降低变压器负载损耗的分析与措施

图2 典型的完全换位法

　　(a)“改进型”换位 (b)“类潘戈”换位

　　文献[7]对传统型换位、改进型换位、类潘戈换位在绕组端部产生的漏感电势差进行了计算与讨论。在绕组端部，改进型换位所产生的漏感电势差最小，因而在绕组端部20%左右的线段内采用改进型换位，换位段数根据并绕根数确定。因类潘戈换位的工艺性较好，在绕组中部，可采用类潘戈换位。

图3 变压器漏磁分布示意图

　　因为在绕组端部20%的区域里，纵向漏磁产生严重的弯曲，如图(3)所示。绕组端部漏磁密度要比中部低得多，大约为50%左右。在端部漏磁弯曲所产生的幅向分量在线圈内不感应出漏磁电势，因而只考虑纵向分量产生的环流。因此，对于螺旋式线圈，若按传统“242”方式，即在线圈的1/4，1/2，3/4进行换位，虽然导线长度一致，但并联导线间的漏感电势差仍然很大，变压器容量越大其漏感电势差越明显，这势必影响环流损耗的降低效果，因此应使绕组端部的换位区匝数比中部换位区匝数略多一些，使各并联导线间的漏感电势差降至最小，减小环流损耗。　3. 自粘换位导线的优点及应用特点

　　由以上的分析可知，变压器的容量越大，漏磁场越强，从而使漏磁场引起的各种杂散损耗增加，因此，在大容量变压器中，除了由纵向漏磁场引起的涡流损耗外，由幅向漏磁场引起的涡流损耗的计算也是必须的。同时在变压器设计时，为降低纵向漏磁引起的涡流耗，应适当减小导线厚度，其范围在1.5-2.24mm;为降低幅向漏磁引起的涡流耗，应适当减小导线宽度，最好小于12.5mm，且导线的宽厚比控制在2-6之间，两者可调整至合适值，以满足要求。

　　对于大容量变压器来说，因线圈的附加损耗与导线的线规关系很大。因此为降低线圈的附加损耗，目前比较多的采用自粘换位导线，同以往的单根导线及组合导线相比，它有很多优点：

　　1. 因换位导线是由多股小截面的导线经过编织而成，且换位节距为线宽的16-22倍，换位极为充分，因而在线圈的绕制过程中不需要进行换位，从而减少了环流耗。同时缩短了绕线工时，提高了线圈的可靠性。

　　2. 由于使用的单股导线线规较小且相互绝缘，可使纵向及幅向漏磁通产生的涡流损耗减小，经计算，其涡流损耗约为多根并联导线的涡流损耗的30%。

　　3. 由于单根导线绝缘较薄，而统包绝缘可按具体绝缘要求，这样可以使导体的填充系数得到改善，并能缩小线圈尺寸，同时还有利于散热。

　　4. 现在采用的自粘性换位导线，单股线表面涂有特制的环氧树脂，线圈经恒压干燥后，牢固的粘合在一起，形成一刚体，其抗弯、抗拉等机械强度自然大大增强，提高了导线的纽矩，增强了线圈抗短路能力。

　　5. 如所知，在大容量高电压的变压器中为降低杂散损耗常采用磁屏蔽方式，这会使绕组端部的幅向漏磁更加严重。对于因幅向漏磁引起的涡流损耗与导线宽度b的平方成正比，因此采用导线宽度很小的换位导线就缓解了这种状况。

　　但应注意的是，采用自粘换位导线时，线圈宜采用恒压干燥法，这样才能在导线固化成型后，使线圈一次干燥便达到最终尺寸，消除二次整形时线圈导线产生的内应力，减少线圈套装时的二次加压对导线造成的损伤。

　　当采用多根自粘换位导线绕制螺旋式线圈时，应采用改进型的潘戈换位法进行换位，以减小各换位导线间的环流损耗。

　　四、变压器杂散损耗的分析、计算及改善措施

　　变压器运行时，由于漏磁场的存在，在穿过变压器各结构件时要产生损耗，统称为杂散损耗。包括漏磁在油箱、夹件、铁心拉板等金属件内产生的损耗。对于小容量变压器来说，其漏磁通较小，因此杂散损耗的比例很小，可忽略不记。当变压器容量很大时，随着容量、电流的增大，其漏磁通较大，漏磁场在钢结构件中引起的杂散损耗的比例也增大(通常30%—40%)，需要对这部分损耗进行分析。

