電力干式變壓器是電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其電氣工作結(jié)構(gòu)主要包括繞組、鐵芯和絕緣。干式變壓器工作時(shí)，干式變壓器初級(jí)繞組通過(guò)交流電流產(chǎn)生磁通，磁通依靠導(dǎo)磁性能良好的鐵芯材料形成磁場(chǎng)通道，鐵芯中交變的磁場(chǎng)因電磁感應(yīng)作用又在干式變壓器次級(jí)繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成電場(chǎng)，干式變壓器因此也就完成電磁和磁電轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)墓ぷ饕蟆．?dāng)然，干式變壓器能安全工作的前提條件是，干式變壓器結(jié)構(gòu)中的絕緣材料必須具有良好的絕緣性能，而在實(shí)際生產(chǎn)中，影響干式變壓器絕緣性能的主要因素之一就是干式變壓器的發(fā)熱。當(dāng)干式變壓器發(fā)熱時(shí)，干式變壓器的絕緣材料因處在較高溫度下，構(gòu)成絕緣的分子或原子更加活躍，產(chǎn)生電荷的可能性增加，導(dǎo)電能力上升；同時(shí)，高溫的環(huán)境條件也會(huì)使絕緣材料發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生氣體和其它導(dǎo)電粒子等，從而使干式變壓器絕緣材料性能大為下降，易造成干式變壓器放電和擊穿事故等。干式變壓器因漏磁造成的發(fā)熱屬于干式變壓器發(fā)熱的一種類型，盡管此類發(fā)熱不是干式變壓器發(fā)熱中較嚴(yán)重的情況，但是，此類發(fā)熱由于其產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，干式變壓器的漏磁發(fā)熱也成為生產(chǎn)中處理較為棘手的難點(diǎn)之一，因此，研究和分析干式變壓器漏磁現(xiàn)象對(duì)于指導(dǎo)電力生產(chǎn)實(shí)踐具有重要現(xiàn)實(shí)意義。1 干式變壓器漏磁產(chǎn)生機(jī)理干式變壓器在工作過(guò)程中，繞組線圈中的電流必然在其周圍產(chǎn)生磁通，由于干式變壓器的鐵芯具有較高的磁導(dǎo)率，磁力線大都通過(guò)鐵芯構(gòu)成封閉磁力回路，沿干式變壓器鐵芯構(gòu)成磁回路的這部分磁通稱為主磁通，主磁通是一二次繞組電磁耦合的媒介，干式變壓器電能的傳輸就是依靠主磁通的變化而實(shí)現(xiàn)的，主磁通回路如圖1中所示。除此之外，繞組線圈電流產(chǎn)生的磁通還會(huì)通過(guò)干式變壓器油等弱導(dǎo)磁性介質(zhì)進(jìn)入干式變壓器油箱再次構(gòu)成磁通回路，由于這部分磁通僅與本繞組交鏈，而與其它繞組不發(fā)生耦合，因此對(duì)干式變壓器傳遞電能的工作無(wú)任何幫助，故形象地稱為漏磁通。干式變壓器在空載運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載側(cè)無(wú)電流通過(guò)，因此，干式變壓器漏磁通主要由一次空載電流決定，空載電流一般都較小，所以，干式變壓器空載時(shí)的漏磁影響可以忽略；干式變壓器在帶負(fù)載工作，尤其是過(guò)負(fù)載工作時(shí)，干式變壓器的漏磁通包括兩部分：一次電流引起的漏磁通和二次負(fù)載電流引起的漏磁通，一次電流和二次電流在此種情況下的數(shù)值都很大，所以，干式變壓器的漏磁產(chǎn)生的影響也較為嚴(yán)重。當(dāng)然，當(dāng)干式變壓器采用三相三芯柱結(jié)構(gòu)或當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)有諧波分量或不平衡負(fù)荷較大時(shí)，諧波造成干式變壓器的漏磁通影響會(huì)進(jìn)一步加大。

