變壓器大電流引線溫升與磁屏蔽

(特變電工沈陽變壓器有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、引言

變壓器的引線除了考慮電流密度和絕緣距離外，還要考慮在工作電流下引線的漏磁場和所位于的線圈漏磁場。引線的電感產(chǎn)生的附加的電壓降，引線漏磁又使其附近的鋼鐵件產(chǎn)生附加的渦流損耗。這種電壓降和損耗除與引線的幾何形狀和對鋼鐵件的距離有關(guān)外，還與引線的排列方式有關(guān)。

一般來說，引線的電壓降和損耗之比等于它們的長度之比，而在電力變壓器中引線長度相對較短，容量小時其電壓降和損耗可忽略不計，電流在800A以上時則應(yīng)加以重視，特別是要防止鋼鐵中的局部過熱。

二、低壓大電流引線的排列

考慮到大電流引線對結(jié)構(gòu)件所形成的渦流損耗還不至于影響整個產(chǎn)品的性能，故在工程設(shè)計時，我們可將箱壁、箱蓋等金屬結(jié)構(gòu)件盡可能地接近引線，且盡量垂直布置引線。為了降低大電流引線引起的損耗，應(yīng)采用如下的排列方式。

盡量使引線的總體磁場最小，使相鄰引線彼此的電流方向盡量相反，且平行引線間的距離越小越好，達到磁場盡量相互抵消。單相變壓器或三相變壓器分相引出時，線端和末端的引線要相鄰引出，使電流方向相反，如圖1(a)和(c)；三相變壓器線端引出時，要使線端依次引出，使電流方向相差120°，如圖1(b)所示。同理，如果三相變壓器低壓大電流線圈為d接線時要盡量避免引線并列。宜采用圖2(a)只有下部水平線有并列的方式，而不采用圖2(b)的x和z引出線全部并列的方式。

圖1

圖2

要求大電流引出線盡量遠離鋼鐵件，以防止損耗產(chǎn)生的局部過熱。大電流引線自己又需遠離高漏磁場區(qū)，否則引線自身產(chǎn)生局部損耗而發(fā)熱；此外，大電流引線引出油箱蓋時，為了防止箱蓋過熱，開孔尺寸必須要足夠大。根據(jù)經(jīng)驗，開孔直徑

式中，I為引線中電流(A)，21.6是引線周圍的磁場強度小于21.6(A/cm)導(dǎo)磁鋼板才不發(fā)熱的經(jīng)驗系數(shù)。大電流引線引出時箱蓋開孔太大，為此在箱蓋需焊接上不導(dǎo)磁鋼板(法蘭)，并盡量使引出線的合成電流減小，如圖3所示。

圖3

在大型變壓器中為降低由漏磁通在油箱上引起的損耗,在特定的面積上(如套管安裝部位)有時用不導(dǎo)磁鋼板來代替普通鋼板。但對大面積的油箱內(nèi)壁采用安裝磁屏蔽的方法則更為經(jīng)濟合理。設(shè)置磁屏蔽的目的就是讓漏磁通盡可能地通過導(dǎo)磁性能較好的磁屏蔽裝置,而不穿入油箱壁的鋼板,從而避免了在油箱壁中產(chǎn)生大的損耗,引起油箱局部過熱。大電流變壓器繞組的端部漏磁較為嚴重。在繞組下端的鋼托板上加裝磁屏蔽,能使鋼托板表面的磁密變得很小,從而降低了繞組的端部漏磁損耗,以防繞組端部絕緣過熱故障。在使用磁屏蔽時，要注意磁屏蔽的固定及磁屏蔽良好接地，如果磁屏蔽沒有固定好，可能因振動增大變壓器的噪聲，而接地不良則可能因電位懸浮引起局部放電。采用電屏蔽，其是利用導(dǎo)電板中的渦流來使漏磁通重新分布，其作用是增加了電屏蔽部分的磁阻，因而電屏蔽部位的漏磁通分量減少，從而減少了金屬結(jié)構(gòu)件中的渦流及渦流損耗密度，從而降低其損耗。

三、油箱內(nèi)部條形磁屏蔽塊的尺寸選擇及固定方法

圖4

變壓器油箱在無磁屏蔽時,油箱內(nèi)部的磁通分布與繞組相對應(yīng)部分的軸向磁密較高,如圖4。磁通密度較強的部位在中部,約占繞組高度的一半。油箱內(nèi)壁條形磁屏蔽塊的長度適當(dāng)加長，可降低磁屏塊端部漏磁場強度,以提高磁屏蔽效果。

圖5

油箱內(nèi)部磁屏蔽塊的固定是一個關(guān)鍵工序,如固定不好就可能產(chǎn)生懸浮電位及磁屏蔽塊的振動。因此,施工工藝必須保證安裝的正確性。固定的方法很簡單,在變壓器油箱內(nèi)壁上,按磁屏蔽塊的寬度焊上若干條形小鋼板,將條形磁屏蔽塊放在油箱壁下端突出的支撐塊上,然后將條形鋼板打成角板。為防止鋼角板打彎時損傷硅鋼片,在角板及硅鋼片間加絕緣板墊塊,然后打緊,在磁屏蔽塊的上一點焊死,使條形磁屏蔽與箱壁間無間隙,如圖5所示。

四、套管及其升高座的特殊處理

圖6 最大容許電流曲線

當(dāng)負載電流經(jīng)過套管流經(jīng)油箱蓋時，會產(chǎn)生雜散損耗。為了限制由雜散損耗引起的溫升，可采取以下方法：1)低磁材料的條形板；2)套管處放置低磁材料板，既可以焊接低磁板，也可以焊接銅板。

通過對實際產(chǎn)品的測量，得出以下最大容許電流曲線：曲線1和曲線2之間包含得區(qū)域用于焊接低磁材料的條形板；曲線2之上的區(qū)域用于焊接低磁板。

一般來說，低于1000A時，無需特殊考慮；在1000A-3000A之間，焊接50mm寬的低磁鋼板條即可；超過3000A時，通常要焊接整塊低磁鋼板，箱蓋上的開孔應(yīng)是矩形，以獲得漏磁通盡可能長的路徑。最小容許漏磁通路徑見圖7說明：

漏磁通路徑(mm)

圖7 最小容許漏磁通路徑

五、結(jié)論

通過以上的分析研究，可以得出以下結(jié)論：

1)在布置引線時，低壓銅排最好是寬面對著金屬結(jié)構(gòu)件，以減小變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸，降低制造成本；

2)可以通過改變金屬結(jié)構(gòu)件的材料(采用低磁或無磁材料)來降低其渦流損耗,防止局部過熱；

3)可以根據(jù)產(chǎn)品自身的結(jié)構(gòu)特點，在其金屬結(jié)構(gòu)件上加設(shè)磁屏蔽或電屏蔽來降低其渦流損耗,防止局部過熱。