電力變壓器相關(guān)問題研究及箱式變壓器的應(yīng)用

周廣成

（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，山東 濟南 250000）

0 引言

其實對于變壓器而言，在進行相應(yīng)的工作的過程當中會產(chǎn)生一些熱量都是正常的，同時變壓器繞組產(chǎn)生的熱點溫升現(xiàn)象更是衡量變壓器設(shè)計優(yōu)劣的一個重要的指標，所以在進行電力變壓器相關(guān)問題研究的時候要對這些問題進行仔細的探討，同時也需要對箱式電力變壓器的應(yīng)用進行簡單的分析，這樣才能在使用的過程當中更加清楚明了[1]。

1 電力變壓器的相關(guān)問題分析

現(xiàn)在電網(wǎng)工程逐漸增多，這也代表著相關(guān)電力變壓器的使用更是增多，所以在進行電力變壓器的使用過程當中要注意一些相關(guān)的問題，這樣才能更好的保證它的使用質(zhì)量。在電力變壓器中差動保護是其主要的保護裝置之一，尤其是它的不平衡電流，而它產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象主要是因為電力變壓器的厲磁電流，因為變壓器產(chǎn)生故障的時候會切斷相應(yīng)的電壓，而在恢復(fù)其電壓的供應(yīng)的時候勵磁電流就會急劇增大，從而就出現(xiàn)了勵磁涌流現(xiàn)象，之后就會導(dǎo)致差動保護誤動作。所以在進行電力變壓器的使用過程當中就需要準確的對勵磁涌流和變壓器的內(nèi)部故障電流進行分辨，這樣才能對電力變壓器進行準確的保護。

而在電力變壓器繞組之中會產(chǎn)生很大的熱量，而繞組所產(chǎn)生的熱點溫度就是限制變壓器負載能力的最大的因素，同時電力變壓器內(nèi)部出現(xiàn)材料老化的現(xiàn)象也有可能是變壓器繞組所產(chǎn)生的。所以在我國進行變壓器使用的時候是有一定的標準的，尤其是對繞組的平均溫升和熱點溫升有嚴格的規(guī)定。如果在進行運轉(zhuǎn)過程當中變壓器繞組的熱點溫度超過標準值那么就會減少變壓器的使用壽命[2]。并且電力變壓器內(nèi)部所存在的熱量在進行傳導(dǎo)和散失的過程是非常復(fù)雜的，是無法通過解析的方法得到準確的繞組熱點溫度。目前對于變壓器的繞組的熱點溫度數(shù)據(jù)的采集主要是有三種方法：第一種方法就是直接進行測量，而在進行測量的時候就是一個熱電偶或者光纖溫度傳感器進行測量。但是采用這樣的方法來進行測量的成本比較高，而且在進行測量的時候更多時候都是采用經(jīng)驗來進行確定，所以這種方法只是一些小范圍內(nèi)進行使用。第二種方法就是利用計算公式來進行相應(yīng)的計算，這樣的方法所算出來的是估計值而且這種方法還不能提供溫度場的分布。第三種方法就是基于熱電類比的預(yù)測模型，也就是利用數(shù)值計算的方法得到相應(yīng)的熱點溫度，然后利用這些溫度值進行數(shù)據(jù)的模擬，但是在進行的過程當中會存在很多的非線性的參數(shù)，而且在進行這些參數(shù)的確定的時候是比較困難的。

1.1 電力變壓器鐵心和繞組的損耗分析

在電力變壓器之中鐵心和繞組是非常重要的組成部分，而且在進行變壓器的使用過程當中有兩種損耗，分別是空載損耗和負載損耗。而這兩種損耗是由不同的組成部件所引起的，空載損耗主要是由鐵心中的磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗所構(gòu)成的，這也看出在電力變壓器的使用過程當中會產(chǎn)生很多種的損耗類型。而負載損耗就是電力變壓器所引起的，因為變壓器在使用的時候會與直流電壓相連接，所以在繞組之中會產(chǎn)生直流電阻損耗，同時也會產(chǎn)生渦流損耗，還有就是繞組周圍的部件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雜散損耗。在整個電力變壓器中會產(chǎn)生很高的溫度，這是因為繞組的溫度升高，但是繞組的溫度升高是因為變壓器的鐵心和繞組產(chǎn)生了很多的損耗，而這些損耗直接從一種能量轉(zhuǎn)變成為了熱能，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的溫度逐漸上升[3]。

而對于變壓器的損耗是可以采用一定的方法得到的，其中鐵心的損耗數(shù)值主要是采用了傳統(tǒng)的計算公式得到。在進行計算的時候首先是假設(shè)鐵心的損耗是呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)，但是在實際的運行的過程當中是不均勻的。同時鐵心所產(chǎn)生的負載損耗是直接作用到繞組上，從而導(dǎo)致繞組的溫度逐漸的升高，負載損耗也是分成直流電阻損耗和渦流電阻損耗的，直流電阻損耗的分布是均勻的，而渦流損耗是由磁場的密度進行分布所決定的。通常能夠計算出繞組的兩端是達到了最大值，計算的時候也是將繞組沿著軸向進行區(qū)域的劃分，在這些分區(qū)之中導(dǎo)線電阻受到不同溫度的影響，會產(chǎn)生不同程度的損耗，這樣從而導(dǎo)致繞組的損耗也會變化，最終也會導(dǎo)致繞組的溫度改變。

除了繞組的溫度升高之外還有就是繞組的冷卻結(jié)構(gòu)分析，因為在電力變壓器運行的時候會產(chǎn)生大量的熱力，而且這些熱力在進行消散的時候存在一定的困難。但是不能夠?qū)⑦@些熱力全部聚集在整個變壓器之中，所以現(xiàn)在需要就是要將變壓器的溫度進行降低冷卻。電力變壓器繞組中含有冷卻油道，有兩種油道，一種是垂直油道，另一組就是水平油道，這樣就是能夠?qū)⒆儔浩髦械臏囟冗M行降低。

