变压器油箱壁杂散损耗的研究

赵志刚 李兴 魏鹏 戎静怡

摘 要：为研究变压器油箱壁中杂散损耗问题，本文以TEAM Problem 21基准族中的P210-B模型为研究对象，采用测量结合仿真的方法对不同电流激励下导磁钢板中的杂散损耗进行测量研究，并且针对原有测量方法未考虑环境温度的影响，引入温度系数对其修正，得到更准确的损耗测量结果。

关键词：导磁钢板；杂散损耗；温度影响

本文基于P210-B模型，在原有测量结合仿真测量方法的基础上，引入温度系数对绕组损耗值进行修正，并与传统测量方法进行对比。基于MagNet工程电磁场仿真软件，分别采用传统有限元分析法和结合阻抗边界的有限元分析法对模型进行三维有限元仿真分析。

1 实验模型

P210-B模型是以变压器油箱壁的杂散损耗问题为研究背景[1]。在变压器中，油箱壁主要起控制漏磁通分布，保护铁心的作用，其材料主要为导磁钢板。P210-B模型包含激励线圈和导磁钢板，模型示意图如下图所示。

2 杂散损耗测量原理

负载条件下，模型的总损耗表达式为：

式中，Pm-load是负载总损耗测量值；Pm-str是结构件中的杂散损耗值；Pm-coil为负载激励线圈损耗值。

由公式1可知，负载结构件杂散损耗的精确确定极度依赖于负载激励线圈损耗值的确定，较为准确地获得绕组损耗值就成为研究的重点。

2.1 传统测量方法

传统结构件杂散损耗的测量，多采用公式2所示的计算方法。

式中，Pm-no是空载激励线圈损耗的测量值。

通过公式2可知，传统方法采用空載线圈绕组损耗值取代负载激励线圈绕组损耗值。但由于导磁钢板作为导磁材料，其优异的导磁性能使绝大部分空间漏磁通在其内部闭合，极大的改变了空间漏磁通的分布，因此必然会对激励线圈的涡流损耗值产生影响，从而导致结构件中杂散损耗分离的不准确性[2-3]。

2.2 测量结合仿真的测量方法

测量结合仿真的测量方法原理如公式3所示

式中，Pc（20）-coil为负载激励线圈绕组损耗计算值。

测量结合仿真的测量方法，采用负载激励线圈绕组损耗计算值来代替负载激励线圈损耗值，由于两者同属负载工况，因此可以较好的解决磁通变化对线圈涡流损耗的影响问题。但仿真计算值多采用标准温度，未能考虑环境温度对线圈绕组损耗的影响，因此引入温度系数对绕组损耗进行修正。

引入温度系数，修正后的线圈绕组损耗值损耗如公式4所示。

式中，Pc-coil为负载激励线圈绕组损耗修正值；θCt-t0为负载实验绕组线圈温度。

经整理可得如公式5所示的改进后的测量结合仿真的测量方法

3 模型杂散损耗

本文对P210-B模型中导磁钢板的杂散损耗进行测量，同时结合工程电磁场分析软件MagNet，分别采用传统有限元分析法（FEM）和结合阻抗边界的有限元分析法（FEM+IB）对模型进行三维有限元分析，所得结果如下表所示。

通过表2对比可得，测量集合仿真的测量方法所得损耗测量结果与仿真计算值更为吻合，同时传统有限元分析法和结合阻抗边界的有限分析法均能得到较准确的损耗计算结果。

4 结论

基于P210-B模型，本文对模型中导磁钢板中的杂散损耗进行研究，通过实验结果的对比分析，可得改进后的测量结合仿真的测量方法，适用于变压器油箱壁中杂散损耗的求解。

参考文献：

[1]程志光，刘涛，范亚娜，等.基于TEAM P21三维杂散场问题建模仿真与验证.电工技术学报[J]. 2014，29（9）：194-203.

[2]赵志刚，赵新丽，程志光，等. HVDC中电力变压器直流偏磁屏蔽效应研究[J].电工技术学报，2014，29（7）：45-52.

[3]范亚娜，刘洋，马光，等.电力变压器两种磁屏蔽中磁通及损耗的仿真分析与验证[J].电工电能新技术，2015，34（7）：32-36.

作者简介：赵志刚（1981-），男，汉族，天津人，博士后，主要研究方向：工程电磁场与磁技术；李兴（1991-），汉族，天津人，硕士，主要研究领域为工程电磁场与磁技术。