新型镜像法杂散损耗试验装置及电力变压器屏蔽的研究

摘要

电、磁屏蔽广泛分布在大型电力变压器油箱、夹件等结构件上，屏蔽结构又有很多种结构类型和组合。自我国主要变压器制造商先后自主研制出了1000～1500MVA/1000kV等特高压、特大容量变压器之后，对电磁屏蔽设计提出了更高的要求，尤其是当前材料成本大幅提高，企业面临着严峻的市场竞争考验。由于不同型式的取向硅钢叠片和导磁钢板、非导磁钢板组成的构件组合会表现不同的电磁性能，其磁通分布和损耗分布是在变压器设计过程中备受关注的问题。为了对比研究不同磁屏蔽结构的性能，不仅是定性地分析，而且要得出定量的结论，以确定在大容量产品上是否普遍应用，需要设计制造一种产品级试验装置，并以此试验装置对各种屏蔽结构做深入地研究，以供设计者参考、优化应用，并达到节材降耗、安全运行的目的。
　　 在实验室内研究分析屏蔽，普遍采用空心线圈作为漏磁发生器，但由于其磁阻主要是空气，其产生的最大漏磁密度(6mT)相比大容量变压器产品等级的漏磁密度(100mT)而言相差很大，很难做到产品级的试验分析。若直接在实际的变压器产品上试验和仿真，则会遇到高电压、绝缘、全油封闭等诸多问题。经理论研究和数值仿真推演，本文提出并研制了双铁心镜像法杂散损耗试验装置以期解决上述问题。面向线圈侧的磁屏蔽表面可近似看作磁场法向边界(可以认为该表面的磁通垂直进入磁屏蔽)，相当于以该表面为对称面、两侧各有两个同样的带铁心的线圈。利用这一镜像原理，将参数一样的带铁心的激励线圈置于带铁心的原激励线圈对称的位置，加电后使对称面处的漏磁场与被试品实验时产生的漏磁场基本一致，从而保证激励构件中的损耗基本保持不变，获得激励构件的损耗，将被试品的损耗分离，实现定量的测量。
　　 经过二维、三维数值仿真(分别考虑屏蔽叠片组的各向同性和各向异性均匀化等效方法)和详细的数据对比，空载(双铁心，无被试品)和负载工况(有被试品)下的磁场分布相同，强度相当，表明双铁心镜像空载工况能够模拟负载工况下的铁心、线圈激励构件的损耗，双铁心镜像法可行、有效。
　　 该装置经过设计优化和制造，通过系统的测试测量表明，能用双铁心镜像法杂散损耗试验装置在实验室内得到与大容量、特大容量的大型电力变压器、电抗器等电磁产品内部相当的(>100mT)强漏磁场，实现产品级工程问题的有效解决方案；测量损耗、磁通分布结果与仿真对比取得了很好的一致性，试验和仿真得到了相互印证，考虑屏蔽叠片组各向异性的均匀化等效建模方法正确有效，且双铁心镜像法能够将被试品损耗正确分离。