干式变压器的损耗与降低方法

知识点：干式变压器

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，是保证供电可靠性的基础。随着整个国民经济的高速发展，对变压器的需求量还将不断增加。然而随着电力变压器装机量的增加，其自身所消耗的能量也越来越大，这与我国提倡建设节能性社会是不相符合的，有必要采取相应的技术措施来减少变压器自身的损耗，因此研究如何降低变压器铁损的方法就变得非常有必要了。

一、电力变压器的空载损耗

电力变压器的损耗主要包含空载损耗与负载损耗两部分。变压器的空载损耗主要包括铁心材料的磁滞损耗、涡流损耗以及附加损耗几部分，又因为变压器的空载损耗属于励磁损耗，所以与负载无关。

1)磁滞损耗是铁磁材料在反复磁化过程中由于磁滞现象所产生的损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积成正比。

2)涡流损耗。由于铁心本身为金属导体，所以由于电磁感应现象所产生的电动势将在铁心内产生环流，即为涡流。由于铁心中有涡流流过，而铁心本身又存在电阻，故引起了涡流损耗。3)附加铁损。附加铁损是不完全决定于变压器材料本身，而主要与变压器的结构及生产工艺等有关。通常引起附加铁损的原因主要有：磁通波形中有高次谐波分量，它们将引起附加涡流损耗；由于机械加工所引起的磁性能变坏所导致损耗增大；在铁心接缝以及芯柱与铁轭的T型区等部位所出现的局部损耗的增大等。

二、降低空载损耗的方法

空载损耗是变压器的重要参数，占变压器总损耗的20%～30%，要降低空载损耗，必须要降低铁心总量、单位损耗和工艺系数。降低空载损耗的主要方法如下：

(1)采用高导磁硅钢片和非晶合金片。普通硅钢片厚度0.3～0.35 mm，损耗低，可用0.15～0.27 mm。同时，若采用阶梯叠积，则又可减少铁损8%左右。用激光照射、机械压痕和等离子处理可使高导磁硅钢片损耗更低。而非晶合金片和按速冷原理制成的含硅量为6.5%的硅钢片，其涡流损耗部分比一般高导磁硅钢片小。

(2)减少工艺系数。工艺损耗系数与硅钢片材料、冲剪设备是否退火、夹紧程度等诸多因素有关。对冲剪设备的刀具精度、装刀合理和调整也很重要。

(3)改进铁心结构。铁心不冲孔，不绑扎玻璃粘带，端面涂固化漆，相间铁轭用高强度钢带绑扎。心柱两侧连接上下夹件的拉板用非磁性钢板。对大容量铁心片不涂漆处理，提高填充系数和冷却性能。用强压工装和粘胶使铁心两轭成为一个坚固、平整、垂直精度高的整体。减少铁心搭接宽度可降损，搭接面积每减1%，空载损耗会降0.3%。铁心中混入不同牌号硅钢片会耗能，故应少混或不混片。

(4)减少铁心窗口尺寸。将绕组不变匝绝缘(厚度)改成变匝绝缘，如将一台120 000/110变压器根据冲击电压分布，高压绕组首端和调压段的匝绝缘厚度为1.35 m m，其他段为0.95 mm，结果因缩小窗口尺寸后，降铁重1.67%。在安全前提下，合理缩小高、低间主空道距离、降低饼间油道、缩小相间距离、加强绝缘处理(加角环、隔板等)，绕组采用半油道结构，就缩短了心柱中心距，减小了铁心重，也降铁损。

(5)设计无共振铁心。将铁心的共振频率设计在合适的频率段，使之无法产生强烈共振，对减小噪声有明显效果，就能节约为降噪而多用的能源。

(6)采用卷铁心变压器和立体铁心变压器。卷铁心比传统的叠片式铁心少4个尖角，连续卷绕充分利用了硅钢片取向性，采用退火工艺，降低了附加损耗。对R型卷铁心，其截面占空系数接近于100%。而立体铁心的铁轭为三角形立体布置，比平面卷铁心铁轭重减轻25%。这些因素说明卷铁心和立体铁心更节能。

三、电力变压器的负载损耗

电力变压器在运行时，绕组内通过电流，会产生负载损耗。负载损耗又称铜损，除基本绕组直流损耗外，还有附加损耗。

1)基本铜损。对于小容量的变压器，负载损耗主要是指基本铜损，漏磁场引起的附加损耗比例很小。

2)附加损耗。附加损耗主要有绕组涡流损耗、环流损耗和杂散损耗三种损耗：

(a)绕组涡流损耗。大容量变压器运行时，绕组的安匝会产生很大的漏磁场。所谓漏磁场是指磁通有一部分通过空气，有一部分磁路是铁心。由于绕组的导线处在漏磁场中，漏磁通会在导线中引起涡流损耗。

(b)引线损耗。引线损耗是变压器各引线电阻损耗的总和折算。

(c)杂散损耗。杂散损耗是漏磁通穿过钢结构件(如板式夹件、钢压板、压钉螺栓及油箱壁等)等所产生的损耗。

四、降低负载损耗的方法

负载损耗占总损耗70%～80%，包括绕组直流电阻损耗(基本损耗)、导线中涡流损耗、并绕导线间环流损耗、引线损耗和结构件(如夹板、钢压板、箱壁、螺栓、铁心拉板等)的杂散损耗。降低负载损耗的主要有如下几种方法：

(1)限制漏磁引起的附加损耗。进行安匝平衡计算，按结果进行安匝调整；绕组采用“低-高-低”或“高-低-高”排列；限制扁线的宽度和厚度；按磁场计算选定最适宜的换位方法；采用换位导线或组合导线。

