大型电力变压器绕组端部导线宽度对涡流损耗的影响

大型电力变压器绕组端部导线宽度对涡流损耗的影响

崔厚洋 张忠民 施健

特变电工沈阳变压器集团有限公司，辽宁 沈阳 110144

摘要：由于漏磁场在变压器绕组端部发生畸变，径向漏磁场显著增大，导致绕组端部

线段的径向涡流损耗大大增加，本文利用变压器涡流损耗计算软件，以一台型号为

SFZ11-120000/220的大型电力变压器为例，对绕组端部涡流损耗进行计算分析，得知绕组端部线段的涡流损耗远远大于绕组中部；且随着绕组端部导线宽度的增加，绕组端部线段的涡流损耗也随之增大。

关键词：漏磁场，电力变压器，，绕组端部，导线宽度，涡流损耗

1. 前言

大容量电力变压器在运行时，绕组的安匝会产生较大的漏磁场，绕组的导线均处在漏磁场中，漏磁通会在导线中引起涡流损耗。漏磁通在绕组高度范围内，大部分是轴向的，但在绕组端部及安匝不平衡部分，漏磁通也有径向分量，漏磁通的两个分量均会在绕组导线内产生涡流损耗。在以往的变压器计算时，由于径向漏磁场产生的涡流损耗与轴向漏磁产生的涡流损耗相比较小，且计算较为复杂，通常被忽略不计。

但由于漏磁场在变压器绕组端部发生畸变，径向漏磁场显著增大，导致端部线段的径向涡流损耗大大增加，在设计中如果不采取相应措施，极有可能导致变压器的涡流损耗大大增加，热点温升超过规定限值，导致变压器局部过热，甚至缩短变压器的使用寿命。

2. 漏磁场分析

由于绕组导线处于漏磁场内，被漏磁力线所匝链，将在导线内部感应电势，感应电势在导线内部产生涡流，这一涡流流动时所产生的电阻损耗即为导线涡流损耗。由于漏磁场可分为轴向漏磁场和径向漏磁场两部分，通常情况下，以轴向漏磁场为主，径向漏磁场所占比重相对较小。

下图是利用变压器涡流损耗计算软件，以一台型号为SFZ11-120000/220的大型电力变压器为例，计算漏磁分布情况，如图1所示。

图1漏磁分布

径向漏磁主要有两部分，一部分是漏磁场在绕组端部发生畸变产生的径向分量；另一部分是由于安匝不平衡产生的径向漏磁场。为了尽量减小由于安匝不平衡产生的漏磁场，产品设计中采用了等安匝设计，每个线圈导线线宽相同，油道排列对称均匀。因此，漏磁场的径向分量对变压器绕组端部影响最为明显。

3. 涡流损耗计算

漏磁场产生的涡流损耗采用下式进行计算：

其中 ：

a——与漏磁场相垂直方向的导线宽度，cm；

f——频率，Hz；

Bm——最大漏磁密值，T。

由于变压器漏磁场的径向分量在绕组端部急剧增加，且导线宽度远远大于导线厚度，所以绕组端部线段产生的涡流损耗较大，由上述公式可以看出，绕组端部线段导线宽度b对绕组端部的涡流损耗有直接影响。

下面利用变压器涡流损耗计算软件，以一台型号为SFZ11-120000/220的大型电力变压器为例，计算绕组端部涡流损耗，绕组线段排列如图2所示。

图2 线段排列

由于低压线圈通常都采用换位导线，高压线圈采用组合导线，低压线圈的单根导线宽度远远小于高压线圈单根导线宽度，所以计算时只考虑高压线圈端部线段导线宽度对绕组端部涡流损耗的影响。

本文高压线圈端部导线采用了不同宽度（11≤b≤16），计算高压线圈端部第一段（X段）的涡流损耗，详见表1及图3。

表1 不同导线宽度下涡流损耗情况

图3 高压线圈不同导线宽度下X段的涡流损耗情况

由表1和图3可以看出，由于漏磁场在绕组端部发生畸变，导致绕组端部线段的涡流损耗远远大于绕组中部；且随着绕组端部导线宽度的增加，绕组端部线段的涡流损耗也随之增大。同时变压器容量越大，端部漏磁产生的涡流损耗就越大。为了避免由于绕组端部涡流损耗过大导致绕组局部过热，绕组导线宽度不要过大。

4. 结论

大型电力变压器绕组涡流损耗主要由最大漏磁密值和绕组导线尺寸所决定。为了减小导线的涡流损耗，变压器设计时要采用等安匝设计，尽量调整各线圈之间的安匝平衡，以减少漏磁场的径向分量，同时要合理的控制导线宽度。通过计算表明，高压线圈导线宽度通常不宜超过13.2mm，避免绕组端部的涡流损耗过大；当变压器容量较大时，可以采用换位导线减小绕组的涡流损耗。

5. 参考文献

[1] 朱连双，董成海，李冬林.基于磁场分析软件的变压器绕组涡流损耗分析.山东：变压器.2019

[2] 尹忠东，魏文思.基于有限元算法的变压器绕组涡流效应分析及损耗计算.北京：智慧电力.2018

5 / 5