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　　變壓器31磁場的分豐斤徐勇周臘吾朱其法弋到忠邵31.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長沙410082；2.沈陽變壓器研究所，遼寧沈陽0179；3.岳8日電業(yè)局，湖南岳陽4140001引言變壓器的電磁設(shè)計與變壓器的漏磁場密切相關(guān)。，變壓器的容量越大，漏磁場就越強，從而使穩(wěn)態(tài)漏磁場引起的各種附加損耗增加，如設(shè)計不當(dāng)它將造成變壓器的局部過熱，使變壓器的熱性能變壞，終導(dǎo)致絕緣材料的熱老化與擊穿。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，暫態(tài)短路電流產(chǎn)生的漏磁場還可能產(chǎn)生巨大的機械力，對其絕緣和機械結(jié)構(gòu)造成致命的威脅。

　　為了緩解漏磁場在上述兩方面的影響，必須對穩(wěn)態(tài)電流與暫態(tài)電流產(chǎn)生的漏磁場進行全面的分析，筆者在這方面做了些基礎(chǔ)性工作。

　　2漏磁場的類型變壓器的運行狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩種，穩(wěn)態(tài)運行指正常的對稱運行和不對稱運行，而暫態(tài)運行則是指變壓器空載合閘時產(chǎn)生的涌流或變壓器突然短路時的暫態(tài)短路電流。與之對應(yīng)的漏磁場也分為穩(wěn)態(tài)漏磁場和暫態(tài)漏磁場。以雙繞組變壓器為例，在穩(wěn)態(tài)運行方式下，其磁勢方程為即，+№1合成磁勢，叫做磁化磁勢，也叫做穩(wěn)態(tài)勵磁磁勢，它建立起與兩個繞組都完全交鏈，并在鐵心中形成回路的主磁通。

　　因為廠=72由上述分析可知，變壓器的穩(wěn)態(tài)磁場可以看做兩個部分部分由勵磁磁勢尸，=，建立，稱為穩(wěn)態(tài)主磁場，另部分由其和等于零的穩(wěn)態(tài)負載電流和次電流負載分量的磁勢1+，2=，所建立，稱其為穩(wěn)態(tài)漏磁場。

　　穩(wěn)態(tài)主磁場和穩(wěn)態(tài)漏磁場在性質(zhì)上有著明顯的不同，其不同是1由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁通的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系，其值大小與外施電壓成正比，而漏磁通的磁路大部分由非鐵磁材料組成，所以漏磁通性關(guān)系；2主磁通在次繞組中均感應(yīng)電動勢，當(dāng)次側(cè)接上負載時便有電功率向負載輸出，故主磁通起傳遞能量的媒介作用。而漏磁通僅在繞組中感應(yīng)渦流與并聯(lián)導(dǎo)線的循環(huán)電流，其不能傳遞能量，僅起壓降作用。穩(wěn)態(tài)漏磁場的大小及分布規(guī)律決定著變壓器繞組的漏抗附加損耗以及變壓器金屬結(jié)構(gòu)件里的損耗。

　　變壓器在穩(wěn)態(tài)運行時，無論是外加電壓或負載電流都不發(fā)生突然的急劇變化，因而漏磁場的幅值也基本保持穩(wěn)定，約為主磁通與短路阻抗標么值乘積。顯然從平均意義上來說，漏磁場不大，但不排除由于漏磁場分布不均勻?qū)е碌木植窟^熱。

　　變壓器在實際運行過程中，有時會受到外界因素的急劇干擾，例如負載突然變化，空載合閘和次側(cè)突然短路等，破壞了原有的穩(wěn)定狀態(tài)，其電壓電流和磁通都要經(jīng)歷個急劇的變化過程才能達到新在暫態(tài)方式下，漏磁場的變化情況。

　　設(shè)電網(wǎng)容量無窮大，短路電流不致引起電網(wǎng)電壓下降，則突然短路時次側(cè)電路的微分方程為L，Ms短路電感和電阻解此常系數(shù)微分方程可得短路電流的通解為短路電流的大小，與短路時，的初相角有關(guān)當(dāng)=，時，短路電流達到大值，達式為對大型變壓器，尺=1.7，1.8對小型變壓器，尺=1.21.3 16.67倍，由式5所知，在暫態(tài)過程中15為非正弦電流，故不能用式2來描述變壓器內(nèi)部的磁勢關(guān)系。，由所產(chǎn)生的漏磁場稱為暫態(tài)漏磁場。根據(jù)漏磁場與電流的關(guān)系可知，暫態(tài)漏磁場的大值與穩(wěn)態(tài)漏磁場之比也約為6.67，3漏磁場產(chǎn)生的效應(yīng)3.1損耗效應(yīng)變壓器各繞組的導(dǎo)體處于漏磁場中，將產(chǎn)生渦流，由于渦流的存在，就使得電流密度沿導(dǎo)線橫截面在導(dǎo)線截面里分布不均勻，使得繞組實際電阻比通過葭流時的電阻歐姆電阻大為增加。由渦流引起何尺才和漏磁場的大小與分布，垂直于漏磁場方向壓器的金屬結(jié)構(gòu)附件中引發(fā)雜散損耗。渦流損耗環(huán)流損耗和雜散損耗統(tǒng)稱為變壓器的附加損耗。