(2)缩小主、纵绝缘结构尺寸。在高压绕组上采用“等冲击电压梯度”分布的技术，可缩小纵绝缘尺寸；绕组之间采用薄纸筒、小油隙；用瓦楞纸作主绝缘；采用形状与等电位完全相同的成型件，角环形状符合等位线形状，以分瓣成型角环作为结构件；绕组内径绕在绝缘纸上，但在线段中间设轴向油道；多采用缩醛漆包线，用QQ-2或QQB型缩醛线代替0.45 mm厚纸包扁线，因前二者匝绝缘为2×(0.056～0.079)mm，绕组填充系数高，且满足匝绝缘要求；多采用筒式绕组，因无饼间油道，冷却主要靠轴向垂直油道，散热好、填充系数和冲击特性好，安匝匀、短路力小；适当缩小主绝缘(径、端)距离。

(3)根据计算采用有关工艺。据冲击计算确定纵绝缘结构，垫块、撑条、金属件倒角保持较好形状；计算漏磁场和涡流分布指导换位方式；绕组轴向均布，心柱绑带用非磁性材料；心柱和轭铁部分设特殊屏蔽以缓和电场；调压绕组采用一层一个分接；工艺上采用组装式，内绕组直接绕在绝缘筒上，严控高度、直径公差，套装间隙小，采用热套新工艺，采用整体托板和压板，绕组换位处用迪耐松纸，带压干燥，绕组放在保温烘房内防止受潮。

(4)采用低损低阻导线。用无氧铜线采用上引法拉拔而成，如采用铜连续挤压机而制成。如能用到变压器上，可节能和降体积，具有一定的应用前景。

(5)利用绝缘结构特点来设计可缩小体积。利用变压器油液体电介质特性，适当设置覆盖层、屏障、屏蔽、绝缘层；利用油的“距离效应”加隔板成小油隙；利用油的“体积效应”采用瓦楞纸；利用油中绝缘层“厚度效应”加包绝缘提高击穿电压，但不宜太厚；利用油中隔板离最大场强极距离特点来设置隔板。

(6)采用先进的绝缘结构。采用适用绕组，提高填充系数，采用轴向油道的新型螺旋式(或连续式)绕组，有效地降低了绕组体积。在漏磁集中部位采用非金属或非磁性材料的压紧结构，采用电磁屏蔽使漏磁通槽路化，可使负载损耗降3%～8%。

(7)优选绕组内部保护。绕组内部保护措施有电容环、静电线匝、串联补偿(附加饼间电容)、等电位屏，也可采用纠结式绕组或内屏蔽式绕组。它们都有减小冲击作用下作用于主、纵绝缘上的过电压，从而减小变压器的体积和能耗。

(8)采用长圆形等绕组和Yyn0联结及降高度节能。用长圆形铁心、绕组或椭圆形绕组或矩形带圆角绕组经实践都比圆形传统截面节能。采用Yyn0比Dyn11联结的分接头电压低，三项可共用一盘分接开关，结构简单、体积小，前者比后者对500kVA变压器，导线重减2%、铁重减6%、油重减11%，故节材节能。对干式变压器，绕组越高，上下温差越明显，适当降高，有利于散热和节能。

五、降低杂散损耗的方法

杂散损耗为负载损耗中的特例，故单独讨论降低它的方法。杂散损耗包括结构件(铁心夹件、屏蔽环等)的损耗；穿过导体地方(套管座)损耗；平行导体(通过大电流的引线)的损耗和油箱损耗。降低杂散损耗的方法主要有以下几种方法：

(1)根据磁分析和实物测量，采用铁心夹件小型化、取消单相中心柱铁心垫板、增加铁心表面部分的缝隙、对铁心拉板和漏磁场中的结构件(如螺栓等)采用低磁性或非磁性材料等，可以降低内部结构的杂散损耗。

(2)对套管出线盒及箱盖的一部分，认真配置引线以对磁场控制，采用铜板屏蔽或非磁性材料，套管罩用铝制造。还可在绕组与夹件间设置硅钢片压板，用以吸收夹件、油箱等处磁通。在磁场最强地方埋入带状的有色金属，这样可以降低大电流套管和引线部分的杂散损耗。(3)对大变压器，沿箱壁内置磁导率高的硅钢板作磁分路，吸收箱壁磁通称磁屏蔽；或者用电导率高的有色金属铜和铝作内衬，产生涡流的反作用使进入油箱壁漏磁减少，称电屏蔽。一般磁屏蔽比电屏蔽好，这样可以降低油箱杂散损耗。

(4)定量计算油流回路，采用挡板，合理分隔绕组，达到均匀冷却，优选波纹油箱、片式散热器、冷却器、节能风扇、油泵，得到最经济节能冷却方式，以此来降低杂散损耗。

(5)采用玻璃纤维强化塑料风扇，效率高噪声小。将旧型冷却器换成新型冷却器，采用变频调压式电源供冷却器，可以降低辅助设备损耗。

六、结束语

综上所述，本文主要分析了电力变压器的空载损耗和负载损耗产生的原因，并对如何降低空载降低电力变压器损耗的方法损耗和负载损耗提出了详细的处理方法，这些方法可以有效地降低电力变压器损耗大的问题。虽然文中提出许多可操作性的措施，但是对于在实际工程应用中遇到的繁杂的问题，仍然是不一而足的。因此，在对于如何降低电力变压器损耗的问题仍需进一步的深入研究。

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