油浸式變壓器引線對(duì)油箱溫升的影響

劉健嵩 佐明

摘要：本文介紹了變壓器引線電流對(duì)變壓器油箱及其他金屬件溫升的影響，同時(shí)簡單說明了避免金屬件過熱可以采取的措施和基本原理。

關(guān)鍵詞：變壓器;油箱;溫升;引線

1.概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全社會(huì)用電量逐漸增大，變壓器容量也越來越大。而大容量變壓器因?yàn)殡娏鞔螅┐乓苍酱?，引線距離油箱又近，非常容易造成變壓器油箱過熱。此現(xiàn)象在發(fā)電機(jī)變壓器中尤其明顯，由于發(fā)電機(jī)變壓器容量大，低壓繞組電壓又低，所以電流非常大，油箱更易過熱。

2.現(xiàn)有引線應(yīng)用情況及油箱過熱原因

目前變壓器引線多采用紙包銅絞線的形式，包扎絕緣后的銅絞線既能保證絕緣強(qiáng)度，又比較軟，便于配制引線。在低電壓大電流引線中，絕緣要求降低了，但引線載流很大，此時(shí)需采用銅排結(jié)構(gòu)的引線。銅排載流大，抗短路性能好，但制造和引線配制困難。

當(dāng)變壓器容量大且繞組低壓低時(shí)，引線電流就會(huì)很大。由于引線浸在油中，油的磁導(dǎo)率極低，而磁通又必須閉合，因此磁通更容易通過油箱和鐵心夾件等鐵磁材料閉合。磁通經(jīng)過油箱和鐵心夾件，油箱和鐵心夾件內(nèi)就會(huì)發(fā)生電磁感應(yīng)，造成發(fā)熱。當(dāng)金屬件局部過熱超過變壓器油所能耐受的極限就會(huì)造成油的分解，產(chǎn)生特征氣體，給變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。

3.油箱過熱處理措施

為防止金屬件局部過熱，設(shè)計(jì)時(shí)就需要采取合理的措施避免發(fā)生過熱。根據(jù)安培環(huán)路定律Hl=NI，引線漏磁與引線電流成正比。式中N=1，電流I由變壓器容量和電壓所決定，無法改變。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，可將電流相反的兩根引線盡量靠近，此時(shí)盡管引線電流很大，但合成電流近似為0，兩根引線漏磁通近似抵消，即NI=0。漏磁通減少后，金屬件內(nèi)損耗降低，溫升降低。

當(dāng)結(jié)構(gòu)所限，NI無法改變時(shí)，只能改變l。在保證絕緣距離的前提下，可將引線盡可能遠(yuǎn)離金屬件，即增大l，可以實(shí)現(xiàn)減小H。此辦法雖容易實(shí)現(xiàn)，但效果有限。當(dāng)引線電流特別大時(shí)，變壓器內(nèi)往往沒有空間讓引線遠(yuǎn)離金屬件到足夠的距離。此時(shí)在漏磁通大的部位，油箱箱壁和夾件材料可采用低磁鋼。根據(jù)磁場強(qiáng)度定義式B=μH， 低磁鋼磁導(dǎo)率低，材料內(nèi)部磁密小。盡管低磁鋼仍然不是絕磁體，但相對(duì)普通鋼，磁導(dǎo)率大大降低，漏磁通不會(huì)大量通過低磁鋼閉合，降低了金屬件內(nèi)的損耗和溫升。盡管低磁鋼有上述優(yōu)點(diǎn)，但材料成本高，而且低磁鋼強(qiáng)度低于普通鋼，為保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需增加材料用量。

除此之外，還可在油箱上鋪設(shè)磁屏蔽，即將硅鋼片切割成長條狀后，一片片疊積成固定厚度，最后固定在箱壁上。磁屏蔽磁導(dǎo)率高，根據(jù)B=μH，漏磁通盡可能通過磁屏蔽閉合，磁屏蔽內(nèi)磁密比箱壁磁密更大。由于磁屏蔽磁導(dǎo)率高，因此損耗更小，發(fā)熱也更少。除引線漏磁通外，繞組漏磁也能通過磁屏蔽閉合，因此磁屏蔽還能夠降低變壓器整體的雜散損耗。磁屏蔽布置時(shí)，應(yīng)盡可能高，以保證漏磁通不經(jīng)過油箱，盡可能的流入磁屏蔽。

當(dāng)變壓器容量特別大時(shí)，例如DFP-440000/500、SFP-780000/220型號(hào)的發(fā)電機(jī)變壓器，容量大而且低壓電壓低，低壓引線電流非常大。即使增加磁屏蔽，箱壁也易過熱，因此在磁屏蔽基礎(chǔ)上還需增加銅屏蔽。在箱蓋和箱壁上焊一大塊薄銅板即為銅屏蔽，在銅板上再鋪設(shè)磁屏蔽;先利用磁屏蔽吸收一部分漏磁通，再通過銅屏蔽電磁感應(yīng)出的電流與箱壁感應(yīng)電流抵消（楞次定律），以此來避免箱壁局部過熱。如容量太大僅采用上述兩種辦法效果不好，低壓側(cè)箱蓋和箱壁還可使用低磁鋼。三種方法同時(shí)使用，能夠有效降低箱壁熱點(diǎn)溫升。

與油箱類似，當(dāng)電流很大時(shí)升高座也會(huì)發(fā)生過熱問題，也需要通過合適的方法解決。對(duì)于單相變壓器而言，低壓升高座材質(zhì)可采用低磁鋼加銅屏蔽的形式，如果仍有可能過熱，則需擴(kuò)大升高座直徑。對(duì)于三相變壓器，可將三相低壓引線放在一個(gè)升高座里（如圖1），利用任意時(shí)刻三相合成電流為0的特點(diǎn)，升高座壁內(nèi)的漏磁通將大大降低。因結(jié)構(gòu)所限，三相引線一字排列，三相漏磁無法完全抵消，因此必要時(shí)仍需考慮低磁鋼、銅屏蔽等措施。如結(jié)構(gòu)允許，三相引線布置成三角形效果最好。

需要注意的是，三相變壓器的升高座上蓋板與升高座壁不同，升高座上蓋板無法完全包括三相引線，在兩相之間的地方，漏磁通無法抵消，因此上蓋板的設(shè)計(jì)需格外注意，在電流較大時(shí)應(yīng)采用低磁鋼或增加銅屏蔽。

4.結(jié)論

大容量變壓器電流大，漏磁通也大，尤其是電壓低的產(chǎn)品，電流更大。漏磁通大易引起變壓器箱壁、升高座、夾件等金屬件過熱。為了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，需格外注意變壓器的金屬件熱點(diǎn)溫升?，F(xiàn)有的幾種手段各有優(yōu)缺點(diǎn)，引線遠(yuǎn)離金屬件的辦法使用方便且不增加成本，但效果有限。采用低磁鋼，鋪設(shè)磁屏蔽、銅屏蔽能夠有效降低油箱熱點(diǎn)溫升，但制造困難、成本高。對(duì)于升高座，擴(kuò)大直徑也會(huì)造成成本上升。綜上所述，各種方法各有利弊，制定方案時(shí)應(yīng)根據(jù)變壓器實(shí)際情況合理選擇，有時(shí)甚至需要幾種辦法同時(shí)使用才能達(dá)到目的。

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作者簡介：劉健嵩（1989—），男，漢族，黑龍江省哈爾濱市，碩士，電氣工程。