【正文】 以改善漏磁分布，吸引磁力線進(jìn)入鐵心或壓板靠近線圈的一側(cè)采用硅鋼板制作的磁屏蔽，或者采用硅鋼板卷制并用環(huán)氧樹脂澆注成的壓板，這不但可減少這些結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗，同時也會減少橫向漏磁通分量，從而使線圈導(dǎo)線中的附加損耗也相應(yīng)減少，這是一舉兩得的措施。采用這種夾件磁屏蔽措施，一般可減少總雜散損耗的 40％左右。 2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 33 當(dāng)漏磁通進(jìn)入油箱壁時，在其中產(chǎn)生的渦流損耗（雜散損耗）和局部過熱，更為顯著。具體計算方法，前面已分析。現(xiàn)在就減少油箱中雜散損耗的措施進(jìn)行粗略論述。 為了減少油箱中的雜散損耗 ，有些國家曾采用過非導(dǎo)磁材料制造油箱，如英國曾制造過一些鋁油箱，并用于 750MVA 的變壓器，美國也曾想用塑料等合成材料來代替金屬油箱，均有不同程度的效果。 減小油箱壁中雜散損耗最長見的辦法是采用屏蔽措施，通常的作法有：電屏蔽方式、磁屏蔽方式。 （ a）電屏蔽方式：它是在油箱內(nèi)壁鋪設(shè)鋁板或銅板，當(dāng)漏磁通進(jìn)入鋁板或銅板后，在其中產(chǎn)生渦流，從而減少進(jìn)入油箱壁的漏磁通，以使油箱中雜散損耗減小。 （ b）磁屏蔽方式：它是在油箱內(nèi)壁鋪設(shè)硅鋼片。由于硅鋼片的導(dǎo)磁性能好，使得漏磁通盡量進(jìn)入磁屏蔽中，從而減少進(jìn)入油箱壁中的漏磁通 ，減小油箱中雜散損耗，油箱中的局部過熱也相應(yīng)減小。通過實(shí)際研究可知：采用磁屏蔽后，使得漏磁力線彎曲更加嚴(yán)重，導(dǎo)致線圈導(dǎo)線中橫向漏磁分量產(chǎn)生的渦流損耗增大，所以，一般僅用于大容量高電壓的變壓器，因為，此種變壓器線圈對油箱的距離較大，采用磁屏蔽時，對線圈端部附加損耗比較小。試驗表明，磁屏蔽能顯著降低總的附加損耗，一般認(rèn)為可降低雜散損耗的 30％以上，但線圈端部橫向漏磁分量產(chǎn)生的附加損耗較無屏蔽時反而有所增加。 （ 1） 電屏蔽方式：它是在油箱內(nèi)壁鋪設(shè)鋁板或銅板，當(dāng)漏磁通進(jìn)入鋁板或銅板后，在其中產(chǎn)生渦流，從而減少進(jìn)入油箱壁的 漏磁通，以使油箱中雜散損耗減小。通過實(shí)際研究分析可知，對于容量較大，但電壓不很高的變壓器采用電屏蔽較好，它不但能減小油箱中的雜散損耗，同時能使漏磁力線彎曲程度減小，從而使線圈導(dǎo)線中橫向漏磁分量產(chǎn)生的渦流損耗減小，但這可能造成其他為屏蔽的鋼結(jié)構(gòu)件中雜散損耗的增加。采用電屏蔽時，可通過理論計算確定屏蔽的厚度，也可以通過試驗來選擇，一般用銅板時 4～ 5mm，用鋁板時取 8～ 10mm 比較合適。如果屏蔽太厚，既不經(jīng)濟(jì)，而且屏蔽效果也不會明顯提高。 （ 2） 磁屏蔽方式：它是在油箱內(nèi)壁鋪設(shè)硅鋼片。由于硅鋼片的導(dǎo)磁性能好，2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 34 使得漏磁通盡 量進(jìn)入磁屏蔽中，從而減少進(jìn)入油箱壁中的漏磁通，減小油箱中雜散損耗，油箱中的局部過熱也相應(yīng)減小。通過實(shí)際研究可知：采用磁屏蔽后，使得漏磁力線彎曲更加嚴(yán)重，導(dǎo)致線圈導(dǎo)線中橫向漏磁分量產(chǎn)生的渦流損耗增大，所以，一般僅用于大容量高電壓的變壓器，因為，此種變壓器線圈對油箱的距離較大，采用磁屏蔽時，對線圈端部附加損耗比較小。磁屏蔽的厚度，一般在 30mm 左右。磁屏蔽的高度一般超過線圈總高度（盡可能的高），否則漏磁通會繞過磁屏蔽而進(jìn)入無磁屏蔽的油箱壁中，降低了磁屏蔽的效果，同時也會產(chǎn)生局部過熱。磁屏蔽鋪設(shè)方式一般有立放（每 片硅鋼片與油箱垂直）和平放（與油箱壁平行）兩種，各有優(yōu)缺點(diǎn)：立放時漏磁通容易進(jìn)入磁屏蔽，在磁屏蔽中產(chǎn)生的附加損耗較小，但由于油箱結(jié)構(gòu)的限制往往不能盡量增高；平放時，則相反，它可以彎曲，可隨油箱形狀彎曲并伸的較高。 