磁屏蔽对电力变压器磁场与温度场的影响探究

时圣雨

（国网山东省电力公司成武县供电公司，山东 菏泽 274200）

为了可以减少漏磁现象的发生，保证电力变压器运行的稳定性，就需要充分发挥磁屏蔽的作用，合理设计、选择应用磁屏蔽的方案、型号。基于这样的方式，能够有效对漏磁磁路的运行进行规范，减少电力变压器中各个构件的损耗，节能降耗。

1 磁屏蔽对电力变压器磁场的影响

1.1 位置差异

在分析过程中，本文从水平位移、角度旋转两方面入手，分析磁屏蔽位置构件的差异对电力变压器磁场的影响：首先，从水平位移的角度分析。在安装磁屏蔽以后，其位置对电力变压器的磁场、磁屏蔽的效果都会产生直接的影响，所以在试验中将磁屏蔽向同一个方向水平移动不同的距离，以此来分析磁屏蔽安装位置差异电力变压器磁场的影响。具体来说，在移动方向相同的条件下，移动距离、结果为：（1）水平移动4毫米，其磁感应强度的最大值为1.206。（2）水平移动5毫米，其磁感应强度的最大值为1.210。（3）水平移动10毫米，其磁感应强度的最大值为1.230。（4）水平移动20毫米，其磁感应强度的最大值为1.233。由此可以看出，铁轭、芯柱之间所接触的漏磁较大，就会增加磁屏蔽的感应强度，在移动距离逐渐加大的情况下，就会有更多的磁通进入磁屏蔽中，从而增加感应强度。其次，从角度旋转的角度分析。旋转磁屏蔽以后，电力变压器中的很多构件能耗就会明显减小，而角度的大小与损耗具有反比关系。究其原因。磁屏蔽会将很多漏磁吸收，减少磁感应的强度，进而降低损耗，但是这样的现象就会导致构建温度升高。

1.2 厚度差异

实际上，磁屏蔽的使用效果与其自身的厚度具有密切关系。具体而言，如果其他的因素条件保持不变，仅仅增加磁屏蔽的厚度，那么进入到磁屏蔽中的漏磁也会发生变化。在试验的过程中，需要重视上侧磁屏蔽与上铁轭、下铁轭之间的距离，确保其不发生任何变化，并将试验分为以下几种情况：（1）磁屏蔽的厚度为50毫米，磁感应强度的最大值为0.502，而平均值为0.299。（2）磁屏蔽的厚度为60毫米，磁感应强度的最大值为0.517，而平均值为0.315。（3）磁屏蔽的厚度为70毫米，磁感应强度的最大值为0.520，而平均值为0.3080。（4）磁屏蔽的厚度为80毫米，磁感应强度的最大值为0.528，而平均值为0.322。（5）磁屏蔽的厚度为90毫米，磁感应强度的最大值为0.555，而平均值为0.327。（6）磁屏蔽的厚度为100毫米，磁感应强度的最大值为0.615，而平均值为0.338。（7）磁屏蔽的厚度为150毫米，磁感应强度的最大值为0.615，而平均值为0.354。

由此能够发现，在磁屏蔽厚度不断增加的条件下，其感应强度的值也会不断增加，其原因就是由于更大的厚度能够吸收更多的漏磁，强化磁屏蔽的性能，所以工作人员需要结合实际确定磁屏蔽的厚度，保证电力变压器能够稳定运行。

1.3 材质差异

目前，磁屏蔽的最佳材质为非晶态合金，其具有较强的磁性能，但是很多工作人员依然会选择传统的材质作为磁屏蔽的主要材料。结合磁场大小之间的差异，可以将磁屏蔽的材质分为低频、高频两种性质的材料，以高频磁场为例，很容易在运行的过程中发生涡流，基本上均以铝、铜作为导体，而低频磁场的材质基本上都是以坡莫合金、电磁软铁、电磁钢板等作为材料。在本文的分析中，基于油箱磁屏蔽的条件，分别使用电工铁、硅钢片、低频铜材料、坡莫合金、低频铝材料作为磁屏蔽的材质，并结合材质与计算公式、模型等，对材质差异对磁场的影响进行分析，最终的分析结果为：（1）以坡莫合金、电工铁、硅钢片为材质的磁屏蔽，其对磁场的影响具有明显的相似性。（2）以磁屏蔽构件磁感应强度最大处为立足点进行分析，如果电导率的运行相同，那么以电工铁为材质的磁屏蔽效果明显优于硅钢片的效果，同时以硅钢片为材质的磁屏蔽。其效果明显优于坡莫合金的效果。所以，影响磁屏蔽材料效果的主要因素就是磁导率。

