变压器大电流引线温升与磁屏蔽

(特变电工沈阳变压器有限公司 辽宁 沈阳 110144)

一、引言

变压器的引线除了考虑电流密度和绝缘距离外，还要考虑在工作电流下引线的漏磁场和所位于的线圈漏磁场。引线的电感产生的附加的电压降，引线漏磁又使其附近的钢铁件产生附加的涡流损耗。这种电压降和损耗除与引线的几何形状和对钢铁件的距离有关外，还与引线的排列方式有关。

一般来说，引线的电压降和损耗之比等于它们的长度之比，而在电力变压器中引线长度相对较短，容量小时其电压降和损耗可忽略不计，电流在800A以上时则应加以重视，特别是要防止钢铁中的局部过热。

二、低压大电流引线的排列

考虑到大电流引线对结构件所形成的涡流损耗还不至于影响整个产品的性能，故在工程设计时，我们可将箱壁、箱盖等金属结构件尽可能地接近引线，且尽量垂直布置引线。为了降低大电流引线引起的损耗，应采用如下的排列方式。

尽量使引线的总体磁场最小，使相邻引线彼此的电流方向尽量相反，且平行引线间的距离越小越好，达到磁场尽量相互抵消。单相变压器或三相变压器分相引出时，线端和末端的引线要相邻引出，使电流方向相反，如图1(a)和(c)；三相变压器线端引出时，要使线端依次引出，使电流方向相差120°，如图1(b)所示。同理，如果三相变压器低压大电流线圈为d接线时要尽量避免引线并列。宜采用图2(a)只有下部水平线有并列的方式，而不采用图2(b)的x和z引出线全部并列的方式。

图1

图2

要求大电流引出线尽量远离钢铁件，以防止损耗产生的局部过热。大电流引线自己又需远离高漏磁场区，否则引线自身产生局部损耗而发热；此外，大电流引线引出油箱盖时，为了防止箱盖过热，开孔尺寸必须要足够大。根据经验，开孔直径

式中，I为引线中电流(A)，21.6是引线周围的磁场强度小于21.6(A/cm)导磁钢板才不发热的经验系数。大电流引线引出时箱盖开孔太大，为此在箱盖需焊接上不导磁钢板(法兰)，并尽量使引出线的合成电流减小，如图3所示。

图3

在大型变压器中为降低由漏磁通在油箱上引起的损耗,在特定的面积上(如套管安装部位)有时用不导磁钢板来代替普通钢板。但对大面积的油箱内壁采用安装磁屏蔽的方法则更为经济合理。设置磁屏蔽的目的就是让漏磁通尽可能地通过导磁性能较好的磁屏蔽装置,而不穿入油箱壁的钢板,从而避免了在油箱壁中产生大的损耗,引起油箱局部过热。大电流变压器绕组的端部漏磁较为严重。在绕组下端的钢托板上加装磁屏蔽,能使钢托板表面的磁密变得很小,从而降低了绕组的端部漏磁损耗,以防绕组端部绝缘过热故障。在使用磁屏蔽时，要注意磁屏蔽的固定及磁屏蔽良好接地，如果磁屏蔽没有固定好，可能因振动增大变压器的噪声，而接地不良则可能因电位悬浮引起局部放电。采用电屏蔽，其是利用导电板中的涡流来使漏磁通重新分布，其作用是增加了电屏蔽部分的磁阻，因而电屏蔽部位的漏磁通分量减少，从而减少了金属结构件中的涡流及涡流损耗密度，从而降低其损耗。

三、油箱内部条形磁屏蔽块的尺寸选择及固定方法

图4

变压器油箱在无磁屏蔽时,油箱内部的磁通分布与绕组相对应部分的轴向磁密较高,如图4。磁通密度较强的部位在中部,约占绕组高度的一半。油箱内壁条形磁屏蔽块的长度适当加长，可降低磁屏块端部漏磁场强度,以提高磁屏蔽效果。

图5

油箱内部磁屏蔽块的固定是一个关键工序,如固定不好就可能产生悬浮电位及磁屏蔽块的振动。因此,施工工艺必须保证安装的正确性。固定的方法很简单,在变压器油箱内壁上,按磁屏蔽块的宽度焊上若干条形小钢板,将条形磁屏蔽块放在油箱壁下端突出的支撑块上,然后将条形钢板打成角板。为防止钢角板打弯时损伤硅钢片,在角板及硅钢片间加绝缘板垫块,然后打紧,在磁屏蔽块的上一点焊死,使条形磁屏蔽与箱壁间无间隙,如图5所示。

四、套管及其升高座的特殊处理

图6 最大容许电流曲线

当负载电流经过套管流经油箱盖时，会产生杂散损耗。为了限制由杂散损耗引起的温升，可采取以下方法：1)低磁材料的条形板；2)套管处放置低磁材料板，既可以焊接低磁板，也可以焊接铜板。

通过对实际产品的测量，得出以下最大容许电流曲线：曲线1和曲线2之间包含得区域用于焊接低磁材料的条形板；曲线2之上的区域用于焊接低磁板。

一般来说，低于1000A时，无需特殊考虑；在1000A-3000A之间，焊接50mm宽的低磁钢板条即可；超过3000A时，通常要焊接整块低磁钢板，箱盖上的开孔应是矩形，以获得漏磁通尽可能长的路径。最小容许漏磁通路径见图7说明：

漏磁通路径(mm)

图7 最小容许漏磁通路径

五、结论

通过以上的分析研究，可以得出以下结论：

1)在布置引线时，低压铜排最好是宽面对着金属结构件，以减小变压器的结构尺寸，降低制造成本；

2)可以通过改变金属结构件的材料(采用低磁或无磁材料)来降低其涡流损耗,防止局部过热；

3)可以根据产品自身的结构特点，在其金属结构件上加设磁屏蔽或电屏蔽来降低其涡流损耗,防止局部过热。