圖1 干式變壓器漏磁通產(chǎn)生機(jī)理示意2 干式變壓器漏磁屏蔽原理屏蔽按機(jī)理可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。電場(chǎng)屏蔽，是基于將電場(chǎng)感應(yīng)看成分布電容間的耦合而采取的金屬接地；磁場(chǎng)屏蔽，對(duì)于低頻磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)的屏蔽原理是有區(qū)別的：對(duì)于低頻磁場(chǎng)，磁屏蔽主要是依靠高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻，對(duì)磁通起著分路的作用，使磁力線都集中在屏蔽材料內(nèi)部，從而使被屏蔽物體內(nèi)部的磁場(chǎng)大為減弱，因此，低頻磁場(chǎng)的屏蔽材料常選用高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金、硅鋼片等，同時(shí)應(yīng)增加屏蔽體的厚度，以減小屏蔽體的磁阻。為 減小通過(guò)被屏蔽物體體內(nèi)的磁通，被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上。要注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，凡接縫、通風(fēng)空等均可能增加屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果。對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)：對(duì)要屏蔽外部強(qiáng)磁場(chǎng)的，則屏蔽體的外層選用不易飽和的材料，如硅鋼；而內(nèi)部可選用容易達(dá)到飽和的高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金等；反之，如果要屏蔽內(nèi)部強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，則材料的排列次序要倒過(guò)來(lái)。在安裝內(nèi)外兩層屏蔽體時(shí)，要注意彼此間的絕緣。當(dāng)沒(méi)有接地要求時(shí)，可用絕緣材料做支撐件。若需接地時(shí)，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。對(duì)于高頻磁場(chǎng)，目前還沒(méi)有導(dǎo)磁率很高的材料用于屏蔽。在低頻狀態(tài)下磁導(dǎo)率很高的材料，到了高頻狀態(tài)，磁導(dǎo)率就變得很低了。即使專用的高頻鐵氧體，其磁導(dǎo)率也很難超過(guò)100，與低頻下硅鋼片或者純鐵數(shù)千上萬(wàn)的磁導(dǎo)率相比差的很多，不能有效地聚集磁場(chǎng)。同時(shí)，這些材料都是一次性成型材料，燒制完成以后不能二次加工以適應(yīng)不同的需要。在生產(chǎn)中，高頻磁場(chǎng)的屏蔽，常采用銅鋁等良導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。銅鋁之所以能夠屏蔽高頻交變磁場(chǎng)，其原因在于高頻交變磁場(chǎng)能在銅鋁上引起很大的渦流，由于渦流的去磁作用，屏蔽罩處的磁場(chǎng)大大減弱，以致罩內(nèi)的高頻交變磁場(chǎng)不能穿出罩外。同樣道理，罩外的高頻交變磁場(chǎng)也不能穿入罩內(nèi)，從而達(dá)到磁屏蔽的目的。通常金屬的電阻率越小，引起的渦流越大，用這種金屬做成的屏蔽罩屏蔽效果越好。鐵等磁性材料的電阻率一般都較大，引起的渦流就小，去磁作用就小；另一方面，磁性材料的高頻功率損耗大，屏蔽效果差，因此屏蔽高頻交變磁場(chǎng)時(shí)不采用磁性材料。

