隨著變壓器容量的增大，結(jié)構(gòu)件過(guò)熱問(wèn)題就變得越來(lái)越突出。對(duì)于超高壓、大容量變電器屏蔽措施成為解決變壓器過(guò)熱問(wèn)題的關(guān)鍵。如果在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)屏蔽結(jié)構(gòu)考慮不周到，就有可能引起結(jié)構(gòu)件局部過(guò)熱。

長(zhǎng)期過(guò)熱運(yùn)行，會(huì)造成絕緣件及變壓器油老化，絕緣及結(jié)構(gòu)件燒損，對(duì)變壓器安全運(yùn)行無(wú)疑會(huì)造成極大危害。應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到問(wèn)題，以便有針對(duì)性地進(jìn)行計(jì)算，采取既合理又經(jīng)濟(jì)的屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

1 常見(jiàn)的過(guò)熱問(wèn)題

變壓器正常發(fā)熱主要來(lái)自鐵損及銅損，通過(guò)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行散熱。當(dāng)局部發(fā)熱集中而散熱能力不能達(dá)到要求時(shí)，就會(huì)了出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象。變壓器局部過(guò)熱現(xiàn)象多種多樣，產(chǎn)生的原因也是多方面的，這里就不詳細(xì)陳述了。

對(duì)于大容量電力變壓器，由于漏磁通的增大，在結(jié)構(gòu)件中的產(chǎn)生的渦流、環(huán)流所引起的局部過(guò)熱現(xiàn)象是設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的技術(shù)難題。

2 線圈主漏磁引起的局部過(guò)熱

由于油箱壁一般由鋼板制造，鋼板屬于鐵磁材料，線圈縱向主漏磁要通過(guò)油箱壁，會(huì)在油箱壁中產(chǎn)生鐵損，不但增加變壓器的附加損耗，而且會(huì)引起油箱壁過(guò)熱。大容量變壓器經(jīng)常在油箱內(nèi)壁沿著漏磁方向增加磁屏蔽，以起到導(dǎo)通主漏磁的目的。

磁屏蔽材料為電工鋼帶，利用其優(yōu)良的導(dǎo)磁性能，可使漏磁通在磁屏蔽中通過(guò)，而不再經(jīng)過(guò)油箱壁，從而達(dá)到降低油箱壁中的損耗、避免局部過(guò)熱的目的，同時(shí)對(duì)降低變壓器附加損耗也有非常明顯的作用。圖1是一臺(tái)三相一體720MVA/500kV變壓器線圈主漏磁分布情況的計(jì)算。

圖1 漏磁通密度分布云圖

由于電力變壓器電壓的升高，我國(guó)500kV級(jí)及以上交流電力變壓器為了節(jié)省絕緣距離，多采用中部出線結(jié)構(gòu)。而對(duì)于高壓引線從油箱中部引出的中部出線結(jié)構(gòu)，由于對(duì)應(yīng)于線圈中部的油箱壁需開(kāi)孔以便高壓引線引出，于是導(dǎo)致線圈主漏磁路徑被斷開(kāi)。

如果仍采用油箱磁屏蔽，由于開(kāi)孔部位斷開(kāi)，磁力線引導(dǎo)過(guò)來(lái)后將會(huì)繞過(guò)中部開(kāi)孔，集中從開(kāi)孔邊緣通過(guò)，這樣就會(huì)造成油箱壁開(kāi)孔部分邊緣磁密增大而引起局部過(guò)熱。此結(jié)構(gòu)的變壓器采用油箱磁屏蔽從原理上是不合理的。曾有幾臺(tái)大容量電力變壓器采用此結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)改良，在變壓器高壓側(cè)箱壁內(nèi)側(cè)相應(yīng)增加電屏蔽，電屏蔽由銅板或鋁板制作，利用其優(yōu)良的導(dǎo)電性能，在漏磁穿入時(shí)產(chǎn)生渦流，而銅、鋁又為非導(dǎo)磁性材料，感應(yīng)所產(chǎn)生的渦流電動(dòng)勢(shì)并不很大，而且其散熱性能也較鋼板為優(yōu)，所以避免了其本身過(guò)熱的可能，又利用電屏蔽所感應(yīng)出方向相反的磁勢(shì)，從而阻止漏磁的穿過(guò)，減少進(jìn)入油箱的漏磁量，避免油箱壁過(guò)熱。