　　3.2熱效應(yīng)變壓器運行時，繞組鐵心以及其它結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的損耗幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能。試驗明油浸式繞組熱點年平均溫度若不大于98丈，變壓器的運行年限可為20，25年，繞組熱點的溫度般比平均溫度高13，所以，繞組在額定負載下的年平均溫度定為85，由于變壓器油在溫度高于98丈后，性能，著惡化，所以規(guī)定油頂層溫升不得超過55反。油浸式變壓器溫升現(xiàn)值如1.

　　變壓器部分溫升限值K繞組點然油循環(huán)強迫汕循環(huán)鐵心固與變玉器油接觸非導(dǎo)電部分的結(jié)構(gòu)件面變壓器在連續(xù)滿載運行條件下，如果發(fā)生短路，穩(wěn)定短路電流將會很大，繞組發(fā)熱量急劇增加，繞組溫度也相應(yīng)增高。由于短路允許持續(xù)時間很短，要小于28，繞組的熱時間常數(shù)遠小于變壓器油的熱時間常數(shù)，故可將繞組暫態(tài)過熱過程視為絕熱過程。如果短路后，繞組溫度超過外包絕緣耐熱等級所允許的高溫度，變壓器將受到損傷。

　　欲使變壓器在實際運行時，各點溫升不超過國標所限，基本的條件是使變壓器的散熱值大于產(chǎn)熱值，否則，變壓器的溫度將持續(xù)升高，溫升大于標準限值，絕緣材料會提前熱老化而損壞。

　　3.3機械力效應(yīng)變壓器的繞組處在漏磁場中，繞組中的電流與漏磁場相互作用，在繞組導(dǎo)線上產(chǎn)生電磁力。繞組的受力情況當(dāng)變壓器繞組的電流大時，需要采用多根并聯(lián)受到的徑向力方向相反，外層繞組受張力，內(nèi)層繞組導(dǎo)線。在連續(xù)式糾結(jié)式和螺旋式等繞組中，導(dǎo)線的排列方向垂直于軸向漏磁場方向，如不采取特殊措施，則由于各并聯(lián)導(dǎo)線處于不同大小將使繞組的各絕緣導(dǎo)體間出現(xiàn)環(huán)流，繞組的負載損耗將超過歐姆損耗，其增加部分稱為環(huán)流損耗。為了改善各并聯(lián)導(dǎo)線間的電流分布，通常采取換位措施，即在繞組的繞制過程中將各導(dǎo)線相互位移除了產(chǎn)生上述兩種損耗外，漏磁場還在變；場分布同心繞組的受力情況受壓力。同理盡，與電流的作用產(chǎn)生軸向力，其作用方向為從繞組兩端擠壓繞組。

　　可利用畢奧薩伐爾定律對變壓器繞組上所承受的電磁力進行定量分析，假設(shè)作用在處于漏磁場中的電流單元上的電磁力咖=衫咖，則作用在繞組或部分繞組的力=1人。只要漏磁場的5值較準確，就可以計算出作用在單獨線匝或線段部分繞組或整個繞組上的電磁力。

　　在穩(wěn)態(tài)運行時，由于穩(wěn)態(tài)漏磁場及穩(wěn)態(tài)電流都不大，電磁力也不大，而在變壓器突然短路時，暫態(tài)漏磁通密度將隨著短路電流的大小成比例增長，繞組上所受到的電磁力也將隨著電流的平方成比例增長因變壓器短路時的電流大值為額定電流值的16.67倍，則其繞組受到的電磁力可達額定運行時電磁力的幾百倍，這樣大的電磁力極有可能把繞組損壞另外。若電力系統(tǒng)保護功能失效，短路電流將持續(xù)定時間，但不能超過28，熱效應(yīng)也應(yīng)該考慮。

　　4漏磁場的分析穩(wěn)態(tài)漏磁場屬維場4，而暫態(tài)漏磁場由于其勵磁源短路電流是個隨時間而變化的函數(shù)，故應(yīng)采用4維場，來描述。

