磁屏蔽對(duì)電力變壓器磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)的影響探究

時(shí)圣雨

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司，山東 菏澤 274200）

為了可以減少漏磁現(xiàn)象的發(fā)生，保證電力變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性，就需要充分發(fā)揮磁屏蔽的作用，合理設(shè)計(jì)、選擇應(yīng)用磁屏蔽的方案、型號(hào)?；谶@樣的方式，能夠有效對(duì)漏磁磁路的運(yùn)行進(jìn)行規(guī)范，減少電力變壓器中各個(gè)構(gòu)件的損耗，節(jié)能降耗。

1 磁屏蔽對(duì)電力變壓器磁場(chǎng)的影響

1.1 位置差異

在分析過(guò)程中，本文從水平位移、角度旋轉(zhuǎn)兩方面入手，分析磁屏蔽位置構(gòu)件的差異對(duì)電力變壓器磁場(chǎng)的影響：首先，從水平位移的角度分析。在安裝磁屏蔽以后，其位置對(duì)電力變壓器的磁場(chǎng)、磁屏蔽的效果都會(huì)產(chǎn)生直接的影響，所以在試驗(yàn)中將磁屏蔽向同一個(gè)方向水平移動(dòng)不同的距離，以此來(lái)分析磁屏蔽安裝位置差異電力變壓器磁場(chǎng)的影響。具體來(lái)說(shuō)，在移動(dòng)方向相同的條件下，移動(dòng)距離、結(jié)果為：（1）水平移動(dòng)4毫米，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為1.206。（2）水平移動(dòng)5毫米，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為1.210。（3）水平移動(dòng)10毫米，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為1.230。（4）水平移動(dòng)20毫米，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為1.233。由此可以看出，鐵軛、芯柱之間所接觸的漏磁較大，就會(huì)增加磁屏蔽的感應(yīng)強(qiáng)度，在移動(dòng)距離逐漸加大的情況下，就會(huì)有更多的磁通進(jìn)入磁屏蔽中，從而增加感應(yīng)強(qiáng)度。其次，從角度旋轉(zhuǎn)的角度分析。旋轉(zhuǎn)磁屏蔽以后，電力變壓器中的很多構(gòu)件能耗就會(huì)明顯減小，而角度的大小與損耗具有反比關(guān)系。究其原因。磁屏蔽會(huì)將很多漏磁吸收，減少磁感應(yīng)的強(qiáng)度，進(jìn)而降低損耗，但是這樣的現(xiàn)象就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建溫度升高。

1.2 厚度差異

實(shí)際上，磁屏蔽的使用效果與其自身的厚度具有密切關(guān)系。具體而言，如果其他的因素條件保持不變，僅僅增加磁屏蔽的厚度，那么進(jìn)入到磁屏蔽中的漏磁也會(huì)發(fā)生變化。在試驗(yàn)的過(guò)程中，需要重視上側(cè)磁屏蔽與上鐵軛、下鐵軛之間的距離，確保其不發(fā)生任何變化，并將試驗(yàn)分為以下幾種情況：（1）磁屏蔽的厚度為50毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.502，而平均值為0.299。（2）磁屏蔽的厚度為60毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.517，而平均值為0.315。（3）磁屏蔽的厚度為70毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.520，而平均值為0.3080。（4）磁屏蔽的厚度為80毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.528，而平均值為0.322。（5）磁屏蔽的厚度為90毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.555，而平均值為0.327。（6）磁屏蔽的厚度為100毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.615，而平均值為0.338。（7）磁屏蔽的厚度為150毫米，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為0.615，而平均值為0.354。

由此能夠發(fā)現(xiàn)，在磁屏蔽厚度不斷增加的條件下，其感應(yīng)強(qiáng)度的值也會(huì)不斷增加，其原因就是由于更大的厚度能夠吸收更多的漏磁，強(qiáng)化磁屏蔽的性能，所以工作人員需要結(jié)合實(shí)際確定磁屏蔽的厚度，保證電力變壓器能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 材質(zhì)差異

