电力变压器磁屏蔽结构对磁场和温度场的影响

夏明

摘  要：电力变压器对输电网络中的电压高低和稳定都至关重要，为了改变温升等问题对变压器工作效率、质量的影响，我们引入了磁屏蔽这一手段，并且通过分析磁屏蔽对电力变压器的磁场的影响，分析不同位置，不同厚度的磁屏蔽对温升的影响，散热系数的区别，仔细探究磁屏蔽对电力变压器温升的具体影响，对电力变压器设计进行优化，降低不利影响，完善电力变压器设计。

关键词：磁屏蔽;电力变压器;磁场;温升

中图分类号：TM41                  文献标志码：A

1 不同磁屏蔽结构带给电力变压器磁场的影响

1.1 不同磁屏蔽材质带来的影响

在现代变压器制造行业中，电工铁、硅钢片、低频铜屏蔽等材质是磁屏蔽优选材料。磁屏蔽材料分为低频材料和高频材料，在高频磁场当中，变压器外壳更容易发生涡流现象，大部分使用铜作为屏蔽材料;在低频磁场当中，由于涡流现象不易发生，因此多选用坡莫合金、电磁钢板等作为磁屏蔽材料。基于油箱磁屏蔽的条件，分别使用硅钢片、电工铁、低频铜材料、坡莫合金材料作为磁屏蔽的材质，结合计算模型，分析相同磁场状态下不同材质对磁场的不同影响。

使用硅钢片、电工铁、坡莫合金材料作为磁屏蔽的材质，对磁场的影响比较类似，电工铁材质的磁屏蔽比硅钢片材质的磁屏蔽效果更好。以磁屏蔽构件磁感应强度最大处为立足点进行分析，如果电导率的运行相同，那么以电工铁为材质的磁屏蔽效果明显优于硅钢片的效果，而以硅钢片为材质的磁屏蔽比坡莫合金材质的磁屏蔽效果更好。可见，材质磁导率不同的磁屏蔽效果也不相同，是磁影响屏蔽效果的重要因素。

1.2 磁屏蔽布置位置上的差异

磁屏蔽的布置位置主要分为水平位置和相对角度位置。我们可以将磁屏蔽在同一个方向上水平移动，不同距离所得到的结果也不相同，当水平移动距离为5 mm时，磁感强度最大值是1.205，水平移動为6 mm时，磁感强度最大值是1.208，水平移动距离为10 mm时，磁感强度最大值为1.228，当水平移动距离为20 mm时，磁感强度为1.231。所以说磁屏蔽中磁通的大小与铁芯当中漏磁量有一定的关系，当移动的距离越大时，磁屏蔽当中的磁通就会越多，感应强度越大。

从磁屏蔽角度旋转进行分析，当磁屏蔽旋转之后，变压器本身的能耗会减小，角度旋转越大，能耗越低。这主要是因为磁屏蔽在旋转之后会吸收漏磁，磁感应降低，因此损耗较小，但是这样会导致构件的温度升高。

1.3 磁屏蔽厚度对变压器工频磁场的影响

磁屏蔽的厚度和其使用后的效果有着很密切的关系，磁屏蔽的厚度和进入其中的漏磁也会发生变化。在保证其余位置磁屏蔽不变的情况下，磁屏蔽当中磁感应强度与磁屏蔽厚度之间的关系如图1所示。

通过以上实验数据可以得出，磁屏蔽的厚度与感应强度是正相关的关系。这主要是因为厚度越大漏磁的吸收越多，屏蔽性能越好。所以说设计人员可以根据需要决定磁屏蔽的设计厚度，保证电力变压器的设计质量的完好性。

2 电力变压器磁屏蔽结构对其温度场的影响

2.1 改变结构件散热系数

变压器器身在正常运行状态下会出现很多损耗，大多以热量形式散失，所以说变压器的铁芯和线圈都是变压器温升的发源地。铁芯和绕组所产生的热量会通过冷却油以热传递的方式进行散热，并且实现最终整个冷却系统的散热。根据传热学理论，2个平行平面距离是x，面积是S，2个平面的温度分别为θ1和θ2，且θ1>θ2，依靠热传导传递的热量是Q，那么计算公式为：

而磁屏蔽大多位于箱壁部位，铁芯夹件拉板位置一面是与冷却油接触，另外一面是与拉板接触，因此散热也不相同。在油浸式电力变压器当中上下部位的油温也不完全相同，计算水平散热系数计算公式为：

经过详细地计算，并引入上述公式，可以计算出变压器某一部位的散热系数。

2.2 影响温度场温升限制

温升是变压器某个部件和冷却介质温度之差，变压器绝缘所处的温度允许极限影响变压器的设计和成本。按照标准GB 1094.1—1996《电力变压器  第一部分：总则》第1.2.1条所规定的环境温度和冷却介质温度是当海拔高度不超过1 000 m时，最高气温+40 ℃，最热月平均温度+30 ℃，最热年平均温度+20 ℃，最低温度-25 ℃（户外变压器），最低气温-5 ℃（室内变压器），水冷却器入水口最高温度+25 ℃。当适用场所海拔超过1 000 m时，试验场地低于1 000 m时，绕组温升限值按照每增加400 m降低1 K，风冷为每升高250 m降低1 K。当自然油循环过程中变压器绕组的最热点高出平均数值18 ℃，那么就可以计算出额定负载下平均绕组温度为80 ℃，平均温升为60 ℃;当在强油循环的条件下，油浸式变压器绕组的最高温度点比平均温度高8 ℃，所以说可以计算出平均温升为70 ℃。所以在平均空气温度在20 ℃，最高温度在40 ℃以下时，油温应该按照55 ℃进行计算。

2.3 对温度场影响效果分析

通过分析我们可以得出以下结论，变压器的损耗在磁屏蔽当中属于一种平均分布的状态，变压器发热与冷却油的流动没有必然关系。结构件的散热系数和每个冷却油层面的高低有一定的关系，高低层面有温度的差异，导致结构件散热系数间的差异。因为夹件拉板和磁屏蔽之间的距离较小，在有磁屏蔽安装的变压器当中，铁芯自有磁场变化不明显，结构件之间的温度差异比较大，同层之间的温度差比较小，磁屏蔽有效地降低了结构件的损耗，降低了温升。

该次数据测量当中，安装磁屏蔽之前各项结构件的温升较高，不能满足长时运行绝缘要求，甚至导致变压器整体故障。安装磁屏蔽之后，测量所得各个结构件的环境温度为40 ℃左右，温度分布均匀，没有局部过热现象，而且平均温升降低，符合变压器运行设计要求。

3 结语

油浸式电力变压器的研究和发展，能够为我国输变电行业提供可靠的技术支持。通过该文研究，油浸式电力变压器当中的磁屏蔽能够有效改善其中的磁场和温升，我们可以在设计过程中合理布置磁屏蔽，减少变压器的损耗，以保证变压器的运行的稳定性，并且将温度和损耗控制在相关规定的范围之内，以此达到安全和稳定运行的要求。

参考文献

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