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电力变压器的电气设计相关问题

2021-07-30高志光

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在电力传输中,变压器作为最为基础的电气设备,加强电力变压器的电气设计,需要切实注重损耗、噪声、绝缘、抗短路问题的设计,才能确保变压器性能得到有效提升,因此对变压器电气设计人员也提出了更高的要求。因此,本文主要就电力变压器的电气设计相关问题进行了梳理,以更好地以前设计人员的重视。
       在电力变压器设计中,作为设计人员,需要注意损耗和噪声以及绝缘与抗短路等问题。这主要是因为电力变压器在确保供电安全和高效方面有着十分重要的作用,因此在对设计人员的专业要求较高。

1.损耗问题

       1.1 空载损耗问题地分析

       在电力变压器中,空载损耗作为主要的损耗类型之一,且具有较强的稳定性,并非与变压器负荷有关,空载损耗主要源于铁芯,常见的损耗源于磁滞、附加、涡流三种损耗,导致空载损耗的因素较多,既有叠片工艺方面的,也有接缝型式方面的,还有硅钢片材质等级以及毛刺和接缝的大小等因素。为了将电力变压器的空载损耗有效降低,在设计中,需要采用规格较高的钢硅片,避免由于变压器工作磁密太高,从而有效地将变压器磁滞损耗降低。而在此基础上,还要在设计中注重步进搭接结构的应用,尽可能地将接缝间隙减少,应用不叠上轭铁心叠装工艺,预防工艺孔较大,切实加强毛刺高度的控制,降低硅钢片厚度,最终将变压器空载损耗问题有效优化。

       1.2 负载损耗问题地分析

       在电力变压器损耗中,负载损耗较大,常见的主要有以下几种:①引线损耗;②绕组导线直流电阻损耗;③钢铁结构件中漏磁杂散损耗;④绕组涡流损耗。为了将这些负载损耗有效降低,在进行变压器电气设计时,需要结合损耗类型采取针对性的措施。针对引线损耗而言,主要是在设计引线时,需要尽可能地绕开高漏磁区域中进行,而电力变压器中,漏磁通分布的情况较为复杂,需要采取减少从每个钢铁构件流经的漏磁通,从而达到降低损耗的目的。而绕组导线直流电阻损耗而言,在整个负载损耗中的占比最大,在变压器运行时,由于负载损耗与负荷大小而变化,此时为了降低其损耗,就需要将变压器电阻与环流降低。而绕组涡流损耗往往由于导线尺寸和漏磁场的强度与分布情况有关,为了将绕组涡流损耗降低,需要采取减少导线尺寸的方式,以及采取合理地更换位置与加大绕组抗短路能力等方式强化对其的处理。而针对钢铁结构件中的漏磁杂散损耗,则需要结合工程实际从钢铁结构的源头进行优化。

2.噪声问题

       变压器形成的噪声往往容易对市民带来困扰,因此在电力变压器电气设计中,需要切实注重噪声问题的预设,常见的噪声主要有:①冷却设备;②空载;③负载。受到交变磁场影响,硅钢片的尺寸容易发生伸缩而出现空载噪声。为了将恐遭噪声降低,需要在设计中尽可能地采用高导硅钢片,从而将磁致伸缩降低的同时,将铁芯接缝有效地缩短与减少,使得铁芯磁密度得到有效地降低,并在铁芯上涂抹聚酯胶或环氧胶,并加强对硅钢片的保护。而在此基础上,还应对油箱和基础间安放防震胶垫,而油箱外侧则需要安装隔音层,对由于油箱内部而言,主要是安装隔音材料,抑或是内置噪声发生器,从而达到降低空载噪声的目的。而负载噪声,主要是线圈导线受到变电磁力与漏磁通的影响而形成的振动所导致,由于现代变压器的电磁力容易形成噪声,为降低其噪声,就需要在设计中采用频谱消音技术、线圈振动技术的应用,并从传播途径做好声音的阻隔。此外,也可以采取自冷的方式将噪声叠加消除,并精心计算每个重要部件自身的固有频率,避免运行中产生谐振问题。

