电力变压器设计中潜在风险因素分析

电力变压器设计中潜在风险因素分析

姜新裕

国网江西省电力有限公司乐平市供电分公司江西333300

摘要：为了保证区域经济的平衡发展和电力资源的合理利用，需要我们在电力资源输送和电力资源使用方面进行努力探索。发展新型的电力传输方式和针对电力使用问题进行合理节约，改善由于环境因素和技术因素造成的电力传输使用困难和浪费，已经成为了现今研究的重要问题。本文这两种变压器的研究与应用，能够针对现今的情况进行资源的合理分配，具有广泛的应用前景。

关键词：电力变压器；设计；损耗；闪络

变压器是电力系统中的关键变电设备，对变压器设计而言，要对具体需求定制设计方案。变压器后期运行的安全性和稳定性直接取决于变压器设计水平。在实际设计时，存在诸多影响因素会导致变压器设计的缺陷，甚至会造成变压器运行过程中的各种故障。针对变压器设计中的重点潜在风险展开讨论。

1电力变压器设计流程所包含的主要内容

油浸式变压器作为电力系统中应用最广泛也是最重要的变电设备，维系着整个电力系统的运行，它的运行质量也备受关注。变压器的差异性设计是指针对性的对变压器进行设计用以满足不同应用场合的不同需求。合理的设计是变压器能够实现正常供配电功能的保证。本文针对不同种类变压器存在的相似性问题进行总结分析。变压器的设计因为需求的不同结构上也有一定的差异，针对油浸式变压器而言，设计主要包括以下内容：①铁芯的设计(铁芯形状、大小、铁芯材料等)。②线圈的设计(原副边匝数、导线直径)。③导线结构选择(多股线或扁平线)。④绕组结构选择(多层或分段绕制)。⑤端控设计。⑥损耗与温升。⑦冷却系统设计。

2电力变压器设计中潜在运行风险因素

2.1变压器自身损耗与设计值出入较大

变压器损耗是指运行过程中由自身因素引起的损耗。一方面是由于变压器线圈采用铜质材料制作，当电流通过铜线时，由于电阻的存在而发热，导致功率损耗。另一方面，由于感应电流的存在，铁芯断面会产生涡流发热，引起铁芯温升，造成变压器的损耗。变压器铁芯的损耗和制造铁芯所用原材料以及制作工艺精度等都有一定的关系，它与电压呈现正相关，随着电压的升高而增大。铁芯损耗主要是因为磁滞损耗和涡流损耗两方面引起的。因此，在设计过程中需要对铁芯的厚度、体积、材料的磁导性能引起重视，这样才能避免设备的发热问题，降低温升，减少铁芯的损耗。

2.2变压器出线侧易发生短路故障

在设计中低压绕组时，需要注意短路问题。主要是因为中低压绕组间的短路阻抗小，容易发生短路现象。一般情况下低压线圈的损坏几率最大，中压线圈紧随其后。在进行变压器的中低压绕组设计时：①需要充分考虑绕组的实际状况然后进行电磁计算，保留好足够的设计裕度，这样才能保证绕组的安匝平衡。②选用自黏式导线及硬板绝缘纸筒作为中低压绕组的内衬，增加必要的支撑。③对夹件压钉的数量进行合理设计，增加压包环的机械强度，减少绕组端部的变形情况。④进行工艺的改革，保证绕组的密实程度，预密化处理绕组垫块，降低绕组的收缩率。

2.3振动噪声超出设计许定值

变压器的噪声振动包括主体的振动和冷却系统的振动。本体振动主要是由于铁芯绕组的振动造成的。硅钢片在变压器运行时会出现磁致伸缩现象，同时涡流作用下硅钢片会相互吸引，这样就会产生振动噪声。在电流通过绕组时，由于漏磁现象而引起了绕组之间的电磁力，造成了绕组的振动。在设计过程中，需要充分考虑运行过程中油温的变化对整体的影响，避免温度上升所造成的磁致伸缩率及绕组绝缘垫块弹性而产生振动超标，将振动控制在规定范围内。变压器冷却系统中的冷却风扇及强制循环油泵也会对变压器振动造成一定影响。需注意冷却系统各个部件的设计安装位置，避免由于运动而造成的变压器振动，考虑整个系统中的振动频率，避免共振现象的出现。共振现象会影响整个系统的安装质量，诱发其他问题。