　　由于受數(shù)學(xué)分析方法的限制，早期研究漏磁場模時均假設(shè)漏磁場在軸向是對稱的，以便將維場簡化為維場，同時認為漏磁感應(yīng)呈梯形規(guī)律分布。

　　由于變壓器繞組中漏磁場分布較復(fù)雜，計算繞組渦流損耗分困難，用兩維渦流場解析或其改進式計算，誤差較大。為克服解析法的不足，從20世紀70年代起，人們就將數(shù)值方法引人漏磁場的研究領(lǐng)域，使變玉器的設(shè)計或計算得到了改進。

　　1973年泌如首先將有限元法用于變壓器取得了較好的效果。但是為了簡化計算，將繞組周圍的磁場分布假設(shè)為軸對稱的，用計算單柱的軸對稱漏磁場來代替對相變壓器整體漏磁場的計算。

　　此外，在求解漏磁場時，都是從恒定場的微分方程出發(fā)，沒有考慮渦流的影響汁算方法，在計及油箱壓板夾件等結(jié)構(gòu)部件中渦流的條件下，用有限元法計算短路情況下變壓器的維時變電磁場，計算中，以矢量磁位作為場方程量的工作4.文獻5用等效電流法求解了維靜態(tài)漏磁場，文獻6采用雙分量積分方程法，忽略非線性主磁場與渦流的相互作用，分析了油箱渦流損耗維渦流場的分析仍然是目前受重視的問雜性，而且計算工作量也大大增加。由于計算機性能問得到了定程度的解決7.電磁器件的多物理場耦合現(xiàn)象，以前由于受有限元發(fā)展的限制，很少進行耦合分析，近年來有限元軟件的成熟使得這方面盡管數(shù)值分析方法還不盡如人意，還有眾多需完善的地方，但不可否認的是，它是今后分析變壓器漏磁場的主流方法。

　　5結(jié)論漏磁場的大小及分布規(guī)律決定著繞組的感抗附加損耗及金屬結(jié)構(gòu)件中的損耗，它還決定著作用在繞組上的作用力及變壓器的溫升。

　　傳統(tǒng)的分析方法均假設(shè)漏磁場的感應(yīng)分布與繞組磁勢分布相似，多用維渦流場簡化所得的近似公式計算，這與實際情況有較大出入，不應(yīng)提倡。

　　數(shù)值方法的引人，改進了變壓器的設(shè)計或計算，并使其優(yōu)化設(shè)計成為可能。進步完善數(shù)學(xué)模型及計算方法是今后發(fā)展的方向。

　　隨著電網(wǎng)的增大，運行方式日益復(fù)雜。暫態(tài)運行方式在變壓器中出現(xiàn)的機率大大增加，為了適應(yīng)此變化，開展對暫態(tài)漏磁場的研究是頗有必要的。

　　瓦修京斯基。變壓器的理論與計算陽。崔立君，杜恩田，趙育文，等譯。北京機械工業(yè)出版社，983.

　　謝德馨，湯蘊，徐子宏。變壓器維渦流問有限元解1.哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報，1986，92904.

　　宮蓮，等。用等效磁化面電流求解變壓器維漏磁場。

　　北京清華大學(xué)科技報告，1985，柴建云。大型變壓器維渦流漏磁場計算0.清華大學(xué)博士學(xué)位論文，1989.

　　節(jié)能型中頻電源平波電抗器的設(shè)計共志，申文清，侯瑞生華北水利水電學(xué)院，河北那噍，56021問進行了詳細論述。闡明了可以通過對電抗器繞組及冷卻系統(tǒng)改進。以達到節(jié)能降耗，延長使用壽命的目的。

　　1引言隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)的中頻電源越來越發(fā)揮著重要的作用。中頻電源中利用相全控橋式整流電路將3805出工頻7J李建州。高速電力機車主變壓器維油箱損耗分析及溫度場計算。長沙湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.

　　電整流為直流電，經(jīng)平波電抗器以下簡稱電抗器濾波，由單相無源橋式逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?50頻率為1 000，左右的中頻電，供給負載。中頻電源電路1.經(jīng)相全控橋式整流后的電流中仍存在3001的脈動諧波成分。該諧波成分對逆變工作；周臘吾1965，男，湖南瀏陽人，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院副教授，在職博士生，現(xiàn)從事電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作；朱英浩1929，男，浙江寧波人，中國工程院院士，沈陽變壓器研究所總工程師，多年從事變壓器類產(chǎn)品研究工作；劉忠邵1967，男，湖南省邵陽市人，岳陽電業(yè)局計量管理所副主任，主要從事電能測量工作。