上所述，本变电所设计的主变压器台数应装设两台。 3.1 线路损耗的总功率 - 9 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 3.2线路所有负荷的总功率 负荷的有功功率: P负荷 负荷的视在功率: S负荷 3.3计算变压器二次侧总功率 线路总功率为:负荷 线路有功功率为:负荷 22 线路无功功率为: - 10 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 负荷同时系数:， 则: 3.4选择变压器型号 (1)根据《电力工程电气设计手册》P216页规定:当不受运输条件限制时，在330KV有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。由于本次设计中电压等级为60KV/10KV，且变电所处于交通方便之地，故选用三相变压器。 根据《电力工程电气设计手册》P217页规定35KV以上的绕组采用Y接线。35KV以下的变压器绕组采用?接线，所以本次设计采用的变压器联结组别为 Ynd—11型。选择两台SF9—12500/60型有载调压变压器。主变压器主要参数见下表: - 11 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 (2)SF9—12500/60其型号含义说明如下: S--三相电力变压器; F--冷却方式风冷式; 9--设计序号; 60--高压绕组电压等级(kV); 12500--额定容量(kVA)。 - 12 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第4章 补偿电容器的选择 系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响: 为此，当系统功率因数过低的时候，应增设无功补偿设备来提高功率因数，根据《全国供电规则》规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于0.9,这与本次设计任务要求相一致，即变电所的功率因数在0.9以上。 根据《并联电容器装置设计技术规定》第15页第2.2.1条规定“设计安装的10kV电容器应采用星形接线为宜。”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应为10kV。 4.1 计算变压器功率损耗 --总无功功率损耗式中 --总有功功率损耗(kW);(KVar ); n--并列运行变压器的台数;--空载损耗(kW); --短路损耗(kW);S--变压器负荷的视在功率(kVA); SN--变压器的额定容量(kVA)I0%--变压器的空载电流百 分数;UK%--变压器的短路电压百分数。 - 13 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 4.2 计算变压器高压侧功率 4.3计算无功补偿前系统的功率因数 有功负荷率:无功负荷率: 则系统的功率因数为: 即，需进行无功补偿。 4.4 计算需要补偿的无功容量 4.5选择电容器 查《电力工程电气设备手册》986页，续表9-1-2选用型电容器。 其技术参数如下表所示: 表4-1 BWF3-200-1W电容器的技术参数 则所需电容器台数为:台 qc200 - 14 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 式中 QC--计算补偿容量(KVar); 。 qc-- 每台电容器的标称容量(KVar) 根据实际情况选择18台型电容器。 则补偿容量为:Q补 无功补偿后系统功率因数为: T 补 所以无功补偿合格。 - 15 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第5章 电气主接线方案设计 电所主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要部分。主接续线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。 变电所的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求 5.1主接线方案 根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种: 第一方案:高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图5-1所示。 第二方案:高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图5-2所示。 图5-1高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线 - 16 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 -2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线 图5 5.2方案的比较与确定 以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。 第一种方案的特点如下:变压器随负荷变化投切方便;线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。 第二种方案的特点如下:变压器投切方便;在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大;使用设备多;综合造价高。 从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多、故不经济。 从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。 通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。 图5-3 变电所电气主接线图 - 17 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 短路电流的计算 第6章 6.1 发生短路的原因和短路的定义 所谓“短路”即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况;在中性点直接接地的系统中，还有相与地之间的短路。发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。其次还有气候条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。再其次是人员过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备之后未拆除接地线就合闸供电等。最后是其他原因，例如挖沟损伤电缆、鸟兽或风筝跨接在载流裸导体上等。绝缘损坏的原因多因设备地电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成事故。 6.2短路的分类 在三相系统中短路的基本形式有:三相短路--K(3);两相短路--K(2);单相接地短路--K(1);以及两相接地短路--K(1，1)。 当三相短路时，由于短路回路阻抗相等，因此三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路。