變壓器大電流引線溫升與磁屏蔽

(特變電工沈陽變壓器有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、引言

變壓器的引線除了考慮電流密度和絕緣距離外，還要考慮在工作電流下引線的漏磁場和所位于的線圈漏磁場。引線的電感產生的附加的電壓降，引線漏磁又使其附近的鋼鐵件產生附加的渦流損耗。這種電壓降和損耗除與引線的幾何形狀和對鋼鐵件的距離有關外，還與引線的排列方式有關。

一般來說，引線的電壓降和損耗之比等于它們的長度之比，而在電力變壓器中引線長度相對較短，容量小時其電壓降和損耗可忽略不計，電流在800A以上時則應加以重視，特別是要防止鋼鐵中的局部過熱。

二、低壓大電流引線的排列

考慮到大電流引線對結構件所形成的渦流損耗還不至于影響整個產品的性能，故在工程設計時，我們可將箱壁、箱蓋等金屬結構件盡可能地接近引線，且盡量垂直布置引線。為了降低大電流引線引起的損耗，應采用如下的排列方式。

盡量使引線的總體磁場最小，使相鄰引線彼此的電流方向盡量相反，且平行引線間的距離越小越好，達到磁場盡量相互抵消。單相變壓器或三相變壓器分相引出時，線端和末端的引線要相鄰引出，使電流方向相反，如圖1(a)和(c)；三相變壓器線端引出時，要使線端依次引出，使電流方向相差120°，如圖1(b)所示。同理，如果三相變壓器低壓大電流線圈為d接線時要盡量避免引線并列。宜采用圖2(a)只有下部水平線有并列的方式，而不采用圖2(b)的x和z引出線全部并列的方式。

圖1

圖2

要求大電流引出線盡量遠離鋼鐵件，以防止損耗產生的局部過熱。大電流引線自己又需遠離高漏磁場區，否則引線自身產生局部損耗而發熱；此外，大電流引線引出油箱蓋時，為了防止箱蓋過熱，開孔尺寸必須要足夠大。根據經驗，開孔直徑

式中，I為引線中電流(A)，21.6是引線周圍的磁場強度小于21.6(A/cm)導磁鋼板才不發熱的經驗系數。大電流引線引出時箱蓋開孔太大，為此在箱蓋需焊接上不導磁鋼板(法蘭)，并盡量使引出線的合成電流減小，如圖3所示。

圖3

在大型變壓器中為降低由漏磁通在油箱上引起的損耗,在特定的面積上(如套管安裝部位)有時用不導磁鋼板來代替普通鋼板。但對大面積的油箱內壁采用安裝磁屏蔽的方法則更為經濟合理。設置磁屏蔽的目的就是讓漏磁通盡可能地通過導磁性能較好的磁屏蔽裝置,而不穿入油箱壁的鋼板,從而避免了在油箱壁中產生大的損耗,引起油箱局部過熱。大電流變壓器繞組的端部漏磁較為嚴重。在繞組下端的鋼托板上加裝磁屏蔽,能使鋼托板表面的磁密變得很小,從而降低了繞組的端部漏磁損耗,以防繞組端部絕緣過熱故障。在使用磁屏蔽時，要注意磁屏蔽的固定及磁屏蔽良好接地，如果磁屏蔽沒有固定好，可能因振動增大變壓器的噪聲，而接地不良則可能因電位懸浮引起局部放電。采用電屏蔽，其是利用導電板中的渦流來使漏磁通重新分布，其作用是增加了電屏蔽部分的磁阻，因而電屏蔽部位的漏磁通分量減少，從而減少了金屬結構件中的渦流及渦流損耗密度，從而降低其損耗。

三、油箱內部條形磁屏蔽塊的尺寸選擇及固定方法

圖4

變壓器油箱在無磁屏蔽時,油箱內部的磁通分布與繞組相對應部分的軸向磁密較高,如圖4。磁通密度較強的部位在中部,約占繞組高度的一半。油箱內壁條形磁屏蔽塊的長度適當加長，可降低磁屏塊端部漏磁場強度,以提高磁屏蔽效果。

圖5

油箱內部磁屏蔽塊的固定是一個關鍵工序,如固定不好就可能產生懸浮電位及磁屏蔽塊的振動。因此,施工工藝必須保證安裝的正確性。固定的方法很簡單,在變壓器油箱內壁上,按磁屏蔽塊的寬度焊上若干條形小鋼板,將條形磁屏蔽塊放在油箱壁下端突出的支撐塊上,然后將條形鋼板打成角板。為防止鋼角板打彎時損傷硅鋼片,在角板及硅鋼片間加絕緣板墊塊,然后打緊,在磁屏蔽塊的上一點焊死,使條形磁屏蔽與箱壁間無間隙,如圖5所示。

四、套管及其升高座的特殊處理

圖6 最大容許電流曲線

當負載電流經過套管流經油箱蓋時，會產生雜散損耗。為了限制由雜散損耗引起的溫升，可采取以下方法：1)低磁材料的條形板；2)套管處放置低磁材料板，既可以焊接低磁板，也可以焊接銅板。

通過對實際產品的測量，得出以下最大容許電流曲線：曲線1和曲線2之間包含得區域用于焊接低磁材料的條形板；曲線2之上的區域用于焊接低磁板。

一般來說，低于1000A時，無需特殊考慮；在1000A-3000A之間，焊接50mm寬的低磁鋼板條即可；超過3000A時，通常要焊接整塊低磁鋼板，箱蓋上的開孔應是矩形，以獲得漏磁通盡可能長的路徑。最小容許漏磁通路徑見圖7說明：

漏磁通路徑(mm)

圖7 最小容許漏磁通路徑

五、結論

通過以上的分析研究，可以得出以下結論：

1)在布置引線時，低壓銅排最好是寬面對著金屬結構件，以減小變壓器的結構尺寸，降低制造成本；

2)可以通過改變金屬結構件的材料(采用低磁或無磁材料)來降低其渦流損耗,防止局部過熱；

3)可以根據產品自身的結構特點，在其金屬結構件上加設磁屏蔽或電屏蔽來降低其渦流損耗,防止局部過熱。