電力變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)的主要損耗

黨修占

摘要

為了滿足國(guó)內(nèi)與日俱增的電力能源消耗需求，電力系統(tǒng)開(kāi)始頻繁使用容量較大的高電壓變壓器，但是這些變壓器所使用的鐵芯材料容易引起過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象?；诖藛?wèn)題的發(fā)展現(xiàn)狀，本文首先分析導(dǎo)致電力變壓器產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的主要原因，以便在確定容易引發(fā)過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象出現(xiàn)的原因之后，針對(duì)性的展開(kāi)論述電力變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)產(chǎn)生的主要損耗，以期能夠?yàn)殛P(guān)注過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的人員提供一些技術(shù)層面的借鑒。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器 過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象 渦流損耗現(xiàn)象

在變壓器過(guò)勵(lì)磁的過(guò)程中，主磁通會(huì)開(kāi)始不斷的增加，使得鐵芯進(jìn)一步變得趨于飽和，在這種情況下漏磁通會(huì)不受控制的飛速增加。與此同時(shí)，若是漏磁通開(kāi)始從鐵芯或者結(jié)構(gòu)件的表面經(jīng)過(guò)，那么就會(huì)伴隨而產(chǎn)生的巨大的渦流損耗，這種渦流損耗情況會(huì)導(dǎo)致溫升持續(xù)升高，等到數(shù)值升高到一定程度時(shí)，變壓器的絕緣性能就很可能會(huì)遭到破壞，嚴(yán)重影響到變壓器設(shè)備的使用性能，因此要注意到勵(lì)磁損耗現(xiàn)象。

1 淺談電力變壓器產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象原因

1.1 電力變壓器開(kāi)關(guān)設(shè)置錯(cuò)誤

現(xiàn)如今電力系統(tǒng)所采用的電力變壓器，主要由飽和點(diǎn)磁通密度已經(jīng)超出了1.9T的冷軋硅鋼片材質(zhì)組成，一般情況下并不會(huì)產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁的現(xiàn)象，但是在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中總是會(huì)受到各種因素的影響。像是在進(jìn)行變壓器維護(hù)檢修的時(shí)候，通常需要將變壓器的分接開(kāi)關(guān)調(diào)到最小，但若是在檢修之后忘記重新調(diào)整開(kāi)關(guān)，在合閘之后就容易出現(xiàn)分接電壓的最小值低于電網(wǎng)預(yù)設(shè)電壓的情況，導(dǎo)致電力變壓器產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象。

1.2 從電網(wǎng)切除變壓器點(diǎn)電源

一般來(lái)說(shuō)升壓變壓器在電網(wǎng)上的運(yùn)行情況都比較穩(wěn)定，基本上不存在容易產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的誘發(fā)因素。但是不容忽視的一點(diǎn)是，如果工作人員選擇在電網(wǎng)上直接切斷升壓變壓器，就有可能直接導(dǎo)致過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的產(chǎn)生，而且如果在切斷操作之前勵(lì)磁本身保持著非常高的電壓，那么在切斷的過(guò)程中就會(huì)導(dǎo)致U/f值的迅速增加，甚至到達(dá)120%-135%這一區(qū)間，導(dǎo)致變壓器硅鋼片鐵芯的磁通密度大幅超出飽和點(diǎn)，就會(huì)增加變壓器產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的概率。

1.3 電力變壓器額定功率因素

電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)于電力變壓器在運(yùn)行時(shí)的額定電壓情況具有很高的要求，通常要確保電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，所產(chǎn)生的額定電壓頻率能夠穩(wěn)定保持在額定頻率范圍之下。反之而言，若是電力系統(tǒng)電感性負(fù)載的電壓數(shù)值沒(méi)有產(chǎn)生任何變化，并且電力系統(tǒng)的額定頻率持續(xù)穩(wěn)定的高于電力系統(tǒng)頻率的時(shí)候，若是電網(wǎng)的頻率有所降低，就會(huì)導(dǎo)致電力變壓器鐵芯上的主磁通迅速增加，引發(fā)過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的發(fā)生。再加上電力變壓器鐵芯的冷軋硅鋼片材質(zhì)，主要是以疊裝的方式安裝，容易導(dǎo)致過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象出現(xiàn)在接縫處。

2 淺談電力變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)的主要損耗

2.1 鐵芯中的主磁通引起的損耗

綜合電力系統(tǒng)目前的運(yùn)行情況來(lái)看，所使用的變壓器多數(shù)都具有較大的容量，選取的冷軋方向性硅鋼片主要是Z₁₀和Z₁₁兩種。通過(guò)觀察這兩種鋼片鐵芯中的主磁通所引起的實(shí)際損耗曲線示意圖，大致可以發(fā)現(xiàn)這兩種型號(hào)鋼片鐵芯的損耗曲線幾乎呈現(xiàn)出相同的走向。這證明了兩種硅鋼片的主磁通在鐵芯上所造成的損耗情況，整體上處于較為均勻的狀態(tài)，可以歸納為變壓器鐵芯所產(chǎn)生的每一處損耗的密度值之間具有相等的關(guān)系，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)變壓器所產(chǎn)生的每公斤鐵芯損耗情況會(huì)稍微高出硅鋼片所產(chǎn)生的每公斤損耗情況，當(dāng)過(guò)勵(lì)磁的倍數(shù)達(dá)到1.4時(shí)，主磁通鐵芯所產(chǎn)生的損耗情況甚至可能達(dá)到每公斤8W，基本已經(jīng)占到了變壓器額定運(yùn)行值的5.7倍之多。