此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的，只是线路中电流增大，电压降低而已，而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时大，除了三相短路这外，其它类型的短路皆为不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其相位角也不同。 三相短路其后果一般最为严重。电力网在设计及运行时考虑最严重的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着决定性的作用。故在设计中需要计算的是三相短路。 6.3短路电流的计算过程 6.3.1 根据系统连接图画出等阻抗图 - 18 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 图6-1 系统等值阻抗图 6.3.2 根据设计软件计算出各点短路电流 由于短路计算计算工程复杂，容易出错，所以在设计过程中通过计算机软件来直接得出结果，既方便又准确，大大的提高了设计质量。 由等值阻抗图可以看出，系统为并列运行，所以分别取d1、d2为短路点，计算出短路电流，为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据。 所以通过计算机软件计算得出: d1点短路电流为3.2kA; d2点短路电流为8.52kA; 负荷侧最大短路电流为4.01kA。 - 19 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 电气设备的选择 第7章 电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要 查《电力工程电气设备手册》621页，表4-1-3，选择3台型断路器。其 技术数据如下表所示: 表7-断路器参数 - 20 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 。 因为电源为“无限大”系统，，取IKP 短路时间，导体的发热主要由短路电流的周期分量来决定，可以不 计非周期分量的影响。 60KV侧计算数据与所选技术数据比较如下表: 表7-2断路器计算数据比较表 经比较可见，所选断路器满足要求。 7.1.2 10KV侧断路器选择 (1)10kV进线断路器和母联断路器选择 高压断路器的最大长期工作电流: 查《高压电器》P306页,表9.39.1， 三台均选型断路器，其技术数据如下表: 表7-断路器参数表 - 21 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 K可以不计非周期分量的影响。变压器二次侧计算数据与型 断路器技术数据比较如下表所示: 表7-4断路器计算数据比较表 经表中数据比较可知，所选型断路器满足要求。 10KV各出线断路器的选择 (2) 按最大负荷电流(化工厂)进行选择: 查《高压电器》 P306页,表9.39.1，选择型断路器， 其技术数据如下表: - 22 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 所选断路器技术数据与线路计算数据对照如下表所示: 表7-6断路器计算数据比较表 经上表数据比较可知，所选型断路器满足要求。 7.2 隔离开关的选择 隔离开关也称刀闸，不能用来开断负荷电流和短路电流。在配电装置 中，主要用来在检修设备时形成可见的空气绝缘间隔。在等电位时可作为操作电器，有时也可切断小电流。 根据最大长期工作电流，查《电力工程电气设备手册》790页，表5-2-9选型隔离开关，其技术数据如下表所示: 隔离开关安装地点计算数据与隔离开关技术数据比较如下表所示: 表7-8计算数据与隔离开关参数比较 计算数据 UN Imax ish 60kV 126.3 8.16kA 的参数 - 23 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 经上表数据比较可知，所选型隔离开关满足要求。 7.3 互感器的选择 7.3.1电压互感器的选择 电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造形式、准确度级以及按副边负载选择。 根据《电力工程电气设计手册》P250型式选择规定: 6,20KV配电装置一般采用油浸绝缘结构。在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器。 三相三柱式接线图无开口三角形。此种接线不能用于供电绝缘检查电压表，不 允许将电压互感器高压侧中性点接地。由于10KV为中性点不接地系统，电压互感器除供测量仪表外，还用来作为电网对地绝缘监视，因此本次设计10KV侧采用JSJB--10型三相五柱式电压互感器。其主二次绕组Y型接线用于测量、继电器的电压线圈，开口三角形构成零序电压滤过器，用于绝缘检查，其接线如图所示: 经过选择，60kV侧电压互感器为JCC5—60，10kV母线电压互感器为JSZW--10型。 - 24 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 (注:由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，因此不需要校验动稳定与热稳定。) 电压互感器型号如下: JCC5-60型电压互感器: JSJB-10型电压互感器: J--电压互感器; J--电压互感器; C--串级绝缘形式; S--三相 C—瓷箱式; J--油浸式; 5—设计序号; B--带补偿绕组; 60-额定电压(kV)。 10--额定电压(kV)。 7.3.2 电流互感器的选择 电流互感器的选择应根据电压等级和电流互感器安装处的最大长期工作电流进行选择。 7.3.2.1 60KV侧电流互感器的选择 (1)根据电压等级和电流互感器安装处最大长期工作电流 ，查《电力工程电气设备手册》484页，表3-1-1，选用 L型电流互感器，将型电流互感器安装于变压器回路 和桥形回路。其技术数据如下表所示: 表7-10 LCWD-60型电流互感器参数 (2)动稳定校验 - 25 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 动稳定校验合格。 (3)热稳定校验 即，热稳定校验合格。 故所选电流互感器满足要求。 7.3.2.2 10KV侧电流互感器的选择 (1)10KV侧电流互感器根据安装地点的最大长期工作电流，和进行选择，经查《电力工程电气设备手册》524页，表3-1-24和532页，表3-1-29，选用型电流互感器用于 变压器和母联回路，其额定电流比为5。选用型电流互感器用于不同的馈出线上，其额定电流比为5。 两种电流互感器的技术数据如下表所示: 2 2 (2)动稳定校验 型5的电流互感器 型5的电流互感器 - 26 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 故两种电流互感器动稳定校验均合格。 (3)热稳定校验 型5的电流互感器 即，热稳定校验合格。 型5的电流互感器 2 2 即，热稳定校验合格。 故所选用的两种电流互感器满足要求。 2 2 7.4避雷器的选择 FZ系列普通阀式避雷器，用于保护相应额定电压的交流变、配电设备 的绝缘，以免受大气过电压的损害。 FS系列避雷器用于保护配电变压器和电缆头等电气设备免受大气过电压的损害。 避雷器只根据系统额定电压进行选择。