磁屏蔽對電力變壓器磁場與溫度場的影響探究

時圣雨

（國網山東省電力公司成武縣供電公司，山東 菏澤 274200）

為了可以減少漏磁現象的發生，保證電力變壓器運行的穩定性，就需要充分發揮磁屏蔽的作用，合理設計、選擇應用磁屏蔽的方案、型號。基于這樣的方式，能夠有效對漏磁磁路的運行進行規范，減少電力變壓器中各個構件的損耗，節能降耗。

1 磁屏蔽對電力變壓器磁場的影響

1.1 位置差異

在分析過程中，本文從水平位移、角度旋轉兩方面入手，分析磁屏蔽位置構件的差異對電力變壓器磁場的影響：首先，從水平位移的角度分析。在安裝磁屏蔽以后，其位置對電力變壓器的磁場、磁屏蔽的效果都會產生直接的影響，所以在試驗中將磁屏蔽向同一個方向水平移動不同的距離，以此來分析磁屏蔽安裝位置差異電力變壓器磁場的影響。具體來說，在移動方向相同的條件下，移動距離、結果為：（1）水平移動4毫米，其磁感應強度的最大值為1.206。（2）水平移動5毫米，其磁感應強度的最大值為1.210。（3）水平移動10毫米，其磁感應強度的最大值為1.230。（4）水平移動20毫米，其磁感應強度的最大值為1.233。由此可以看出，鐵軛、芯柱之間所接觸的漏磁較大，就會增加磁屏蔽的感應強度，在移動距離逐漸加大的情況下，就會有更多的磁通進入磁屏蔽中，從而增加感應強度。其次，從角度旋轉的角度分析。旋轉磁屏蔽以后，電力變壓器中的很多構件能耗就會明顯減小，而角度的大小與損耗具有反比關系。究其原因。磁屏蔽會將很多漏磁吸收，減少磁感應的強度，進而降低損耗，但是這樣的現象就會導致構建溫度升高。

1.2 厚度差異

實際上，磁屏蔽的使用效果與其自身的厚度具有密切關系。具體而言，如果其他的因素條件保持不變，僅僅增加磁屏蔽的厚度，那么進入到磁屏蔽中的漏磁也會發生變化。在試驗的過程中，需要重視上側磁屏蔽與上鐵軛、下鐵軛之間的距離，確保其不發生任何變化，并將試驗分為以下幾種情況：（1）磁屏蔽的厚度為50毫米，磁感應強度的最大值為0.502，而平均值為0.299。（2）磁屏蔽的厚度為60毫米，磁感應強度的最大值為0.517，而平均值為0.315。（3）磁屏蔽的厚度為70毫米，磁感應強度的最大值為0.520，而平均值為0.3080。（4）磁屏蔽的厚度為80毫米，磁感應強度的最大值為0.528，而平均值為0.322。（5）磁屏蔽的厚度為90毫米，磁感應強度的最大值為0.555，而平均值為0.327。（6）磁屏蔽的厚度為100毫米，磁感應強度的最大值為0.615，而平均值為0.338。（7）磁屏蔽的厚度為150毫米，磁感應強度的最大值為0.615，而平均值為0.354。

由此能夠發現，在磁屏蔽厚度不斷增加的條件下，其感應強度的值也會不斷增加，其原因就是由于更大的厚度能夠吸收更多的漏磁，強化磁屏蔽的性能，所以工作人員需要結合實際確定磁屏蔽的厚度，保證電力變壓器能夠穩定運行。

1.3 材質差異

目前，磁屏蔽的最佳材質為非晶態合金，其具有較強的磁性能，但是很多工作人員依然會選擇傳統的材質作為磁屏蔽的主要材料。結合磁場大小之間的差異，可以將磁屏蔽的材質分為低頻、高頻兩種性質的材料，以高頻磁場為例，很容易在運行的過程中發生渦流，基本上均以鋁、銅作為導體，而低頻磁場的材質基本上都是以坡莫合金、電磁軟鐵、電磁鋼板等作為材料。在本文的分析中，基于油箱磁屏蔽的條件，分別使用電工鐵、硅鋼片、低頻銅材料、坡莫合金、低頻鋁材料作為磁屏蔽的材質，并結合材質與計算公式、模型等，對材質差異對磁場的影響進行分析，最終的分析結果為：（1）以坡莫合金、電工鐵、硅鋼片為材質的磁屏蔽，其對磁場的影響具有明顯的相似性。（2）以磁屏蔽構件磁感應強度最大處為立足點進行分析，如果電導率的運行相同，那么以電工鐵為材質的磁屏蔽效果明顯優于硅鋼片的效果，同時以硅鋼片為材質的磁屏蔽。其效果明顯優于坡莫合金的效果。所以，影響磁屏蔽材料效果的主要因素就是磁導率。

