淺談變壓器漏磁效應(yīng)及其對損耗的影響

(特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、變壓器漏磁產(chǎn)生的原因

當(dāng)變壓器的一個繞組與電源接通后，就會在鐵心中產(chǎn)生磁通，在鐵心中產(chǎn)生磁通，在鐵心中由勵磁電壓產(chǎn)生的磁通叫主磁通，主磁通大小主要取決于勵磁電壓的大俠，當(dāng)變壓器中流過負(fù)載電流時，就會在繞組周圍產(chǎn)生磁通，在繞組中由負(fù)載電流產(chǎn)生的磁通叫漏磁通，漏磁通的大小取決于負(fù)載電流，漏磁通不宜在鐵磁材料中通過。

主磁通與漏磁通都置身于封閉回路，都是相量，但不在同意相位上，主磁通在閉合磁路的鐵心中流通，所以主磁通的路徑全部都是鐵磁材料，而漏磁通，有的是在繞組所占的那部分空間閉合，有的是通過高低壓繞組空道再回到繞組所占的空間閉合，有的是通過繞組端部空間，進入壓板后再回到繞組所占空間閉合，有的還要進入郵箱后閉合。

從漏磁通所流經(jīng)的閉合路徑分析可見，漏磁通在開磁通結(jié)構(gòu)件包括通過部分心柱或磁屏蔽形成回路，主磁通和漏磁通在心柱內(nèi)為相量相加或相減，主磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生空載損耗，漏磁通在繞組內(nèi)或其他結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生附加損耗。主磁通和漏磁通在數(shù)量上有以下關(guān)系：

Φs=(μk%/100)×Φ0

式中，μk%為變壓器阻抗電壓百分比，Φs為主磁通，Φ0為漏磁通。

二、漏磁通的分類

漏磁通分為縱向漏磁通和橫向漏磁通。

漏磁通在繞組所占據(jù)空間里流動的方向是與繞組軸向方向相平行的，通常稱為縱向漏磁通，相應(yīng)的縱向漏磁通所產(chǎn)生的漏抗電勢稱為縱向漏抗電勢。

根據(jù)變壓器的磁勢平衡定律可知，變壓器一、二次繞組的磁勢總是平衡的，但由于縱絕緣結(jié)構(gòu)要求繞組的起始部分加強絕緣，或調(diào)壓線段設(shè)于高壓側(cè)的緣故，從而使沿繞組整個高度上一、二次繞組的安匝并不完全處于平衡狀態(tài)，即使在一些區(qū)域里，可能一次繞組的安匝大于二次繞組的安匝，而在另一個區(qū)域里，可能二次繞組的安匝大于一次繞組的安匝。這樣，相當(dāng)于繞組真?zhèn)€高度上交錯地排列這幾個等效繞組，各等效繞組的有效安匝等于該區(qū)域內(nèi)一、二次繞組安匝之差。每一區(qū)域的等效繞組的有效安匝必然與其相鄰的另一個或幾個區(qū)域的等效繞組有效安匝相平衡。而相互平衡的磁勢將產(chǎn)生漏磁通，所以在一、二次繞組所占據(jù)的空間里還存在著一種流通方向與繞組軸向方向垂直的漏磁通，我們稱之為橫向漏磁通。

橫向漏磁通在變壓器發(fā)生短路情況下，將引起極大的軸向電磁力。因此在變壓器設(shè)計時，應(yīng)盡量減小橫向漏磁通，一般在排列繞組線匝時，應(yīng)盡可能使各區(qū)域內(nèi)一、二次繞組的安匝趨于平衡。

三、漏磁場引起的變壓器附加損耗

(一)繞組中的縱向渦流損耗

繞組套在鐵心外面，處于縱向漏磁場中，由縱向漏磁產(chǎn)生縱向渦流損耗。其大小與導(dǎo)線尺寸和漏磁場磁通密度有關(guān)。

(二)繞組中的橫向渦流損耗

在具體設(shè)計中，由于高低壓繞組在同一區(qū)域內(nèi)不可能使安匝完全平衡，使得導(dǎo)線在橫向有漏磁通通過而產(chǎn)生渦流損耗。

(三)繞組并聯(lián)導(dǎo)線間的環(huán)流損耗

如果繞組各并聯(lián)導(dǎo)線在漏磁場中所交鏈的漏磁鏈不相等，那么漏磁通在各并聯(lián)導(dǎo)線中感應(yīng)漏抗電壓也不相等。在各并聯(lián)導(dǎo)線漏抗電壓之差的作用下，各并聯(lián)導(dǎo)線中將有電流產(chǎn)生，進而引起環(huán)流損耗。

