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，干式變壓器初級繞組通過交流電流產(chǎn)生磁通，磁通依靠導磁性能良好的鐵芯材料形成磁場通道，鐵芯中交變的磁場因電磁感應(yīng)作用又在干式變壓器次級繞組中感應(yīng)電動勢形成電場，干式變壓器因此也就完成電磁和磁電轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)電能傳輸?shù)墓ぷ饕蟆．斎唬墒阶儔浩髂馨踩ぷ鞯那疤釛l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。當干式變壓器發(fā)熱時，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，導電能力上升；同時，高溫的環(huán)境條件也會使絕緣材料發(fā)生化學變化，產(chǎn)生氣體和其它導電粒子等，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)熱中較嚴重的情況，但是，此類發(fā)熱由于其產(chǎn)生的機理比較復雜，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之一，因此，研究和分析干式變壓器漏磁現(xiàn)象對于指導電力生產(chǎn)實踐具有重要現(xiàn)實意義。1 干式變壓器漏磁產(chǎn)生機理干式變壓器在工作過程中，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率，磁力線大都通過鐵芯構(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)生的磁通還會通過干式變壓器油等弱導磁性介質(zhì)進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，因此對干式變壓器傳遞電能的工作無任何幫助，故形象地稱為漏磁通。干式變壓器在空載運行時，由于負載側(cè)無電流通過，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，干式變壓器空載時的漏磁影響可以忽略；干式變壓器在帶負載工作，尤其是過負載工作時，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)生的影響也較為嚴重。當然，當干式變壓器采用三相三芯柱結(jié)構(gòu)或當電網(wǎng)內(nèi)有諧波分量或不平衡負荷較大時，諧波造成干式變壓器的漏磁通影響會進一步加大。

圖1 干式變壓器漏磁通產(chǎn)生機理示意2 干式變壓器漏磁屏蔽原理屏蔽按機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。電場屏蔽，是基于將電場感應(yīng)看成分布電容間的耦合而采取的金屬接地；磁場屏蔽，對于低頻磁場和高頻磁場的屏蔽原理是有區(qū)別的：對于低頻磁場，磁屏蔽主要是依靠高導磁材料所具有的低磁阻，對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)部的磁場大為減弱，因此，低頻磁場的屏蔽材料常選用高導磁材料，如坡莫合金、硅鋼片等，同時應(yīng)增加屏蔽體的厚度，以減小屏蔽體的磁阻。為 減小通過被屏蔽物體體內(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，凡接縫、通風空等均可能增加屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果。對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)：對要屏蔽外部強磁場的，則屏蔽體的外層選用不易飽和的材料，如硅鋼；而內(nèi)部可選用容易達到飽和的高導磁材料，如坡莫合金等；反之，如果要屏蔽內(nèi)部強磁場時，則材料的排列次序要倒過來。在安裝內(nèi)外兩層屏蔽體時，要注意彼此間的絕緣。當沒有接地要求時，可用絕緣材料做支撐件。若需接地時，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。對于高頻磁場，目前還沒有導磁率很高的材料用于屏蔽。在低頻狀態(tài)下磁導率很高的材料，到了高頻狀態(tài)，磁導率就變得很低了。即使專用的高頻鐵氧體，其磁導率也很難超過100，與低頻下硅鋼片或者純鐵數(shù)千上萬的磁導率相比差的很多，不能有效地聚集磁場。同時，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，高頻磁場的屏蔽，常采用銅鋁等良導體來實現(xiàn)。銅鋁之所以能夠屏蔽高頻交變磁場，其原因在于高頻交變磁場能在銅鋁上引起很大的渦流，由于渦流的去磁作用，屏蔽罩處的磁場大大減弱，以致罩內(nèi)的高頻交變磁場不能穿出罩外。同樣道理，罩外的高頻交變磁場也不能穿入罩內(nèi)，從而達到磁屏蔽的目的。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時不采用磁性材料。

