變壓器油箱壁雜散損耗的研究

趙志剛 李興 魏鵬 戎靜怡

摘 要：為研究變壓器油箱壁中雜散損耗問題，本文以TEAM Problem 21基準(zhǔn)族中的P210-B模型為研究對象，采用測量結(jié)合仿真的方法對不同電流激勵(lì)下導(dǎo)磁鋼板中的雜散損耗進(jìn)行測量研究，并且針對原有測量方法未考慮環(huán)境溫度的影響，引入溫度系數(shù)對其修正，得到更準(zhǔn)確的損耗測量結(jié)果。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)磁鋼板；雜散損耗；溫度影響

本文基于P210-B模型，在原有測量結(jié)合仿真測量方法的基礎(chǔ)上，引入溫度系數(shù)對繞組損耗值進(jìn)行修正，并與傳統(tǒng)測量方法進(jìn)行對比。基于MagNet工程電磁場仿真軟件，分別采用傳統(tǒng)有限元分析法和結(jié)合阻抗邊界的有限元分析法對模型進(jìn)行三維有限元仿真分析。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

P210-B模型是以變壓器油箱壁的雜散損耗問題為研究背景[1]。在變壓器中，油箱壁主要起控制漏磁通分布，保護(hù)鐵心的作用，其材料主要為導(dǎo)磁鋼板。P210-B模型包含激勵(lì)線圈和導(dǎo)磁鋼板，模型示意圖如下圖所示。

2 雜散損耗測量原理

負(fù)載條件下，模型的總損耗表達(dá)式為：

式中，Pm-load是負(fù)載總損耗測量值；Pm-str是結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗值；Pm-coil為負(fù)載激勵(lì)線圈損耗值。

由公式1可知，負(fù)載結(jié)構(gòu)件雜散損耗的精確確定極度依賴于負(fù)載激勵(lì)線圈損耗值的確定，較為準(zhǔn)確地獲得繞組損耗值就成為研究的重點(diǎn)。

2.1 傳統(tǒng)測量方法

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件雜散損耗的測量，多采用公式2所示的計(jì)算方法。

式中，Pm-no是空載激勵(lì)線圈損耗的測量值。

通過公式2可知，傳統(tǒng)方法采用空載線圈繞組損耗值取代負(fù)載激勵(lì)線圈繞組損耗值。但由于導(dǎo)磁鋼板作為導(dǎo)磁材料，其優(yōu)異的導(dǎo)磁性能使絕大部分空間漏磁通在其內(nèi)部閉合，極大的改變了空間漏磁通的分布，因此必然會(huì)對激勵(lì)線圈的渦流損耗值產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件中雜散損耗分離的不準(zhǔn)確性[2-3]。

2.2 測量結(jié)合仿真的測量方法

測量結(jié)合仿真的測量方法原理如公式3所示

式中，Pc（20）-coil為負(fù)載激勵(lì)線圈繞組損耗計(jì)算值。

測量結(jié)合仿真的測量方法，采用負(fù)載激勵(lì)線圈繞組損耗計(jì)算值來代替負(fù)載激勵(lì)線圈損耗值，由于兩者同屬負(fù)載工況，因此可以較好的解決磁通變化對線圈渦流損耗的影響問題。但仿真計(jì)算值多采用標(biāo)準(zhǔn)溫度，未能考慮環(huán)境溫度對線圈繞組損耗的影響，因此引入溫度系數(shù)對繞組損耗進(jìn)行修正。

引入溫度系數(shù)，修正后的線圈繞組損耗值損耗如公式4所示。

式中，Pc-coil為負(fù)載激勵(lì)線圈繞組損耗修正值；θCt-t0為負(fù)載實(shí)驗(yàn)繞組線圈溫度。

經(jīng)整理可得如公式5所示的改進(jìn)后的測量結(jié)合仿真的測量方法

3 模型雜散損耗

本文對P210-B模型中導(dǎo)磁鋼板的雜散損耗進(jìn)行測量，同時(shí)結(jié)合工程電磁場分析軟件MagNet，分別采用傳統(tǒng)有限元分析法（FEM）和結(jié)合阻抗邊界的有限元分析法（FEM+IB）對模型進(jìn)行三維有限元分析，所得結(jié)果如下表所示。

通過表2對比可得，測量集合仿真的測量方法所得損耗測量結(jié)果與仿真計(jì)算值更為吻合，同時(shí)傳統(tǒng)有限元分析法和結(jié)合阻抗邊界的有限分析法均能得到較準(zhǔn)確的損耗計(jì)算結(jié)果。

4 結(jié)論

基于P210-B模型，本文對模型中導(dǎo)磁鋼板中的雜散損耗進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比分析，可得改進(jìn)后的測量結(jié)合仿真的測量方法，適用于變壓器油箱壁中雜散損耗的求解。

參考文獻(xiàn)：

[1]程志光，劉濤，范亞娜，等.基于TEAM P21三維雜散場問題建模仿真與驗(yàn)證.電工技術(shù)學(xué)報(bào)[J]. 2014，29（9）：194-203.

[2]趙志剛，趙新麗，程志光，等. HVDC中電力變壓器直流偏磁屏蔽效應(yīng)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（7）：45-52.

[3]范亞娜，劉洋，馬光，等.電力變壓器兩種磁屏蔽中磁通及損耗的仿真分析與驗(yàn)證[J].電工電能新技術(shù)，2015，34（7）：32-36.

作者簡介：趙志剛（1981-），男，漢族，天津人，博士后，主要研究方向：工程電磁場與磁技術(shù)；李興（1991-），漢族，天津人，碩士，主要研究領(lǐng)域?yàn)楣こ屉姶艌雠c磁技術(shù)。