淺析如何降低電力變壓器空載損耗

【摘 要】 電力變壓器的損耗主要包括空載損耗和負載損耗兩部分。本文介紹了電力變壓器空載損耗產(chǎn)生的原因及降低電力變壓器空載損耗的方法，為技術(shù)人員在實際操作中提供參考。

【關(guān)鍵詞】 電力變壓器 空載損耗

本文以普通雙繞組電力變壓器為研究對象，在闡明變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理后，主要討論單相變壓器的空載運行特性，介紹空載損耗產(chǎn)生的原因及降低空載損耗的方法。

1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

變壓器雖然有各種不同的類型，但基本結(jié)構(gòu)大體相似。它們都是由鐵芯和繞組兩個主要部分構(gòu)成。變壓器鐵心的作用是形成磁路。為了減小渦流損耗，鐵心由0.30mm～0.35mm厚的硅鋼片交錯疊裝而成。

在硅鋼片的兩面涂漆或經(jīng)氧化處理形成絕緣層。繞組是變壓器的電路部分，它一般用紙包絕緣扁線或圓線繞成。變壓器工作時總是避免不了自身的能量損耗，這些功率的損失轉(zhuǎn)換成熱能，使繞組和鐵芯溫度升高。

單相變壓器的空載運行如圖1所示，讓我們假設(shè)一次繞組有N1匝，二次繞組有N2匝。接在一次繞組的交流電壓為u1，在這電壓的作用下，一次繞組中產(chǎn)生交變電流i0，從而在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通Φ，這個磁通稱為主磁通。電流i0稱為激磁電流。事實上i0所產(chǎn)生的磁通并不是全部集中在鐵芯之中，而有一小部分通過鐵芯外部，這部分稱為漏磁通。同時，電流i0在激磁過程中是有能量損耗的，這表現(xiàn)在鐵芯中的渦流損耗和磁滯損耗（通稱為鐵損）。

圖1

2 損耗分析

渦流損耗的產(chǎn)生是由于導(dǎo)磁的鐵芯也是導(dǎo)體，當(dāng)交變磁通穿過鐵芯時，導(dǎo)體的鐵芯中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，并在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。假設(shè)有一個長方體鐵芯上繞有線圈，當(dāng)線圈中有交流電流通過時，鐵芯的磁感應(yīng)強度B也是交變的。若B的方向垂直于長方體鐵芯的上下底面，可把導(dǎo)體塊鐵芯看成是包圍磁力線的很多閉合導(dǎo)電回路。當(dāng)導(dǎo)體塊中的磁通交變時，則導(dǎo)體中垂直于底面的平面內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而出現(xiàn)垂直于磁場的環(huán)形感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流稱為渦流。鐵芯中出現(xiàn)的渦流，必然有一部分電能轉(zhuǎn)變成熱能。因渦流而引起的損耗叫渦流損耗。

磁滯損耗是鐵芯在交變的磁化過程中，磁性分子往復(fù)摩擦所消耗電能。當(dāng)鐵芯的磁化達到飽和會產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。在變壓器鐵芯中磁化場的方向反復(fù)變化著，由于鐵芯的磁滯效應(yīng)，每變化一周，電源就得額外地消耗一部分功，所傳遞的能量最終將以熱量的形勢散掉。這部分因磁滯現(xiàn)象而消耗的能量，叫做磁滯損耗。在變壓器的工作中，磁滯損耗是十分有害的，必須盡量使之減小。

3 降低空載損耗的方法

（1）采用高導(dǎo)磁硅鋼片和非晶合金片。實驗證明在相同厚度的前提下，采用HI-B高導(dǎo)磁硅鋼片，可比普通硅鋼片的空載損耗下降20%。若采用HI-B激光處理高導(dǎo)磁硅鋼片，可比普通硅鋼片的空載損耗下降25%。盡量減小硅鋼片的厚度，普通硅鋼片厚度0.3-0.35mm，如果硅鋼片的厚度減小到0.23mm時，空載損耗可下降10%。而非晶合金片和按速冷原則制成含硅量為6.5%的硅鋼片，其渦流損耗部分比一般高導(dǎo)磁硅鋼片要小。

（2）減小工藝系數(shù)。工藝損耗系數(shù)與硅鋼片材料、沖剪設(shè)備是否退火、夾緊程度等諸多因素有關(guān)。對沖剪設(shè)備的刀具精度、裝刀合理和調(diào)整也很重要。經(jīng)過大量試驗，縱剪加工對硅鋼片單位損耗的影響比橫剪加工要大。一般經(jīng)縱剪加工后，其損耗將比原來的材料增大6%-9%，橫剪加工后將增大3%-4%。

（3）改進鐵芯結(jié)構(gòu)。鐵芯不沖孔，端面涂固化漆，相間鐵軛用高強度鋼帶綁扎。心柱兩側(cè)連接上下夾件的拉板用非磁性鋼板。對大容量變壓器貼芯片不涂漆處理，提高填充系數(shù)和冷卻性能。剪切毛刺控制在0.02mm以下。鐵芯夾緊力控制在0.3MPa。用強壓工裝和粘膠使鐵芯兩軛成為一個堅固、平整、垂直精度高的整體。減少鐵芯搭接寬度，搭接面積減少1%，空載損耗會下降0.3%。盡量選用同牌號硅鋼片，不混片可以減少損耗。

綜上所述，本文主要分析了電力變壓器的空載損耗產(chǎn)生的原因。依據(jù)自己的實踐經(jīng)驗，提出了如何降低空載損耗處理方法，這些方法可以有效地降低電力變壓器的空載損耗。雖然文中提出一些可操作性的措施，但對于在實際工作中遇到的問題，仍然不能一概而論。因此對于如何降低電力變壓器的空載損耗問題仍需進一步地深入研究。