保定天威集团特变电气有限公司河北保定071056
摘要：由于电力系统的完善，为了保证变压器的运行安全性，人们对变压器性能提出更高要求。据统计，一些老旧变压器很容易出现故障，文中介绍了降低杂散损耗的措施，分析了磁分路的变压器涡流场数值，对磁分路效果进行评估。
关键词：电力变压器；磁分路；效果
1磁分路的介绍
磁分路主要是磁力线的主要通路相平行的一段磁路。磁场中有一部分磁力线从主要通路中分出进入磁路后，便削弱了主要磁路中并联有分路的那一段的磁场强度。磁分路的形式为一块不大的铁片，通常是用来调整磁场空间内的磁场强度的。
2磁分路工作原理
2.1夹件条形磁分路
夹件条形磁分路采用优质硅钢片叠积而成，呈长方体状，漏磁通平行硅钢片宽度方向进入磁分路，适用于三相变压器和单相多器身变压器。其布置于变压器绕组上、下端部，宽度方向正对着绕组的主空道，长度方向平行于变压器油箱长轴方向。夹件条形磁分路处于磁通源近端区，磁阻小，承载的磁通量大，但受空间尺寸的制约，220kV及以上电压等级电力变压器，其截面一般不能达到所需要求，以致夹件条形磁分路的磁密一般可达1.9T左右。随着饱和点的上升，磁分路的磁阻增大，承载的磁通减小，造成磁分路内部的磁通波形呈现平顶波。
2.2器身磁分路
常见的器身磁分路截面呈肺叶形或多边形，一般称为器身肺叶形磁分路或器身板式磁分路，漏磁通平行硅钢片宽度方向进入磁分路。器身磁分路适用于所有类型的电力变压器，布置于变压器绕组上、下端部，宽度方向正对着绕组的主空道。器身磁分路的优点在于从磁通源近端区提供了一条非常高效的高磁导、低损耗漏磁通路，磁力通过缩小端绝缘距离，提高磁分路对绕组的遮盖面积，加大磁分路与轭的重叠面积，控制磁分路距轭的间隙等措施可以有效提高器身磁分路的分流能力。
2.3夹件L形磁分路
夹件L形磁分路采用优质硅钢片先折弯再叠积而成，截面呈L形，漏磁通垂直硅钢片宽度方向进入磁分路，适用于所有类型的电力变压器。布置于上、下夹件上靠近铁心窗口内侧。L形磁分路的主要工作原理是在夹件外表面和铁轭之间提供一条低磁阻通路，减少经过夹件的磁通量。进入L形磁分路的磁通一部分经过夹件导入铁轭，一部分由间隙直接导入铁轭，磁通量的分配关系主要取决于两个磁极的空间位置和磁极间的介质材料。
2.4油箱磁分路
油箱磁分路采用优质硅钢片叠积或卷绕而成，油箱磁分路一般布置于变压器绕组正对的箱壁上，对于特大容量变压器也有将油箱磁分路布置于变压器绕组端部正对的箱底或箱盖上。但实际上对于特大容量的电力变压器，其电压等级往往较高，绝缘距离较紧张，且箱底、箱盖远离漏磁通源，采用电磁屏蔽措施反而可以获得更简洁的布置方式和更良好的屏蔽效果。
3电力变压器磁分路应用效果
本文以电力变压器油箱为例对磁分路的应用效果进行了研究具体看下文：选择1台高阻抗变压器，型号为SSZ11-180000/220，阻抗为54%、14%、38%，分为高对中、高对低、中对低3种运行模式。其中，低压绕组的电压、电流为10.5kV、2857.1A；中压绕组为121kV、858.9A；高压绕组为230kV、451.8A。
3.1无磁分路的变压器电磁场