2.2 在原邊繞組導(dǎo)體電阻的損耗

過(guò)勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)電力變壓器時(shí)，在原邊繞組導(dǎo)體電阻上所產(chǎn)生的損耗，能夠在過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)保持為一定數(shù)值的時(shí)候，與低頻率因素所引起的過(guò)勵(lì)磁損耗值保持一致。若是運(yùn)用f=f_x代表勵(lì)磁電流，那么能夠引起過(guò)勵(lì)磁電流的過(guò)電壓U=K。

根據(jù)過(guò)勵(lì)磁電流波形圖的走向特征，可以得知，那么在Z₁₀和Z₁₁兩種型號(hào)的硅鋼片的磁密值B_x達(dá)到1.7T的條件下，過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)K₀的數(shù)值應(yīng)該是1.12，這時(shí)能夠計(jì)算出有效過(guò)勵(lì)磁電流的公式應(yīng)該是合漏磁通的分布示意圖，可以運(yùn)用進(jìn)行本式的計(jì)算。對(duì)電壓的不斷升高，在原邊繞組導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的損耗會(huì)越來(lái)越大，在電抗值X達(dá)到20%以及過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)K取1.4時(shí)，能夠計(jì)算出I的數(shù)值為0.86，即過(guò)勵(lì)磁的電流已經(jīng)達(dá)到了額定電流數(shù)值的0.86倍，一定程度上不會(huì)加劇變壓器的升溫程度。

2.3 漏磁通在鐵芯表面渦流損耗

從專(zhuān)業(yè)角度來(lái)講，因漏磁通因素而導(dǎo)致變壓器鐵芯產(chǎn)生的渦流損耗情況，和主磁通在鐵芯中引起的損耗情況實(shí)則大不相同。主磁通主要是順著硅鋼片鐵芯的軸向產(chǎn)生渦流損耗，但是漏磁通卻是以垂直的姿態(tài)穿過(guò)鐵芯柱體的表面，這就使得漏磁通所產(chǎn)生的渦流損耗普遍集中于疊片的表層。另一方面來(lái)說(shuō)，漏磁通因素所導(dǎo)致的渦流損耗回路電阻數(shù)值，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于主磁通因素所導(dǎo)致的渦流損耗情況，但是在損耗情況高度集中的前提下，容易導(dǎo)致渦流損耗的密度不斷增加，繼而逐漸升高變壓器設(shè)備局部的溫度，最終影響到變壓器的使用性能。

2.4 漏磁通在繞組導(dǎo)線渦流損耗

通過(guò)上述分析能夠得知容易導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的因素較多，而且在過(guò)勵(lì)磁達(dá)到1.4倍階段的時(shí)候，過(guò)勵(lì)磁電流通常會(huì)在額定負(fù)載電流的0.86倍附近流動(dòng)，但是通常不會(huì)導(dǎo)致變壓器的溫度迅速升高。主磁通因素和漏磁通因素所導(dǎo)致的電力變壓器渦流損耗情況有所不同，在變壓器額定數(shù)值穩(wěn)定的情況下，漏磁通所產(chǎn)生的損耗占到變壓器整體損耗的7倍以?xún)?nèi)，主磁通則占到5.7倍左右，這也使得漏磁通產(chǎn)生的渦流損耗密度，最高甚至?xí)鲎儔浩黝~定密度值的千倍以上，最終處于3500W/kg左右，這時(shí)才會(huì)導(dǎo)致電力變壓器的局部區(qū)域快速升溫，加劇漏磁通在繞組導(dǎo)線附近產(chǎn)生的渦流損耗程度。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，容易引發(fā)電力變壓器出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象的原因非常多，并且不同原因所導(dǎo)致的過(guò)勵(lì)磁損耗現(xiàn)象也是多種多樣，但都無(wú)一例外會(huì)影響到電力變壓器設(shè)備的實(shí)際使用性能。若是電力變壓器的鐵芯產(chǎn)生了過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象，很大程度會(huì)進(jìn)一步加劇變壓器設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音危害，這時(shí)雜散的磁通幾乎難以經(jīng)過(guò)主磁路，久而久之容易導(dǎo)致變壓器設(shè)備結(jié)構(gòu)件的損耗程度加大，亟待采取技術(shù)手段解決。

參考文獻(xiàn)

[1]張勇.電力變壓器保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].電子測(cè)試，2017（12）：95-96.