浅谈变压器漏磁效应及其对损耗的影响

2020-02-25

福建质量管理 2020年2期

(特变电工沈阳变压器集团有限公司辽宁沈阳 110144)

一、变压器漏磁产生的原因

当变压器的一个绕组与电源接通后，就会在铁心中产生磁通，在铁心中产生磁通，在铁心中由励磁电压产生的磁通叫主磁通，主磁通大小主要取决于励磁电压的大侠，当变压器中流过负载电流时，就会在绕组周围产生磁通，在绕组中由负载电流产生的磁通叫漏磁通，漏磁通的大小取决于负载电流，漏磁通不宜在铁磁材料中通过。

主磁通与漏磁通都置身于封闭回路，都是相量，但不在同意相位上，主磁通在闭合磁路的铁心中流通，所以主磁通的路径全部都是铁磁材料，而漏磁通，有的是在绕组所占的那部分空间闭合，有的是通过高低压绕组空道再回到绕组所占的空间闭合，有的是通过绕组端部空间，进入压板后再回到绕组所占空间闭合，有的还要进入邮箱后闭合。

从漏磁通所流经的闭合路径分析可见，漏磁通在开磁通结构件包括通过部分心柱或磁屏蔽形成回路，主磁通和漏磁通在心柱内为相量相加或相减，主磁通在铁心内产生空载损耗，漏磁通在绕组内或其他结构件中产生附加损耗。主磁通和漏磁通在数量上有以下关系：

Φs=(μk%/100)×Φ0

式中，μk%为变压器阻抗电压百分比，Φs为主磁通，Φ0为漏磁通。

二、漏磁通的分类

漏磁通分为纵向漏磁通和横向漏磁通。

漏磁通在绕组所占据空间里流动的方向是与绕组轴向方向相平行的，通常称为纵向漏磁通，相应的纵向漏磁通所产生的漏抗电势称为纵向漏抗电势。

根据变压器的磁势平衡定律可知，变压器一、二次绕组的磁势总是平衡的，但由于纵绝缘结构要求绕组的起始部分加强绝缘，或调压线段设于高压侧的缘故，从而使沿绕组整个高度上一、二次绕组的安匝并不完全处于平衡状态，即使在一些区域里，可能一次绕组的安匝大于二次绕组的安匝，而在另一个区域里，可能二次绕组的安匝大于一次绕组的安匝。这样，相当于绕组真个高度上交错地排列这几个等效绕组，各等效绕组的有效安匝等于该区域内一、二次绕组安匝之差。每一区域的等效绕组的有效安匝必然与其相邻的另一个或几个区域的等效绕组有效安匝相平衡。而相互平衡的磁势将产生漏磁通，所以在一、二次绕组所占据的空间里还存在着一种流通方向与绕组轴向方向垂直的漏磁通，我们称之为横向漏磁通。

横向漏磁通在变压器发生短路情况下，将引起极大的轴向电磁力。因此在变压器设计时，应尽量减小横向漏磁通，一般在排列绕组线匝时，应尽可能使各区域内一、二次绕组的安匝趋于平衡。

三、漏磁场引起的变压器附加损耗

(一)绕组中的纵向涡流损耗

绕组套在铁心外面，处于纵向漏磁场中，由纵向漏磁产生纵向涡流损耗。其大小与导线尺寸和漏磁场磁通密度有关。

(二)绕组中的横向涡流损耗

在具体设计中，由于高低压绕组在同一区域内不可能使安匝完全平衡，使得导线在横向有漏磁通通过而产生涡流损耗。

(三)绕组并联导线间的环流损耗

如果绕组各并联导线在漏磁场中所交链的漏磁链不相等，那么漏磁通在各并联导线中感应漏抗电压也不相等。在各并联导线漏抗电压之差的作用下，各并联导线中将有电流产生，进而引起环流损耗。

(四)结构件损耗

结构件损耗是由漏磁通经过钢结构件的零部件而产生的损耗。

四、减少变压器漏磁场引起的附加损耗的措施

漏磁场引起的损耗将降低变压器的效率，引起变压器个别部件的过热。随着变压器容量的增大，漏磁场引起的损耗的绝对值和相对值也增大，散热也比较困难，因此要采取措施减小这种损耗。减少漏磁场引起的损耗最有效措施是减少漏磁场本身，但是这将导致变压器阻抗的减小，短路电流的增大。

在漏磁场数值一定的情况下，采取以下措施可以减少损耗：

(一)改变漏磁场图形

当绕组端部存在很强的横向漏磁场时，在端部放置肺叶型磁屏蔽，利用硅钢片的高导磁性，将磁屏蔽吸收的漏磁通再重新导入到铁心或铁轭中，从而达到降低损耗的目的。

在可能产生较大损耗的地方，采用磁分路使漏磁通绕过这些元件，也可以大大降低漏磁场引起的损耗。比如在邮箱内壁放置磁屏蔽，使流向油箱壁的大部分漏磁通流入磁屏蔽，这样可以减少油箱壁中的损耗。有时也会在油箱内壁采用铜屏蔽等非导磁材料制成的屏蔽，这种屏蔽内的涡流屏蔽了企图进入邮箱的漏磁通，进而可降低损耗。

(二)合理的选择导线的型式和尺寸

由于绕组的涡流损耗在附加损耗中占有相当大的比例，因此减小绕组的涡流损耗也是非常有必要的。在变压器设计中，采用厚度比较小的导线，可以有效地减少纵向涡流损耗。由于漏磁场在绕组端部发生了弯曲，导致横向漏磁分量增大，因此在绕组端部可以采用轴向组合导线，减小导线的轴向尺寸，进而减小横向涡流损耗。但是采用轴向组合导线的段数还需要验证，否则会适得其反。另外，绕组采用多根导线并联时，要进行换位，使漏磁通在各导线中感应的漏抗电压尽量相等，以减小环流损耗。