圖2為一臺(tái)三相一體720MVA/500kV變壓器高壓出線位置油箱壁內(nèi)側(cè)銅屏蔽渦流損耗的計(jì)算結(jié)果。圖3為溫升試驗(yàn)時(shí)紅外掃描照片，試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算相吻合。

圖2 渦流矢量分布云圖

圖3 溫升試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上圖二，渦流分布及矢量圖可以看出，對(duì)油箱渦流起主要作用的是線圈端部由肢板磁屏蔽所導(dǎo)出的橫向主漏磁通，上下兩部分方向相反，形成漏磁的回路。而其所產(chǎn)生的渦流則為上下兩個(gè)環(huán)形回路，內(nèi)圈較小而外圈較大，方向相反；由圖中可見(jiàn)，由于開(kāi)孔的原因，人為導(dǎo)致渦流回路由圓形而變?yōu)闄E圓形。

所以渦流在開(kāi)孔的上下兩端產(chǎn)生集中，使此兩個(gè)位置的渦流變大，溫升變高。由于此趨勢(shì)已無(wú)法更改，所以有效而合理的辦法為在此處增加電屏蔽的厚度而產(chǎn)生導(dǎo)流的效果，進(jìn)而降低此處的渦流密度，達(dá)到降低溫升的目的。

由實(shí)驗(yàn)得出，6mm的銅板已經(jīng)可以屏蔽75%以上的主漏磁，所以通常應(yīng)用的銅屏蔽為4-6mm，極限也不超過(guò)10mm，一般情況下來(lái)說(shuō)，厚度過(guò)大的銅屏蔽是不科學(xué)的。

與磁屏蔽相比較而言；由于磁屏蔽是導(dǎo)磁的，磁力線會(huì)被磁屏蔽吸引過(guò)來(lái)，布設(shè)磁屏蔽時(shí)，控制磁屏蔽中的磁密在一定標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，就不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象；且磁屏蔽邊緣的油箱壁中磁密是相對(duì)比較低的。

而電屏蔽是抗磁的，它增大了漏磁路徑的磁阻，磁力線會(huì)向磁阻相對(duì)較低的部位彎曲，這就造成電屏蔽邊緣的油箱壁磁密相對(duì)較高，故布設(shè)電屏蔽時(shí)要充分考慮這一點(diǎn)，使布設(shè)范圍適當(dāng)加大。

對(duì)于雙柱乃至三柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)的變壓器，由于相鄰兩柱的線圈磁勢(shì)有180°的相位角，在油箱壁中產(chǎn)生的縱向漏磁方向相反，在柱間部分的油箱壁內(nèi)產(chǎn)生的縱向漏磁是相抵消的，但橫向漏磁則是疊加的，所以會(huì)產(chǎn)生明顯的橫向漏磁。

三相變壓器相鄰兩柱的線圈磁勢(shì)有120°的相位角，同樣在柱間位置會(huì)產(chǎn)生較大的橫向漏磁。為解決橫向漏磁問(wèn)題，可在該區(qū)域采用低磁材料的箱壁，以便隔斷橫向漏磁路徑；布設(shè)端部橫向磁屏蔽也是一種可選的方案。

3. 小結(jié)

以上是本人關(guān)于大型電力變壓器屏蔽結(jié)構(gòu)問(wèn)題的幾點(diǎn)看法，其中很多措施是在產(chǎn)品中應(yīng)用過(guò)的，而且取得了比較理想的效果。以上一些措施會(huì)增加制造成本，應(yīng)針對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行必要的分析計(jì)算，有重點(diǎn)、有針對(duì)性地采取措施，以便采取經(jīng)濟(jì)、優(yōu)良的設(shè)計(jì)方案。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“大型電力變壓器屏蔽結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)件過(guò)熱影響的分析”，作者為冉慶凱、李志偉。