本设计变电所60KV侧避雷器选用FZ—60型，10KV侧选用FS—10型避雷器。 - 27 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 FZ-60及FS-10避雷器型号含义: F—阀型避雷器; Z—电站用; S—变电所用; 60/10—额定电压(kV)。 7.5 高压开关柜的选择 ,35KV的电力系统中，作电能的接受、分配 6,35KV高压开关柜主要用于6 的通、断和监视及保护之用。 选择高压开关柜根据使用环境决定选户内还是户外型。根据开关柜数量的多少和可靠性的要求，确定使用固定式还是手车式开关柜。固定式开关柜价格便宜，对开关柜台数少的变电所尽量选用固定式开关柜。结合本变电所主接线方案，结合控制、计量、保护、信号等方面要求选择10KV侧开关柜，使设备的型号尽量作到统一。10KV侧的所有出线架空线选用一个型号的开关柜。本设计初选六种开关柜，分别为变压器10KV侧出线回路柜、分段母联回路柜、架空出线柜、所用变压器柜、电压互感器及避雷器柜、补偿电容器柜。 7.6母线的选择 母线起汇集和分配电能的作用。 35KV及以下变电所的各种高压配电装置的母线，主要采用硬母线和软母线两种型式，其中硬母线有铜、铝两种材料。根据《导体和电器选择设计技术规定》第7页第2.3.1条规定:20KV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形硬导体。 - 28 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 矩形导体的散热和机械强度与母线的布置方式有关。三相水平布置导体竖放与三相水平布置导体平放相比，前者散热较好，载流量大，但机械强度低，而后者情况正好相反。若三相导体垂直布置且导体竖放时，散热较好，载流量较大、机 械强度高，但配电装置的高度增加，安装困难，所以本变电所采用三相水平布置且导体平放。 对于60KV侧桥回路连线的选择，根据《供用电工程》P283的规定说明“除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下)按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济电流密度选择。” 按最大长期工作电流选择汇流母线 查《电力工程电气设计手册》340页，表8-2，选用矩形铝母线，水平放置。 经过计算，母线初选为63×6.3硬铝母线，平放。 7.6.1 热稳定校验 导体的最小允许截面应小于Smin才能满足热稳定要求，其由下式确定: CeqK (7-20) 式中 C--热稳定系数 集肤效应系数，由《电力工程电气设计手册》查得K=1.02; K-- --短路电流(kA); 。 teq--短路等值时间(S) 查《电力工程电气设计手册》340页，表8-12，得集肤效应系数 正常运行时导体的最高温度为: - 29 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 查《电力工程电气设计手册》337页，表8-9得9 C89 式中 C--热稳定系数 K--集肤效应系数，由《电力工程电气设计手册》查得K=1.02; --短路电流(kA); 。 teq--短路等值时间(S) 热稳定校验合格。 只要所选硬铝63×6.3的截面大于Smin即可认为满足热稳定校验。 7.6.2动稳定校验 各种形状的母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此母线应按弯曲情况进行应力计算，校验母线的动稳定。 按照母线在支持绝缘子上固定的形式，当跨数为2时，在电动力的作用下，母线所受的最大弯矩为: () (7-21) 式中 L--支持绝缘子间的跨距(m)。本设计取绝缘子的跨距为开关柜的 宽度:L=1.0m。 fph--单位长度母线上所受相间电动应力(N/m); 其可由下式求出: (7-22) 式中 ish--三相短路冲击电流(A); a--相间距离; - 30 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 --动态应力系数。 关于的说明: 为了避免导体产生危险的共振，对于重要的导体，应使其固有频率避开产生共振的频率范围。根据《电力工程电气设计手册》P342页中规定“对于单条母线和母线和母线组中的各单第母线其共振频率范围为35,135HZ;对于多条母线组及 ,155HZ;槽形和管形母线其共振频率范引下线的单条母线其共振频率范围为35 围为30,160HZ。”若固有频率在上述范围之外，可取β=1。若在上述范围之 mL (7-23) 式中 f--母线固有频率(HZ); Nf--频率系数; E--导体材料的弹性模量(pa); L--跨距(m); IX--导体断面二次矩(m4); m--导体单位长度的质量(kg/m)。 母线最大相间计算应力为: (MPa) (7-24) W--母线对垂直于作用力方向轴的截面系数(也称抗弯矩)。本设计中所选矩形母线为三相水平布置且平放，故W=bh2/6(mm2) 只要母线满足动稳定的条件即可认为母线动稳定满足校验。 根据《高压成套开关设备》114页，图所示母线为平放，相间距为300mm，KYN3-10开关柜的宽度L=1000mm。 由《电力工程电气设计手册》332页，表8-1查得铝导体的最大允许应力为 ，密度为。 则单位长度母线的质量为: - 31 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 导体断面二次矩为: 当导体安装方式为两端固定时，跨数大于3，由《供用电工程》276页，表9-4查得频率系数。 母线固有频率为: 由《电力工程电气设计手册》342页查得“对于有引下线的单条母线其共振频率范围为35~155Hz”。可见f在此范围内，故由当页图8-6查得。 在短路电流作用下单位长度母线所受的最大相间应力为: 由于母线采用水平放置，其截面系数为:母线所受最大弯矩为: 母线最大相间计算应力为: -1得硬铝母线的允许应力为 查《电力工程电气设备手册》332页，表8 所以动稳定校验合格。 - 32 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 结论 本次毕业设计的题目是60kV变电站的初步设计。通过本次设计，从中得到了很大的收获。无论是对思考问题的方式，还是对知识掌握的程度都有很大的提高，给我在今后的工作中奠定了坚实的基础。 首先设计开始是熟悉变电所的原始资料，并进行分析，查阅各种相关资料。接着通过任务书中的负荷分配情况，根据经济电流密度法确定变电所的所有10kV出线的导线截面;根据总的有功负荷与无功负荷计算出变电所的功率因数，并选择静电电容器进行无功补偿，使其功率因数达到0.9以上，以提高电能质量和减少电能损耗;根据总的负荷确定变压器的容量及台数，并计算变电所高压侧的功率因数，是否满足设计变电所进入电网的要求;根据变电所的负荷情况以及进出线情况高低压侧分别选择两种主接线方案，在可靠性、经济性、灵活性等方面进行比较后高低压侧分别确定出一种方案;根据主接线形式，选择短路点，进行运行方式分析，得出最大运行方式;根据设备在最大运行方式下的短路电流及其它条件选择电气设备，包括:断路器的选择，隔离开关的选择，电压、电流互感器的选择、避雷器的选择和10kV侧高压开关柜的选择。 这次设计是大学期间的最后一次学习，也是大学入学以来最系统的一次对所学知识的理解和掌握，对所学的专业知识加深理解，在知识的实际应用上更加灵活，知识系统梳理的更加精致饱满，对变电所的设计知识有了更深刻的理解。 - 33 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 致谢 一个学期的毕业设计很多结束了，经过多次的修改，补充，增删，现在已基本成稿。此次设计能够完成，首先我要感谢的是我的指导老师朱东柏老师。朱老师渊博的知识，丰富的经验，认真严谨的治学作风使我深深受益，在我做毕业设计的整个过程中，朱老师给我了我很大的帮助，每当我的设计无法进行遇到困难时，朱老师总会为我们提供各种宝贵的意见，使得我的设计得以顺利进行，并按时间完成。其次还要感谢牡丹江电力设计院的各位领导和各位同事，他们也在设计过程中给我很大的帮助。我们共同讨论，一起攻克了许多难题。 光阴似箭，四年的大学生活即将结束了，在这里向这些年来培养我、教育我的各位老师致以深深的谢意。在这次大学的最后一次学习中，我学习到了更多的东西，巩固了以前的专业知识，相信对以后的工作会有更大的帮助。 - 34 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 - 35 - 西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置. 水利电力出版社, 1983 东北电力设计院.电力工程设计手册. 上海人民出版社, 1993 国际电力.中国电力 杂志社出版, 2004 丁锍山.变电所设计. 辽宁科学技术出版社, 1993 周文俊.电气 设备实用手册(上、下册).中国水利电力出版社, 1999 周泽存.高电压技术. 中 国电力出版社, 2003 范锡普.发电厂电气部分. 中国电力出版社, 2002 贺家李，宋 从矩.电力系统继电保护原理. 中国电力出版社, 2003 何仰赞,温增银 .电力系统 分析. 华中科技大学出版社, 2001 戈东方.电力工程电气设备手册(上、下册). 中 国电力出版社, 1989 黄益庄.变电站综合自动化技术. 中国电力出版社, 1999 董振亚.电力系统过电压保护.中国电力出版社, 1997 何仰赞,温增银.电力系统分 .变电站综合自动化技术. 中国电析(上册)(华中科技大学出版社, 2001 黄益庄 力出版社, 1999 朱子述.电力系统过电压.上海交通大学出版社, 1994 郑 忠.新 编工厂电气设备手册. 北京兵器工业出版社, 1994 N.R.Draper and H.smith.Applied Regression Analysis，wiley，New Yoek，2nd edu.1981. C.Berry.P.Hirsch and W.G.Tuel.Jr.Data base model for distribution Facilities,IEEE.Trans.PAS-101, 1982 M.H.J.Bollen,Understanding Power Quality Problems:Voltage Sags and Interruptions.Piscataway,NJ:IEEE Press, 1999. R.C.Dugan,M.F.McGranaghan,and H.W.Beaty,Electrical Power Systems Quality. New York:McGraw-Hill, 1996 C.Berry.P.HirschandW.N.Tuel.Jr.DataQualityProblems:VoltageSagsand Interruptions.Piscataway,NJ:IEEE Press, 1990 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录A - 36 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录B:外文资料翻译 1原文 TRANSFORMER 1. INTRODUCTION The high-voltage transmission was need for the case electrical power is to be provided at considerable distance from a generating station. At some point this high voltage must be reduced, because ultimately is must supply a load. The transformer makes it possible for various parts of a power system to operate at different voltage levels. In this paper we discuss power transformer principles and applications. 2. TWO-WINDING TRANSFORMERS A transformer in its simplest form consists of two stationary coils coupled by a mutual magnetic flux. The coils are said to be mutually coupled because they link a common flux. In power applications, laminated steel core transformers (to which this paper is restricted) are used. Transformers are efficient because the rotational losses normally associated with rotating machine are absent, so relatively little power is lost when transforming power from one voltage level to another. Typical efficiencies are in the range 92 to 99%, the higher values applying to the larger power transformers. The current flowing in the coil connected to the ac source is called the primary winding or simply the primary. It sets up the flux φ in the core, which varies periodically both in magnitude and direction. The flux links the second coil, called the secondary winding or simply secondary. The flux is changing; therefore, it induces a voltage in the secondary by electromagnetic induction in accordance with Lenz’s law. Thus the primary receives its power from the source while the secondary supplies this power to the load. This action is known as transformer action. - 37 