2.4变压器整体运行温升过高

变压器的运行温升过高原因多种多样，这都会降低内部绝缘系统的使用寿命，提高击穿事故的发生概率，同时也会使冷却液的使用时间缩短，冷却油变质，降低变压器的使用寿命。变压器的整体运行温升过高主要有以下几种原因:内部损耗过高、绕组有短路现象、铁芯有局部过热现象、冷却系统故障和由于积尘造成的进出风口阻塞等问题。在进行变压器设计时，需要对冷却系统进行认真设计，提高冷却效率，降低运行过程中温度的升高，延长使用寿命。如果冷却结构设计不合理，如变压器片散高于箱盖，而连接联管低于箱盖，就会造成散热片顶部出现不循环的区域，如果变压器的使用地区处于高热区域，就会造成变压器油的变质。因此合理设计并选用合适的冷却装置，能够有效避免温升过高的情况，提高变压器的使用寿命。

3变压器设计要点分析

电网面临远距离传输、跨区供电、分布式电源并网和分时供电需求。相对于原来传统的变压器及用电传输方式，高压变频变压器和有载调容变压器的出现有效解决了这些问题。在用电和传输方面，以及应对突发状况时都表现出了更加优秀的性能。通过目前的使用情况，可以预见变压器设计行业未来有着非常广阔的前景。

3.1高压变频变压器的设计

3.1.1高压变频变压器的设计前景

高压变频变压器主要是用来进行远距离跨区域传输电力。这种变压器在电力传送、应急处理上更加优秀。在高压电网当中，不能仅仅依靠单一的电能传输方式，因为这会造成传输不平衡现象。高压变频变压器具有异步联网、功率频率调整控制、一直震荡等功能。更加适用于民用以及工业用的弱电系统，且占地面积更小，可以有效地实现不同系统之间传输功率的稳定性。

3.1.2高压变频变压器的设计制作问题

高压变频变压器在进行绕线时应该设计好变压器的参数，确保线圈的整齐度和平整度，保证制作精度。器身整体需要整齐有序，保证缠线的规范性，不允许超过整体骨架的凸点。在出线方向一致的情况下可以采用同槽的方式进行制作。如果出线较长，需要保证不大于两脚距离的1/2。安装铁芯时需要注意空隙，保证安装整体的平整度，控制倾角小于0．1倍的磁芯E宽度。高压变频变压器采用绕线式异步电机转子结构，绑扎技术工艺复杂，是设计的关键所在。高压变频变压器的定子和转子绕组的节距较大，对于制作来讲是一种挑战，需要在设计过程中仔细测算，选取合适的数值，用以保证变压器的顺利制作。变压器的驱动系统属于大型的直流驱动电机，大型直流电机更容易进行调节。对于这种大直径高转速的设备，需要仔细研究，才能解决换向困难这一难题。

3.2有载调容变压器的设计

3.2.1有载调容变压器的设计前景

有载调容变压器适用于负荷分散、功率因数低、效率低的用电场所，用以降低变压器自身的空载损耗和电流。无载调容变压器的使用，能够满足季节性和弹性负载使用情况，当空载或者较低载荷时能够调节降低容量，减少自身的损耗，节约电能，满足电网交变负荷的运行要求。在油田、林场等用电量变化很大的配电网络当中，研究操作方便、节约电能、制造成本较低的调容变压器，更符合广大用户的利益。

3.2.2有载调容变压器的常见设计问题

有载调容变压器通常设置两种容量，这样可以根据具体负荷的需求进行变换，能够有效降低制造成本。有载调容变压器的高压绕组可以在大容量时选用D型接法，小容量时选用Y型接法，通过改变高压绕组连接方式，改变低压绕组串并联方式来进行容量的调节。当容量调节时，如大改小，低压绕组匝数有一定的增加，高压绕组改为星形接法，降低相电压，保证一定的倍数关系，控制输出电压。这样的设计在小容量模式时可以有效降低铁芯的磁通量密度，减小硅钢片损耗，降低空载电流，可以节约能源。

4结语

进行设计时，要立足于客户具体需求，详细评估变压器运行环境特点，给出最佳设计方案，既能够保证变压器在投运后能够满足安全稳定运行，而且在节材降耗方面也能够做出足够的贡献。变压器的运行过程中所出现的问题都不是单一存在的，是由于多方面原因导致的，因此需要对变压器设计方面存在的典型问题进行总结分析，提高设计水平，应用新材料、新技术，有效遏制问题的出现。

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