試驗表明，磁屏蔽能顯著降低總的附加損耗，一般認(rèn)為可降低雜散損耗的 30％以上，但線圈端部橫向漏磁分量產(chǎn)生的附加損耗較無屏蔽時反而有所增加。 溫升 變壓器運(yùn)行時，鐵心、線圈和鋼結(jié)構(gòu)件中均要產(chǎn)生損耗。這些損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃堪l(fā)散于周圍介質(zhì)中，從而一起變壓器發(fā)熱和溫度升高。為使變壓器各部分溫升不超過規(guī) 定的限值，應(yīng)采取有效的冷卻措施。 線圈和鐵心溫度升高，開始時溫度上升很快，但隨著線圈及鐵心溫度的升高，它們對周圍冷卻介質(zhì)就有了一定的溫度差，從而將一部分熱量傳遞給周圍介質(zhì)，使介質(zhì)溫度增高，線圈和鐵心本身的溫度上升速度就逐漸減慢，經(jīng)過一段時間后，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（溫度不再繼續(xù)升高），此時線圈和鐵心所產(chǎn)生的熱量將全部散發(fā)到周圍介質(zhì)中，這種狀態(tài)稱為熱平衡狀態(tài)。 在熱平衡狀態(tài)下，“熱流”所經(jīng)過的路徑是相當(dāng)復(fù)雜的，在油浸變壓器中一般有： 、鐵心所產(chǎn)生的熱量，將由它們內(nèi)部最熱點(diǎn)籍傳導(dǎo)方式2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 35 傳到油接觸的外表面。 線圈及鐵心內(nèi)部的熱量傳到表面后，它們的表面溫度與周圍介質(zhì) —— 油產(chǎn)生溫差，通過對流作用將部分熱量傳給附近的油，從而使油溫逐漸上升。 、鐵心附近的油溫升高后，熱油向上流動與油箱壁相接觸放出部分熱量后，再向下流動，冷油重新流入線圈，形成閉合的對流路線，從而使整個油箱中的油溫升高。 ，當(dāng)熱油碰到箱壁或油管壁時，將一部分熱量穿給它們，使管壁和箱壁溫度升高，又通過傳導(dǎo)方式，熱量從壁的內(nèi)側(cè)傳導(dǎo)到外側(cè)（壁的內(nèi)外溫差不大，一般不超過 3℃），與周圍的介質(zhì)（空氣）產(chǎn)生溫差，再通過對流和輻射作用，將熱量 散發(fā)到周圍空氣中。 綜上所述，將線圈、鐵心所產(chǎn)生的熱量散發(fā)到變壓器外面的空氣中，要經(jīng)過許多部分，熱流每通過一部分均要產(chǎn)生溫差，而溫差的大小與損耗和介質(zhì)的物理特性有關(guān)。變壓器的溫升計算，就是計算各部分的溫差，其中有線圈對油的溫差、鐵心對油的溫差、線圈對空氣的平均溫升、鐵心對空氣的平均溫升、油對空氣的平均溫升以及油頂層最高溫度與周圍空氣溫度的差值。 線圈與周圍介質(zhì)（空氣或水）之間的溫差，為線圈和油之間的溫度差及油和空氣（或水）間的溫差之和。因此，計算線圈對周圍介質(zhì)的平均溫升時，一般先計算線圈 表面對油的平均溫升，然后再計算油對周圍介質(zhì)的平均溫升，二者之和不應(yīng)超過表中所規(guī)定的線圈溫升限值。 變壓器線圈在額定運(yùn)行狀態(tài)下的平均溫升不應(yīng)超過 85K，否則由于長期承受高溫作用，絕緣材料加速老化，逐漸喪失其耐電強(qiáng)度，縮短變壓器的壽命。 國家標(biāo)準(zhǔn)（ ）中規(guī)定，鐵心本體溫升限值應(yīng)使相鄰絕緣材料不致遭到損傷的溫度，一般認(rèn)為與變壓器油接觸的鐵心表2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 36 面對空氣的溫升限值為 75℃，此時鐵心的溫度為 75+40=115℃?？紤]到鐵心內(nèi)、外溫差為 10℃，此時片間絕緣的最高溫度為115+10=125℃。 油浸式變壓器鐵心的溫升，就是根據(jù)片間絕緣允許溫度和變壓器油的閃燃點(diǎn)而確定的。為了變壓器油不致迅速老化，油浸式變壓器鐵心溫升的限值為 75℃。 變壓器的溫升是重要的性能指標(biāo)之一。