电力变压器相关问题研究及箱式变压器的应用

周广成

（山东省产品质量检验研究院，山东 济南 250000）

0 引言

其实对于变压器而言，在进行相应的工作的过程当中会产生一些热量都是正常的，同时变压器绕组产生的热点温升现象更是衡量变压器设计优劣的一个重要的指标，所以在进行电力变压器相关问题研究的时候要对这些问题进行仔细的探讨，同时也需要对箱式电力变压器的应用进行简单的分析，这样才能在使用的过程当中更加清楚明了[1]。

1 电力变压器的相关问题分析

现在电网工程逐渐增多，这也代表着相关电力变压器的使用更是增多，所以在进行电力变压器的使用过程当中要注意一些相关的问题，这样才能更好的保证它的使用质量。在电力变压器中差动保护是其主要的保护装置之一，尤其是它的不平衡电流，而它产生这样的现象主要是因为电力变压器的厉磁电流，因为变压器产生故障的时候会切断相应的电压，而在恢复其电压的供应的时候励磁电流就会急剧增大，从而就出现了励磁涌流现象，之后就会导致差动保护误动作。所以在进行电力变压器的使用过程当中就需要准确的对励磁涌流和变压器的内部故障电流进行分辨，这样才能对电力变压器进行准确的保护。

而在电力变压器绕组之中会产生很大的热量，而绕组所产生的热点温度就是限制变压器负载能力的最大的因素，同时电力变压器内部出现材料老化的现象也有可能是变压器绕组所产生的。所以在我国进行变压器使用的时候是有一定的标准的，尤其是对绕组的平均温升和热点温升有严格的规定。如果在进行运转过程当中变压器绕组的热点温度超过标准值那么就会减少变压器的使用寿命[2]。并且电力变压器内部所存在的热量在进行传导和散失的过程是非常复杂的，是无法通过解析的方法得到准确的绕组热点温度。目前对于变压器的绕组的热点温度数据的采集主要是有三种方法：第一种方法就是直接进行测量，而在进行测量的时候就是一个热电偶或者光纤温度传感器进行测量。但是采用这样的方法来进行测量的成本比较高，而且在进行测量的时候更多时候都是采用经验来进行确定，所以这种方法只是一些小范围内进行使用。第二种方法就是利用计算公式来进行相应的计算，这样的方法所算出来的是估计值而且这种方法还不能提供温度场的分布。第三种方法就是基于热电类比的预测模型，也就是利用数值计算的方法得到相应的热点温度，然后利用这些温度值进行数据的模拟，但是在进行的过程当中会存在很多的非线性的参数，而且在进行这些参数的确定的时候是比较困难的。

1.1 电力变压器铁心和绕组的损耗分析

在电力变压器之中铁心和绕组是非常重要的组成部分，而且在进行变压器的使用过程当中有两种损耗，分别是空载损耗和负载损耗。而这两种损耗是由不同的组成部件所引起的，空载损耗主要是由铁心中的磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗所构成的，这也看出在电力变压器的使用过程当中会产生很多种的损耗类型。而负载损耗就是电力变压器所引起的，因为变压器在使用的时候会与直流电压相连接，所以在绕组之中会产生直流电阻损耗，同时也会产生涡流损耗，还有就是绕组周围的部件结构产生的杂散损耗。在整个电力变压器中会产生很高的温度，这是因为绕组的温度升高，但是绕组的温度升高是因为变压器的铁心和绕组产生了很多的损耗，而这些损耗直接从一种能量转变成为了热能，从而导致变压器内部的温度逐渐上升[3]。

而对于变压器的损耗是可以采用一定的方法得到的，其中铁心的损耗数值主要是采用了传统的计算公式得到。在进行计算的时候首先是假设铁心的损耗是呈现均匀分布的状态，但是在实际的运行的过程当中是不均匀的。同时铁心所产生的负载损耗是直接作用到绕组上，从而导致绕组的温度逐渐的升高，负载损耗也是分成直流电阻损耗和涡流电阻损耗的，直流电阻损耗的分布是均匀的，而涡流损耗是由磁场的密度进行分布所决定的。通常能够计算出绕组的两端是达到了最大值，计算的时候也是将绕组沿着轴向进行区域的划分，在这些分区之中导线电阻受到不同温度的影响，会产生不同程度的损耗，这样从而导致绕组的损耗也会变化，最终也会导致绕组的温度改变。

除了绕组的温度升高之外还有就是绕组的冷却结构分析，因为在电力变压器运行的时候会产生大量的热力，而且这些热力在进行消散的时候存在一定的困难。但是不能够将这些热力全部聚集在整个变压器之中，所以现在需要就是要将变压器的温度进行降低冷却。电力变压器绕组中含有冷却油道，有两种油道，一种是垂直油道，另一组就是水平油道，这样就是能够将变压器中的温度进行降低。

