變壓器過勵(lì)磁

變壓器過勵(lì)磁是設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行中常遇到的現(xiàn)象。

我們首先談一下變壓器過勵(lì)磁是怎樣產(chǎn)生的？ 以及它對(duì)變壓器有什么危害？

產(chǎn)生過勵(lì)磁的原因：

a. 鐵心結(jié)構(gòu)上原因，目前都采用冷軋晶粒取向硅鋼片作為鐵心導(dǎo)磁材料，鐵心為全斜45接縫的疊片方式，接縫分兩處錯(cuò)開并有一搭接距離。在搭接處的截面雖增大了倍，但有效厚度卻少了，故接縫處實(shí)際截面還是小了，故在接縫處有過勵(lì)磁，磁通密度大了倍。因此目前在發(fā)展階梯式接縫，即接縫在六處錯(cuò)開，這樣，有效厚度可保持，實(shí)際面積是增加了=1.18。作為過渡措施，接縫在三處錯(cuò)開，這是因階梯式接縫需改變切線的軟件。

b.恒磁通調(diào)壓的變壓器帶有負(fù)載時(shí)，為保持不同負(fù)載下的輸出電壓為恒定值就必須補(bǔ)償阻抗壓降，必須能過分接位置的變換或增加外施電壓。當(dāng)外施電壓大于分接電壓時(shí)或增加外施電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生過勵(lì)磁。

c.自耦變壓器采用中點(diǎn)調(diào)壓方式時(shí)，在鐵心中有過勵(lì)磁現(xiàn)象。自耦變壓器的電壓比越接近，過勵(lì)磁越嚴(yán)重。一般是電壓比大于等于2時(shí)的自耦變壓器才能采用中點(diǎn)調(diào)壓方式。

d.空載變壓器在合閘間的過渡過程有過勵(lì)磁。當(dāng)鐵心中有剩磁通，且在外施電壓過零時(shí)的瞬間合閘，則過勵(lì)磁最大，是最不利的空載合閘狀態(tài)。這是變壓器固有特性所引起的瞬時(shí)過勵(lì)磁現(xiàn)象。當(dāng)f=50Hz時(shí)，在0.01s內(nèi)磁通達(dá)最大值。

現(xiàn)在發(fā)展電子型電壓達(dá)峰值時(shí)合閘的斷路器，以減少合閘瞬間過勵(lì)磁。

e.三相三柱式鐵心，Yyn0結(jié)法變壓器，由于負(fù)載不平衡會(huì)引起中點(diǎn)電壓浮動(dòng)，此時(shí)鐵心中也會(huì)過勵(lì)磁。

f.發(fā)電機(jī)甩負(fù)載時(shí)會(huì)在變壓器與發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)端子上出現(xiàn)過電壓，并引起過勵(lì)磁。當(dāng)f=50Hz時(shí)，磁通可在0.02s內(nèi)達(dá)最大值。

g.在中點(diǎn)接地系統(tǒng)中，在單相接地故障的異常工況下，健全相的相電壓會(huì)增加，110kV及以上系統(tǒng)，此電壓會(huì)增加1.3倍。故障期間，鐵心會(huì)過勵(lì)磁。

h.當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定頻率時(shí)，當(dāng)感性電壓不變時(shí)，頻率的降低會(huì)引起鐵心中磁通的增加，會(huì)有過勵(lì)磁。

鐵心中產(chǎn)生過勵(lì)磁時(shí)會(huì)影響：

a.空載損耗會(huì)增加；

b.變壓器的噪聲水平將增加；

c.空載電流中高次諧波含量增加；

d.涌流會(huì)大于空載電流，引起較大的機(jī)械力；

e.達(dá)勵(lì)磁時(shí)雜散磁通會(huì)離開主磁路引起結(jié)構(gòu)件中附加損耗；

f.鐵心的溫升會(huì)增加；

g.過勵(lì)磁的同時(shí)還有過電壓，絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受住這一過電壓。

因此，在IEC76-1標(biāo)準(zhǔn)上對(duì)過勵(lì)磁能力有一規(guī)定，在設(shè)計(jì)時(shí)要保證變壓器能具有一定的過勵(lì)磁能力。

在運(yùn)行中，要保持一定的過勵(lì)磁水平。

如不具有過勵(lì)磁能力或承受較大過勵(lì)磁能力，會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。

在制造中常采用高頻機(jī)組作電源是為了鐵心中磁通密度為額定值，如感應(yīng)試驗(yàn)時(shí)一般要采用100Hz及以上頻率的電源。

為什么變壓器各部分需加各類絕緣件？

生產(chǎn)中如何注意絕緣件的清潔并防止其它變形？

（1） 各部分絕緣的作用

a. 薄紙筒小油隙的作用。變壓器油有一特點(diǎn)：當(dāng)油隙尺寸為3mm時(shí)，油隙絕緣強(qiáng)度為14kV/mm；為6mm時(shí)，則為101kV/mm。油隙尺寸越大，每毫米絕緣強(qiáng)度越低。因此，在一個(gè)油隙中加一張紙板就能提高油的絕緣強(qiáng)度，油隙分得越小，油絕緣強(qiáng)度越高。這就是用小油隙的理由。