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)計結(jié)構(gòu)，如圖2所示，以處理漏磁對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；同時也因為磁屏蔽體強制接地電位為零，對進入油箱的電場進行了屏蔽。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變電站運行人員，在巡視時發(fā)現(xiàn)1#主變低壓側(cè)套管升高座部分螺栓存在嚴重過熱現(xiàn)象。用遠紅外測溫儀測量升高座與油箱結(jié)合面發(fā)現(xiàn)，其中有一個螺栓溫度高達3100C，附近另有幾顆螺栓溫度也高達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干式變壓器的螺栓發(fā)熱問題，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：在具有導磁能力的螺栓材料中，工頻電壓下的漏磁場引起的損耗既有渦流損耗又有磁滯損耗，而對于弱導磁能力的螺栓材料，其損耗只有渦流損耗而無磁滯損耗。從此角度，我們可以對表3.1所采取的各種措施分析如下：3.2.1措施一 緊固螺栓在導電回路中，因?qū)w因連接松動造成接觸電阻增大，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減少發(fā)熱具有較好的效果；但是，對于磁回路，螺栓因緊固反而使導磁回路的導磁能力增加，常見干式變壓器油箱的上下螺栓屬于具有一定導磁作用的鑄鐵材料，因此鑄鐵中渦流和磁滯造成的發(fā)熱反而會增加，達不到減小發(fā)熱的效果。3.2.2措施二 松動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，由于松動螺栓造成磁路中氣隙存在,而氣隙磁阻遠大于鑄鐵磁阻，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，是無法讓其在工作中保持松動狀態(tài)的，但從此角度來看，采用磁阻較大的材料作為螺栓可以解決漏磁發(fā)熱問題。3.2.3措施三 利用銅絲進行螺栓的上下短接在生產(chǎn)中，常有人采用利用銅絲對螺栓的進行上下短接，以為銅絲可以起到低阻分流作用，進而減少螺栓發(fā)熱。其實，這樣的理解是一個誤區(qū)，客觀上，通過螺栓的電流也存在，這部分電流，主要是由于通過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)熱基本與電路無關(guān)。銅線的短接增加了一個螺栓的并聯(lián)電路，對閉合回路電流有分流作用，但對于通過螺栓的漏磁而言影響極小，既然螺栓中的漏磁通沒有發(fā)生變化，其內(nèi)部發(fā)熱自然也就不會變化。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，都屬于不導磁材料，因此漏磁通通過此類材料做成的螺栓時，在螺栓內(nèi)部不存在磁滯損耗，但由于這些材料是良導體，其內(nèi)部因漏磁通的感應(yīng)作用還會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 利用鐵板進行螺栓的上下短接當干式變壓器油箱內(nèi)部磁屏蔽受到損壞引起內(nèi)部漏磁分布不均勻時，若大部分漏磁從某一螺栓集中通過時，由于鑄鐵材料的導磁性不是很好，造成螺栓內(nèi)部磁飽和引起嚴重發(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大于渦流損耗。生產(chǎn)中，利用鐵板進行螺栓的上下短接，相當于增加了漏磁通的導磁截面，降低了磁阻，從而減少了漏磁引起的發(fā)熱問題。鐵板的截面越大，導磁性能就越好，減少發(fā)熱的能力就越強，這一點，相當于并聯(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。3.2.6利用硅鋼片進行螺栓的上下短接盡管采用鑄鐵短路板有一定的作用，但鑄鐵的導磁性不是很好，其內(nèi)部的磁滯損耗還使螺栓發(fā)熱嚴重，因此，若采用導磁性能較好的硅鋼片短接螺栓，使磁通大部分通過硅鋼片，進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重發(fā)熱時采用，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)論通過上述研究與分析，對解決生產(chǎn)中設(shè)備漏磁發(fā)熱問題可總結(jié)出以下幾點處理原則：（1）對于設(shè)備的發(fā)熱問題，先先要診斷設(shè)備發(fā)熱的性質(zhì)，電和磁發(fā)熱機理不同，處理發(fā)熱問題，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)熱機理，針對不同的電磁場頻率和不同性質(zhì)的導磁材料，能分清造成設(shè)備發(fā)熱的主要因素。（3）對生產(chǎn)中的屏蔽處理，要搞清屏蔽的性質(zhì)，對于電屏蔽應(yīng)采用零電位或等電位屏蔽；對于漏磁屏蔽，在考慮到磁場頻率對屏蔽材料影響的基礎(chǔ)上，正確選擇低磁阻材料導磁或高磁阻材料隔斷磁路通道的不同屏蔽措施。（4）對于漏磁通不大的干式變壓器螺栓過熱故障，可以采用不銹鋼螺栓或短路鐵板的處理措施；對于漏磁通較大的干式變壓器螺栓過熱故障，必須采用硅鋼片進行磁通的短路處理措施。

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