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 3. TRANSFORMER PRINCIPLES When a sinusoidal voltage Vp is applied to the primary with the secondary open-circuited, there will be no energy transfer. The impressed voltage causes a small current Iθ to flow in the primary winding. This no-load current has two functions: (1) it produces the magnetic flux in the core, which varies sinusoidally between zero and component to account for the hysteresis and eddy current losses in the core. There combined losses are normally referred to as the core losses. The no-load current Iθ is usually few percent of the rated full-load current of the transformer (about 2 to 5%). Since at no-load the primary winding acts as a large reactance due to the iron core, the no-load current will lag the primary voltage by nearly 90º. It is readily seen that the current component Im= I0sinθ0, called the magnetizing current, is 90º in phase behind the primary voltage VP. It is this component that sets up the flux in the core; φ is therefore in phase with Im. The second component, Ie=I0sinθ0, is in phase with the primary voltage. It is the current component that supplies the core losses. The phasor sum of these two components represents the no-load current, or I0 = Im+ Ie It should be noted that the no-load current is distortes and nonsinusoidal. This is the result of the nonlinear behavior of the core material. If it is assumed that there are no other losses in the transformer, the induced voltage In the primary, Ep and that in the secondary, Es can be shown. Since the magnetic flux set up by the primary winding，there will be an induced EMF E in the secondary winding in accordance with Faraday’s law, namely, E=NΔφ/Δt. This same flux also links the primary itself, inducing in it an EMF, Ep. As discussed earlier, the induced voltage must lag the flux by 90º, therefore, they are 180º out of phase with the applied voltage. Since no current flows in the secondary winding, Es=Vs. The no-load primary current I0 is small, a few percent of full-load current. Thus the voltage in the primary is small and Vp is nearly equal to Ep. The primary voltage and the resulting flux are sinusoidal; thus the induced quantities Ep and Es vary as a sine function. The average value - 38 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 of the induced voltage given by change in flux in a given timeEavg given time which is Faraday’s law applied to a finite time interval. It follows that which N is the number of turns on the winding. Form ac circuit theory, the effective or root-mean-square (rms) voltage for a sine wave is 1.11 times the average voltage; thus E = 4.44fNφm Since the same flux links with the primary and secondary windings, the voltage per turn in each winding is the same. Hence Ep = 4.44fNpφm and Es = 4.44fNsφm where Ep and Es are the number of turn on the primary and secondary windings, respectively. The ratio of primary to secondary induced voltage is called the transformation ratio. Denoting this ratio by a, it is seen that a = EpNp = NsEs Assume that the output power of a transformer equals its input power, not a bad sumption in practice considering the high efficiencies. What we really are saying is that we are dealing with an ideal transformer; that is, it has