油浸式變壓器引線對油箱溫升的影響

劉健嵩 佐明

摘要：本文介紹了變壓器引線電流對變壓器油箱及其他金屬件溫升的影響，同時簡單說明了避免金屬件過熱可以采取的措施和基本原理。

關鍵詞：變壓器;油箱;溫升;引線

1.概述

隨著我國經濟的發展，全社會用電量逐漸增大，變壓器容量也越來越大。而大容量變壓器因為電流大，漏磁也越大，引線距離油箱又近，非常容易造成變壓器油箱過熱。此現象在發電機變壓器中尤其明顯，由于發電機變壓器容量大，低壓繞組電壓又低，所以電流非常大，油箱更易過熱。

2.現有引線應用情況及油箱過熱原因

目前變壓器引線多采用紙包銅絞線的形式，包扎絕緣后的銅絞線既能保證絕緣強度，又比較軟，便于配制引線。在低電壓大電流引線中，絕緣要求降低了，但引線載流很大，此時需采用銅排結構的引線。銅排載流大，抗短路性能好，但制造和引線配制困難。

當變壓器容量大且繞組低壓低時，引線電流就會很大。由于引線浸在油中，油的磁導率極低，而磁通又必須閉合，因此磁通更容易通過油箱和鐵心夾件等鐵磁材料閉合。磁通經過油箱和鐵心夾件，油箱和鐵心夾件內就會發生電磁感應，造成發熱。當金屬件局部過熱超過變壓器油所能耐受的極限就會造成油的分解，產生特征氣體，給變壓器的穩定運行帶來隱患。

3.油箱過熱處理措施

為防止金屬件局部過熱，設計時就需要采取合理的措施避免發生過熱。根據安培環路定律Hl=NI，引線漏磁與引線電流成正比。式中N=1，電流I由變壓器容量和電壓所決定，無法改變。在結構允許的情況下，可將電流相反的兩根引線盡量靠近，此時盡管引線電流很大，但合成電流近似為0，兩根引線漏磁通近似抵消，即NI=0。漏磁通減少后，金屬件內損耗降低，溫升降低。

當結構所限，NI無法改變時，只能改變l。在保證絕緣距離的前提下，可將引線盡可能遠離金屬件，即增大l，可以實現減小H。此辦法雖容易實現，但效果有限。當引線電流特別大時，變壓器內往往沒有空間讓引線遠離金屬件到足夠的距離。此時在漏磁通大的部位，油箱箱壁和夾件材料可采用低磁鋼。根據磁場強度定義式B=μH， 低磁鋼磁導率低，材料內部磁密小。盡管低磁鋼仍然不是絕磁體，但相對普通鋼，磁導率大大降低，漏磁通不會大量通過低磁鋼閉合，降低了金屬件內的損耗和溫升。盡管低磁鋼有上述優點，但材料成本高，而且低磁鋼強度低于普通鋼，為保證結構強度需增加材料用量。

除此之外，還可在油箱上鋪設磁屏蔽，即將硅鋼片切割成長條狀后，一片片疊積成固定厚度，最后固定在箱壁上。磁屏蔽磁導率高，根據B=μH，漏磁通盡可能通過磁屏蔽閉合，磁屏蔽內磁密比箱壁磁密更大。由于磁屏蔽磁導率高，因此損耗更小，發熱也更少。除引線漏磁通外，繞組漏磁也能通過磁屏蔽閉合，因此磁屏蔽還能夠降低變壓器整體的雜散損耗。磁屏蔽布置時，應盡可能高，以保證漏磁通不經過油箱，盡可能的流入磁屏蔽。

當變壓器容量特別大時，例如DFP-440000/500、SFP-780000/220型號的發電機變壓器，容量大而且低壓電壓低，低壓引線電流非常大。即使增加磁屏蔽，箱壁也易過熱，因此在磁屏蔽基礎上還需增加銅屏蔽。在箱蓋和箱壁上焊一大塊薄銅板即為銅屏蔽，在銅板上再鋪設磁屏蔽;先利用磁屏蔽吸收一部分漏磁通，再通過銅屏蔽電磁感應出的電流與箱壁感應電流抵消（楞次定律），以此來避免箱壁局部過熱。如容量太大僅采用上述兩種辦法效果不好，低壓側箱蓋和箱壁還可使用低磁鋼。三種方法同時使用，能夠有效降低箱壁熱點溫升。

與油箱類似，當電流很大時升高座也會發生過熱問題，也需要通過合適的方法解決。對于單相變壓器而言，低壓升高座材質可采用低磁鋼加銅屏蔽的形式，如果仍有可能過熱，則需擴大升高座直徑。對于三相變壓器，可將三相低壓引線放在一個升高座里（如圖1），利用任意時刻三相合成電流為0的特點，升高座壁內的漏磁通將大大降低。因結構所限，三相引線一字排列，三相漏磁無法完全抵消，因此必要時仍需考慮低磁鋼、銅屏蔽等措施。如結構允許，三相引線布置成三角形效果最好。

需要注意的是，三相變壓器的升高座上蓋板與升高座壁不同，升高座上蓋板無法完全包括三相引線，在兩相之間的地方，漏磁通無法抵消，因此上蓋板的設計需格外注意，在電流較大時應采用低磁鋼或增加銅屏蔽。

4.結論

大容量變壓器電流大，漏磁通也大，尤其是電壓低的產品，電流更大。漏磁通大易引起變壓器箱壁、升高座、夾件等金屬件過熱。為了變壓器的安全穩定運行，設計變壓器時，需格外注意變壓器的金屬件熱點溫升。現有的幾種手段各有優缺點，引線遠離金屬件的辦法使用方便且不增加成本，但效果有限。采用低磁鋼，鋪設磁屏蔽、銅屏蔽能夠有效降低油箱熱點溫升，但制造困難、成本高。對于升高座，擴大直徑也會造成成本上升。綜上所述，各種方法各有利弊，制定方案時應根據變壓器實際情況合理選擇，有時甚至需要幾種辦法同時使用才能達到目的。

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作者簡介：劉健嵩（1989—），男，漢族，黑龍江省哈爾濱市，碩士，電氣工程。