电磁场的模型构件包括铁心、夹件、拉板、绕组、油箱及变压器油等。其中，夹件、箱体具有导电性和导磁性，依据集肤深度计算公式，可得集肤深度在1mm以内，必须准确计算该深度内的涡流场。首先对结构件表层1mm进行建模，经网格离散后，促使该深度内有多层节点。利用ANSYS软件，向涡流场施加激励载荷，将箱外表面作为磁力线平行边界，模型区域横截面作为对称边界，即可得到各个节点的场量分布情况。结果显示，靠近铁心部位的油箱侧壁，其涡流损耗要高于远离旁轭部位的侧壁损耗。高对中额定运行的杂散损耗约为93100W，油箱杂散损耗约为51000W，占比54.8%；其中箱壁杂散损耗约为29100W，占油箱杂散损耗的大部分，占比达到57.1%。此外，油箱壁厚度、绕组和箱壁距离、油箱形状等均会影响油箱的杂散损耗。考虑到损耗幅值较大，如果不采取降损措施油箱壁温度就会明显升高，会导致油箱壁局部变色，油中氢气、总烃的增长速度加快。
3.2有磁分路时变压器电磁场
在上节油箱安装磁分路，置于长轴侧；变压器铁芯采用三相五柱结构，磁分路长度、厚度、数量等均可以根据实际情况进行调整，经网格剖分后施加载荷边界、边界条件，分析不同工况下磁分路变化对油箱漏磁分布的影响。结果显示，有磁分路后油箱壁上的涡流减小，漏磁集中区域面积小，进入油箱内部的法向磁感应强度降低。调整磁分路的参数如长度、宽度、厚度后可得到不同涡流密度分布图。利用ANSYS软件分析后可知，磁分路的长度影响大，宽度、厚度的影响达到一定数值后不再变化。
4磁分路结构的变压器涡流场数值分析
4.1涡流场分析
对磁分路的几何结构参数进行分析，可知结构参数、位置参数对涡流总损耗的影响，从而确定工程应用时的参数变化范围，为变压器的优化设计提供支持。铁心夹件上的磁分路，能够把夹件表面上的磁感应强度减小32%，涡流密度最大值减小45%。
4.2涡流损耗变化
在磁分路其他结构参数保持一定时，当磁分路底面和夹件底面处于同一高度时，涡流总损耗为最小值，随着这一高度的增加，结构件的涡流总损耗相应减小，且两者的变化幅度一致，而随着磁分路宽度增加，结构件的涡流总损耗相应减小且两者的变化幅度保持一致，随着长度增加，结构件的涡流总损耗先增后减，一旦磁分路长度达到夹件长度80%，涡流总损耗就不会变化，因此长度的最佳取值是夹件长度的80%。如图1.
4.3降低杂散损耗的措施
由于容量增大，运行期间就会产生杂散损耗。基于此，降低杂散损耗的措施如下：使用层压木板代替钢压板；对夹件进行分段处理，每一段之间处于绝缘状态；减小夹件厚度，使用框架式夹件。油箱、夹件使用低磁材料，但缺点是价格高、焊接性能差，多数厂家仍然使用普通钢板。油箱、夹件采取电屏蔽措施将铜板安装在油箱内壁、上下压板。因为铜的导电性能好，遇到交变磁场会感应出交变电流，用来抵消部分交变磁场，避免漏磁场完全进入油箱和夹件。采用磁分路技术，由于硅钢片的导磁性能好、单位损耗低，将磁分路置于合适位置可以减少漏磁通总量进入油箱和夹件。
5结语
磁分路是电力变压器中作为降低杂散损耗和控制金属结构件局部过热的重要手段，其基本结构较多，工作原理和设计要点不同，应用效果也不一样。随着变压器容量的增长，为了获得良好的应用效果，往往需要综合使用多种磁分路。
参考文献：
[1]李龙女，李岩，刘晓明.高压自耦变压器肺叶磁屏蔽特性的数值计算与分析[J].电工技术学报，2017，32（22）：134-143.