圖2 干式變壓器油箱的磁屏蔽示意干式變壓器的工作電壓頻率為工頻50Hz，其漏磁通的屏蔽屬于低磁屏蔽的范疇。對(duì)于110kV以上的干式變壓器，由于漏磁的影響較大，所以此類干式變壓器的油箱內(nèi)壁靠近繞組部分都采用了鐵芯屏蔽的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，以處理漏磁對(duì)干式變壓器油箱的影響。干式變壓器油箱磁屏蔽采用接地的處理，減少了磁屏蔽體上因電磁感應(yīng)而使電位升高的可能性；同時(shí)也因?yàn)榇牌帘误w強(qiáng)制接地電位為零，對(duì)進(jìn)入油箱的電場(chǎng)進(jìn)行了屏蔽。因此，干式變壓器的油箱磁屏蔽的結(jié)構(gòu)，其主要作用為漏磁屏蔽，但客觀上，還存在電屏蔽的效應(yīng)。3 干式變壓器漏磁發(fā)熱案例分析2010年9月22日，鄭州某220kV變電站運(yùn)行人員，在巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)1#主變低壓側(cè)套管升高座部分螺栓存在嚴(yán)重過(guò)熱現(xiàn)象。用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀測(cè)量升高座與油箱結(jié)合面發(fā)現(xiàn)，其中有一個(gè)螺栓溫度高達(dá)3100C，附近另有幾顆螺栓溫度也高達(dá)1540C左右，而其余螺栓的溫度均與低壓側(cè)升高座溫度相同均在在850C左右。3.1干式變壓器油箱上下螺栓發(fā)熱各種處理效果比較針對(duì)干式變壓器的螺栓發(fā)熱問(wèn)題，為判斷發(fā)熱的性質(zhì)和找到解決發(fā)熱的辦法，檢修人員采取了多種措施進(jìn)行處理，其方法和效果如表1所示。

表1 干式變壓器油箱上下螺栓發(fā)熱各種處理效果比較3.2干式變壓器油箱上下螺栓發(fā)熱各種處理方法分析干式變壓器油箱上下螺栓因漏磁發(fā)熱原因有兩大方面：一是螺栓內(nèi)部渦流損耗引起的發(fā)熱；二是螺栓內(nèi)部因磁滯損耗引起的發(fā)熱。不同材料的螺栓因漏磁發(fā)熱的原因是不相同的：在具有導(dǎo)磁能力的螺栓材料中，工頻電壓下的漏磁場(chǎng)引起的損耗既有渦流損耗又有磁滯損耗，而對(duì)于弱導(dǎo)磁能力的螺栓材料，其損耗只有渦流損耗而無(wú)磁滯損耗。從此角度，我們可以對(duì)表3.1所采取的各種措施分析如下：3.2.1措施一 緊固螺栓在導(dǎo)電回路中，因?qū)w因連接松動(dòng)造成接觸電阻增大，從而引起發(fā)熱的案例比比皆是，此類電氣發(fā)熱，采用緊方法減少接觸電阻對(duì)減少發(fā)熱具有較好的效果；但是，對(duì)于磁回路，螺栓因緊固反而使導(dǎo)磁回路的導(dǎo)磁能力增加，常見(jiàn)干式變壓器油箱的上下螺栓屬于具有一定導(dǎo)磁作用的鑄鐵材料，因此鑄鐵中渦流和磁滯造成的發(fā)熱反而會(huì)增加，達(dá)不到減小發(fā)熱的效果。3.2.2措施二 松動(dòng)螺栓在漏磁通回路中，根據(jù)磁阻與磁通的歐姆定律關(guān)系，磁阻越大，磁通越小，由于松動(dòng)螺栓造成磁路中氣隙存在,而氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鑄鐵磁阻，因此螺栓的渦流和磁滯造成的損耗越小，發(fā)熱現(xiàn)象反而減弱。顯然，作為干式變壓器上下油箱起密封作用的螺栓，是無(wú)法讓其在工作中保持松動(dòng)狀態(tài)的，但從此角度來(lái)看，采用磁阻較大的材料作為螺栓可以解決漏磁發(fā)熱問(wèn)題。3.2.3措施三 利用銅絲進(jìn)行螺栓的上下短接在生產(chǎn)中，常有人采用利用銅絲對(duì)螺栓的進(jìn)行上下短接，以為銅絲可以起到低阻分流作用，進(jìn)而減少螺栓發(fā)熱。