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电力变压器是电力系统中的重要设备之一,它对电能的经济传输、灵活分配、安全使用具有重要意义。电力变压器在实际运行中,尤其是变压器的容量较大时,绕组端部的漏磁通会大量的通过变压器夹件和其他的金属构件,还有一部分漏磁通以变压器油、油箱为路径而流通。这些漏磁通会增加金属结构件和油箱壁的损耗,可能会造成变压器的某些部位过热。
本文应用MAXWELL3D 电磁场有限元分析软件,分析一台250000kVA/500kV 变压器,建立了该变压器3 维仿真模型。对变压器主铁心柱进行3D 静态场仿真,通过与BH 曲线比较,得出主铁心柱的非饱和工作区域,并研究变压器在非饱和区域内,在正弦工频激励电流下其内部损耗的分布情况。
采用MAXWELL3D 瞬态场解析器,对变压器整体模型在非正弦电流激励下进行仿真分析。首先对变压器模型不加磁屏蔽的情况进行电磁场仿真,得出各部件的磁密矢量和损耗三维分布图,根据损耗分布图和计算出的损耗数值,可以看出夹件和中部油箱的损耗值过大,损耗值过大的原因可能是漏磁通大量穿过部件引起的。将夹件和油箱添加磁屏蔽,再对其进行仿真分析,将仿真得到的损耗值与不添加磁屏蔽仿真得到的损耗值作对比,油箱和夹件的损耗值大大降低,证明了这些部件损耗过大的原因,是由漏磁通引起的。
在工程实际中,为了降低磁屏蔽的涡流损耗,一般磁屏蔽都是由硅钢片叠积而成,以前都是对其按整体处理,分析计算出的涡流损耗值大,针对这个问题,本文采用了Bertotti模型的时域形式,将铁耗分为磁滞、涡流和杂散损耗处理,妥善的解决了这一问题。
金属结构件在交变磁场中会产生涡流,而涡流损耗又是产生热量的主要来源,若变压器设计不合理,变压器金属结构件中将存在涡流损耗,所以在变压器中热行为与电磁场紧密相连。变压器中的绝缘部件都有相应的工作温度,当这些部件长期工作在它的额定工作温度之上时,会使它的使用寿命降低。如果某些金属构件工作在异常温度时,会使它们的导电和机械性能变差。本论文建立了变压器涡流场二维仿真模型,对变压器模型进行单向磁热耦合,对变压器进行了初步二维稳态温度场仿真,对新产品的开发和变压器的优化设计有一定的参考作用。