電力變壓器相關(guān)問(wèn)題研究及箱式變壓器的應(yīng)用

周廣成

（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

其實(shí)對(duì)于變壓器而言，在進(jìn)行相應(yīng)的工作的過(guò)程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生一些熱量都是正常的，同時(shí)變壓器繞組產(chǎn)生的熱點(diǎn)溫升現(xiàn)象更是衡量變壓器設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一個(gè)重要的指標(biāo)，所以在進(jìn)行電力變壓器相關(guān)問(wèn)題研究的時(shí)候要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)的探討，同時(shí)也需要對(duì)箱式電力變壓器的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，這樣才能在使用的過(guò)程當(dāng)中更加清楚明了[1]。

1 電力變壓器的相關(guān)問(wèn)題分析

現(xiàn)在電網(wǎng)工程逐漸增多，這也代表著相關(guān)電力變壓器的使用更是增多，所以在進(jìn)行電力變壓器的使用過(guò)程當(dāng)中要注意一些相關(guān)的問(wèn)題，這樣才能更好的保證它的使用質(zhì)量。在電力變壓器中差動(dòng)保護(hù)是其主要的保護(hù)裝置之一，尤其是它的不平衡電流，而它產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象主要是因?yàn)殡娏ψ儔浩鞯膮柎烹娏?，因?yàn)樽儔浩鳟a(chǎn)生故障的時(shí)候會(huì)切斷相應(yīng)的電壓，而在恢復(fù)其電壓的供應(yīng)的時(shí)候勵(lì)磁電流就會(huì)急劇增大，從而就出現(xiàn)了勵(lì)磁涌流現(xiàn)象，之后就會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。所以在進(jìn)行電力變壓器的使用過(guò)程當(dāng)中就需要準(zhǔn)確的對(duì)勵(lì)磁涌流和變壓器的內(nèi)部故障電流進(jìn)行分辨，這樣才能對(duì)電力變壓器進(jìn)行準(zhǔn)確的保護(hù)。

而在電力變壓器繞組之中會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，而繞組所產(chǎn)生的熱點(diǎn)溫度就是限制變壓器負(fù)載能力的最大的因素，同時(shí)電力變壓器內(nèi)部出現(xiàn)材料老化的現(xiàn)象也有可能是變壓器繞組所產(chǎn)生的。所以在我國(guó)進(jìn)行變壓器使用的時(shí)候是有一定的標(biāo)準(zhǔn)的，尤其是對(duì)繞組的平均溫升和熱點(diǎn)溫升有嚴(yán)格的規(guī)定。如果在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中變壓器繞組的熱點(diǎn)溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值那么就會(huì)減少變壓器的使用壽命[2]。并且電力變壓器內(nèi)部所存在的熱量在進(jìn)行傳導(dǎo)和散失的過(guò)程是非常復(fù)雜的，是無(wú)法通過(guò)解析的方法得到準(zhǔn)確的繞組熱點(diǎn)溫度。目前對(duì)于變壓器的繞組的熱點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的采集主要是有三種方法：第一種方法就是直接進(jìn)行測(cè)量，而在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候就是一個(gè)熱電偶或者光纖溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量。但是采用這樣的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量的成本比較高，而且在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候更多時(shí)候都是采用經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行確定，所以這種方法只是一些小范圍內(nèi)進(jìn)行使用。第二種方法就是利用計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，這樣的方法所算出來(lái)的是估計(jì)值而且這種方法還不能提供溫度場(chǎng)的分布。第三種方法就是基于熱電類比的預(yù)測(cè)模型，也就是利用數(shù)值計(jì)算的方法得到相應(yīng)的熱點(diǎn)溫度，然后利用這些溫度值進(jìn)行數(shù)據(jù)的模擬，但是在進(jìn)行的過(guò)程當(dāng)中會(huì)存在很多的非線性的參數(shù)，而且在進(jìn)行這些參數(shù)的確定的時(shí)候是比較困難的。