no losses. Thus Pm = Pout or VpIp × primary PF = VsIs × secondary PF where PF is the power factor. For the above-stated assumption it means that the power factor on primary and secondary sides are equal; therefore VpIp = VsIs from which is obtained VpIpEp = ? ? a VsIsEs - 39 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 It shows that as an approximation the terminal voltage ratio equals the turns ratio. The primary and secondary current, on the other hand, are inversely related to the turns ratio. The turns ratio gives a measure of how much the secondary voltage is raised or lowered in relation to the primary voltage. To calculate the voltage regulation, we need more information. The ratio of the terminal voltage varies somewhat depending on the load and its power factor. In practice, the transformation ratio is obtained from the nameplate data, which list the primary and secondary voltage under full-load condition. When the secondary voltage Vs is reduced compared to the primary voltage, the transformation is said to be a step-down transformer: conversely, if this voltage is raised, it is called a step-up transformer. In a step-down transformer the transformation ratio a is greater than unity (a>1.0), while for a step-up transformer it is smaller than unity (a<1.0). In the event that a=1, the transformer secondary voltage equals the primary voltage. This is a special type of transformer used in instances where electrical isolation is required between the primary and secondary circuit while maintaining the same voltage level. Therefore, this transformer is generally knows as an isolation transformer. As is apparent, it is the magnetic flux in the core that forms the connecting link between primary and secondary circuit. In section 4 it is shown how the primary winding current adjusts itself to the secondary load current when the transformer supplies a load. Looking into the transformer terminals from the source, an impedance is seen which by definition equals Vp / Ip. From VpIpEp = ? ? a , we VsIsEs have Vp = aVs and Ip = Is/a.In terms of Vs and Is the ratio of Vp to Ip is aVsVpa2Vs = = Is/aIpIs But Vs / Is is the load impedance ZL thus we can say that Zm (primary) = a2ZL This equation tells us that when an impedance is connected to the secondary side, it appears from the source as an impedance having a magnitude that is a2 times its actual value. We say that the load impedance is reflected or referred to the - 40 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 primary. It is this property of transformers that is used in impedance-matching applications. 4. TRANSFORMERS UNDER LOAD The primary and secondary voltages shown have similar polarities, as indicated by the “dot-making” convention. The dots near the upper ends of the windings have the same meaning as in circuit theory; the marked terminals have the same polarity. Thus when a load is connected to the secondary, the instantaneous load current is in the direction shown. In other words, the polarity markings signify that when positive current enters both windings at the marked terminals, the MMFs of the two windings add. Since the secondary voltage depends on the core flux φ0, it must be clear that the flux should not change appreciably if Es is to