電力變壓器設計計算是電力工程中的核心環節，需綜合考慮電氣性能、熱性能、機械強度及經濟性等多方面因素。以下從設計原則、關鍵參數計算、結構與材料選擇等方面展開說明：

　　一、設計原則與流程

　　基本原則

　　滿足負載需求：根據負載容量、功率因數及負荷特性確定變壓器容量，通常負荷率取80%~85%。

　　確保絕緣性能：根據額定電壓選擇合適的絕緣材料和結構，滿足雷電沖擊、操作沖擊等絕緣要求。

　　優化熱性能：通過損耗計算和散熱設計，確保變壓器在額定負載下溫升不超過限值。

　　提升機械強度：對鐵芯、繞組、油箱等部件進行機械強度校核，滿足運輸和運行中的振動、沖擊要求。

　　設計流程

　　收集基礎數據：額定電壓、容量、負載特性、環境條件等。

　　確定核心參數：匝數比、繞組材料、鐵芯結構等。

　　進行熱設計與絕緣設計：計算損耗、選擇散熱方式，設計絕緣結構。

　　結構設計與機械強度校核：優化結構尺寸，校核機械強度。

　　短路與過載能力計算：評估短路電流和過載情況下的熱穩定性。

　　電磁兼容性設計：采取電磁屏蔽和諧波抑制措施。

　　二、關鍵參數計算

　　匝數比計算

　　根據輸入輸出電壓要求，計算高壓繞組與低壓繞組的匝數比：

　　k=V1V2復制代碼其中，$k$為變比，$V_1$為輸入電壓，$V_2$為輸出電壓。

　　2. 繞組電流計算

　　根據容量和電壓計算額定電流：

　　I=3?US復制代碼其中，$S$為容量(kVA)，$U$為線電壓(kV)。

　　3. 損耗與效率計算

　　鐵損：由鐵芯材料和磁通密度決定，需通過實驗或查表獲取。

　　銅損：由繞組電阻和電流決定，計算公式為：

　　Pcu=I2?R效率：

　　η=P2+Pfe+PcuP2×100%復制代碼其中，$P_2$為輸出功率，$P_{\text{fe}}$為鐵損，$P_{\text{cu}}$為銅損。

　　4. 溫升計算

　　根據損耗和散熱條件，計算繞組和鐵芯的溫升，確保不超過絕緣材料的允許值。

　　三、結構與材料選擇

　　鐵芯設計

　　材料：選用高導磁率、低損耗的硅鋼片，如0.23mm或0.27mm厚度的冷軋取向硅鋼片。

　　結構：采用心式或殼式結構，優化疊片方式以減少接縫損耗。

　　繞組設計

　　材料：高壓繞組采用銅線或鋁線，低壓繞組采用銅箔或鋁箔。

　　結構：采用層式或餅式繞組，根據電壓等級和容量選擇合適的絕緣等級。

　　絕緣設計

　　主絕緣：采用油紙絕緣或環氧樹脂絕緣，確保繞組與鐵芯、繞組之間的絕緣強度。

　　縱絕緣：采用油道或絕緣紙板，確保繞組層間絕緣。

　　油箱與冷卻系統

　　油箱：采用焊接結構，確保密封性，防止油泄漏。

　　冷卻系統：根據容量選擇自然冷卻、強迫油循環風冷(ONAF)或強迫油循環水冷(OFWF)等方式。

　　四、短路與過載能力

　　短路電流計算

　　根據系統短路容量和變壓器阻抗，計算短路電流：

　　Isc=3?U?Z%Ssc復制代碼其中，$S_{\text{sc}}$為系統短路容量(MVA)，$Z\%$為變壓器短路阻抗。

　　2. 過載能力評估

　　分析變壓器在過載情況下的熱穩定性，確定允許的過載倍數和時間。

　　五、電磁兼容性

　　電磁屏蔽

　　采用屏蔽罩或屏蔽層，減少電磁輻射對周圍環境的影響。

　　諧波抑制

　　設計濾波電路，抑制諧波對變壓器性能的影響。

　　六、設計優化與評估

　　多方案比較

　　對不同設計方案進行技術經濟比較，選擇最優方案。

　　仿真與試驗

　　利用電磁場仿真軟件進行性能分析，通過型式試驗驗證設計參數。

　　七、實例計算示例

　　假設設計一臺110kV/10.5kV、容量為63MVA的電力變壓器：

　　匝數比計算

　　k=10.5110≈10.48額定電流計算

　　高壓側：

　　I1=3?11063000≈331A低壓側：

　　I2=3?10.563000≈3464A短路阻抗計算

　　假設短路阻抗為10.5%，則短路電流為：

　　Isc=3?10.5?0.10563000≈3300A損耗與效率計算

　　假設鐵損為20kW，銅損為100kW，則效率為：

　　η=63000+20+10063000×100%≈99.84%八、注意事項

　　環境條件

　　考慮海拔高度、環境溫度、濕度等因素對變壓器性能的影響。

　　標準與規范

　　遵循GB、IEC等相關標準，確保設計符合安全與性能要求。

　　經濟性

　　在滿足性能要求的前提下，優化材料和結構設計，降低制造成本。

　　電力變壓器設計計算需綜合考慮多方面因素，通過科學計算和優化設計，確保變壓器在各種運行條件下安全、可靠、高效地運行。