電力變壓器磁屏蔽結(jié)構(gòu)對磁場和溫度場的影響

夏明

摘? 要：電力變壓器對輸電網(wǎng)絡(luò)中的電壓高低和穩(wěn)定都至關(guān)重要，為了改變溫升等問題對變壓器工作效率、質(zhì)量的影響，我們引入了磁屏蔽這一手段，并且通過分析磁屏蔽對電力變壓器的磁場的影響，分析不同位置，不同厚度的磁屏蔽對溫升的影響，散熱系數(shù)的區(qū)別，仔細(xì)探究磁屏蔽對電力變壓器溫升的具體影響，對電力變壓器設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，降低不利影響，完善電力變壓器設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：磁屏蔽;電力變壓器;磁場;溫升

中圖分類號(hào)：TM41? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 不同磁屏蔽結(jié)構(gòu)帶給電力變壓器磁場的影響

1.1 不同磁屏蔽材質(zhì)帶來的影響

在現(xiàn)代變壓器制造行業(yè)中，電工鐵、硅鋼片、低頻銅屏蔽等材質(zhì)是磁屏蔽優(yōu)選材料。磁屏蔽材料分為低頻材料和高頻材料，在高頻磁場當(dāng)中，變壓器外殼更容易發(fā)生渦流現(xiàn)象，大部分使用銅作為屏蔽材料;在低頻磁場當(dāng)中，由于渦流現(xiàn)象不易發(fā)生，因此多選用坡莫合金、電磁鋼板等作為磁屏蔽材料?；谟拖浯牌帘蔚臈l件，分別使用硅鋼片、電工鐵、低頻銅材料、坡莫合金材料作為磁屏蔽的材質(zhì)，結(jié)合計(jì)算模型，分析相同磁場狀態(tài)下不同材質(zhì)對磁場的不同影響。

使用硅鋼片、電工鐵、坡莫合金材料作為磁屏蔽的材質(zhì)，對磁場的影響比較類似，電工鐵材質(zhì)的磁屏蔽比硅鋼片材質(zhì)的磁屏蔽效果更好。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，而以硅鋼片為材質(zhì)的磁屏蔽比坡莫合金材質(zhì)的磁屏蔽效果更好。可見，材質(zhì)磁導(dǎo)率不同的磁屏蔽效果也不相同，是磁影響屏蔽效果的重要因素。

1.2 磁屏蔽布置位置上的差異

磁屏蔽的布置位置主要分為水平位置和相對角度位置。我們可以將磁屏蔽在同一個(gè)方向上水平移動(dòng)，不同距離所得到的結(jié)果也不相同，當(dāng)水平移動(dòng)距離為5 mm時(shí)，磁感強(qiáng)度最大值是1.205，水平移動(dòng)為6 mm時(shí)，磁感強(qiáng)度最大值是1.208，水平移動(dòng)距離為10 mm時(shí)，磁感強(qiáng)度最大值為1.228，當(dāng)水平移動(dòng)距離為20 mm時(shí)，磁感強(qiáng)度為1.231。所以說磁屏蔽中磁通的大小與鐵芯當(dāng)中漏磁量有一定的關(guān)系，當(dāng)移動(dòng)的距離越大時(shí)，磁屏蔽當(dāng)中的磁通就會(huì)越多，感應(yīng)強(qiáng)度越大。

從磁屏蔽角度旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，當(dāng)磁屏蔽旋轉(zhuǎn)之后，變壓器本身的能耗會(huì)減小，角度旋轉(zhuǎn)越大，能耗越低。這主要是因?yàn)榇牌帘卧谛D(zhuǎn)之后會(huì)吸收漏磁，磁感應(yīng)降低，因此損耗較小，但是這樣會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的溫度升高。

1.3 磁屏蔽厚度對變壓器工頻磁場的影響

磁屏蔽的厚度和其使用后的效果有著很密切的關(guān)系，磁屏蔽的厚度和進(jìn)入其中的漏磁也會(huì)發(fā)生變化。在保證其余位置磁屏蔽不變的情況下，磁屏蔽當(dāng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁屏蔽厚度之間的關(guān)系如圖1所示。

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，磁屏蔽的厚度與感應(yīng)強(qiáng)度是正相關(guān)的關(guān)系。這主要是因?yàn)楹穸仍酱舐┐诺奈赵蕉?，屏蔽性能越好。所以說設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要決定磁屏蔽的設(shè)計(jì)厚度，保證電力變壓器的設(shè)計(jì)質(zhì)量的完好性。

2 電力變壓器磁屏蔽結(jié)構(gòu)對其溫度場的影響

2.1 改變結(jié)構(gòu)件散熱系數(shù)

