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    產(chǎn)品知識
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    淺談變壓器磁力的分析


    螺旋線(xiàn)圈的扭轉變形主要是由于軸向電流分量和輻向漏磁場(chǎng)共同作用產(chǎn)生的。 單純的扭轉變形的影響, 不足以使繞組損壞。 但由于墊塊位置的微小錯位, 會(huì )對繞組的失穩等強度問(wèn)題帶來(lái)潛在的危險。 為此, 本文對變壓器低壓螺旋繞組的扭轉變形問(wèn)題進(jìn)行了系統深入的研究。

    1 螺旋繞組扭轉電磁力

    變壓器發(fā)生短路時(shí), 短路電動(dòng)力分為軸向力、徑向力和切向力。 切向力與軸向電流分量及輻向漏磁場(chǎng)有關(guān), 是由二者共同作用產(chǎn)生的。 輻向漏磁場(chǎng)是由軸向電流分量、端部漏磁通彎曲及安匝分布不平衡產(chǎn)生的。 由于軸向電流分量對輻向漏磁場(chǎng)的影響較小, 故輻向漏磁場(chǎng)主要是由于繞組端部漏磁場(chǎng)的彎曲及安匝分布不平衡所致。

    對于螺旋式繞組, 線(xiàn)餅沿一小角度螺旋上升。

    因而, 不僅有圓周方向的電流, 繞阻各處還有軸線(xiàn)方向的電流分量, 即J = JQ+ J Z這樣, 在變壓器繞組中, 輻向磁密與軸向電流分量相互作用, 產(chǎn)生了沿螺旋繞組圓周方向的扭轉力,進(jìn)而產(chǎn)生扭轉力矩。 特別是三峽工程需要使用的840 MVA 超大容量電力變壓器, 其低壓繞組額定電流可達 2 5 kA, 因而其軸向電流分量對短路強度的影響更不容忽視。

    在繞組上下兩部分中, 由于輻向磁密的方向相反, 因而產(chǎn)生的扭轉力矩也相反。 對于相鄰線(xiàn)餅, 當墊塊與線(xiàn)餅之間的摩擦力小于兩個(gè)線(xiàn)餅的扭轉力之差時(shí), 便產(chǎn)生相對運動(dòng), 線(xiàn)餅及墊塊便沿圓周方向扭轉, 整個(gè)繞組便沿螺旋方向產(chǎn)生擰緊的扭轉變形。 在繞組的端部有放大油道, 輻向磁密的數值較大, 處于嚴重安匝不平衡狀態(tài), 因而會(huì )產(chǎn)生較大的輻向漏磁場(chǎng),與軸向電流分量的作用會(huì )產(chǎn)生較大的切向力, 從而對低壓螺旋繞組的扭轉變形產(chǎn)生較大的影響。

    在進(jìn)行漏磁場(chǎng)的計算時(shí), 一般可忽略電流的軸向分量 J Z Z, 但在扭轉力的計算中, 該電流分量不能忽略。

    單位長(cháng)度線(xiàn)餅上扭轉力密度的計算有f = B r i( t )sin因而單位長(cháng)度線(xiàn)餅上的扭轉力為F = 2 r / cos 0 f dl = 2 r/ cos 0 B r i( t)sin d l因而單位長(cháng)度線(xiàn)餅的扭矩為M = F r = r 2 r/ cos 0 B r i( t)sin dl