目前溫升計算多采用由實(shí)驗結(jié)果所提供的數(shù)據(jù)，由于絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣材料和冷卻方式等的多樣性和復(fù)雜性，為了取得設(shè)計所需要的數(shù)據(jù)，應(yīng)該結(jié)合具體情況開展實(shí)驗研究工作。 國家標(biāo)準(zhǔn)（ ） 規(guī)定，采用 A 級絕緣礦物油的變壓器各部分的溫升，不應(yīng)超過下表所示的溫升限制值。 變壓器突發(fā)短路時，短路電流的持續(xù)時間對短路溫升影響很大，過去曾用經(jīng)驗公式計算短路電流持續(xù)： t=100/Ki2 式中， Ki為短路電流倍數(shù)， Ki=100/阻抗電壓。 按上式計算的短路時間一般均較短，根據(jù)目前變壓器運(yùn)行中保護(hù)措施的實(shí)際情況， t 值按短路電流倍數(shù) Ki決定；當(dāng) Ki值小于 20 倍時取 t=3s。 Ki值等于或大于 20 倍時取 t=2s，根據(jù) IEC765 規(guī)定，大型變壓器的 t=2s。 變壓器在額定運(yùn)行條件下突然發(fā)生短路時，由 于短路時間很短，可認(rèn)為熱量還來不及向四周散出，此時線圈溫度很快升高，線圈銅導(dǎo)線允許溫度為 250℃；鋁導(dǎo)線允許溫度為 200℃，在這樣高的溫度下，其電阻系數(shù)（ρ）要隨溫度升高而增大。 6． 4 短路力 變壓器在額定運(yùn)行條件下突然發(fā)生短路時，短路瞬間過渡到穩(wěn)態(tài)短路電流之間存在瞬變過程。瞬變過程中存在一電流的突變，瞬變電流隨短路故障延續(xù)時間有衰減，最后衰減到穩(wěn)態(tài)短路電流，如果在2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 37 短路故障延續(xù)時間內(nèi)已將供有短路電流流過的變壓器的電源切除，則穩(wěn)態(tài)電流衰減到零。 瞬變過程短路電流的第一個峰值電流和其穩(wěn)態(tài)短路電流的關(guān)系如下： idm=Kd 2 I1d 式中 idm 為短路電流的最大值， I1d 穩(wěn)態(tài)短路電流 。 K d為短路電流的最大值即第一個峰值與穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值之比，主要取決于衰減系數(shù) （時間常數(shù)的倒數(shù)）比值的大小。小容量變壓器的 Kd=~；大容量變壓器的 Kd=~， Kd 值小，衰減快；Kd 值大，衰減慢。 短路電流的第一個峰值電流決定變壓器的機(jī)械上的動穩(wěn) 定性，穩(wěn)態(tài)短路電流及其持續(xù)時間決定變壓器的熱穩(wěn)定性。 熱穩(wěn)定分析主要是考慮變壓器短路時的耐熱能力，因為在短路時，可能會產(chǎn)生比額定電流大幾十倍的電流，而負(fù)載損耗就會迅速增加幾百倍，溫度迅速升高，若不及時排除故障，則變壓器可能被燒壞，因此按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器承受短路的耐熱能力要根據(jù)計算驗證，而且計算承受短路耐熱能力的電流持續(xù)時間一般是 2秒，在這個時間內(nèi)，對于 A級絕緣的銅線變壓器，最高溫度不超過 250度即可。 根據(jù)長期實(shí)踐經(jīng)驗和強(qiáng)度實(shí)驗情況可知，變壓器在突發(fā)短路中，其線圈損 壞主要是由于短路時的輻向力和軸向力作用的結(jié)果。在雙線圈變壓器中，沿線圈的軸向力使線圈承受壓力或拉力作用。拉力方向是向著鐵軛，它由線圈的端部，通過鐵軛絕緣傳至鐵心夾緊裝置。當(dāng)此力大于結(jié)構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度時，可使線圈、壓板夾件等零部件產(chǎn)生變形，嚴(yán)重時可將上鐵軛頂起，破壞整個鐵心結(jié)構(gòu)。沿線圈徑向的輻向力，使內(nèi)線圈受壓力，外線圈受拉力作用。當(dāng)拉力大于導(dǎo)線抗張應(yīng)力時，則線圈變形，匝絕緣斷裂，破壞整個主縱絕緣結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重時甚至拉斷導(dǎo)線。