目前，磁屏蔽的最佳材質(zhì)為非晶態(tài)合金，其具有較強(qiáng)的磁性能，但是很多工作人員依然會(huì)選擇傳統(tǒng)的材質(zhì)作為磁屏蔽的主要材料。結(jié)合磁場(chǎng)大小之間的差異，可以將磁屏蔽的材質(zhì)分為低頻、高頻兩種性質(zhì)的材料，以高頻磁場(chǎng)為例，很容易在運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)生渦流，基本上均以鋁、銅作為導(dǎo)體，而低頻磁場(chǎng)的材質(zhì)基本上都是以坡莫合金、電磁軟鐵、電磁鋼板等作為材料。在本文的分析中，基于油箱磁屏蔽的條件，分別使用電工鐵、硅鋼片、低頻銅材料、坡莫合金、低頻鋁材料作為磁屏蔽的材質(zhì)，并結(jié)合材質(zhì)與計(jì)算公式、模型等，對(duì)材質(zhì)差異對(duì)磁場(chǎng)的影響進(jìn)行分析，最終的分析結(jié)果為：（1）以坡莫合金、電工鐵、硅鋼片為材質(zhì)的磁屏蔽，其對(duì)磁場(chǎng)的影響具有明顯的相似性。（2）以磁屏蔽構(gòu)件磁感應(yīng)強(qiáng)度最大處為立足點(diǎn)進(jìn)行分析，如果電導(dǎo)率的運(yùn)行相同，那么以電工鐵為材質(zhì)的磁屏蔽效果明顯優(yōu)于硅鋼片的效果，同時(shí)以硅鋼片為材質(zhì)的磁屏蔽。其效果明顯優(yōu)于坡莫合金的效果。所以，影響磁屏蔽材料效果的主要因素就是磁導(dǎo)率。

2 磁屏蔽對(duì)電力變壓器溫度場(chǎng)的影響

2.1 溫升限值

為了確保電力變壓器能夠穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)部門以電力變壓器的壽命為基礎(chǔ)，對(duì)于溫升進(jìn)行了明確的規(guī)定。其中最為主要的工作就是對(duì)最大溫升、平均溫升進(jìn)行區(qū)分：（1）最大溫升就是繞組、油在最熱處產(chǎn)生的溫升。（2）平均溫升則是全部繞組、油的平均溫升。規(guī)定的內(nèi)容為：在環(huán)境溫度為20攝氏度的條件下，最熱溫度不能超過(guò)98攝氏度?；诒疚牡脑囼?yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，磁屏蔽對(duì)于電力變壓器溫度場(chǎng)的溫升的影響分為以下幾種情況：①在自然油循環(huán)方式的條件下，變壓器繞組的最熱點(diǎn)會(huì)高于平均值18攝氏度，也就是說(shuō)在額定負(fù)載的基礎(chǔ)上，平均繞組溫度為80攝氏度，而平均溫升即為80-20=60攝氏度。②在導(dǎo)向性強(qiáng)迫循環(huán)的條件下，變壓器繞組的最熱點(diǎn)會(huì)高于平均值8攝氏度，也就是說(shuō)在額定負(fù)載的基礎(chǔ)上，平均繞組溫度為90攝氏度，而平均溫升即為90-20=70攝氏度。因此，平均油浸型繞組的溫升為65攝氏度，加之水溫的平均值為25攝氏度，年平均的空氣溫度等于20攝氏度，而最高為40攝氏度，那么當(dāng)電力變壓器中油的溫度超過(guò)95攝氏度以后，其運(yùn)行的穩(wěn)定性將會(huì)顯著惡化，對(duì)此將油溫設(shè)定在55攝氏度以下。

2.2 散熱系數(shù)