變壓器器身在正常運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)很多損耗，大多以熱量形式散失，所以說變壓器的鐵芯和線圈都是變壓器溫升的發(fā)源地。鐵芯和繞組所產(chǎn)生的熱量會(huì)通過冷卻油以熱傳遞的方式進(jìn)行散熱，并且實(shí)現(xiàn)最終整個(gè)冷卻系統(tǒng)的散熱。根據(jù)傳熱學(xué)理論，2個(gè)平行平面距離是x，面積是S，2個(gè)平面的溫度分別為θ1和θ2，且θ1>θ2，依靠熱傳導(dǎo)傳遞的熱量是Q，那么計(jì)算公式為：

而磁屏蔽大多位于箱壁部位，鐵芯夾件拉板位置一面是與冷卻油接觸，另外一面是與拉板接觸，因此散熱也不相同。在油浸式電力變壓器當(dāng)中上下部位的油溫也不完全相同，計(jì)算水平散熱系數(shù)計(jì)算公式為：

經(jīng)過詳細(xì)地計(jì)算，并引入上述公式，可以計(jì)算出變壓器某一部位的散熱系數(shù)。

2.2 影響溫度場溫升限制

溫升是變壓器某個(gè)部件和冷卻介質(zhì)溫度之差，變壓器絕緣所處的溫度允許極限影響變壓器的設(shè)計(jì)和成本。按照標(biāo)準(zhǔn)GB 1094.1—1996《電力變壓器? 第一部分：總則》第1.2.1條所規(guī)定的環(huán)境溫度和冷卻介質(zhì)溫度是當(dāng)海拔高度不超過1 000 m時(shí)，最高氣溫+40 ℃，最熱月平均溫度+30 ℃，最熱年平均溫度+20 ℃，最低溫度-25 ℃（戶外變壓器），最低氣溫-5 ℃（室內(nèi)變壓器），水冷卻器入水口最高溫度+25 ℃。當(dāng)適用場所海拔超過1 000 m時(shí)，試驗(yàn)場地低于1 000 m時(shí)，繞組溫升限值按照每增加400 m降低1 K，風(fēng)冷為每升高250 m降低1 K。當(dāng)自然油循環(huán)過程中變壓器繞組的最熱點(diǎn)高出平均數(shù)值18 ℃，那么就可以計(jì)算出額定負(fù)載下平均繞組溫度為80 ℃，平均溫升為60 ℃;當(dāng)在強(qiáng)油循環(huán)的條件下，油浸式變壓器繞組的最高溫度點(diǎn)比平均溫度高8 ℃，所以說可以計(jì)算出平均溫升為70 ℃。所以在平均空氣溫度在20 ℃，最高溫度在40 ℃以下時(shí)，油溫應(yīng)該按照55 ℃進(jìn)行計(jì)算。

2.3 對溫度場影響效果分析

通過分析我們可以得出以下結(jié)論，變壓器的損耗在磁屏蔽當(dāng)中屬于一種平均分布的狀態(tài)，變壓器發(fā)熱與冷卻油的流動(dòng)沒有必然關(guān)系。結(jié)構(gòu)件的散熱系數(shù)和每個(gè)冷卻油層面的高低有一定的關(guān)系，高低層面有溫度的差異，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件散熱系數(shù)間的差異。因?yàn)閵A件拉板和磁屏蔽之間的距離較小，在有磁屏蔽安裝的變壓器當(dāng)中，鐵芯自有磁場變化不明顯，結(jié)構(gòu)件之間的溫度差異比較大，同層之間的溫度差比較小，磁屏蔽有效地降低了結(jié)構(gòu)件的損耗，降低了溫升。

該次數(shù)據(jù)測量當(dāng)中，安裝磁屏蔽之前各項(xiàng)結(jié)構(gòu)件的溫升較高，不能滿足長時(shí)運(yùn)行絕緣要求，甚至導(dǎo)致變壓器整體故障。安裝磁屏蔽之后，測量所得各個(gè)結(jié)構(gòu)件的環(huán)境溫度為40 ℃左右，溫度分布均勻，沒有局部過熱現(xiàn)象，而且平均溫升降低，符合變壓器運(yùn)行設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

油浸式電力變壓器的研究和發(fā)展，能夠?yàn)槲覈斪冸娦袠I(yè)提供可靠的技術(shù)支持。通過該文研究，油浸式電力變壓器當(dāng)中的磁屏蔽能夠有效改善其中的磁場和溫升，我們可以在設(shè)計(jì)過程中合理布置磁屏蔽，減少變壓器的損耗，以保證變壓器的運(yùn)行的穩(wěn)定性，并且將溫度和損耗控制在相關(guān)規(guī)定的范圍之內(nèi)，以此達(dá)到安全和穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

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