1.2 变压器热力学模型

对于变压器的研究就是绕组当中的温度变化，对绕组温度数值的采集除了对其损耗进行计算之外，还有就是建立一定的热力学模型，从模型之中进行推算，但是模型的建立和相关参数的设定才是最为困难的。

首先就是进行变压器的热力学模型建立，在进行模型建立之前是需要进行计算的。而在计算的时候要将模型进行简化，同时也需要假定一些条件，这样才能够保证在进行计算的时候更加的方便，也能够保证在计算出来的数值更加的准确[4]。而假定的内容一般是变压器中的三相绕组的结构是对称的，热力学条件相同，也就是在计算的时候将变压器绕组当中单相的绕组温度场。其次就是要将绕组的温度圆周变化是没有梯度变化的，是呈现出几何对称分布。还有就是要假设变压器中的铁心和绕组之中的线饼是实体，在其中间没有孔洞存在。最后就是在进行模型的热源设计的时候只有铁心绕组和油箱，默认其余的部件不会成为相应的热源。

在进行计算的时候要将变压器的运行进行稳态计算，并且还要保证发热和散热是达到相应的热平衡，铁心、绕组和变压器的油箱温度变化速率是一定的，不会随着时间的变化而发生变化。在进行计算的时候还会涉及到其他的部件的热力学常数，例如铜和绝缘纸板的热力学常数，在进行设定的时候，要将其规定为同性，并且其他的参数都是按照相关的标准来进行设定的。最后就是铁心的损耗和绕组的损耗分布必须要进行确定，热源密度为常数，这样在进行相应的计算的过程当中也会更加的方便[5]。

一般在进行计算的时候是将环境温度设定为20℃，在计算的时候电力变压器在高压-中压最小分接运行时的绕组温度分布云图。所以现在变压器绕组内部温度分布是不均匀，并且它的变化规律就是随着轴向高度增加而增大。在电力变压器之中高压绕组和中压绕组的平均温度是最高的，而且变化的速度也是最大的，而低压绕组和调压绕组的各分区温度变化是不是非常的明显，同时这两个绕组所产生的温度本身就没有很高[6]。而且高压绕组和中压绕组的损耗主要是集中在直流电阻损耗和涡流损耗，但是低压绕组和调压绕组在运行的过程当中是不存在直流的，所以没有直流损耗，只有励磁涌流产生的涡流损耗。在这两种损耗之中直流损耗比涡流损耗大很多，所以在低压绕组和调压绕组之中温度是不会产生很大的温度变化，本身所产生的温度也比较小。

2 箱式变压器的应用

现在越来越多的电网工程在进行之中，所以对于电力变压器的需求也是越来越高，同样也对电力变压器的要求也是越来越高。今年来，箱式变压器凭借本身的突出特点和优越的性能在各个城市的公共配电、高层建筑、住宅小区和现代企业建设当中会越来越广泛，最主要是现在箱式变压器在使用的过程当中更加的方便并且不会产生多余的一些问题。就现在的箱式变压器的特点，就有占地面积小、结构紧凑，本身的零部件成套性比较强，在进行运行的过程当中也会更加的安全可靠。其实对于变压器而言会产生很多的问题，所以在日常运行的过程当中就需要对其进行维修，这样才能更好的保证电力变压器的运行安全，但是箱式电力变压器就可以避免这样的问题出现，因为箱式变压器在使用的过程当中可以尽可能的避免日常的维护，这样对于企业而言也会有更好的帮助。而且在进行电力变压器安装的时候采用箱式的变压器安装更加美观，因为箱式变压器能够与周围的建筑进行融合，这样在建筑修建的时候也不需要去考虑其他的方式来将电力变压器进行融合。而且在进行箱式变压器安装的时候也不用另外修建建筑设施来进行保护，这样的变压器在很多方面都提供了更加方便的选择。其次就是箱式变压器深入负荷中心，减少线路和变压器的损耗，其中相应的配置和布局也更加的灵活，最主要的就是箱式变压器在造价这一方面也比较便宜，与传统的变压器相比，箱式变压器能够更加满足客户的需求。

3 结语

现在经济的不断发展让电网工程也得到了很大的发展，在利用电力变压器的时候会产生很多的问题，其中就是变压器的绕组热力的产生问题，在对热阻进行解决的时候首先就是需要对其热力值进行测量，其次在去进行问题的解决。而对于箱式变压器的使用现在也是越来越多，主要是箱式变压器有很多的特点。