保定天威集团特变电气有限公司河北保定071056
摘要：变压器是电力系统中重要的电气设备之一，对电力系统的安全运行起着重要作用。短路阻抗是检查变压器产品性能的重要参数。变压器在短路过程中，其绕组在不同的短路条件下受到电力的作用。随着变压器容量的增加，金属构件中因其漏磁场产生的杂散损耗增加，不仅降低了变压器的效率，而且容易导致构件形成局部热点，给变压器的正常运行带来隐患，影响变压器的使用寿命。
关键词：电力变压器；短路阻抗；杂散损耗
1引言
变压器运行过程中产生的内部损耗的大小和分布是影响热点温升的主要原因。一旦变压器绕组热点温度过高，会导致局部过热，影响变压器的整体运行寿命，甚至发出报警信号，影响电力系统的运行安全。因此，变压器元件损耗的建模和计算对变压器的安全运行具有重要意义，也为变压器结构设计和安装过程中控制局部热点温升和防止局部过热提供了实用有效的方法。
2数学模型和计算方法
本文的研究对象是三相电力变压器。合理简化了变压器的几何模型，建立了变压器的计算模型。如图1所示，分析变压器时，对变压器模型进行如下简化：
（1）变压器结构对称，计算模型采用整个变压器模型的1/2。
（2）忽视循环电流对铁芯绕组电流、涡流和涡流的影响。
（3）所有场量均根据正弦规律随时间变化，不考虑较高的谐波。
（4）电流密度均匀分布于绕组中。
计算变压器损耗磁场和边际损耗时，“均匀化方法”应用于屏蔽材料，按各向异性处理。
3.1短路阻抗数值分析方法
变压器的漏磁场是由绕组电流和引线电流产生的。漏磁场及其分布的准确计算对确定变压器短路阻抗非常重要。变压器绕组周围有磁场能量，在电流和磁场建立过程中，磁场能量由外部功转化而来。精确计算磁场分布可以准确获得磁场能量存储，进而准确获得绕组电抗。这种基于磁场能量计算的电抗计算方法就是能量法。用能量法计算变压器漏抗时，首先计算磁场分布，然后根据磁场分布积分计算绕组电流产生的漏磁场能量，从而计算出漏电抗。
3.2计算与结果分析
变压器短路阻抗的计算需要应用场路耦合原理。场路耦合电路的设计直接关系到计算结果的准确性。耦合电路的设计反映了不同绕组的耦合方式。因此，场路耦合电路的负载设计是基于能量法和场路耦合原理的变压器短路阻抗计算方法的核心。
4计算方法的验证
为了验证变压器漏磁场和损耗计算方法的有效性，对实际变压器模型SFZ-120000/220的漏磁场和损耗进行了计算和分析。
4.1杂散损耗计算与分析
变压器油箱的杂散损耗主要集中在三相绕组对应的油箱侧壁和三相绕组中部对应的油箱壁上，最大值出现在油箱侧壁的对应部分。变压器夹件的最大损耗出现在交流相绕组端部的相应部分。由于上夹件和绕组之间的距离大于下夹件和绕组之间的距离，更多的漏磁进入下夹件，因此最大损耗密度出现在下夹件中。
4.2采取屏蔽措施后杂散损耗计算与分析
为了降低杂散损耗和损耗密度，避免局部过热，变压器采取了屏蔽措施。采取屏蔽措施后，夹件和油箱的损耗密度降低，最大损耗仍分别出现在下夹件和油箱侧壁的相应部位。与无磁屏蔽的下夹件相比，下夹件的最大损耗密度降低了43.1%，油箱的最大损耗密度降低了11.1%。
5减小杂散损耗的思路
5.1减小油箱的杂散损耗
对于容量较大的产品，如容量为120MVA或阻抗较大（大于或等于15%）的产品，可在油箱壁上安装磁屏蔽，以减少杂散损耗，效果非常显著，可以有效降低箱壁上的杂散损耗。然而，对于中小型产品变压器，由于产品电压低，油箱空间小，铜排与油箱壁之间的距离基本上是通过传统经验来控制的，以减少杂散损耗。传统经验要求大电流铜排与箱壁的距离为：当铜排的窄边面对箱壁时，铜排与箱壁的距离根据铜排的宽度尺寸考虑；当铜排的宽度朝向箱壁时，铜排与箱壁之间的距离应根据铜排宽度的1.5倍来考虑，如图3所示（图中b为铜排的宽度）。当然，不同的制造工厂在实际制造过程中可能比上述尺寸稍小，但它们基本上是根据上述经验设计的。对于正常阻抗，通常不对箱壁采取其他措施。
5.2减小由夹件产生的杂损耗
对于容量在240MVA及以上的大型变压器，夹件一般采用带磁屏蔽型式和低磁钢板型式。然而，对于中小型产品，考虑到总杂散损耗值小、结构尽可能简化、制造方便等因素，通常采用结构简单、节省空间的槽钢型式。
6结论
在变压器设计时，通过建立变压器三维模型，可以准确计算出油箱及结构件中的漏磁密度。通过加装磁屏蔽、使用低磁钢板等措施，避免漏磁场过于集中产生大量的杂散损耗，从而产生局部过热，影响变压器安全运行。
参考文献：
[1]闫兴中，赵晓冬，都兴双，等．通过降低中小型变压器杂散损耗节材的有益尝试[J].变压器，2016，53（10）：37－39．