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        油浸式變壓器引線對油箱溫升的影響

        2021-09-10 15:22:07劉健嵩佐明
        電子樂園·中旬刊 2021年1期
        關(guān)鍵詞:引線油箱溫升

        劉健嵩 佐明

        摘要:本文介紹了變壓器引線電流對變壓器油箱及其他金屬件溫升的影響,同時(shí)簡單說明了避免金屬件過熱可以采取的措施和基本原理。

        關(guān)鍵詞:變壓器;油箱;溫升;引線

        1.概述

        隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,全社會用電量逐漸增大,變壓器容量也越來越大。而大容量變壓器因?yàn)殡娏鞔螅┐乓苍酱?,引線距離油箱又近,非常容易造成變壓器油箱過熱。此現(xiàn)象在發(fā)電機(jī)變壓器中尤其明顯,由于發(fā)電機(jī)變壓器容量大,低壓繞組電壓又低,所以電流非常大,油箱更易過熱。

        2.現(xiàn)有引線應(yīng)用情況及油箱過熱原因

        目前變壓器引線多采用紙包銅絞線的形式,包扎絕緣后的銅絞線既能保證絕緣強(qiáng)度,又比較軟,便于配制引線。在低電壓大電流引線中,絕緣要求降低了,但引線載流很大,此時(shí)需采用銅排結(jié)構(gòu)的引線。銅排載流大,抗短路性能好,但制造和引線配制困難。

        當(dāng)變壓器容量大且繞組低壓低時(shí),引線電流就會很大。由于引線浸在油中,油的磁導(dǎo)率極低,而磁通又必須閉合,因此磁通更容易通過油箱和鐵心夾件等鐵磁材料閉合。磁通經(jīng)過油箱和鐵心夾件,油箱和鐵心夾件內(nèi)就會發(fā)生電磁感應(yīng),造成發(fā)熱。當(dāng)金屬件局部過熱超過變壓器油所能耐受的極限就會造成油的分解,產(chǎn)生特征氣體,給變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。

        3.油箱過熱處理措施

        為防止金屬件局部過熱,設(shè)計(jì)時(shí)就需要采取合理的措施避免發(fā)生過熱。根據(jù)安培環(huán)路定律Hl=NI,引線漏磁與引線電流成正比。式中N=1,電流I由變壓器容量和電壓所決定,無法改變。在結(jié)構(gòu)允許的情況下,可將電流相反的兩根引線盡量靠近,此時(shí)盡管引線電流很大,但合成電流近似為0,兩根引線漏磁通近似抵消,即NI=0。漏磁通減少后,金屬件內(nèi)損耗降低,溫升降低。

        當(dāng)結(jié)構(gòu)所限,NI無法改變時(shí),只能改變l。在保證絕緣距離的前提下,可將引線盡可能遠(yuǎn)離金屬件,即增大l,可以實(shí)現(xiàn)減小H。此辦法雖容易實(shí)現(xiàn),但效果有限。當(dāng)引線電流特別大時(shí),變壓器內(nèi)往往沒有空間讓引線遠(yuǎn)離金屬件到足夠的距離。此時(shí)在漏磁通大的部位,油箱箱壁和夾件材料可采用低磁鋼。根據(jù)磁場強(qiáng)度定義式B=μH, 低磁鋼磁導(dǎo)率低,材料內(nèi)部磁密小。盡管低磁鋼仍然不是絕磁體,但相對普通鋼,磁導(dǎo)率大大降低,漏磁通不會大量通過低磁鋼閉合,降低了金屬件內(nèi)的損耗和溫升。盡管低磁鋼有上述優(yōu)點(diǎn),但材料成本高,而且低磁鋼強(qiáng)度低于普通鋼,為保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需增加材料用量。

        除此之外,還可在油箱上鋪設(shè)磁屏蔽,即將硅鋼片切割成長條狀后,一片片疊積成固定厚度,最后固定在箱壁上。磁屏蔽磁導(dǎo)率高,根據(jù)B=μH,漏磁通盡可能通過磁屏蔽閉合,磁屏蔽內(nèi)磁密比箱壁磁密更大。由于磁屏蔽磁導(dǎo)率高,因此損耗更小,發(fā)熱也更少。除引線漏磁通外,繞組漏磁也能通過磁屏蔽閉合,因此磁屏蔽還能夠降低變壓器整體的雜散損耗。磁屏蔽布置時(shí),應(yīng)盡可能高,以保證漏磁通不經(jīng)過油箱,盡可能的流入磁屏蔽。

        當(dāng)變壓器容量特別大時(shí),例如DFP-440000/500、SFP-780000/220型號的發(fā)電機(jī)變壓器,容量大而且低壓電壓低,低壓引線電流非常大。即使增加磁屏蔽,箱壁也易過熱,因此在磁屏蔽基礎(chǔ)上還需增加銅屏蔽。在箱蓋和箱壁上焊一大塊薄銅板即為銅屏蔽,在銅板上再鋪設(shè)磁屏蔽;先利用磁屏蔽吸收一部分漏磁通,再通過銅屏蔽電磁感應(yīng)出的電流與箱壁感應(yīng)電流抵消(楞次定律),以此來避免箱壁局部過熱。如容量太大僅采用上述兩種辦法效果不好,低壓側(cè)箱蓋和箱壁還可使用低磁鋼。三種方法同時(shí)使用,能夠有效降低箱壁熱點(diǎn)溫升。

        與油箱類似,當(dāng)電流很大時(shí)升高座也會發(fā)生過熱問題,也需要通過合適的方法解決。對于單相變壓器而言,低壓升高座材質(zhì)可采用低磁鋼加銅屏蔽的形式,如果仍有可能過熱,則需擴(kuò)大升高座直徑。對于三相變壓器,可將三相低壓引線放在一個(gè)升高座里(如圖1),利用任意時(shí)刻三相合成電流為0的特點(diǎn),升高座壁內(nèi)的漏磁通將大大降低。因結(jié)構(gòu)所限,三相引線一字排列,三相漏磁無法完全抵消,因此必要時(shí)仍需考慮低磁鋼、銅屏蔽等措施。如結(jié)構(gòu)允許,三相引線布置成三角形效果最好。

        需要注意的是,三相變壓器的升高座上蓋板與升高座壁不同,升高座上蓋板無法完全包括三相引線,在兩相之間的地方,漏磁通無法抵消,因此上蓋板的設(shè)計(jì)需格外注意,在電流較大時(shí)應(yīng)采用低磁鋼或增加銅屏蔽。

        4.結(jié)論

        大容量變壓器電流大,漏磁通也大,尤其是電壓低的產(chǎn)品,電流更大。漏磁通大易引起變壓器箱壁、升高座、夾件等金屬件過熱。為了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)計(jì)變壓器時(shí),需格外注意變壓器的金屬件熱點(diǎn)溫升?,F(xiàn)有的幾種手段各有優(yōu)缺點(diǎn),引線遠(yuǎn)離金屬件的辦法使用方便且不增加成本,但效果有限。采用低磁鋼,鋪設(shè)磁屏蔽、銅屏蔽能夠有效降低油箱熱點(diǎn)溫升,但制造困難、成本高。對于升高座,擴(kuò)大直徑也會造成成本上升。綜上所述,各種方法各有利弊,制定方案時(shí)應(yīng)根據(jù)變壓器實(shí)際情況合理選擇,有時(shí)甚至需要幾種辦法同時(shí)使用才能達(dá)到目的。

        參考文獻(xiàn):

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        作者簡介:劉健嵩(1989—),男,漢族,黑龍江省哈爾濱市,碩士,電氣工程。

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