其實(shí)，這樣的理解是一個(gè)誤區(qū)，客觀上，通過(guò)螺栓的電流也存在，這部分電流，主要是由于通過(guò)螺栓閉合回路的漏磁感應(yīng)電流，電流很小，較大電流在100毫安以下，所以，螺栓的發(fā)熱基本與電路無(wú)關(guān)。銅線的短接增加了一個(gè)螺栓的并聯(lián)電路，對(duì)閉合回路電流有分流作用，但對(duì)于通過(guò)螺栓的漏磁而言影響極小，既然螺栓中的漏磁通沒(méi)有發(fā)生變化，其內(nèi)部發(fā)熱自然也就不會(huì)變化。3.2.4措施四和五 更換成不銹鋼或銅材料螺栓不銹鋼和銅材料，都屬于不導(dǎo)磁材料，因此漏磁通通過(guò)此類材料做成的螺栓時(shí)，在螺栓內(nèi)部不存在磁滯損耗，但由于這些材料是良導(dǎo)體，其內(nèi)部因漏磁通的感應(yīng)作用還會(huì)存在渦流損耗仍然造成螺栓發(fā)熱，但較鐵螺栓要小些。在生產(chǎn)中，考慮到不同金屬材料連接時(shí)的熱脹冷縮效應(yīng)，以及此類材料的降溫作用有限等因素，干式變壓器油箱螺栓漏磁嚴(yán)重發(fā)熱的處理一般不采用此法。3.2.5措施六 利用鐵板進(jìn)行螺栓的上下短接當(dāng)干式變壓器油箱內(nèi)部磁屏蔽受到損壞引起內(nèi)部漏磁分布不均勻時(shí)，若大部分漏磁從某一螺栓集中通過(guò)時(shí)，由于鑄鐵材料的導(dǎo)磁性不是很好，造成螺栓內(nèi)部磁飽和引起嚴(yán)重發(fā)熱，此類發(fā)熱既有渦流損耗，也有磁阻損耗，其中，磁阻損耗因材料磁飽和而遠(yuǎn)大于渦流損耗。生產(chǎn)中，利用鐵板進(jìn)行螺栓的上下短接，相當(dāng)于增加了漏磁通的導(dǎo)磁截面，降低了磁阻，從而減少了漏磁引起的發(fā)熱問(wèn)題。鐵板的截面越大，導(dǎo)磁性能就越好，減少發(fā)熱的能力就越強(qiáng)，這一點(diǎn)，相當(dāng)于并聯(lián)電路上的分流作用，再加上鐵材料的普遍性，所以在生產(chǎn)中的使用性較強(qiáng)。3.2.6利用硅鋼片進(jìn)行螺栓的上下短接盡管采用鑄鐵短路板有一定的作用，但鑄鐵的導(dǎo)磁性不是很好，其內(nèi)部的磁滯損耗還使螺栓發(fā)熱嚴(yán)重，因此，若采用導(dǎo)磁性能較好的硅鋼片短接螺栓，使磁通大部分通過(guò)硅鋼片，進(jìn)而可大大降低螺栓內(nèi)部的磁滯損耗和渦流損，從而使螺栓發(fā)熱的效應(yīng)大為降低。此種方法，在干式變壓器油箱螺栓因漏磁嚴(yán)重發(fā)熱時(shí)采用，效果尤為明顯。

圖3 干式變壓器油箱螺栓漏磁處理示意4 結(jié)論通過(guò)上述研究與分析，對(duì)解決生產(chǎn)中設(shè)備漏磁發(fā)熱問(wèn)題可總結(jié)出以下幾點(diǎn)處理原則：（1）對(duì)于設(shè)備的發(fā)熱問(wèn)題，先先要診斷設(shè)備發(fā)熱的性質(zhì)，電和磁發(fā)熱機(jī)理不同，處理發(fā)熱問(wèn)題，必須找到設(shè)備電或磁致熱的原因。（2）正確理解渦流損耗發(fā)熱和磁滯損耗發(fā)熱機(jī)理，針對(duì)不同的電磁場(chǎng)頻率和不同性質(zhì)的導(dǎo)磁材料，能分清造成設(shè)備發(fā)熱的主要因素。（3）對(duì)生產(chǎn)中的屏蔽處理，要搞清屏蔽的性質(zhì)，對(duì)于電屏蔽應(yīng)采用零電位或等電位屏蔽；對(duì)于漏磁屏蔽，在考慮到磁場(chǎng)頻率對(duì)屏蔽材料影響的基礎(chǔ)上，正確選擇低磁阻材料導(dǎo)磁或高磁阻材料隔斷磁路通道的不同屏蔽措施。（4）對(duì)于漏磁通不大的干式變壓器螺栓過(guò)熱故障，可以采用不銹鋼螺栓或短路鐵板的處理措施；對(duì)于漏磁通較大的干式變壓器螺栓過(guò)熱故障，必須采用硅鋼片進(jìn)行磁通的短路處理措施。

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