變壓器箱沿局部過熱分析

李靜 方海彬

摘 要：本文分析了變壓器箱沿過熱的原因并給出了解決辦法。

關鍵詞：有限元；過熱；變壓器

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0082-01

1 概 述

國內外廠家經常發生變壓器箱沿及箱沿螺栓局部過熱的現象，需大量增加磁屏蔽、電屏蔽等手段，既浪費成本又不得要領。有時，容易造成其他地方發生局部過熱，達不到防止局部過熱的目的。

本文采用有限元計算軟件，定量定性的分析計算，研究箱沿過熱產生的原因，并提出解決方案。

2 變壓器油箱上的感應電流分布

2.1 建立三維有限元分析模型

由于變壓器結構的對稱性，在進行變壓器模型建立時，經過多次模擬計算發現，把變壓器油箱建立成一個封閉的整體，觀察變壓器油箱上的電流分布。

2.2 渦流場分析計算

利用有限元分析軟件Maxwell渦流場分析計算器，進一步計算變壓器油箱上的電流分布。可觀察到油箱上的電流矢量分布，如圖1，圖2所示。

2.3 變壓器油箱上的電流分布分析

油箱上的電流是線圈漏磁場感應的電流，當變壓器容量相同時，對于相同容量的高阻抗變壓器，漏磁場比較大，箱沿過熱相對會比較嚴重。這也說明了，為什么相同容量的變壓器在采用相同的油箱屏蔽結構時，有的過熱，有的不過熱。

圖2是變壓器線圈電流在一個正弦波形下，在某一個時刻點，油箱上的電流矢量分布，圖中標出了一般情況下箱沿所在的大概位置，可以看到，電流在相間位置處，電流的方向是垂直箱沿的。在實際產品中，上下箱沿的連接不是很充分，在螺栓的連接處，接觸電阻較小，相對形成了電的通路。

圖2中的電流就在變壓器相間位置尋找接觸較好的螺栓流過，造成箱沿或箱沿螺栓過熱，過熱位置如圖3所示。圖2中可以看出，在沒有屏蔽的情況下，電流最大的位置位于油箱中部，但是這個位置往往比箱沿溫度低，主要因為流過油箱中部的電的通路是連續的，截面大，而流過箱沿時往往只有個別螺栓接觸較好，造成螺栓過熱。

3 局部過熱發生的條件

變壓器結構件局部過熱是由漏磁場引起的，所以漏磁場的大小是決定因素，對于油箱箱沿位置，進入油箱的磁通量是決定因素。經過分析計算，對于常規電力變壓器，可利用線圈主空道內的軸向磁通密度作為參考，來定量確定油箱箱沿局部過熱的條件：

（1）變壓器油箱無磁屏蔽時，在某運行狀態下主空道最大磁密大于2500GS時，容易產生局部過熱。

（2）變壓器油箱使用豎直磁屏蔽，在某運行狀態下主空道最大磁密大于2800GS時，容易產生局部過熱。

（3）變壓器油箱采用橫向磁屏蔽，一般情況下，箱沿不會發生局部過熱現象。

（4）主空道最大磁通密度低于2500GS，可以不采取任何措施，一般不會發生局部過熱。

4 解決箱沿過熱的辦法

4.1 采用箱沿焊死結構

如果采用箱沿焊死結構，相當于增大了上下箱沿的連接面積，從而防止了箱沿局部過熱。

4.2 使用磁屏蔽減少油箱中的漏磁通，減小感應電流

在油箱箱壁添加磁屏蔽，對線圈產生的漏磁通進行疏導，降低變壓器油箱內的總磁通，就會減小油箱內的感應電流，流過上下箱沿的電流也會降低，從而防止箱沿和箱沿螺栓過熱。

4.3 使用高導電率材料連接上下箱沿

為防止上述位置發生局部過熱，使用銅鋁等高電導率材料對變壓器漏磁場產生的電流進行疏導的方法，使得大部分電流流過高電導率材料，降低感應電流的電阻損耗。但是，銅鋁等材料的與箱壁連接的部位接觸面積要大過連線的兩倍以上，防止在連接線與油箱接觸的位置過熱。

5 結 論

通過大量的仿真計算，本文假設有箱沿建立的有限元分析模型，模擬了該情況下箱沿位置的電流分布情況，避免了有限元計算軟件仿真計算時的一些缺陷，找到了箱沿過熱的根本原因，提出了解決問題的方案。

收稿日期：2018-3-12