remain essentially constant under normal loading conditions. With the load connected, a current Is will flow in the secondary circuit, because the induced EMF Es will act as a voltage sscreated it in the first place. Of course, this is Lenz’s law in action. Thus the MMF represented by NsIs tends to reduce the core flux φ0. This means that the flux linking the primary winding reduces and consequently the primary induced voltage Ep, This reduction in induced voltage causes a greater difference between the impressed voltage and the counter induced EMF, thereby allowing more current to flow in the primary. The fact that primary current Ip increases means that the two conditions stated earlier are fulfilled: (1) the power input increases to match the power output, and (2) the primary MMF increases to offset the tendency of the secondary MMF to reduce the flux. In general, it will be found that the transformer reacts almost instantaneously to keep the resultant core flux essentially constant. Moreover, the core flux φ0 drops very slightly between n o load and full load (about 1 to 3%), a necessary condition if Ep is to fall sufficiently to allow an increase in Ip. On the primary side, Ip’ is the current that flows in the primary to balance the demagnetizing effect of Is. Its MMF NpIp’ sets up a flux linking the primary only. Since the core flux φ0 remains constant. I0 must be the same current that - 41 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 energizes the transformer at no load. The primary current Ip is therefore the sum of the current Ip’ and I0. Because the no-load current is relatively small, it is correct to assume that the primary ampere-turns equal the secondary ampere-turns, since it is under this condition that the core flux is essentially constant. Thus we will assume that I0 is negligible, as it is only a small component of the full-load current. When a current flows in the secondary winding, the resulting MMF (NsIs) creates a separate flux, apart from the flux φ0 produced by I0, which links the secondary winding only. This flux does no link with the primary winding and is therefore not a mutual flux. In addition, the load current that flows through the primary winding creates a flux that links with the primary winding only; it is called the primary leakage flux. The secondary- leakage flux gives rise to an induced voltage that is not counter balanced by an equivalent induced voltage in the primary. Similarly, the voltage induced in the primary is not counterbalanced in the secondary winding. Consequently, these two induced voltages behave like voltage drops, generally called leakage reactance voltage drops. Furthermore, each winding has some resistance, which produces a resistive voltage drop. When taken into account, these additional voltage drops would complete the equivalent circuit diagram of a practical transformer. Note that the magnetizing branch is shown in this circuit, justified in that it is rarely necessary to predict transformer performance to such accuracies. Since the voltage drops are all directly proportional to the load current, it means that at no-load conditions there will be no voltage drops in either winding. - 42 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 2译文 变压器 1. 