2 磁屏蔽對電力變壓器溫度場的影響

2.1 溫升限值

為了確保電力變壓器能夠穩定運行，相關部門以電力變壓器的壽命為基礎，對于溫升進行了明確的規定。其中最為主要的工作就是對最大溫升、平均溫升進行區分：（1）最大溫升就是繞組、油在最熱處產生的溫升。（2）平均溫升則是全部繞組、油的平均溫升。規定的內容為：在環境溫度為20攝氏度的條件下，最熱溫度不能超過98攝氏度。基于本文的試驗能夠發現，磁屏蔽對于電力變壓器溫度場的溫升的影響分為以下幾種情況：①在自然油循環方式的條件下，變壓器繞組的最熱點會高于平均值18攝氏度，也就是說在額定負載的基礎上，平均繞組溫度為80攝氏度，而平均溫升即為80-20=60攝氏度。②在導向性強迫循環的條件下，變壓器繞組的最熱點會高于平均值8攝氏度，也就是說在額定負載的基礎上，平均繞組溫度為90攝氏度，而平均溫升即為90-20=70攝氏度。因此，平均油浸型繞組的溫升為65攝氏度，加之水溫的平均值為25攝氏度，年平均的空氣溫度等于20攝氏度，而最高為40攝氏度，那么當電力變壓器中油的溫度超過95攝氏度以后，其運行的穩定性將會顯著惡化，對此將油溫設定在55攝氏度以下。

2.2 散熱系數

對于穩態溫度場而言，計算散熱系數的精準性是工作的關鍵內容，由于鐵芯在運行中會產生很多的損耗，繞組的電損耗也較大，因此鐵芯、繞組都是升溫的熱源。同時，這兩部分熱源基本上都是以流換熱的方式將熱量傳遞給油，而油在這一過程之后，就會將熱量傳遞給箱壁，最終散在空氣之中，實現冷卻變壓器的主要目的。除此之外，由于磁屏蔽的構件、拉板均位于電力變壓器的高漏磁區域中，所以在計算的過程中并不能將其忽略。在本文的分析中，其鐵芯與拉板在豎直的方向上相互靠近，而夾件則主要位于水平位置，其中的一面與油接觸，另一面則與拉板接觸。受上下油溫差異的影響，磁屏蔽結構件所產生的散熱效果也存在明顯的差異，需要通過水平平面散熱、豎直平面散熱兩種系數進行計算：（1）水平散熱系數。上表面油溫的散熱為：h=1.076（Gr×Pr）1/6λ/l；下表面油溫的散熱為：h=0.747（Gr×Pr）1/6λ/l。（2）豎直散熱系數。在104＜Gr＜3×109時，h=0.59（Gr×Pr）0.25λ/l； 在 3×109＜ Gr＜ 2×1010時，h=0.0292（Gr×Pr）0.39λ/l；在 Gr＞ 2×1010時，h=0.11（Gr×Pr）1/3λ/l。最終，在 6.37×105＜ Gr＜1.12×108時，Nu=0.747（Gr×Pr）1/6。結合這部分散熱系數的計算公式，在文章中電力變壓器溫度變化的基礎上，依據相關部門對于變壓器溫度計算的相關規定，能夠計算出變壓器各個部分精準的散熱系數。

2.3 計算結果

在本文的分析中，其基本條件為：在磁屏蔽中損耗呈現平均分布的趨勢；油的流速與電力變壓器發熱不存在關系，而其實際散熱的系數僅僅與油層溫度有著密切的關系，即溫度存在差異，散熱的系數也會產生差異。結合這些條件，將磁屏蔽安裝在電力變壓器中，鐵芯所具有的磁場沒有明顯的變化，此時夾件、拉板之間的溫度變化則逐漸加大；在同一平面之上，溫度之間的差異逐漸減小，甚至趨于均勻，而夾件、拉板的溫度發生明顯的變化。究其原因，主要是因為夾件、拉板與磁屏蔽之間的距離較小，能夠有效降低二者的損耗，從而使其溫度均有所下降。

在試驗中，鐵芯與各個構件所處的環境溫度為40攝氏度，而在安裝磁屏蔽之前，夾件、拉板的溫升相對較高，無法滿足電力變壓器的運行需求，甚至還存在損壞絕緣構件的風險。與之相比，在安裝磁屏蔽以后，溫度場的整體分布更加均勻，同時局部過熱的現象在不斷減弱，最熱點的溫度值也在逐漸減小，平均溫升在逐漸降低。

3 結語

綜上所述，磁屏蔽對于電力變壓器磁場、溫度場均有著明顯的正面影響，因此相關人員需要將其合理的影響在電力變壓器的運行中。以此為基礎，磁屏蔽有效減少了變壓器運行中各個構件的損耗，并將其溫度控制在合理的范圍內，符合相關部門的規定。所以，工作人員可以將磁屏蔽安裝在電力變壓器之中。