電力變壓器磁屏蔽結構對磁場和溫度場的影響

夏明

摘? 要：電力變壓器對輸電網絡中的電壓高低和穩定都至關重要，為了改變溫升等問題對變壓器工作效率、質量的影響，我們引入了磁屏蔽這一手段，并且通過分析磁屏蔽對電力變壓器的磁場的影響，分析不同位置，不同厚度的磁屏蔽對溫升的影響，散熱系數的區別，仔細探究磁屏蔽對電力變壓器溫升的具體影響，對電力變壓器設計進行優化，降低不利影響，完善電力變壓器設計。

關鍵詞：磁屏蔽;電力變壓器;磁場;溫升

中圖分類號：TM41? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 不同磁屏蔽結構帶給電力變壓器磁場的影響

1.1 不同磁屏蔽材質帶來的影響

在現代變壓器制造行業中，電工鐵、硅鋼片、低頻銅屏蔽等材質是磁屏蔽優選材料。磁屏蔽材料分為低頻材料和高頻材料，在高頻磁場當中，變壓器外殼更容易發生渦流現象，大部分使用銅作為屏蔽材料;在低頻磁場當中，由于渦流現象不易發生，因此多選用坡莫合金、電磁鋼板等作為磁屏蔽材料。基于油箱磁屏蔽的條件，分別使用硅鋼片、電工鐵、低頻銅材料、坡莫合金材料作為磁屏蔽的材質，結合計算模型，分析相同磁場狀態下不同材質對磁場的不同影響。

使用硅鋼片、電工鐵、坡莫合金材料作為磁屏蔽的材質，對磁場的影響比較類似，電工鐵材質的磁屏蔽比硅鋼片材質的磁屏蔽效果更好。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，而以硅鋼片為材質的磁屏蔽比坡莫合金材質的磁屏蔽效果更好。可見，材質磁導率不同的磁屏蔽效果也不相同，是磁影響屏蔽效果的重要因素。

1.2 磁屏蔽布置位置上的差異

磁屏蔽的布置位置主要分為水平位置和相對角度位置。我們可以將磁屏蔽在同一個方向上水平移動，不同距離所得到的結果也不相同，當水平移動距離為5 mm時，磁感強度最大值是1.205，水平移動為6 mm時，磁感強度最大值是1.208，水平移動距離為10 mm時，磁感強度最大值為1.228，當水平移動距離為20 mm時，磁感強度為1.231。所以說磁屏蔽中磁通的大小與鐵芯當中漏磁量有一定的關系，當移動的距離越大時，磁屏蔽當中的磁通就會越多，感應強度越大。

從磁屏蔽角度旋轉進行分析，當磁屏蔽旋轉之后，變壓器本身的能耗會減小，角度旋轉越大，能耗越低。這主要是因為磁屏蔽在旋轉之后會吸收漏磁，磁感應降低，因此損耗較小，但是這樣會導致構件的溫度升高。

1.3 磁屏蔽厚度對變壓器工頻磁場的影響

磁屏蔽的厚度和其使用后的效果有著很密切的關系，磁屏蔽的厚度和進入其中的漏磁也會發生變化。在保證其余位置磁屏蔽不變的情況下，磁屏蔽當中磁感應強度與磁屏蔽厚度之間的關系如圖1所示。

通過以上實驗數據可以得出，磁屏蔽的厚度與感應強度是正相關的關系。這主要是因為厚度越大漏磁的吸收越多，屏蔽性能越好。所以說設計人員可以根據需要決定磁屏蔽的設計厚度，保證電力變壓器的設計質量的完好性。

2 電力變壓器磁屏蔽結構對其溫度場的影響

2.1 改變結構件散熱系數

變壓器器身在正常運行狀態下會出現很多損耗，大多以熱量形式散失，所以說變壓器的鐵芯和線圈都是變壓器溫升的發源地。鐵芯和繞組所產生的熱量會通過冷卻油以熱傳遞的方式進行散熱，并且實現最終整個冷卻系統的散熱。根據傳熱學理論，2個平行平面距離是x，面積是S，2個平面的溫度分別為θ1和θ2，且θ1>θ2，依靠熱傳導傳遞的熱量是Q，那么計算公式為：

而磁屏蔽大多位于箱壁部位，鐵芯夾件拉板位置一面是與冷卻油接觸，另外一面是與拉板接觸，因此散熱也不相同。在油浸式電力變壓器當中上下部位的油溫也不完全相同，計算水平散熱系數計算公式為：

經過詳細地計算，并引入上述公式，可以計算出變壓器某一部位的散熱系數。

2.2 影響溫度場溫升限制

溫升是變壓器某個部件和冷卻介質溫度之差，變壓器絕緣所處的溫度允許極限影響變壓器的設計和成本。按照標準GB 1094.1—1996《電力變壓器? 第一部分：總則》第1.2.1條所規定的環境溫度和冷卻介質溫度是當海拔高度不超過1 000 m時，最高氣溫+40 ℃，最熱月平均溫度+30 ℃，最熱年平均溫度+20 ℃，最低溫度-25 ℃（戶外變壓器），最低氣溫-5 ℃（室內變壓器），水冷卻器入水口最高溫度+25 ℃。當適用場所海拔超過1 000 m時，試驗場地低于1 000 m時，繞組溫升限值按照每增加400 m降低1 K，風冷為每升高250 m降低1 K。當自然油循環過程中變壓器繞組的最熱點高出平均數值18 ℃，那么就可以計算出額定負載下平均繞組溫度為80 ℃，平均溫升為60 ℃;當在強油循環的條件下，油浸式變壓器繞組的最高溫度點比平均溫度高8 ℃，所以說可以計算出平均溫升為70 ℃。所以在平均空氣溫度在20 ℃，最高溫度在40 ℃以下時，油溫應該按照55 ℃進行計算。

2.3 對溫度場影響效果分析

通過分析我們可以得出以下結論，變壓器的損耗在磁屏蔽當中屬于一種平均分布的狀態，變壓器發熱與冷卻油的流動沒有必然關系。結構件的散熱系數和每個冷卻油層面的高低有一定的關系，高低層面有溫度的差異，導致結構件散熱系數間的差異。因為夾件拉板和磁屏蔽之間的距離較小，在有磁屏蔽安裝的變壓器當中，鐵芯自有磁場變化不明顯，結構件之間的溫度差異比較大，同層之間的溫度差比較小，磁屏蔽有效地降低了結構件的損耗，降低了溫升。

該次數據測量當中，安裝磁屏蔽之前各項結構件的溫升較高，不能滿足長時運行絕緣要求，甚至導致變壓器整體故障。安裝磁屏蔽之后，測量所得各個結構件的環境溫度為40 ℃左右，溫度分布均勻，沒有局部過熱現象，而且平均溫升降低，符合變壓器運行設計要求。

3 結語

油浸式電力變壓器的研究和發展，能夠為我國輸變電行業提供可靠的技術支持。通過該文研究，油浸式電力變壓器當中的磁屏蔽能夠有效改善其中的磁場和溫升，我們可以在設計過程中合理布置磁屏蔽，減少變壓器的損耗，以保證變壓器的運行的穩定性，并且將溫度和損耗控制在相關規定的范圍之內，以此達到安全和穩定運行的要求。

參考文獻

[1]李龍女，李巖，劉曉明.高壓自耦變壓器肺葉磁屏蔽特性的數值計算與分析[J].電工技術學報，2017，32（22）：134-143.

[2]趙慧慧.基于旋轉扭秤檢驗弱等效原理實驗中的磁場干擾效應研究[D].湖北：華中科技大學，2016.