介绍 要从远端发电厂送出电能，必须应用高压输电。因为最终的负荷，在一些点高 电压必须降低。变压器能使电力系统各个部分运行在电压不同的等级。 2. 双绕组变压器 变压器的最简单形式包括两个磁通相互耦合的固定线圈。两个线圈之所以相互 耦合，是因为它们连接着共同的磁通。 在电力应用中，使用层式铁芯变压器( 从交流电源流入电流的一侧被称为变压器的一次侧绕组或者是原边。它在铁圈 中建立了磁通φ，它的幅值和方向都会发生周期性的变化。磁通连接的第二个绕 组被称为变压器的二次侧绕组或者是副边。磁通是变化的;因此依据楞次定律， 电磁感应在二次侧产生了电压。变压器在原边接收电能的同时也在向副边所带的 负荷输送电能。这就是变压器的作用。 3. 变压器的工作原理 当二次侧电路开路是，即使原边被施以正弦电压Vp，也是没有能量转移的。 外加电压在一次侧绕组中产生一个小电流Iθ。这个空载电流有两项功能:(1)在 铁芯中产生电磁通，该磁通在零和之间做正弦变化，φm是铁芯磁通的最 大值;(2)它的一个分量说明了铁芯中的涡流和磁滞损耗。这两种相关的损耗被 称为铁芯损耗。 变压器空载电流Iθ一般大约只有满载电流的2%—5%。因为在空载时，原边绕 组中的铁芯相当于一个很大的电抗，空载电流的相位大约将滞后于原边电压相位 90º。显然可见电流分量Im= I0sinθ0，被称做励磁电流，它在相位上滞后于原边 电压VP 90º。就是这个分量在铁芯中建立了磁通;因此磁通φ与Im同相。 第二个分量Ie=I0sinθ0，与原边电压同相。这个电流分量向铁芯提供用 - 43 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 于损耗的电流。两个相量的分量和代表空载电流，即 I0 = Im+ Ie 应注意的是空载电流是畸变和非正弦形的。这种情况是非线性铁芯材料造成的。 如果假定变压器中没有其他的电能损耗一次侧的感应电动势Ep和二次侧的感应电压Es可以表示出来。因为一次侧绕组中的磁通会通过二次绕组，依据法拉第电磁感应定律，二次侧绕组中将产生一个电动势E，即E=NΔφ/Δt。相同的磁通会通过原边自身，产生一个电动势Ep。正如前文中讨论到的，所产生的电压必定滞后于磁通90º，因此，它于施加的电压有180º的相位差。因为没有电流流过二次侧绕组，Es=Vs。一次侧空载电流很小，仅为满载电流的百分之几。因此原边电压很小，并且Vp的值近乎等于Ep。原边的电压和它产生的磁通波形是正弦形的;因此产生电动势Ep和Es的值是做正弦变化的。产生电压的平均值如下 给定时间NsEs 假设变压器输出电能等于其输入电能——这个假设适用于高效率的变压器。实际上我们是考虑一台理想状态下的变压器;这意味着它没有任何损耗。因此 - 44 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 Pm = Pout 或者 VpIp × primary PF = VsIs × secondary PF 这里PF代表功率因素。在上面公式中一次侧和二次侧的功率因素是相等的;因此 VpIp = VsIs 从上式我们可以得知 VpIpEp = ? ? a VsIsEs 它表明端电压比等于匝数比，换句话说，一次侧和二次侧电流比与匝数比成反比。匝数比可以衡量二次侧电压相对于一次恻电压是升高或者是降低。为了计算电压，我们需要更多数据。 终端电压的比率变化有些根据负载和它的功率因素。实际上, 变比从标识牌数据获得, 列出在满载情况下原边和副边电压。 当副边电压Vs相对于原边电压减小时，这个变压器就叫做降压变压器。如果这个电压是升高的，它就是一个升压变压器。在一个降压变压器中传输变比a远大于1(a>1.0)，同样的，一个升压变压器的变比小于1(a<1.0)。当a=1时，变压器的二次侧电压就等于起一次侧电压。这是一种特殊类型的变压器，可被应用于当一次侧和二次侧需要相互绝缘以维持相同的电压等级的状况下。因此，我们把这种类型的变压器称为绝缘型变压器。 显然，铁芯中的电磁通形成了连接原边和副边的回路。在第四部分我们会了解到当变压器带负荷运行时一次侧绕组电流是如何随着二次侧负荷电流变化而变化的。 从电源侧来看变压器，其阻抗可认为等于Vp / Ip。从等式 VpIp = ? VsIs Ep ? a中我们可知Vp = aVs并且Ip = Is/a。根据Vs和Is，可得Vp和Ip的Es 比例是 aVsVpa2Vs = = Is/aIpIs 但是Vs / Is 负荷阻抗ZL，因此我们可以这样表示 Zm (primary) = a2ZL 这个等式表明二次侧连接的阻抗折算到电源侧，其值为原来的a2倍。我们 - 45 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 把这种折算方式称为负载阻抗向一次侧的折算。这个公式应用于变压器的阻抗匹配。 4. 有载情况下的变压器 一次侧电压和二次侧电压有着相同的极性，一般习惯上用点记号表示。如果点号同在线圈的上端，就意味着它们的极性相同。因此当二次侧连接着一个负载时，在瞬间就有一个负荷电流沿着这个方向产生。换句话说，极性的标注可以表明当电流流过两侧的线圈时，线圈中的磁动势会增加。 因为二次侧电压的大小取决于铁芯磁通大小φ0，所以很显然当正常情况下负载电势Es没有变化时，二次电压也不会有明显的变化。当变压器带负荷运行时，将有电流Is流过二次侧，因为Es产生的感应电动势相当于一个电压源。二次侧电流产生的磁动势NsIs会产生一个励磁。这个磁通的方向在任何一个时刻都和主磁通反向。当然，这是楞次定律的体现。因此，NsIs所产生的磁动势会使主磁通φ0减小。这意味着一次侧线圈中的磁通减少，因而它的电压Ep将会增大。感应电压的减小将使外施电压和感应电动势之间的差值更大，它将使初级线圈中流过更大的电流。初级线圈中的电流Ip的增大，意味着前面所说明的两个条件都满足:(1)输出功率将随着输出功率的增加而增加(2)初级线圈中的磁动势将增加，以此来抵消二次侧中的磁动势减小磁通的趋势。 总的来说，变压器为了保持磁通是常数，对磁通变化的响应是瞬时的。更重要的是，在空载和满载时，主磁通φ0的降落是很少的(一般在)1至3%。其需要的条件是E降落很多来使电流Ip增加。 在一次侧，电流Ip’在一次侧流过以平衡Is产生的影响。它的磁动势NpIp’只停留在一次侧。因为铁芯的磁通φ0保持不变，变压器空载时空载电流I0必定会为其提供能量。故一次侧电流Ip是电流Ip’与I0’的和。 因为空载电流相对较小，那么一次侧的安匝数与二次侧的安匝数相等的假设是成立的。因为在这种状况下铁芯的磁通是恒定的。因此我们仍旧可以认定空载电流I0相对于满载电流是极其小的。 当一个电流流过二次侧绕组，它的磁动势(NsIs)将产生一个磁通，于空载电流I0产生的磁通φ0不同，它只停留在二次侧绕组中。因为这个磁通不流过一次侧绕组，所以它不是一个公共磁通。 另外，流过一次侧绕组的负载电流只在一次侧绕组中产生磁通，这个磁通被称为一次侧的漏磁。二次侧漏磁将使电压增大以保持两侧电压的平 - 46 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 衡。一次侧漏磁也一样。因此，这两个增大的电压具有电压降的性质，总称为漏电抗电压降。另外，两侧绕组同样具有阻抗，这也将产生一个电阻压降。把这些附加的电压降也考虑在内，这样一个实际的变压器的等值电路图就完成了。由于分支励磁体现在电流里，为了分析我们可以将它忽略。这就符我们前面计算中可以忽略空载电流的假设。这证明了它对我们分析变压器时所产生的影响微乎其微。因为电压降与负载电流成比例关系，这就意味着空载情况下一次侧和二次侧绕组的电压降都为零。 - 47 -