    2 變壓器材料參數的影響

    2 1 對低壓螺旋繞組扭轉電磁力的影響

    輻向漏磁場(chǎng)在端部**, 從而引起扭轉力在端部也**。 壓板通過(guò)墊塊緊壓在繞組端部, 因而壓板材料對端部漏磁有較大的影響。 壓板大體有以下幾種材料: 特硬紙板、碳素鋼和低磁鋼。 本文對變壓器壓板材料對低壓螺旋繞組扭轉電磁力的影響進(jìn)行了分析計算。 變壓器壓板材料對低壓螺旋繞組扭轉電磁力的影響較大, 主要表現在繞組的端部區域。 低磁鋼材料壓板和碳素鋼材料壓板使螺旋繞組單位長(cháng)度扭轉電磁力增大, 這主要是壓板渦流的影響, 同特硬紙板材料壓板相比, 相差約 8 41% 15 72% . 磁性材料壓板對繞組端部漏磁影響較大, 使端部扭轉電磁力明顯減小。 同特硬紙板材料壓板相比, 相差約 30%. 通過(guò)上述的計算分析可以看出: 從減小繞組端部扭轉電磁力的角度出發(fā), 選用磁性材料壓板較好。

    2 2 低壓螺旋繞組端部出頭對扭轉電磁力的影響

    變壓器設計計算中所給出的安匝是平均安匝, 在電磁場(chǎng)數值計算中是按此平均安匝來(lái)進(jìn)行的。 因而, 對于繞組安匝不平衡所引起的輻向漏磁通, 用數值計算的方法可較準確地求出。 而端部繞組出頭線(xiàn)匝會(huì )產(chǎn)生附加輻向漏磁場(chǎng), 且扭轉電磁力在繞組的端部位置**, 因而還需分析由于端部線(xiàn)匝出頭所引起的附加扭轉電磁力的影響。 本文對此進(jìn)行了計算分析。

    在計算時(shí), 根據繞組端部出頭的不同高度在端部附加一小安匝分區。

    從計算結果可以看出, 端部繞組出頭線(xiàn)匝會(huì )產(chǎn)生一附加輻向漏磁場(chǎng)來(lái)抵消原有的輻向磁場(chǎng), 從而考慮了端部繞組出頭線(xiàn)匝會(huì )使端部的切向電磁力降低。 但從計算結果來(lái)看, 影響不大。

    從低壓螺旋繞組端部出頭對扭轉電磁力的影響分析來(lái)看, 若增高低壓螺旋繞組的高度, 可減小端部的扭轉電磁力。 本文對低壓螺旋繞組的高度對扭轉電磁力的影響進(jìn)行了計算分析。 從計算的結果看到: 高度增加4% , 端部扭轉力減少 2 62%; 高度增加 8%,端部扭轉力減少 9 89%. 由此本文認為: 從減少低壓螺旋繞組扭轉變形的角度出發(fā), 可適當增加低壓螺旋繞組的高度來(lái)產(chǎn)生一附加輻向漏磁場(chǎng),進(jìn)而減少端部的扭轉電磁力, 從而減少低壓螺旋繞組的扭轉變形。

    小編總結:

    1) 對變壓器結構材料參數等對扭轉電磁力的影響進(jìn)行了分析計算。 從繞組端部磁通彎曲的角度出發(fā), 本文認為選用磁性材料壓板可減小繞組端部的輻向漏磁。

    2) 從繞組端部出頭引起的附加安匝角度出發(fā), 計算分析了出頭安匝的大小對端部輻向磁密的影響, 并計算分析了低壓螺旋繞組的高度變化對端部扭轉電磁力的影響, 提出適當提高低壓繞組的高度可減小端部的扭轉電磁力。

    3) 從減小端部軸向電流分量的角度考慮, 本文認為工藝上使端部的螺旋升角減小, 并沿繞組中部方向逐漸加大。 這樣就減小了端部的扭轉電磁力而對繞組中部不會(huì )產(chǎn)生影響。

    4) 對于低壓繞組為 4 螺旋的結構, 本文認為采用在繞組中間出頭, 上下兩端并聯(lián)的結構, 使變壓器低壓螺旋繞組從 4 螺旋結構變?yōu)?2 螺旋結構, 螺旋升角減小一半, 減小了整個(gè)繞組的軸向電流分量, 從而減小整個(gè)繞組的切向電磁力。

    5) 給出了變壓器螺旋繞組扭轉電磁力的分布規律, 并提出了相應的抑制措施, 為變壓器繞組強度設計提供了新的參考依據。


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