在油與紙的絕緣結(jié)構(gòu)中，δmm厚的紙板的絕緣強(qiáng)度只有相當(dāng)于0.5δmm油隙的絕緣強(qiáng)度。也就是說，在相同的距離下，紙板越厚，絕緣強(qiáng)度就越低。這就是用薄紙筒的理由。

但是，油隙的最小值應(yīng)由散熱條件來確定，一般不小于7mm；而紙筒的厚度最小值應(yīng)由機(jī)械強(qiáng)度來確定，一般最小為3mm，即1.5mm紙板圍兩層。應(yīng)當(dāng)注意，靠近內(nèi)繞組的油隙應(yīng)保持7～8mm，靠近外繞組的油隙應(yīng)保持8～9mm。繞組間主絕緣之間油隙也可由瓦楞紙板形成。繞組匝絕緣越厚，該油隙絕緣強(qiáng)度越高；繞組油道大引起電場畸變，則絕緣強(qiáng)度低。采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)時(shí)繞組間距離小了，但也降低了端部電場強(qiáng)度，應(yīng)加角環(huán)或引伸紙筒，且在端部線段內(nèi)外側(cè)墊紙條。

主絕緣采用薄紙筒小油隙的結(jié)構(gòu)能使絕緣尺寸縮小，節(jié)約材料。在相間加隔板，繞組外加圍屏，套管外加電木筒也是這個(gè)原因，目的都是提高油的絕緣強(qiáng)度。

b. 角環(huán)的作用。角環(huán)也是油屏障的一種，起增加繞組端部到鐵軛和繞組端部間的爬電距離的作用。

c. 成型絕緣件的作用。成型絕緣件是用濕紙漿直接成型的，因此具有極高的電氣性能，可以做成和各種不同電力線相平行的形狀，形成極好的油屏障，減少垂直電場的作用。

可以根據(jù)需要做成產(chǎn)品要求的厚度，并能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的特殊要還應(yīng)，如實(shí)現(xiàn)機(jī)械支承和密封，還能實(shí)現(xiàn)薄紙筒小油隙的結(jié)構(gòu)。

d. 酚醛膠紙筒（電木筒）的作用。油浸式變壓器采用酚醛紙筒作絕緣，主要是因?yàn)樗休^高的機(jī)械強(qiáng)度，便于套裝。但是這種紙筒的耐壓值為：

厚度/mm 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

耐壓值/kV 2.4 28 32 36 40

可見其電氣強(qiáng)度較差。這是因?yàn)榧埻矊娱g的固化物樹脂與紙是不同的物質(zhì)，在交界面電場畸變，且有氣泡和雜質(zhì)存在。膠紙的底紙不易被油浸漬，紙纖維的空隙不易被油填滿，空氣和水分消除不易徹底，且容易吸潮。所以一般只在低電壓繞組內(nèi)采用。

e. 壓釘絕緣的作用。鐵心柱上不能有短路匝，繞組中不能有短路匝，結(jié)構(gòu)件上也不能形成短路匝。鋼壓板（壓環(huán)）上開一缺口就是這個(gè)道理，絕緣壓板無缺口。

但是，正壓釘都擰在夾件上，反壓釘都擰在壓板上。如果正壓釘下面或反壓釘上面不放壓釘絕緣，很容易使鋼壓板短路，即在壓板斷口處，壓板通過正壓釘一夾件一正壓釘，或反壓板一夾件一反壓釘，使鋼壓板形成短路匝，如圖36-1所示。

（2） 絕緣件的清潔、變形和開膠

變壓器器身進(jìn)行真空干燥前一定要灰塵吸掉。在絕緣件上不要用鉛筆寫字，因?yàn)殂U筆芯一般是導(dǎo)體；也不要用粉筆作標(biāo)記，因?yàn)榉酃P是硫酸鈣，溶于油中易形成油垢；要用藍(lán)鉛筆做標(biāo)記，因?yàn)樗欠菍?dǎo)體，不影響電氣強(qiáng)度。

絕緣件的清潔與否對(duì)電氣強(qiáng)度影響很大，若絕緣件上有粉塵，經(jīng)過油的沖洗就隨油游動(dòng)起來。因?yàn)榉蹓m中有許多金屬粒子，它在電場的作用下，排成串，形成帶電體之間的通路（搭橋），從而破壞了絕緣強(qiáng)度，造成放電。電壓越高，粉塵游離越嚴(yán)重。越容易放電。

層壓絕緣件開膠的原因有：（a）涂膠量小或膠的濃度不夠，使樹脂沒有足夠的粘結(jié)力；（b）溫度低或時(shí)間短，樹脂不能徹底進(jìn)行固化反應(yīng)；（c）壓力不足或在粘結(jié)過程中壓力減少，樹脂只是自身固化成膜，而使被粘合面間不能真正粘結(jié)；（d）爐內(nèi)升溫太快，出爐的溫度高或冷卻太快，內(nèi)部包含很大熱量，失掉壓力后和空氣急劇接觸形成內(nèi)應(yīng)力而把粘結(jié)層拉開。

絕緣件變形的種類有收縮變形和翹曲變形。變形的原因有：（a）材料本身含水量大；（b）含水量不均勻，或水分揮發(fā)速度不一，收縮快慢不等；（c）局部受熱或局部受潮；(d)存放的方式和地點(diǎn)不當(dāng)，如應(yīng)平放的而采用了立放。