電力變壓器是電力系統(tǒng)中較重要的設(shè)備之一，是保證供電可靠性的基礎(chǔ)。隨著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對變壓器的需求量還將不斷增加。然而隨著電力變壓器裝機(jī)量的增加，其自身所消耗的能量也越來越大，這與我國提倡建設(shè)節(jié)能性社會是不相符合的，有必要采取相應(yīng)的技術(shù)措施來減少變壓器自身的損耗，因此研究如何降低變壓器鐵損的方法就變得非常有必要了。
電力變壓器的損耗主要包含空載損耗與負(fù)載損耗兩部分。變壓器的空載損耗主要包括鐵心材料的磁滯損耗、渦流損耗以及附加損耗幾部分，又因?yàn)樽儔浩鞯目蛰d損耗屬于勵磁損耗，所以與負(fù)載無關(guān)。
1)磁滯損耗是鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中由于磁滯現(xiàn)象所產(chǎn)生的損耗。磁滯損耗的大小與磁滯回線的面積成正比。
2)渦流損耗。由于鐵心本身為金屬導(dǎo)體，所以由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象所產(chǎn)生的電動勢將在鐵心內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，即為渦流。由于鐵心中有渦流流過，而鐵心本身又存在電阻，故引起了渦流損耗。 3)附加鐵損。附加鐵損是不完全決定于變壓器材料本身，而主要與變壓器的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝等有關(guān)。通常引起附加鐵損的原因主要有：磁通波形中有高次諧波分量，它們將引起附加渦流損耗；由于機(jī)械加工所引起的磁性能變壞所導(dǎo)致?lián)p耗增大；在鐵心接縫以及芯柱與鐵軛的T型區(qū)等部位所出現(xiàn)的局部損耗的增大等。
由于空載損耗是變壓器的重要參數(shù)，僅占變壓器總損耗的20%～30%，要降低空載損耗，必須要降低鐵心總量、單位損耗和工藝系數(shù)。降低空載損耗的主要方法如下：
(1)采用高導(dǎo)磁硅鋼片和非晶合金片。普通硅鋼片厚度0.3～0.35 mm，損耗低，可用0.15～0.27 mm。同時(shí)，若采用階梯疊積，則又可減少鐵損8%左右。用激光照射、機(jī)械壓痕和等離子處理可使高導(dǎo)磁硅鋼片損耗更低。而非晶合金片和按速冷原理制成的含硅量為6.5%的硅鋼片，其渦流損耗部分比一般高導(dǎo)磁硅鋼片小。
(2)減少工藝系數(shù)。工藝損耗系數(shù)與硅鋼片材料、沖剪設(shè)備是否退火、夾緊程度等諸多因素有關(guān)。對沖剪設(shè)備的刀具精度、裝刀合理和調(diào)整也很重要。
(3)改進(jìn)鐵心結(jié)構(gòu)。鐵心不沖孔，不綁扎玻璃粘帶，端面涂固化漆，相間鐵軛用**度鋼帶綁扎。心柱兩側(cè)連接上下夾件的拉板用非磁性鋼板。對大容量鐵心片不涂漆處理，提高填充系數(shù)和冷卻性能。用強(qiáng)壓工裝和粘膠使鐵心兩軛成為一個(gè)堅(jiān)固、平整、垂直精度高的整體。減少鐵心搭接寬度可降損，搭接面積每減1%，空載損耗會降0.3%。鐵心中混入不同牌號硅鋼片會耗能，故應(yīng)少混或不混片。
(4)減少鐵心窗口尺寸。將繞組不變匝絕緣(厚度)改成變匝絕緣，如將一臺120 000/110變壓器根據(jù)沖擊電壓分布，**繞組優(yōu)端和調(diào)壓段的匝絕緣厚度為1.35 m m，其他段為0.95 mm，結(jié)果因縮小窗口尺寸后，降鐵重1.67%。在安全前提下，合理縮小高、低間主空道距離、降低餅間油道、縮小相間距離、加強(qiáng)絕緣處理(加角環(huán)、隔板等)，繞組采用半油道結(jié)構(gòu)，就縮短了心柱中心距，減小了鐵心重，也降鐵損。
(5)設(shè)計(jì)無共振鐵心。將鐵心的共振頻率設(shè)計(jì)在合適的頻率段，使之無法產(chǎn)生強(qiáng)烈共振，對減小噪***顯效果，就能節(jié)約為降噪而多用的能源。