3.绝缘问题

       绝缘设计也是电力变压器电气设计的主要内容,由于绝缘性能要求较高,所以在绝缘设计方面较为复杂,需要在设计中考虑的因素较多,以达到设计最佳绝缘性能的目的。在电力变压器绝缘设计中,需要切实做好主、纵绝缘结构的设计。以常见的油浸式变压器为例,在对其主绝缘结构设计过程中,需要我们充分考虑变压器运行时可以承受的电压,而主绝缘电压包含了绕组间绝缘与绕组端对地绝缘。其中绕组间绝缘主要是对绕组间油隙进行分隔,比如采用薄纸筒油隙结构,并在纸筒放置过程中将最低击穿场较大的油隙置于中间位置,而绕组间则采用小油隙,从而预防绕组表面发生电场分布不均的问题,尤其是为降低油中场强,需要尽可能地使用厚度较薄的纸筒。

       由于电力变压器绕组端在对地绝缘方面的要求较高,所以在变压器的绕组端电场分布上往往不均,且缺乏对称性,而电力导线中经常采取滑闪型结构,一旦局部放电,那么可能导致沿面放电的情况出现,使得电力线节后被破坏,或者是由于电场畸变而使得原有结构被击穿的情况出现,为了将场强降低,在设计过程中,需要采用静电环与角环相结合的方式强化对其的处理。在角环设计过程中,应精准计算端部区域,掌握电场分布情况,并结合电场分布的等电位面实施角环布置。而在变压器绕组端部实施对地绝缘设计时,则需要采取针对性的措施避免内部绝缘局部严重放电的情况。

       对于变压器纵绝缘结构而言,主要是指线圈内部绝缘,变压器中的线圈容易被电压冲击,进而出现绝缘被击穿的问题。因此,为强化变压器纵绝缘设计,应基于梯度设计的理念,确保梯度均匀分布,并预防绝缘被电压集中冲击,切实明确其电场分布情况,精心计算段间油隙与匝绝缘的耐电强度,以确保安全裕度足够。

       而在做好上述工作的基础上,还要切实强化内屏蔽线圈的绝缘设计,合理调整线圈匝数,注重线圈绝缘梯度分布情况的优化,并采用电缆纸做好线圈的包裹,尤其是线圈绝缘谁中需要确保裕度充足,精准计算绝缘表面电场强度,采取科学梯度分布来达到优化屏蔽结构的目的。

4.短路问题

       短路问题也是电力变压器电气设计中必须注意的一个问题,为切实加强对其的优化,切实提升抗短路的能力,需要切实注重以下工作的开展。

       一是加大认识,强化计算。作为设计人员,必须注意电力系统的安全高效运行的前提是电力变压器的科学设计,所以需要在电力变压器电气设计中切实做好抗短路性能的优化,而为了达到良好的优化效果,就需要切实注重抗短路能力的计算,在计算过程中,既要综合分析变压器三相短路故障,又要考虑其他类型的短路故障,并结合变压器运行中可能所处的运行环境而导致的故障,结合变压器的结构设计和线圈布置的位置来加强阻抗设计,切实注重短路电流峰值系数的提升,从根本上确保变压器自身的抗短路能力。在具体的计算过程中,主要是按照安培定律,对变压器短路力与短路电流以及磁感应强度进行计算。

       二是在变压器磁场中,主要包含了磁场和漏磁场,变压器绕组需要不同分接位置的漏磁场变化来针对性地分析,并在电场设计中加强对其的考虑,并对不同的运行情况下精准计算其漏磁场,并对结构设计进行优化,加强优质材料与设备的应用,加强先进制造工艺的应用。在漏磁场设计时,由于其端部容易形成辐射分量,辐射分量可以与短路电流互相作用,使得变压器的轴向短路力,导致变压器发生短路的问题,为加强对此类问题的预防,在变压器设计过程中,需要降低绕组的磁势力分布不对称的情况,把高压绕组与低压绕组的磁中心偏移控制在绕组高度是2%之内。而为了避免绕组偏移量给轴向短路力带来的影响,需要在绕组中心置于同一水平线之上。

5.结语

       综上所述,在电力变压器的电气设计时,损耗问题是必须注意的注意问题之一。尤其是在当前全球日益注重节能的今天,为了减少变压器的损耗,需要在变压器的电气设计中加强损耗设计工作的开展,在具体的设计中,主要是从以上几个方面来重视,以达到优化设计的目的。
责任编辑:程玥
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