1.2 變壓器熱力學(xué)模型

對于變壓器的研究就是繞組當中的溫度變化，對繞組溫度數(shù)值的采集除了對其損耗進行計算之外，還有就是建立一定的熱力學(xué)模型，從模型之中進行推算，但是模型的建立和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定才是最為困難的。

首先就是進行變壓器的熱力學(xué)模型建立，在進行模型建立之前是需要進行計算的。而在計算的時候要將模型進行簡化，同時也需要假定一些條件，這樣才能夠保證在進行計算的時候更加的方便，也能夠保證在計算出來的數(shù)值更加的準確[4]。而假定的內(nèi)容一般是變壓器中的三相繞組的結(jié)構(gòu)是對稱的，熱力學(xué)條件相同，也就是在計算的時候?qū)⒆儔浩骼@組當中單相的繞組溫度場。其次就是要將繞組的溫度圓周變化是沒有梯度變化的，是呈現(xiàn)出幾何對稱分布。還有就是要假設(shè)變壓器中的鐵心和繞組之中的線餅是實體，在其中間沒有孔洞存在。最后就是在進行模型的熱源設(shè)計的時候只有鐵心繞組和油箱，默認其余的部件不會成為相應(yīng)的熱源。

在進行計算的時候要將變壓器的運行進行穩(wěn)態(tài)計算，并且還要保證發(fā)熱和散熱是達到相應(yīng)的熱平衡，鐵心、繞組和變壓器的油箱溫度變化速率是一定的，不會隨著時間的變化而發(fā)生變化。在進行計算的時候還會涉及到其他的部件的熱力學(xué)常數(shù)，例如銅和絕緣紙板的熱力學(xué)常數(shù)，在進行設(shè)定的時候，要將其規(guī)定為同性，并且其他的參數(shù)都是按照相關(guān)的標準來進行設(shè)定的。最后就是鐵心的損耗和繞組的損耗分布必須要進行確定，熱源密度為常數(shù)，這樣在進行相應(yīng)的計算的過程當中也會更加的方便[5]。

一般在進行計算的時候是將環(huán)境溫度設(shè)定為20℃，在計算的時候電力變壓器在高壓-中壓最小分接運行時的繞組溫度分布云圖。所以現(xiàn)在變壓器繞組內(nèi)部溫度分布是不均勻，并且它的變化規(guī)律就是隨著軸向高度增加而增大。在電力變壓器之中高壓繞組和中壓繞組的平均溫度是最高的，而且變化的速度也是最大的，而低壓繞組和調(diào)壓繞組的各分區(qū)溫度變化是不是非常的明顯，同時這兩個繞組所產(chǎn)生的溫度本身就沒有很高[6]。而且高壓繞組和中壓繞組的損耗主要是集中在直流電阻損耗和渦流損耗，但是低壓繞組和調(diào)壓繞組在運行的過程當中是不存在直流的，所以沒有直流損耗，只有勵磁涌流產(chǎn)生的渦流損耗。在這兩種損耗之中直流損耗比渦流損耗大很多，所以在低壓繞組和調(diào)壓繞組之中溫度是不會產(chǎn)生很大的溫度變化，本身所產(chǎn)生的溫度也比較小。

2 箱式變壓器的應(yīng)用

現(xiàn)在越來越多的電網(wǎng)工程在進行之中，所以對于電力變壓器的需求也是越來越高，同樣也對電力變壓器的要求也是越來越高。今年來，箱式變壓器憑借本身的突出特點和優(yōu)越的性能在各個城市的公共配電、高層建筑、住宅小區(qū)和現(xiàn)代企業(yè)建設(shè)當中會越來越廣泛，最主要是現(xiàn)在箱式變壓器在使用的過程當中更加的方便并且不會產(chǎn)生多余的一些問題。就現(xiàn)在的箱式變壓器的特點，就有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊，本身的零部件成套性比較強，在進行運行的過程當中也會更加的安全可靠。其實對于變壓器而言會產(chǎn)生很多的問題，所以在日常運行的過程當中就需要對其進行維修，這樣才能更好的保證電力變壓器的運行安全，但是箱式電力變壓器就可以避免這樣的問題出現(xiàn)，因為箱式變壓器在使用的過程當中可以盡可能的避免日常的維護，這樣對于企業(yè)而言也會有更好的幫助。而且在進行電力變壓器安裝的時候采用箱式的變壓器安裝更加美觀，因為箱式變壓器能夠與周圍的建筑進行融合，這樣在建筑修建的時候也不需要去考慮其他的方式來將電力變壓器進行融合。而且在進行箱式變壓器安裝的時候也不用另外修建建筑設(shè)施來進行保護，這樣的變壓器在很多方面都提供了更加方便的選擇。其次就是箱式變壓器深入負荷中心，減少線路和變壓器的損耗，其中相應(yīng)的配置和布局也更加的靈活，最主要的就是箱式變壓器在造價這一方面也比較便宜，與傳統(tǒng)的變壓器相比，箱式變壓器能夠更加滿足客戶的需求。

3 結(jié)語

現(xiàn)在經(jīng)濟的不斷發(fā)展讓電網(wǎng)工程也得到了很大的發(fā)展，在利用電力變壓器的時候會產(chǎn)生很多的問題，其中就是變壓器的繞組熱力的產(chǎn)生問題，在對熱阻進行解決的時候首先就是需要對其熱力值進行測量，其次在去進行問題的解決。而對于箱式變壓器的使用現(xiàn)在也是越來越多，主要是箱式變壓器有很多的特點。