(6)采用卷鐵心變壓器和立體鐵心變壓器。卷鐵心比傳統(tǒng)的疊片式鐵心少4個(gè)尖角，連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片取向性，采用退火工藝，降低了附加損耗。對R型卷鐵心，其截面占空系數(shù)接近于100%。而立體鐵心的鐵軛為三角形立體布置，比平面卷鐵心鐵軛重減輕25%。這些因素說明卷鐵心和立體鐵心更節(jié)能。
電力變壓器在運(yùn)行時(shí)，繞組內(nèi)通過電流，會產(chǎn)生負(fù)載損耗。負(fù)載損耗又稱銅損，除基本繞組直流損耗外，還有附加損耗。
1)基本銅損。對于小容量的變壓器，負(fù)載損耗主要是指基本銅損，漏磁場引起的附加損耗比例很小。
2)附加損耗。附加損耗主要有繞組渦流損耗、環(huán)流損耗和雜散損耗三種損耗：
(a)繞組渦流損耗。大容量變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組的安匝會產(chǎn)生很大的漏磁場。所謂漏磁場是指磁通有一部分通過空氣，有一部分磁路是鐵心。由于繞組的導(dǎo)線處在漏磁場中，漏磁通會在導(dǎo)線中引起渦流損耗。
(b)引線損耗。引線損耗是變壓器各引線電阻損耗的總和折算。
(c)雜散損耗。雜散損耗是漏磁通穿過鋼結(jié)構(gòu)件(如板式夾件、鋼壓板、壓釘螺栓及油箱壁等)等所產(chǎn)生的損耗。
負(fù)載損耗占總損耗70%～80%，包括繞組直流電阻損耗(基本損耗)、導(dǎo)線中渦流損耗、并繞導(dǎo)線間環(huán)流損耗、引線損耗和結(jié)構(gòu)件(如夾板、鋼壓板、箱壁、螺栓、鐵心拉板等)的雜散損耗。降低負(fù)載損耗的主要有如下幾種方法：
(1)**漏磁引起的附加損耗。進(jìn)行安匝平衡計(jì)算，按結(jié)果進(jìn)行安匝調(diào)整；繞組采用“低-高-低”或“高-低-高”排列；**扁線的寬度和厚度；按磁場計(jì)算選定較適宜的換位方法；采用換位導(dǎo)線或組合導(dǎo)線。
(2)縮小主、縱絕緣結(jié)構(gòu)尺寸。在**繞組上采用“等沖擊電壓梯度”分布的技術(shù)，可縮小縱絕緣尺寸；繞組之間采用薄紙筒、小油隙；用瓦楞紙作主絕緣；采用形狀與等電位完全相同的成型件，角環(huán)形狀符合等位線形狀，以分瓣成型角環(huán)作為結(jié)構(gòu)件；繞組內(nèi)徑繞在絕緣紙上，但在線段中間設(shè)軸向油道；多采用縮醛漆包線，用QQ-2或QQB型縮醛線代替0.45 mm厚紙包扁線，因前二者匝絕緣為2×(0.056～0.079)mm，繞組填充系數(shù)高，且滿足匝絕緣要求；多采用筒式繞組，因無餅間油道，冷卻主要靠軸向垂直油道，散熱好、填充系數(shù)和沖擊特性好，安匝勻、短路力??；適當(dāng)縮小主絕緣(徑、端)距離。
(3)根據(jù)計(jì)算采用有關(guān)工藝。據(jù)沖擊計(jì)算確定縱絕緣結(jié)構(gòu)，墊塊、撐條、金屬件倒角保持較好形狀；計(jì)算漏磁場和渦流分布指導(dǎo)換位方式；繞組軸向均布，心柱綁帶用非磁性材料；心柱和軛鐵部分設(shè)特殊屏蔽以緩和電場；調(diào)壓繞組采用一層一個(gè)分接；工藝上采用組裝式，內(nèi)繞組直接繞在絕緣筒上，嚴(yán)控高度、直徑公差，套裝間隙小，采用熱套新工藝，采用整體托板和壓板，繞組換位處用迪耐松紙，帶壓干燥，繞組放在保溫烘房內(nèi)防止受潮。
(4)采用低損低阻導(dǎo)線。用無氧銅線采用上引法拉拔而成，如采用銅連續(xù)擠壓機(jī)而制成。如能用到變壓器上，可節(jié)能和降體積，具有一定的應(yīng)用前景。
(5)利用絕緣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來設(shè)計(jì)可縮小體積。利用變壓器油液體電介質(zhì)特性，適當(dāng)設(shè)置覆蓋層、屏障、屏蔽、絕緣層；利用油的“距離效應(yīng)”加隔板成小油隙；利用油的“體積效應(yīng)”采用瓦楞紙；利用油中絕緣層“厚度效應(yīng)”加包絕緣提高擊穿電壓，但不宜太厚；利用油中隔板離**場強(qiáng)極距離特點(diǎn)來設(shè)置隔板。
