《电力变压器本体漏磁与杂散损耗分析》-工学论文，工业技术论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

电力变压器本体漏磁与杂散损耗分析

范文

王雪军

摘? 要：大容量电力变压器局部过热现象一直存在，控制局部过热的方法比较多，可以通过增加电磁屏蔽来减少电磁损耗，从而避免局部过热问题。这就需要对变压器的杂散损耗进行精确计算，以便准确布置电磁屏蔽。我们可以针对具体的三相变压器设计进行有限元建模，然后进行仿真计算。我们针对油箱箱盖折弯角度不同的情况下对变压器漏磁场和损耗分布进行计算，分析漏磁和损耗最大处的影响，然后就可以确定出最优的设计方案。这样才能满足用户的需求。

关键词：变压器;折弯角度;漏磁场;损耗

中图分类号：TM411? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

1 产品数学模型的建立和具体设计

1.1 数学模型的建立

我们可以使用三维有限元建模来进行电力变压器楼磁场的计算，并计算出结构件当中的损耗。该次我们使用MAGNET软件对变压器的三维涡流漏磁场进行计算。由于这种计算十分浪费时间，我们可以在建立几何模型时进行简化：1）变压器的结构是相对来说比较对称的，根据我们所需要了解的对象，可以选取变压器的一半进行求解计算。该文主要研究了箱盖折弯角度和楼磁场之间的关系，因此需要对高低压侧分别建立数学模型。2）在计算当中由于磁屏蔽板的缝隙对试验结果影响可忽略不计，因此忽略了磁屏蔽板间缝隙。3）研究主要针对结构件漏磁分析，因此可将高低压绕组分别简化成实体圆筒绕组。

1.2 产品具体设计

我们所研究的对象为三相电力变压器SFP-210000/110。用户提出的技术指标为：额定容量210 MVA，额定电压228±2×2.40%/16 kV，额定电流 1001/14658.3 A，频率是50 Hz，短路阻抗18.00±5%，连接组别YNd11。经过初步设计可以将所用材料及铁芯结构选定如下：铁芯结构：三相五柱式;铁芯材质：30ZH120 硅钢片;拉板拉带材质：20Mn23Al 低磁钢板;其余：Q235B 普通钢板。

降低损耗的主要方式是加装电磁屏蔽，这样能够很好地降低由于杂散损耗引起的局部过热。高低压侧油箱箱盖的折弯角度均为30°。

在进行产品三维计算过程中，由于实际需要，高压侧套管选用导杆式套管。由于其尾部带电直径大的特点，所以需要增加高压升高座直径，这样才能够满足绝缘距离。由于存在局部过热和绝缘间距的要求，因此需要将高压侧箱盖折弯角度变大，这样可以有效提高绝缘距离。因此将油箱高压侧箱盖折弯改为40°。该产品所要求的短路阻抗为18%，这个数值也高于同类其他产品，因此需要将影响局部过热现象的位置降低漏磁。三维软件分析图显示上夹件涡流损耗位置及大小分布，以及磁滞损耗分布。这样可以直观的看到漏磁场和损耗位置，设计过程中避免这些问题，最终产品满足客户的需要。

2 三维模拟数据分析

该次主要是研究了箱盖折弯角度不同时对电力变压器漏磁场和损耗的分析，主要是研究了2种情况，包括高压侧升高座位置箱盖30°折弯时的漏磁损耗分布和折弯角度为40°时高压侧升高座位置箱盖的漏磁场及损耗分布。

测算过程中所使用的具体情况见表1。

经过磁场分布云图计算得到的以下结果：

1）低压侧油箱壁磁屏蔽处的最大漏磁磁通密度为0.58 T;低压侧的油箱箱盖上普通钢板的磁通密度较大。

2）高压侧油箱箱盖采用30°折弯角时，铁芯下腹板磁屏蔽处的磁通密度最大值为0.56 T，油箱箱盖弯折处的磁通密度最大值为0.48 T。

3）高压侧油箱箱盖采用40°折弯角时，磁通密度云图变化不大，而箱盖处的磁通密度有一定的变化。油箱内部的漏磁场会稍微发生变化，而箱盖处的最大磁密度是0.52 T，这个数值要高于箱盖小折弯的磁通密度。

经过以上分析对比可以得出最终结论，高压侧箱盖折弯角度会对折弯处的磁通密度有影响，会使磁通密度增大，而其余部位的磁通密度均影响不是很大，都在正常最大值范圍内，因此可以适当增加箱盖折弯角度进行设计。

2.2 杂散损耗的计算结果和分析

在对该产品进行三维测算时发现低压侧箱盖损耗值略高于允许值。而高压侧铁芯中心柱体拉板位置损耗在上夹件位置处，为483.7 kW/m3。油箱箱盖折弯处磁密度损耗高于其他位置，为24.8 kW/m3，属于在设计允许范围之内。当高压侧油箱箱盖折弯角度变大时，损耗分布和30°相同，但是损耗密度不应超过设计允许范围。

根据数据模拟，求得中心柱拉板处最大损耗密度为483.7 kW/m3，低压侧箱盖折弯处（30°）最大损耗密度为448.5 kW/m3，均高出理论允许最大值390 kW/m3。但是这些位置所占总体比重很小，在运行过程中由于冷却油流速大，不会造成温升过高的问题。而根据高压侧箱盖折弯角度不同时会增加最大损耗密度，但是增加值较小，这说明箱盖折弯角度会影响杂散损耗，随着角度的变大杂散损耗也会增加，但是对比各位置变压器油流速等，也不会造成变压器整体温升问题。

2.3 短路阻抗计算及验证

能量法中的短路阻抗值通过磁场储能求解，所述变压器能量仿真计算值为147884.16 J，其短路阻抗百分比仿真数值为：

式中：

Uk%——短路阻抗百分数。

f—变压器额定频率。

W—磁场储能。

S —变压器额定容量。

在变压器高压侧接入电压，低压侧短路，进行变压器短路阻抗试验，测得高压侧电压为22.28 kV，短路电流为482.6 A，变压器短路阻抗百分比试验数值为：

式中：Un、In分别为高压侧绕组的额定电压、电流值;Ukt、Ik分别为短路阻抗试验中测得的电压、电流值。按照该产品设计需求，短路阻抗为18.00±5%，有限元仿真数值为18.12，短路阻抗试验室测量数值为17.93，二者均满足±5%偏差要求，且仿真计算结果可信，与实际试验结果差值满足± 5%偏差要求。

3 结语

变压器是电网当中重要的一部分，我国电网的升级改造以及用电质量的提高都离不开高品质的电力变压器的使用。变压器设计工作又是变压器质量提升的关键。提升变压器质量，降低制作成本，保障变压器安全稳定地运行是每个设计者的责任。通过该文可以看出，油箱箱盖的折弯角度大小会影响到油箱折弯处箱盖的磁通密度分布及大小，在折弯角度变大时磁通密度和杂散损耗会随之增加，因此可以在满足基本设计要求的情况下，适当增加油箱箱盖折弯角度，这样能够有利于对材料的节省。

参考文献

[1]李俊卿，田小静.大型电力变压器漏磁场和杂散损耗的研究[J]. 电力科学与工程，2018，34（8）：1-5.

[2]郑林楠.高阻抗变压器的杂散损耗及热问题计算与分析[D].沈阳工业大学，2017.

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