变压器箱沿局部过热分析

李静 方海彬

摘 要：本文分析了变压器箱沿过热的原因并给出了解决办法。

关键词：有限元；过热；变压器

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0082-01

1 概 述

国内外厂家经常发生变压器箱沿及箱沿螺栓局部过热的现象，需大量增加磁屏蔽、电屏蔽等手段，既浪费成本又不得要领。有时，容易造成其他地方发生局部过热，达不到防止局部过热的目的。

本文采用有限元计算软件，定量定性的分析计算，研究箱沿过热产生的原因，并提出解决方案。

2 变压器油箱上的感应电流分布

2.1 建立三维有限元分析模型

由于变压器结构的对称性，在进行变压器模型建立时，经过多次模拟计算发现，把变压器油箱建立成一个封闭的整体，观察变压器油箱上的电流分布。

2.2 涡流场分析计算

利用有限元分析软件Maxwell涡流场分析计算器，进一步计算变压器油箱上的电流分布。可观察到油箱上的电流矢量分布，如图1，图2所示。

2.3 变压器油箱上的电流分布分析

油箱上的电流是线圈漏磁场感应的电流，当变压器容量相同时，对于相同容量的高阻抗变压器，漏磁场比较大，箱沿过热相对会比较严重。这也说明了，为什么相同容量的变压器在采用相同的油箱屏蔽结构时，有的过热，有的不过热。

图2是变压器线圈电流在一个正弦波形下，在某一个时刻点，油箱上的电流矢量分布，图中标出了一般情况下箱沿所在的大概位置，可以看到，电流在相间位置处，电流的方向是垂直箱沿的。在实际产品中，上下箱沿的连接不是很充分，在螺栓的连接处，接触电阻较小，相对形成了电的通路。

图2中的电流就在变压器相间位置寻找接触较好的螺栓流过，造成箱沿或箱沿螺栓过热，过热位置如图3所示。图2中可以看出，在没有屏蔽的情况下，电流最大的位置位于油箱中部，但是这个位置往往比箱沿温度低，主要因为流过油箱中部的电的通路是连续的，截面大，而流过箱沿时往往只有个别螺栓接触较好，造成螺栓过热。

3 局部过热发生的条件

变压器结构件局部过热是由漏磁场引起的，所以漏磁场的大小是决定因素，对于油箱箱沿位置，进入油箱的磁通量是决定因素。经过分析计算，对于常规电力变压器，可利用线圈主空道内的轴向磁通密度作为参考，来定量确定油箱箱沿局部过热的条件：

（1）变压器油箱无磁屏蔽时，在某运行状态下主空道最大磁密大于2500GS时，容易产生局部过热。

（2）变压器油箱使用竖直磁屏蔽，在某运行状态下主空道最大磁密大于2800GS时，容易产生局部过热。

（3）变压器油箱采用横向磁屏蔽，一般情况下，箱沿不会发生局部过热现象。

（4）主空道最大磁通密度低于2500GS，可以不采取任何措施，一般不会发生局部过热。

4 解决箱沿过热的办法

4.1 采用箱沿焊死结构

如果采用箱沿焊死结构，相当于增大了上下箱沿的连接面积，从而防止了箱沿局部过热。

4.2 使用磁屏蔽减少油箱中的漏磁通，减小感应电流

在油箱箱壁添加磁屏蔽，对线圈产生的漏磁通进行疏导，降低变压器油箱内的总磁通，就会减小油箱内的感应电流，流过上下箱沿的电流也会降低，从而防止箱沿和箱沿螺栓过热。

4.3 使用高导电率材料连接上下箱沿

为防止上述位置发生局部过热，使用铜铝等高电導率材料对变压器漏磁场产生的电流进行疏导的方法，使得大部分电流流过高电导率材料，降低感应电流的电阻损耗。但是，铜铝等材料的与箱壁连接的部位接触面积要大过连线的两倍以上，防止在连接线与油箱接触的位置过热。

5 结 论

通过大量的仿真计算，本文假设有箱沿建立的有限元分析模型，模拟了该情况下箱沿位置的电流分布情况，避免了有限元计算软件仿真计算时的一些缺陷，找到了箱沿过热的根本原因，提出了解决问题的方案。

收稿日期：2018-3-12