(6)采用**的絕緣結(jié)構(gòu)。采用適用繞組，提高填充系數(shù)，采用軸向油道的新型螺旋式(或連續(xù)式)繞組，有效地降低了繞組體積。在漏磁集中部位采用非金屬或非磁性材料的壓緊結(jié)構(gòu)，采用電磁屏蔽使漏磁通槽路化，可使負(fù)載損耗降3%～8%。
(7)優(yōu)選繞組內(nèi)部保護(hù)。繞組內(nèi)部保護(hù)措施有電容環(huán)、靜電線匝、串聯(lián)補(bǔ)償(附加餅間電容)、等電位屏，也可采用糾結(jié)式繞組或內(nèi)屏蔽式繞組。它們都有減小沖擊作用下作用于主、縱絕緣上的過電壓，從而減小變壓器的體積和能耗。
(8)采用長圓形等繞組和Yyn0聯(lián)結(jié)及降高度節(jié)能。用長圓形鐵心、繞組或橢圓形繞組或矩形帶圓角繞組經(jīng)實(shí)踐都比圓形傳統(tǒng)截面節(jié)能。采用Yyn0比Dyn11聯(lián)結(jié)的分接頭電壓低，三項(xiàng)可共用一盤分接開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單、體積小，前者比后者對500kVA變壓器，導(dǎo)線重減2%、鐵重減6%、油重減11%，故節(jié)材節(jié)能。對干式變壓器，繞組越高，上下溫差越明顯，適當(dāng)降高，有利于散熱和節(jié)能。
雜散損耗為負(fù)載損耗中的特例，故單獨(dú)討論降低它的方法。雜散損耗包括結(jié)構(gòu)件(鐵心夾件、屏蔽環(huán)等)的損耗；穿過導(dǎo)體地方(套管座)損耗；平行導(dǎo)體(通過大電流的引線)的損耗和油箱損耗。降低雜散損耗的方法主要有以下幾種方法：
(1)根據(jù)磁分析和實(shí)物測量，采用鐵心夾件小型化、取消單相中心柱鐵心墊板、增加鐵心表面部分的縫隙、對鐵心拉板和漏磁場中的結(jié)構(gòu)件(如螺栓等)采用低磁性或非磁性材料等，可以降低內(nèi)部結(jié)構(gòu)的雜散損耗。
(2)對套管出線盒及箱蓋的一部分，認(rèn)真配置引線以對磁場控制，采用銅板屏蔽或非磁性材料，套管罩用鋁制造。還可在繞組與夾件間設(shè)置硅鋼片壓板，用以吸收夾件、油箱等處磁通。在磁場較強(qiáng)地方埋入帶狀的有色金屬，這樣可以降低大電流套管和引線部分的雜散損耗。 (3)對大變壓器，沿箱壁內(nèi)置磁導(dǎo)率高的硅鋼板作磁分路，吸收箱壁磁通稱磁屏蔽；或者用電導(dǎo)率高的有色金屬銅和鋁作內(nèi)襯，產(chǎn)生渦流的反作用使進(jìn)入油箱壁漏磁減少，稱電屏蔽。一般磁屏蔽比電屏蔽好，這樣可以降低油箱雜散損耗。
(4)定量計(jì)算油流回路，采用擋板，合理分隔繞組，達(dá)到均勻冷卻，優(yōu)選波紋油箱、片式散熱器、冷卻器、節(jié)能風(fēng)扇、油泵，得到較經(jīng)濟(jì)節(jié)能冷卻方式，以此來降低雜散損耗。
(5)采用玻璃纖維強(qiáng)化塑料風(fēng)扇，效率高噪聲小。將舊型冷卻器換成新型冷卻器，采用變頻調(diào)壓式電源供冷卻器，可以降低輔助設(shè)備損耗。
綜上所述，本文主要分析了電力變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗產(chǎn)生的原因，并對如何降低空載降低電力變壓器損耗的方法損耗和負(fù)載損耗提出了詳細(xì)的處理方法，這些方法可以有效地降低電力變壓器損耗大的問題。雖然文中提出許多可操作性的措施，但是對于在實(shí)際工程應(yīng)用中遇到的繁雜的問題，仍然是不一而足的。因此，在對于如何降低電力變壓器損耗的問題仍需進(jìn)一步的深入研究。
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