1.1 電力變壓器鐵心和繞組的損耗分析

在電力變壓器之中鐵心和繞組是非常重要的組成部分，而且在進(jìn)行變壓器的使用過(guò)程當(dāng)中有兩種損耗，分別是空載損耗和負(fù)載損耗。而這兩種損耗是由不同的組成部件所引起的，空載損耗主要是由鐵心中的磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗所構(gòu)成的，這也看出在電力變壓器的使用過(guò)程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生很多種的損耗類型。而負(fù)載損耗就是電力變壓器所引起的，因?yàn)樽儔浩髟谑褂玫臅r(shí)候會(huì)與直流電壓相連接，所以在繞組之中會(huì)產(chǎn)生直流電阻損耗，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，還有就是繞組周圍的部件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雜散損耗。在整個(gè)電力變壓器中會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，這是因?yàn)槔@組的溫度升高，但是繞組的溫度升高是因?yàn)樽儔浩鞯蔫F心和繞組產(chǎn)生了很多的損耗，而這些損耗直接從一種能量轉(zhuǎn)變成為了熱能，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的溫度逐漸上升[3]。

而對(duì)于變壓器的損耗是可以采用一定的方法得到的，其中鐵心的損耗數(shù)值主要是采用了傳統(tǒng)的計(jì)算公式得到。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候首先是假設(shè)鐵心的損耗是呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)，但是在實(shí)際的運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中是不均勻的。同時(shí)鐵心所產(chǎn)生的負(fù)載損耗是直接作用到繞組上，從而導(dǎo)致繞組的溫度逐漸的升高，負(fù)載損耗也是分成直流電阻損耗和渦流電阻損耗的，直流電阻損耗的分布是均勻的，而渦流損耗是由磁場(chǎng)的密度進(jìn)行分布所決定的。通常能夠計(jì)算出繞組的兩端是達(dá)到了最大值，計(jì)算的時(shí)候也是將繞組沿著軸向進(jìn)行區(qū)域的劃分，在這些分區(qū)之中導(dǎo)線電阻受到不同溫度的影響，會(huì)產(chǎn)生不同程度的損耗，這樣從而導(dǎo)致繞組的損耗也會(huì)變化，最終也會(huì)導(dǎo)致繞組的溫度改變。

除了繞組的溫度升高之外還有就是繞組的冷卻結(jié)構(gòu)分析，因?yàn)樵陔娏ψ儔浩鬟\(yùn)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的熱力，而且這些熱力在進(jìn)行消散的時(shí)候存在一定的困難。但是不能夠?qū)⑦@些熱力全部聚集在整個(gè)變壓器之中，所以現(xiàn)在需要就是要將變壓器的溫度進(jìn)行降低冷卻。電力變壓器繞組中含有冷卻油道，有兩種油道，一種是垂直油道，另一組就是水平油道，這樣就是能夠?qū)⒆儔浩髦械臏囟冗M(jìn)行降低。

1.2 變壓器熱力學(xué)模型

對(duì)于變壓器的研究就是繞組當(dāng)中的溫度變化，對(duì)繞組溫度數(shù)值的采集除了對(duì)其損耗進(jìn)行計(jì)算之外，還有就是建立一定的熱力學(xué)模型，從模型之中進(jìn)行推算，但是模型的建立和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定才是最為困難的。

首先就是進(jìn)行變壓器的熱力學(xué)模型建立，在進(jìn)行模型建立之前是需要進(jìn)行計(jì)算的。而在計(jì)算的時(shí)候要將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)也需要假定一些條件，這樣才能夠保證在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候更加的方便，也能夠保證在計(jì)算出來(lái)的數(shù)值更加的準(zhǔn)確[4]。而假定的內(nèi)容一般是變壓器中的三相繞組的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，熱力學(xué)條件相同，也就是在計(jì)算的時(shí)候?qū)⒆儔浩骼@組當(dāng)中單相的繞組溫度場(chǎng)。其次就是要將繞組的溫度圓周變化是沒(méi)有梯度變化的，是呈現(xiàn)出幾何對(duì)稱分布。還有就是要假設(shè)變壓器中的鐵心和繞組之中的線餅是實(shí)體，在其中間沒(méi)有孔洞存在。最后就是在進(jìn)行模型的熱源設(shè)計(jì)的時(shí)候只有鐵心繞組和油箱，默認(rèn)其余的部件不會(huì)成為相應(yīng)的熱源。

在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候要將變壓器的運(yùn)行進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，并且還要保證發(fā)熱和散熱是達(dá)到相應(yīng)的熱平衡，鐵心、繞組和變壓器的油箱溫度變化速率是一定的，不會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候還會(huì)涉及到其他的部件的熱力學(xué)常數(shù)，例如銅和絕緣紙板的熱力學(xué)常數(shù)，在進(jìn)行設(shè)定的時(shí)候，要將其規(guī)定為同性，并且其他的參數(shù)都是按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)定的。最后就是鐵心的損耗和繞組的損耗分布必須要進(jìn)行確定，熱源密度為常數(shù)，這樣在進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算的過(guò)程當(dāng)中也會(huì)更加的方便[5]。