2 磁屏蔽对电力变压器温度场的影响

2.1 温升限值

为了确保电力变压器能够稳定运行，相关部门以电力变压器的寿命为基础，对于温升进行了明确的规定。其中最为主要的工作就是对最大温升、平均温升进行区分：（1）最大温升就是绕组、油在最热处产生的温升。（2）平均温升则是全部绕组、油的平均温升。规定的内容为：在环境温度为20摄氏度的条件下，最热温度不能超过98摄氏度。基于本文的试验能够发现，磁屏蔽对于电力变压器温度场的温升的影响分为以下几种情况：①在自然油循环方式的条件下，变压器绕组的最热点会高于平均值18摄氏度，也就是说在额定负载的基础上，平均绕组温度为80摄氏度，而平均温升即为80-20=60摄氏度。②在导向性强迫循环的条件下，变压器绕组的最热点会高于平均值8摄氏度，也就是说在额定负载的基础上，平均绕组温度为90摄氏度，而平均温升即为90-20=70摄氏度。因此，平均油浸型绕组的温升为65摄氏度，加之水温的平均值为25摄氏度，年平均的空气温度等于20摄氏度，而最高为40摄氏度，那么当电力变压器中油的温度超过95摄氏度以后，其运行的稳定性将会显著恶化，对此将油温设定在55摄氏度以下。

2.2 散热系数

对于稳态温度场而言，计算散热系数的精准性是工作的关键内容，由于铁芯在运行中会产生很多的损耗，绕组的电损耗也较大，因此铁芯、绕组都是升温的热源。同时，这两部分热源基本上都是以流换热的方式将热量传递给油，而油在这一过程之后，就会将热量传递给箱壁，最终散在空气之中，实现冷却变压器的主要目的。除此之外，由于磁屏蔽的构件、拉板均位于电力变压器的高漏磁区域中，所以在计算的过程中并不能将其忽略。在本文的分析中，其铁芯与拉板在竖直的方向上相互靠近，而夹件则主要位于水平位置，其中的一面与油接触，另一面则与拉板接触。受上下油温差异的影响，磁屏蔽结构件所产生的散热效果也存在明显的差异，需要通过水平平面散热、竖直平面散热两种系数进行计算：（1）水平散热系数。上表面油温的散热为：h=1.076（Gr×Pr）1/6λ/l；下表面油温的散热为：h=0.747（Gr×Pr）1/6λ/l。（2）竖直散热系数。在104＜Gr＜3×109时，h=0.59（Gr×Pr）0.25λ/l； 在 3×109＜ Gr＜ 2×1010时，h=0.0292（Gr×Pr）0.39λ/l；在 Gr＞ 2×1010时，h=0.11（Gr×Pr）1/3λ/l。最终，在 6.37×105＜ Gr＜1.12×108时，Nu=0.747（Gr×Pr）1/6。结合这部分散热系数的计算公式，在文章中电力变压器温度变化的基础上，依据相关部门对于变压器温度计算的相关规定，能够计算出变压器各个部分精准的散热系数。

2.3 计算结果

在本文的分析中，其基本条件为：在磁屏蔽中损耗呈现平均分布的趋势；油的流速与电力变压器发热不存在关系，而其实际散热的系数仅仅与油层温度有着密切的关系，即温度存在差异，散热的系数也会产生差异。结合这些条件，将磁屏蔽安装在电力变压器中，铁芯所具有的磁场没有明显的变化，此时夹件、拉板之间的温度变化则逐渐加大；在同一平面之上，温度之间的差异逐渐减小，甚至趋于均匀，而夹件、拉板的温度发生明显的变化。究其原因，主要是因为夹件、拉板与磁屏蔽之间的距离较小，能够有效降低二者的损耗，从而使其温度均有所下降。

在试验中，铁芯与各个构件所处的环境温度为40摄氏度，而在安装磁屏蔽之前，夹件、拉板的温升相对较高，无法满足电力变压器的运行需求，甚至还存在损坏绝缘构件的风险。与之相比，在安装磁屏蔽以后，温度场的整体分布更加均匀，同时局部过热的现象在不断减弱，最热点的温度值也在逐渐减小，平均温升在逐渐降低。

3 结语

综上所述，磁屏蔽对于电力变压器磁场、温度场均有着明显的正面影响，因此相关人员需要将其合理的影响在电力变压器的运行中。以此为基础，磁屏蔽有效减少了变压器运行中各个构件的损耗，并将其温度控制在合理的范围内，符合相关部门的规定。所以，工作人员可以将磁屏蔽安装在电力变压器之中。