大型电力变压器结构件过热原因和常见损耗分析

摘 要：随着我国现代化建设的发展，国家对电力需求增大的同时电力变压器的电压水平和容量也在不断升高，结构件过热问题在高压甚至超高压大容量变压器中非常常见，长期过热运行，会造成绝缘件及变压器油老化，绝缘及结构件烧损，对变压器安全运行无疑会造成极大危害，如果不妥善处理会引发严重后果。因此有必要对大型电力变压器结构件过热原因和损耗常见类型进行详细分析，以便在生产和运行时采取针对性措施，避免变压器结构件过热并降低其损耗程度，提高电力变压器的寿命和运行可靠性。

关键词：大型电力变压器；结构件；过热；损耗

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、结构件过热原因分析

由于变压器内部存在极强的磁场，在强磁场的作用下，金属结构件中会产生涡流损耗，能量以热量的形式放出，从而引起结构件温度升高，当磁场达到一定的强度，如果不对金属结构件进行有效的限温措施的话，高温状态会影响变压器结构件的正常性能和使用寿命，从而对变压器正常工作造成影响。有时尽管变压器满意地通过了温升试验，但由于结构件上的局部过热，往往会造成重大的事故，因此在变压器的制造中要采取措施来防止结构件局部过热。[1]

（一）内部漏磁引起的结构件局部过热。内部漏磁引起的结构件局部过热主要是指变压器内部漏磁通在结构件中产生涡流进而引起温度升高，这里的内部漏磁主要是指主线圈的漏磁。油箱是较容易由于内部漏磁引起过热的结构件之一，油箱壁过热不但会增加变压器的附加损耗，还会进一步提升油箱中冷却油的温度，降低冷却效果，同时长时间工作在高温状态使箱内油质变坏，影响变压器正常使用寿命。另外一个主要的内部漏磁源就是大电流引线，变压器内部电压较低的一侧电流相对较高，这部分电流导线会产生较大的漏磁，从而在周围的油箱壁或者金属结构件中产生铁损，进而升高结构件温度。

（二）外部漏磁引起的结构件局部过热。大电流引线位于变压器外部的部分，会产生较大的漏磁，从而在变压器外部对距离较近的结构件产生磁场影响，导致结构件局部过热。这部分漏磁通常会影响距离较近的通气联管、冷却联管、套管升高座和储油柜柜脚等，从而在这些部位引起过热现象的产生。[2]

二、变压器结构件常见损耗类型及原因分析

（一）铁芯涡流损耗。变压器铁芯是由多片磁导率很高的叠片组成，虽然高磁导率材料和叠片式结构的采用能显著减少涡流损耗，但是由于较大漏磁通的产生，在叠片中引起的涡流损耗也是不能忽略的，漏磁通会在铁芯叠片中产生涡流场，进而产生能量损耗。可以通过在铁芯上开槽阻断磁通的流通路径来减小涡流损耗。通过开槽可以较显著地降低铁芯叠片的慈通密度，某实验测得，不开槽时铁芯上单位面积磁通密度为1.38T，开四槽后单位面积的磁通密度就变成了0.93T。

（二）拉板、夹件等结构件的涡流损耗。在变压器夹件、拉板处所产生的涡流损耗是变压器杂散损耗的重要组成部分，杂散损耗由于其部位集中并且不易发觉而造成变压器结构件局部温升，因此对夹件、拉板等结构件的涡流损耗分析，对于降低变压器结构件过热事件的发生率有重要意义。对于大型电力变压器，内部漏磁通很大且不能忽略，拉板处于这种强大的漏磁场内，很容易产生涡流密度集中进而造成局部过热。对于拉板的降耗措施，可以通过采用开槽的方式，来降低其上的涡流损耗，并且所开槽应该在长度上超出绕组长度，上下各延伸出一段距离，以起到更好的减涡降耗的效果。

三、油箱相关结构件限温措施

对于油箱过热的处理措施可以根据漏磁的具体情况沿漏磁方向增加磁屏蔽，以减少漏磁对油箱的影响，降低温升速度。另外可以结合整个油箱的具体温度场分析，对油箱重点部位采取磁屏蔽增强措施，以进一步降低由漏磁引起的温升。

由以上两图可以看出，相比油箱壁油箱盖的温度更高，并且对于油箱盖来说，边沿温度要高于盖中间部位的温度，油箱侧壁与油箱盖相连的部位也是温度较高区域，因此可以对这些部位，根据漏磁影响的大小，针对性地加强磁屏蔽强度或者将这些部位采用非导磁钢或低导磁钢制作，从而降低漏磁通对油箱钢结构的影响。

四、结束语

大型变压器由于漏磁产生局部过热而引起的寿命损失比绝缘老化引起的寿命损失还要严重的多，久而久之将危及变压器的安全运行。[3]对于变压器的结构件过热，多数是由于漏磁通产生的涡流损耗引起的，因此可以通过限制漏磁通产生的涡流来降低损耗，进一步减小结构件温升幅度。铁芯和拉板等条状结构件，可以通过采用表面开槽的方式来减少涡流损耗。变压器油箱或者不规则夹件等可以采用增强磁屏蔽或者采用低导磁材料制作，以抑制涡流产生，降低能量损耗和温升。变压器结构件温升对其正常工作和寿命有重要影响，对变压器的结构件能量损耗和过热原因分析对于保证变压器正常工作，提高我国电力系统的可靠性具有非常现实的意义。

参考文献：

[1]曹矾.电力变压器结构件损耗与局部过热分析[D].沈阳：沈阳工业大学，2011.

[2]朱占新，谢德馨，张艳丽.大型电力变压器三维漏磁场与结构件损耗的时域分析[J].中国电机工程学报，2012（09）：156-160.

[3]张艳丽，晏冰，崔萧，谢德馨，朱占新，孙小光，王禹雄.大型单相电力变压器结构件三维漏磁场计算[J].沈阳工业大学学报，2013（06）：613-617.