一般在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候是將環(huán)境溫度設(shè)定為20℃，在計(jì)算的時(shí)候電力變壓器在高壓-中壓最小分接運(yùn)行時(shí)的繞組溫度分布云圖。所以現(xiàn)在變壓器繞組內(nèi)部溫度分布是不均勻，并且它的變化規(guī)律就是隨著軸向高度增加而增大。在電力變壓器之中高壓繞組和中壓繞組的平均溫度是最高的，而且變化的速度也是最大的，而低壓繞組和調(diào)壓繞組的各分區(qū)溫度變化是不是非常的明顯，同時(shí)這兩個(gè)繞組所產(chǎn)生的溫度本身就沒(méi)有很高[6]。而且高壓繞組和中壓繞組的損耗主要是集中在直流電阻損耗和渦流損耗，但是低壓繞組和調(diào)壓繞組在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中是不存在直流的，所以沒(méi)有直流損耗，只有勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的渦流損耗。在這兩種損耗之中直流損耗比渦流損耗大很多，所以在低壓繞組和調(diào)壓繞組之中溫度是不會(huì)產(chǎn)生很大的溫度變化，本身所產(chǎn)生的溫度也比較小。

2 箱式變壓器的應(yīng)用

現(xiàn)在越來(lái)越多的電網(wǎng)工程在進(jìn)行之中，所以對(duì)于電力變壓器的需求也是越來(lái)越高，同樣也對(duì)電力變壓器的要求也是越來(lái)越高。今年來(lái)，箱式變壓器憑借本身的突出特點(diǎn)和優(yōu)越的性能在各個(gè)城市的公共配電、高層建筑、住宅小區(qū)和現(xiàn)代企業(yè)建設(shè)當(dāng)中會(huì)越來(lái)越廣泛，最主要是現(xiàn)在箱式變壓器在使用的過(guò)程當(dāng)中更加的方便并且不會(huì)產(chǎn)生多余的一些問(wèn)題。就現(xiàn)在的箱式變壓器的特點(diǎn)，就有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊，本身的零部件成套性比較強(qiáng)，在進(jìn)行運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中也會(huì)更加的安全可靠。其實(shí)對(duì)于變壓器而言會(huì)產(chǎn)生很多的問(wèn)題，所以在日常運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中就需要對(duì)其進(jìn)行維修，這樣才能更好的保證電力變壓器的運(yùn)行安全，但是箱式電力變壓器就可以避免這樣的問(wèn)題出現(xiàn)，因?yàn)橄涫阶儔浩髟谑褂玫倪^(guò)程當(dāng)中可以盡可能的避免日常的維護(hù)，這樣對(duì)于企業(yè)而言也會(huì)有更好的幫助。而且在進(jìn)行電力變壓器安裝的時(shí)候采用箱式的變壓器安裝更加美觀，因?yàn)橄涫阶儔浩髂軌蚺c周圍的建筑進(jìn)行融合，這樣在建筑修建的時(shí)候也不需要去考慮其他的方式來(lái)將電力變壓器進(jìn)行融合。而且在進(jìn)行箱式變壓器安裝的時(shí)候也不用另外修建建筑設(shè)施來(lái)進(jìn)行保護(hù)，這樣的變壓器在很多方面都提供了更加方便的選擇。其次就是箱式變壓器深入負(fù)荷中心，減少線路和變壓器的損耗，其中相應(yīng)的配置和布局也更加的靈活，最主要的就是箱式變壓器在造價(jià)這一方面也比較便宜，與傳統(tǒng)的變壓器相比，箱式變壓器能夠更加滿足客戶的需求。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展讓電網(wǎng)工程也得到了很大的發(fā)展，在利用電力變壓器的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很多的問(wèn)題，其中就是變壓器的繞組熱力的產(chǎn)生問(wèn)題，在對(duì)熱阻進(jìn)行解決的時(shí)候首先就是需要對(duì)其熱力值進(jìn)行測(cè)量，其次在去進(jìn)行問(wèn)題的解決。而對(duì)于箱式變壓器的使用現(xiàn)在也是越來(lái)越多，主要是箱式變壓器有很多的特點(diǎn)。