因此在變壓器計算時必須計算其短路時的電動力，核算變壓器結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度。 當(dāng)變壓器的一個繞組與 電源接通以后，就會在鐵心中產(chǎn)生磁通φ2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 38 0，通常把這種由勵磁電壓在鐵心中產(chǎn)生的磁通φ 0稱為主磁通。主磁通通常用峰值表示。主磁通在鐵心中閉合，并且與同一個鐵心柱上的所有繞組都相交鏈。 當(dāng)變壓器繞組中流過負(fù)載電流時，就會在繞組所占空間及其周圍空間產(chǎn)生磁通φ s，通常把這種由負(fù)載電流在繞組所占空間及其周圍空間所產(chǎn)生的磁通φ s 稱作漏磁通。漏磁通的數(shù)值取決于負(fù)載電流的安匝大小和漏磁路徑。漏磁通只與產(chǎn)生它的負(fù)載電流所流經(jīng)的繞組本身部分地或全部的交鏈。 線圈中的電流與漏磁場相互作用的結(jié)果，在線圈內(nèi)產(chǎn)生電動力。因為漏磁場 可分解為兩個分量：軸向分量與輻向分量，因此就應(yīng)分別分析這兩個漏磁分量所產(chǎn)生的電動力。 當(dāng)雙線圈變壓器向負(fù)載輸送能量時，在兩個線圈內(nèi)都有電流流過。根據(jù)磁勢平衡方程式，可知兩個繞向相同的線圈內(nèi)流過的電流方向相反。電流與漏磁場相互作用產(chǎn)生的電動力 ，可由左手定則確定。 輻向力 線圈中電流在軸向產(chǎn)生軸向磁場 Ba（圖 1）。 Ba 與線圈中電流相互作用產(chǎn)生輻向力 Fr，它作用于高壓線圈上，因沿整個圓周都受到這個力的作用，故輻向力企圖使高壓線圈沿徑向向四周脹大。此外，F(xiàn)r 又作用在低壓線圈上，企圖將低壓線圈 沿徑向內(nèi)壓縮，所以輻向力最后將使主空道的絕緣距離擴(kuò)大。 軸向力 由于漏磁場在線圈端部發(fā)生畸變，除軸向分量外還產(chǎn)生輻向分量Br（圖 、圖 、圖 ）。此外，當(dāng)兩個線圈高度不同或線圈內(nèi)有分接線段時，由于軸向高度上安匝分布不平衡，也產(chǎn)生輻向漏磁分量 Br’ （圖 ）。這些輻向分量的漏磁場與線圈中的電流相互作用，均產(chǎn)生軸向力，如圖 2及圖 3所示。 由端部變磁分量 Br產(chǎn)生的軸向力 Fa，企圖使兩個線圈均勻向內(nèi)壓縮。由于切除分接線段時的漏磁分量 Br’ 所產(chǎn)生的軸向力 Fa’ ，企圖使分接區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大， 而對低壓線圈產(chǎn)生壓縮力。在高壓線圈的上下鐵軛絕緣上有（ Fa’ Fa）力作用，當(dāng) Fa Fa’ 時，鐵軛絕緣上不2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 39 受力。由于兩個線圈高度不同（設(shè)計時高度不同或制造偏差造成線圈高度不同）時的漏磁分量 Br’ （圖 2. c），使低壓線圈產(chǎn)生向上的張力，而使高壓線圈產(chǎn)生向下的張力，結(jié)果使兩個線圈的高度不同程度的繼續(xù)擴(kuò)大。 Fa’ 在低壓線圈下部為零，上部最大為 Fa’ ， Fa’ 在高壓線圈上部為零，下部最大為 Fa’ 。當(dāng) Fa’ Fa 時，高壓線圈下部與低壓線圈上部的鐵軛絕緣上有（ Fa’ Fa）力作用。如果兩個線圈上下都不一樣，或高壓 線圈上下二支路并聯(lián)，且上下兩部分都有分接區(qū)時，也有類似于圖 2及圖 3所示的作用力的情況。 需要說明的是，短路力是動態(tài)力而不是靜態(tài)力。這一方面是因為在短路的過渡 過程中，短路電流是連續(xù)變化的；另一方面繞組本身又是由匝絕緣、附加絕緣和絕緣墊塊隔開的銅導(dǎo)線所構(gòu)成的彈性系統(tǒng)。 2 — 低 壓線圈( ）縱向漏磁場分布圖1 　同心式線圈漏磁場分布( ）端部畸變輻向漏磁場分量( ）縱向漏磁場分布圖２　高度不等的線圈漏磁場分布（ ） （ ）（ ）1 — 鐵 心( ）安匝不平衡產(chǎn)生輻向漏磁場圖3 　有分接線段的線圈漏磁場分布（ ） （ ） （ ）3 — 高壓線圈( ）輻向漏磁場分布2022 年高電壓培訓(xùn)班教材 40 動