　　考虑到漏磁通路的复杂性，要精确计算是困难的，因此杂散损耗计算只能采用近似的方法计算。对于800KVA及以上的中大型变压器，目前工厂通用的简易计算方法为：

　　Pzs = K×Ux×S kW (7)

　　其中K为经验系数，Ux为阻抗电压，S为变压器容量(KVA)。对于K的取值，根据变压器的容量、结构及绕组数量等多个因素有关，是工厂根据自己的生产条件、制造工艺、试验结果总结出来的经验系数，各个企业有少许的不同，但对于制造来说，其精度已能满足生产要求。1. 线圈漏磁对杂散损耗影响

　　由于线圈漏磁要穿过各个钢结构件，其大小与钢夹件及油箱至线圈的距离有关，当钢压板或夹件至线圈距离愈大，而油箱至线圈距离愈小时，其幅向分量愈大;反之，当钢压板或夹件至线圈距离愈小，而油箱至线圈距离愈大时，其幅向分量愈小。而对于轴向分量则影响不大，且轴向漏磁(占总漏磁的80%-90%)引起的杂散损耗所占比例较大。

　　为了减小杂散损耗，工程上常将线圈附近的较大的金属结构件采用非磁材料制造。如用层压纸板或木板制作线圈压板;铁心夹件采用低磁钢板制造，这样，在这些结构件中产生的杂散损耗将会明显减少。但需要注意的是，采用层压纸板压板，相当于增大线圈端部距钢结构件的距离，这样会导致幅向漏磁通分量的增大，使线圈导线中幅向漏磁的涡流损耗增加，同时在线圈端部会造成局部过热，因此对于线圈来说，为了减小线圈端部的局部过热，需要增大油隙以利于散热。

　　对于油箱，通过的漏磁通较大，在其中产生的损耗(涡流损耗)和局部过热也较为明显。为减小油箱壁中的杂散损耗，国外曾采用非导磁材料制造油箱，如英国曾制造过铝油箱，但国内最为常见的办法是采用屏蔽措施：

　　(1)电屏蔽方式：它是在油箱内壁铺设铝板或铜板。当漏磁进入铝板或铜板后，在其中产生涡流损耗并随之建立反安匝，从而减少进入油箱壁的漏磁通，同时也就降低了油箱中漏磁损耗。从宏观上来说降低油箱壁中的漏磁损耗的效果较磁屏蔽差，但涡流反安匝作用的结果，却使绕组端部的漏磁通减弱了。对于容量大，电压不很高的变压器采用电屏蔽较好，它不但能减少油箱中的杂散损耗，同时能使漏磁力线弯曲程度减小，从而时线圈导线中的由幅向漏磁分量产生的涡流损耗减小。一般用铜板时其厚度取4-5mm，用铝板时其厚度取8-10mm比较合适。如果屏蔽太厚，既不经济，屏蔽效果也不会明显提高。

　　(2)磁屏蔽方式：它是在油箱内壁铺设硅钢片。由于硅钢片导磁性能好，使漏磁通大量的进入损耗很小的磁屏蔽中，从而减少进入油箱壁的漏磁通。对于磁屏蔽的厚度，一般在30mm左右，其高度应超过线圈总高度，且应尽可能的高，否则漏磁通会绕过磁屏蔽而进入油箱壁中，降低了屏蔽效果，同时也会产生局部过热。磁屏蔽铺设方式一般有立放(硅钢片与油箱垂直)和平放(硅钢片与油箱壁平行)两种。当立放时漏磁通容易进入磁屏蔽，在磁屏蔽中产生的杂散损耗较小，但由于油箱结构限制往往不能尽量增高;平放时则相反，但它可以随着油箱壁弯曲并可伸得很高。