淺談變壓器漏磁效應及其對損耗的影響

(特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、變壓器漏磁產生的原因

當變壓器的一個繞組與電源接通后，就會在鐵心中產生磁通，在鐵心中產生磁通，在鐵心中由勵磁電壓產生的磁通叫主磁通，主磁通大小主要取決于勵磁電壓的大俠，當變壓器中流過負載電流時，就會在繞組周圍產生磁通，在繞組中由負載電流產生的磁通叫漏磁通，漏磁通的大小取決于負載電流，漏磁通不宜在鐵磁材料中通過。

主磁通與漏磁通都置身于封閉回路，都是相量，但不在同意相位上，主磁通在閉合磁路的鐵心中流通，所以主磁通的路徑全部都是鐵磁材料，而漏磁通，有的是在繞組所占的那部分空間閉合，有的是通過高低壓繞組空道再回到繞組所占的空間閉合，有的是通過繞組端部空間，進入壓板后再回到繞組所占空間閉合，有的還要進入郵箱后閉合。

從漏磁通所流經的閉合路徑分析可見，漏磁通在開磁通結構件包括通過部分心柱或磁屏蔽形成回路，主磁通和漏磁通在心柱內為相量相加或相減，主磁通在鐵心內產生空載損耗，漏磁通在繞組內或其他結構件中產生附加損耗。主磁通和漏磁通在數量上有以下關系：

Φs=(μk%/100)×Φ0

式中，μk%為變壓器阻抗電壓百分比，Φs為主磁通，Φ0為漏磁通。

二、漏磁通的分類

漏磁通分為縱向漏磁通和橫向漏磁通。

漏磁通在繞組所占據空間里流動的方向是與繞組軸向方向相平行的，通常稱為縱向漏磁通，相應的縱向漏磁通所產生的漏抗電勢稱為縱向漏抗電勢。

根據變壓器的磁勢平衡定律可知，變壓器一、二次繞組的磁勢總是平衡的，但由于縱絕緣結構要求繞組的起始部分加強絕緣，或調壓線段設于高壓側的緣故，從而使沿繞組整個高度上一、二次繞組的安匝并不完全處于平衡狀態，即使在一些區域里，可能一次繞組的安匝大于二次繞組的安匝，而在另一個區域里，可能二次繞組的安匝大于一次繞組的安匝。這樣，相當于繞組真個高度上交錯地排列這幾個等效繞組，各等效繞組的有效安匝等于該區域內一、二次繞組安匝之差。每一區域的等效繞組的有效安匝必然與其相鄰的另一個或幾個區域的等效繞組有效安匝相平衡。而相互平衡的磁勢將產生漏磁通，所以在一、二次繞組所占據的空間里還存在著一種流通方向與繞組軸向方向垂直的漏磁通，我們稱之為橫向漏磁通。

橫向漏磁通在變壓器發生短路情況下，將引起極大的軸向電磁力。因此在變壓器設計時，應盡量減小橫向漏磁通，一般在排列繞組線匝時，應盡可能使各區域內一、二次繞組的安匝趨于平衡。

三、漏磁場引起的變壓器附加損耗

(一)繞組中的縱向渦流損耗

繞組套在鐵心外面，處于縱向漏磁場中，由縱向漏磁產生縱向渦流損耗。其大小與導線尺寸和漏磁場磁通密度有關。

(二)繞組中的橫向渦流損耗

在具體設計中，由于高低壓繞組在同一區域內不可能使安匝完全平衡，使得導線在橫向有漏磁通通過而產生渦流損耗。

(三)繞組并聯導線間的環流損耗

如果繞組各并聯導線在漏磁場中所交鏈的漏磁鏈不相等，那么漏磁通在各并聯導線中感應漏抗電壓也不相等。在各并聯導線漏抗電壓之差的作用下，各并聯導線中將有電流產生，進而引起環流損耗。

(四)結構件損耗

結構件損耗是由漏磁通經過鋼結構件的零部件而產生的損耗。

四、減少變壓器漏磁場引起的附加損耗的措施

漏磁場引起的損耗將降低變壓器的效率，引起變壓器個別部件的過熱。隨著變壓器容量的增大，漏磁場引起的損耗的絕對值和相對值也增大，散熱也比較困難，因此要采取措施減小這種損耗。減少漏磁場引起的損耗最有效措施是減少漏磁場本身，但是這將導致變壓器阻抗的減小，短路電流的增大。

在漏磁場數值一定的情況下，采取以下措施可以減少損耗：

(一)改變漏磁場圖形

當繞組端部存在很強的橫向漏磁場時，在端部放置肺葉型磁屏蔽，利用硅鋼片的高導磁性，將磁屏蔽吸收的漏磁通再重新導入到鐵心或鐵軛中，從而達到降低損耗的目的。

在可能產生較大損耗的地方，采用磁分路使漏磁通繞過這些元件，也可以大大降低漏磁場引起的損耗。比如在郵箱內壁放置磁屏蔽，使流向油箱壁的大部分漏磁通流入磁屏蔽，這樣可以減少油箱壁中的損耗。有時也會在油箱內壁采用銅屏蔽等非導磁材料制成的屏蔽，這種屏蔽內的渦流屏蔽了企圖進入郵箱的漏磁通，進而可降低損耗。

(二)合理的選擇導線的型式和尺寸

由于繞組的渦流損耗在附加損耗中占有相當大的比例，因此減小繞組的渦流損耗也是非常有必要的。在變壓器設計中，采用厚度比較小的導線，可以有效地減少縱向渦流損耗。由于漏磁場在繞組端部發生了彎曲，導致橫向漏磁分量增大，因此在繞組端部可以采用軸向組合導線，減小導線的軸向尺寸，進而減小橫向渦流損耗。但是采用軸向組合導線的段數還需要驗證，否則會適得其反。另外，繞組采用多根導線并聯時，要進行換位，使漏磁通在各導線中感應的漏抗電壓盡量相等，以減小環流損耗。

(三)正確的設計零部件的結構

拉板設計時，中間開槽，盡可能的使漏磁通進入鐵心或鐵軛中。大電流引線布置時，銅排應以窄面對箱壁。為了減少引線漏磁通，銅排相互間距離應盡可能縮小，相鄰銅排的電流應相互補償。

(四)采用新型材料

采用新型的非導磁材料來制造個別結構部件，以大大的降低漏磁場引起的損耗。比如在大容量變壓器中，在油箱蓋上圍繞低壓套管而閉合的磁通將產生很大的損耗，所以在設計低壓升高座時可以采用低磁鋼板，使漏磁通沿著磁阻很大的路徑閉合，大大減少了損耗。

變壓器的漏磁場是非常復雜的，以上也只是對一些問題進行了定性分析，現在也引進了磁場分析軟件，可以對變壓器的磁場進行定量的分析，相信這會對變壓器的結構優化起到更大的幫助，更好的減少漏磁通引起的損耗，提高變壓器的效率。