大型電力變壓器結構件過熱原因和常見損耗分析

摘 要：隨著我國現代化建設的發展，國家對電力需求增大的同時電力變壓器的電壓水平和容量也在不斷升高，結構件過熱問題在高壓甚至超高壓大容量變壓器中非常常見，長期過熱運行，會造成絕緣件及變壓器油老化，絕緣及結構件燒損，對變壓器安全運行無疑會造成極大危害，如果不妥善處理會引發嚴重后果。因此有必要對大型電力變壓器結構件過熱原因和損耗常見類型進行詳細分析，以便在生產和運行時采取針對性措施，避免變壓器結構件過熱并降低其損耗程度，提高電力變壓器的壽命和運行可靠性。

關鍵詞：大型電力變壓器；結構件；過熱；損耗

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、結構件過熱原因分析

由于變壓器內部存在極強的磁場，在強磁場的作用下，金屬結構件中會產生渦流損耗，能量以熱量的形式放出，從而引起結構件溫度升高，當磁場達到一定的強度，如果不對金屬結構件進行有效的限溫措施的話，高溫狀態會影響變壓器結構件的正常性能和使用壽命，從而對變壓器正常工作造成影響。有時盡管變壓器滿意地通過了溫升試驗，但由于結構件上的局部過熱，往往會造成重大的事故，因此在變壓器的制造中要采取措施來防止結構件局部過熱。[1]

（一）內部漏磁引起的結構件局部過熱。內部漏磁引起的結構件局部過熱主要是指變壓器內部漏磁通在結構件中產生渦流進而引起溫度升高，這里的內部漏磁主要是指主線圈的漏磁。油箱是較容易由于內部漏磁引起過熱的結構件之一，油箱壁過熱不但會增加變壓器的附加損耗，還會進一步提升油箱中冷卻油的溫度，降低冷卻效果，同時長時間工作在高溫狀態使箱內油質變壞，影響變壓器正常使用壽命。另外一個主要的內部漏磁源就是大電流引線，變壓器內部電壓較低的一側電流相對較高，這部分電流導線會產生較大的漏磁，從而在周圍的油箱壁或者金屬結構件中產生鐵損，進而升高結構件溫度。

（二）外部漏磁引起的結構件局部過熱。大電流引線位于變壓器外部的部分，會產生較大的漏磁，從而在變壓器外部對距離較近的結構件產生磁場影響，導致結構件局部過熱。這部分漏磁通常會影響距離較近的通氣聯管、冷卻聯管、套管升高座和儲油柜柜腳等，從而在這些部位引起過熱現象的產生。[2]

二、變壓器結構件常見損耗類型及原因分析

（一）鐵芯渦流損耗。變壓器鐵芯是由多片磁導率很高的疊片組成，雖然高磁導率材料和疊片式結構的采用能顯著減少渦流損耗，但是由于較大漏磁通的產生，在疊片中引起的渦流損耗也是不能忽略的，漏磁通會在鐵芯疊片中產生渦流場，進而產生能量損耗。可以通過在鐵芯上開槽阻斷磁通的流通路徑來減小渦流損耗。通過開槽可以較顯著地降低鐵芯疊片的慈通密度，某實驗測得，不開槽時鐵芯上單位面積磁通密度為1.38T，開四槽后單位面積的磁通密度就變成了0.93T。

（二）拉板、夾件等結構件的渦流損耗。在變壓器夾件、拉板處所產生的渦流損耗是變壓器雜散損耗的重要組成部分，雜散損耗由于其部位集中并且不易發覺而造成變壓器結構件局部溫升，因此對夾件、拉板等結構件的渦流損耗分析，對于降低變壓器結構件過熱事件的發生率有重要意義。對于大型電力變壓器，內部漏磁通很大且不能忽略，拉板處于這種強大的漏磁場內，很容易產生渦流密度集中進而造成局部過熱。對于拉板的降耗措施，可以通過采用開槽的方式，來降低其上的渦流損耗，并且所開槽應該在長度上超出繞組長度，上下各延伸出一段距離，以起到更好的減渦降耗的效果。

三、油箱相關結構件限溫措施

對于油箱過熱的處理措施可以根據漏磁的具體情況沿漏磁方向增加磁屏蔽，以減少漏磁對油箱的影響，降低溫升速度。另外可以結合整個油箱的具體溫度場分析，對油箱重點部位采取磁屏蔽增強措施，以進一步降低由漏磁引起的溫升。

由以上兩圖可以看出，相比油箱壁油箱蓋的溫度更高，并且對于油箱蓋來說，邊沿溫度要高于蓋中間部位的溫度，油箱側壁與油箱蓋相連的部位也是溫度較高區域，因此可以對這些部位，根據漏磁影響的大小，針對性地加強磁屏蔽強度或者將這些部位采用非導磁鋼或低導磁鋼制作，從而降低漏磁通對油箱鋼結構的影響。

四、結束語

大型變壓器由于漏磁產生局部過熱而引起的壽命損失比絕緣老化引起的壽命損失還要嚴重的多，久而久之將危及變壓器的安全運行。[3]對于變壓器的結構件過熱，多數是由于漏磁通產生的渦流損耗引起的，因此可以通過限制漏磁通產生的渦流來降低損耗，進一步減小結構件溫升幅度。鐵芯和拉板等條狀結構件，可以通過采用表面開槽的方式來減少渦流損耗。變壓器油箱或者不規則夾件等可以采用增強磁屏蔽或者采用低導磁材料制作，以抑制渦流產生，降低能量損耗和溫升。變壓器結構件溫升對其正常工作和壽命有重要影響，對變壓器的結構件能量損耗和過熱原因分析對于保證變壓器正常工作，提高我國電力系統的可靠性具有非常現實的意義。

參考文獻：

[1]曹礬.電力變壓器結構件損耗與局部過熱分析[D].沈陽：沈陽工業大學，2011.

[2]朱占新，謝德馨，張艷麗.大型電力變壓器三維漏磁場與結構件損耗的時域分析[J].中國電機工程學報，2012（09）：156-160.

[3]張艷麗，晏冰，崔蕭，謝德馨，朱占新，孫小光，王禹雄.大型單相電力變壓器結構件三維漏磁場計算[J].沈陽工業大學學報，2013（06）：613-617.