(四)結(jié)構(gòu)件損耗

結(jié)構(gòu)件損耗是由漏磁通經(jīng)過鋼結(jié)構(gòu)件的零部件而產(chǎn)生的損耗。

四、減少變壓器漏磁場引起的附加損耗的措施

漏磁場引起的損耗將降低變壓器的效率，引起變壓器個別部件的過熱。隨著變壓器容量的增大，漏磁場引起的損耗的絕對值和相對值也增大，散熱也比較困難，因此要采取措施減小這種損耗。減少漏磁場引起的損耗最有效措施是減少漏磁場本身，但是這將導(dǎo)致變壓器阻抗的減小，短路電流的增大。

在漏磁場數(shù)值一定的情況下，采取以下措施可以減少損耗：

(一)改變漏磁場圖形

當(dāng)繞組端部存在很強的橫向漏磁場時，在端部放置肺葉型磁屏蔽，利用硅鋼片的高導(dǎo)磁性，將磁屏蔽吸收的漏磁通再重新導(dǎo)入到鐵心或鐵軛中，從而達到降低損耗的目的。

在可能產(chǎn)生較大損耗的地方，采用磁分路使漏磁通繞過這些元件，也可以大大降低漏磁場引起的損耗。比如在郵箱內(nèi)壁放置磁屏蔽，使流向油箱壁的大部分漏磁通流入磁屏蔽，這樣可以減少油箱壁中的損耗。有時也會在油箱內(nèi)壁采用銅屏蔽等非導(dǎo)磁材料制成的屏蔽，這種屏蔽內(nèi)的渦流屏蔽了企圖進入郵箱的漏磁通，進而可降低損耗。

(二)合理的選擇導(dǎo)線的型式和尺寸

由于繞組的渦流損耗在附加損耗中占有相當(dāng)大的比例，因此減小繞組的渦流損耗也是非常有必要的。在變壓器設(shè)計中，采用厚度比較小的導(dǎo)線，可以有效地減少縱向渦流損耗。由于漏磁場在繞組端部發(fā)生了彎曲，導(dǎo)致橫向漏磁分量增大，因此在繞組端部可以采用軸向組合導(dǎo)線，減小導(dǎo)線的軸向尺寸，進而減小橫向渦流損耗。但是采用軸向組合導(dǎo)線的段數(shù)還需要驗證，否則會適得其反。另外，繞組采用多根導(dǎo)線并聯(lián)時，要進行換位，使漏磁通在各導(dǎo)線中感應(yīng)的漏抗電壓盡量相等，以減小環(huán)流損耗。

(三)正確的設(shè)計零部件的結(jié)構(gòu)

拉板設(shè)計時，中間開槽，盡可能的使漏磁通進入鐵心或鐵軛中。大電流引線布置時，銅排應(yīng)以窄面對箱壁。為了減少引線漏磁通，銅排相互間距離應(yīng)盡可能縮小，相鄰銅排的電流應(yīng)相互補償。

(四)采用新型材料

采用新型的非導(dǎo)磁材料來制造個別結(jié)構(gòu)部件，以大大的降低漏磁場引起的損耗。比如在大容量變壓器中，在油箱蓋上圍繞低壓套管而閉合的磁通將產(chǎn)生很大的損耗，所以在設(shè)計低壓升高座時可以采用低磁鋼板，使漏磁通沿著磁阻很大的路徑閉合，大大減少了損耗。

變壓器的漏磁場是非常復(fù)雜的，以上也只是對一些問題進行了定性分析，現(xiàn)在也引進了磁場分析軟件，可以對變壓器的磁場進行定量的分析，相信這會對變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到更大的幫助，更好的減少漏磁通引起的損耗，提高變壓器的效率。