干式变压器漏磁场及温度场的分析与分析

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1、第一章绪论§1-1研究的背景和意义在发、输电系统和供、配电系统屮，电力变压器广泛应用。应用电力变压器的场所对防火等级的要求很高。目前，电力变压器主要包括油浸式变压器和干式变压器。油浸式变压器具有易爆、易燃、易污染环境的缺点，在这些场所中使用时受到很大程度的限制。干式变压器具有抗冲击能力强、抗短路能力强、防潮能力强等优点，相对油浸式变压器而言，更能满足高防火等级的需求。而且，干式变压器的容量在不断增大，使得其应用越发广泛。干式变压器的产量、市场占有率及采购量均在逐年攀升，有取代油浸式变压器的趋势⑴。变压器的电磁设计直接影响着变压器漏磁场的分布情况。变压器容量的人小关系到变压器的漏磁场的强弱

2、。如果设计不合理，变压器的局部温度将会超过绝缘耐受温度，加速绝缘材料的老化、缩短工作寿命。这是导致变压器不能安全、可靠运行的主要原因z—。变压器投入运行后，其工作性能受到负荷和周围环境的影响，特别是突变的负荷和环境应力会对绝缘材料的寿命产生很大的影响。比如发生突发短路时，如果变压器绕组绝缘的温度超过绝缘材料所能承受的最高温度，就会破坏绝缘材料，这也是导致变压器不能正常工作的主要原因么一。变压器的绝缘材料受损造成的恶性事故在国内外均有发生，直接关系到财产及人身安全，越来越引起人们的密切关注。对变压器的磁场分布、温度场进行分析，能为产品设计提供理论指导。比如，在变丿玉器产品性能优化设计屮，可

3、以根据磁场分析的结果选取最优的技术参数。过去，对于变压器屮电磁和力方面的问题，人们已经进行过大量的研究，至今已经能够很好地解释很多现象产生的原因，也采取有效地措施排除了一些影响变压器可靠运行的不利因素。然而，对于变压器中发热和冷却问题的研究的却比较少。包括以下两方面原因，一方面是最初变压器容量不是很大，此时热问题的严重没有表现出来，随着变压器容量的逐渐加大，热问题也尤为突出；另一方面它涉及传热学、电磁学等多学科知识，影响因素多和试验难度大也限制了它的发展。随着变压器单柱容量的逐渐提高，变压器屮的热问题也随Z越来越突出。国内的专家对于干式变压器发热问题和冷却问题的研究开展的比较晚。当前，各

4、变压器厂家都在尽最大努力达到既节材乂降耗的目的，来使自己的产品在市场竞争中脫颖而出。而各国乂封锁了变圧器的计算软件和核心技术。因此，深入地研究干式变压器漏磁场及温度场的分布，为以后的生产、设计提供重要的理论和实践成果，也具有很重要的实际意义2讥§1・2国内外研究现状1-2-1变压器电磁场的研究现状采用传统的解析法来研究电磁场的分布情况时，导电体在空间场域屮产生的磁感应强度一般是通过应用卷加性质和比奥■萨伐尔定律求出的。理论上，只要电流恒定，它在空间上产生的磁场的分布情况都可以釆用这种方法求得，但应用中，只有导电线圈形状规范时，才可以用传统的解析法求得磁场分布情况。而工程上计算磁场分布，是

5、在变压器的磁场计算场域经过较大简化的情况下是进行的。其基本思想是利用计算出的线圈轴向磁感应强度的最大值，來估算其它部位的磁感应强度。因此，利用传统解析法求取导电线圈的磁场的整体分布困难很大。随着计算机技术、计算方法、试验研究技术的迅速发展和工业需求的日益增加，电磁场数值计算技术研究及工业应用也逐步深化。二维有限元方法、边界元方法等，作为重要的数值计算方法，已被广泛应用于计算场域可以等效为轴对称或平行平面场的变压器等产品的磁场分析，其计算精度令人满意。应用数值分析方法分析三维电磁场时，对于三维数值分析，单从算法角度来看，完全可以计算出恒定磁场的分布。但在软件实现过程中，网格剖分或后处理均对

6、计算速度有较高的要求，尤其在划分网格的时候选择自动剖分时，对计算机配置的性能要求很高。关于变压器漏电抗的计算，传统的经典解析方法是将总磁场划分为主磁场和漏磁场，然后用磁路的欧姆定律来求解磁通和磁链，进而推导出电抗计算公式。变压器的短路电抗计算公式中要引入洛氏系数对因场域简化产生的计算误差进行修正。由于经典公式是在对计算场域作了很大简化的情况下得出的，它的适用范围具有较大的局限性，计算精度较差。对于具有复杂线圈排列的变压器，利用现成的计算公式难以得到可靠的计算结果。由于现成计算公式的局限性，利用现代电磁场数值计算方法进行电抗计算，作为该技术在工程领域的应用之一，越来越受到人们的重视。计算电

7、磁装置的电抗有两种方法。第一种方法是：首先计算磁场分布，由磁场分布计算总能量；然后由能量计算出电感参数，进而计算出电抗参数。第二种方法是：首先计算出变压器的电磁场分布情况；然后利用已求得的磁场分布情况，计算线圈各匝所交链的磁链。无论采用哪一种方法，其关键问题是精确计算磁场分布。到目前为止，国内外专家利用电磁场数值分析计算方法通过深入地研究变压器的电磁场分布情况，己经取得了一些成果。这些成果主耍集中在：［1］计算了变压器铁心磁场的分布