對(duì)于穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)而言，計(jì)算散熱系數(shù)的精準(zhǔn)性是工作的關(guān)鍵內(nèi)容，由于鐵芯在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生很多的損耗，繞組的電損耗也較大，因此鐵芯、繞組都是升溫的熱源。同時(shí)，這兩部分熱源基本上都是以流換熱的方式將熱量傳遞給油，而油在這一過(guò)程之后，就會(huì)將熱量傳遞給箱壁，最終散在空氣之中，實(shí)現(xiàn)冷卻變壓器的主要目的。除此之外，由于磁屏蔽的構(gòu)件、拉板均位于電力變壓器的高漏磁區(qū)域中，所以在計(jì)算的過(guò)程中并不能將其忽略。在本文的分析中，其鐵芯與拉板在豎直的方向上相互靠近，而夾件則主要位于水平位置，其中的一面與油接觸，另一面則與拉板接觸。受上下油溫差異的影響，磁屏蔽結(jié)構(gòu)件所產(chǎn)生的散熱效果也存在明顯的差異，需要通過(guò)水平平面散熱、豎直平面散熱兩種系數(shù)進(jìn)行計(jì)算：（1）水平散熱系數(shù)。上表面油溫的散熱為：h=1.076（Gr×Pr）1/6λ/l；下表面油溫的散熱為：h=0.747（Gr×Pr）1/6λ/l。（2）豎直散熱系數(shù)。在104＜Gr＜3×109時(shí)，h=0.59（Gr×Pr）0.25λ/l； 在 3×109＜ Gr＜ 2×1010時(shí)，h=0.0292（Gr×Pr）0.39λ/l；在 Gr＞ 2×1010時(shí)，h=0.11（Gr×Pr）1/3λ/l。最終，在 6.37×105＜ Gr＜1.12×108時(shí)，Nu=0.747（Gr×Pr）1/6。結(jié)合這部分散熱系數(shù)的計(jì)算公式，在文章中電力變壓器溫度變化的基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)部門對(duì)于變壓器溫度計(jì)算的相關(guān)規(guī)定，能夠計(jì)算出變壓器各個(gè)部分精準(zhǔn)的散熱系數(shù)。

2.3 計(jì)算結(jié)果

在本文的分析中，其基本條件為：在磁屏蔽中損耗呈現(xiàn)平均分布的趨勢(shì)；油的流速與電力變壓器發(fā)熱不存在關(guān)系，而其實(shí)際散熱的系數(shù)僅僅與油層溫度有著密切的關(guān)系，即溫度存在差異，散熱的系數(shù)也會(huì)產(chǎn)生差異。結(jié)合這些條件，將磁屏蔽安裝在電力變壓器中，鐵芯所具有的磁場(chǎng)沒(méi)有明顯的變化，此時(shí)夾件、拉板之間的溫度變化則逐漸加大；在同一平面之上，溫度之間的差異逐漸減小，甚至趨于均勻，而夾件、拉板的溫度發(fā)生明顯的變化。究其原因，主要是因?yàn)閵A件、拉板與磁屏蔽之間的距離較小，能夠有效降低二者的損耗，從而使其溫度均有所下降。

在試驗(yàn)中，鐵芯與各個(gè)構(gòu)件所處的環(huán)境溫度為40攝氏度，而在安裝磁屏蔽之前，夾件、拉板的溫升相對(duì)較高，無(wú)法滿足電力變壓器的運(yùn)行需求，甚至還存在損壞絕緣構(gòu)件的風(fēng)險(xiǎn)。與之相比，在安裝磁屏蔽以后，溫度場(chǎng)的整體分布更加均勻，同時(shí)局部過(guò)熱的現(xiàn)象在不斷減弱，最熱點(diǎn)的溫度值也在逐漸減小，平均溫升在逐漸降低。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，磁屏蔽對(duì)于電力變壓器磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)均有著明顯的正面影響，因此相關(guān)人員需要將其合理的影響在電力變壓器的運(yùn)行中。以此為基礎(chǔ)，磁屏蔽有效減少了變壓器運(yùn)行中各個(gè)構(gòu)件的損耗，并將其溫度控制在合理的范圍內(nèi)，符合相關(guān)部門的規(guī)定。所以，工作人員可以將磁屏蔽安裝在電力變壓器之中。