电力变压器全斜接缝叠片铁心工作条件下的磁性能模拟研究

电力变压器全斜接缝叠片铁心工作条件下的磁性能模拟研究

李小刚

上海中浦电磁科技有限公司 上海市 201600

摘要：本文将详细介绍介绍电力变压器全斜接缝叠片铁心状态下磁性能模拟设计模型，根据模型中的参数与质量计算标准来进行模型设计，并持续开展磁性能测量、励磁伏安分离，在该项性能模拟的影响下，切实了解电力变压器全斜接缝叠片铁心状态中的磁性能。

关键词：磁性能；叠片铁心；全斜接缝；电力变压器

引言：电力变压器内部的磁屏蔽与铁心多为硅钢片叠积构成，在长期使用过程中会使磁屏蔽与铁心产生局部过热、杂散损耗问题，若要优化该材料的内部结构，要对磁屏蔽与铁心中的磁性能进行合理模拟设计，降低应用时的损耗程度。

1电力变压器全斜接缝叠片铁心状态下磁性能模拟模型设计

1.1模型参数

为确认电力变压器全斜接缝叠片铁心状态中磁性能模拟模型的设计效果，可合理设置2个铁心模型，并选用45°的全斜接缝、叠制工艺技术，无论是结构尺寸还是模型样式都要完全相同，区别在于柱轭区长度，其模型1的具体样式如图1所示。在2个模型中，其硅钢片型号、硅钢片电导率、励磁线圈的导线密度、铁心接缝的面积均相同，数值分别为30Q140、2.22*106S/m-1、8.90*103kg/m-3、4.11*103mm2。两个模型内部模型参数的具体区别为模型的铁心质量、励磁线圈匝数、测量线圈匝数等。模型1的数值分别为63.1kg、600、600；模型2的数值分别为26.3kg、312、312。

图 1 铁心模型1的具体样式图

1.2质量计算标准

    在完成2个模型内部的参数设计后，操作人员还要却热影响材料磁性能测试质量的重要因素，即磁路长度，而计算磁路长度的重要算式为质量标准，要根据国家标准来设计出铁心模型内等效磁路的具体长度。将等效模型质量设置成mc，即mc=m*Lc/Lm，在该项公式中，m为模型的总质量，单位为kg；Lm属几何模型中的平均磁路长度，单位为m；Lc为模型等效下的磁路长度，单位也为m，经过改进后，该公式可转变为Lc=Lm*mc/m。在完成铁心模型研制与设计后，就能知道较为准确的平均磁路长度与模型总质量，即Lm、m，在进行磁路长度的计算中，仅需测算模型等效质量就可以算出等效磁路的具体长度。

2电力变压器全斜接缝叠片铁心状态下磁性能模拟设计过程

2.1磁性能测量

    完成电力变压器全斜接缝叠片铁心磁性能的模型模拟设计后，要对其开展测性能的测量工作。借助双铁心模型模拟，获取的试验结果可确认在不同磁感应中的等效磁路长度。操作人员在得到等效磁路长度后，可利用技术手段及时绘制损耗曲线与磁化曲线，使叠片铁心的数值变化更加科学[1]。一般来讲，当磁感应的强度较低时，无论采用标准条件测量还是双铁心模型测量，其获取的数据信息都较为相似；而在磁感应强度较高时，其得到的数据信息带有较大差距。与标准条件相比，采取双铁心模型测试获取的磁性能质量值更低，该项数值也能精准反映叠片材料在不同工况中的应用属性。硅钢叠片材料在开展仿真计算的过程中，要及时修正标准条件中的材料磁化测量值。在观察标准条件与双铁心模型测量形式的损耗曲线时，可看出两个曲线存在些许差别。若磁感应强度不同，则双铁心模型测量形态中的损耗曲线会将损耗状态全面呈现出来，即铁心接缝区的有功损耗会对正常的有功损耗形成重要重要影响，与材料应用的具体情况相符，其获取的数值结果较为合理。

2.2励磁伏安分离

    叠片铁心空载状态下的励磁伏安多产自励磁电流内部的无功分量，若铁心处在饱和状态，会生出部分漏磁通，在磁通密度与空载条件范围下，可将励磁伏安分离[2]。在分离励磁伏安的过程中，要合理划分试验测量区域，如柱轭区、接缝区，并明确接缝对域的具体影响，其计算公式为Vj=2x*110*h*10-9，在该项公式中，铁心厚度可用h表示，根据传统方式来开展励磁伏安的分离时，可将模型x值设置成*（5+5），该项数值接近14mm。在扩展传统方法的过程中，操作人员可让平均磁路长度与等效磁路长度相同，则使用分离励磁伏安与双铁心模型测量形式都能获取相同的接缝影响域体积。将柱轭区域内励磁伏安量与铁心接缝影响域的励磁伏安量分别设置成qc、qj，其具体的公式为Qc1=4Vj1qj+Vc1qc；Qc2=4Vj2qj+Vc2qc，公式中Qc2与Qc1分别我相同磁通密度中模型2的无功励磁伏安值、某个磁通密度中模型1的无功励磁伏安值；Vj2与Vj1分别为模型2接缝影响域下的体积、模型1接缝影响域中的体积；Vc2与Vc1分别为模型2柱轭区域下的体积、模型1柱轭区域中的体积，在了解到该类数值的具体变化后，操作人员可利用相关算式，科学分离励磁伏安，增强磁性能测算的精准性。

2.3试验结论

    在探究电工材料电磁特性期间，要合理确认电磁场内的数值仿真与对应精度。若当前材料的性能信息并不明显，则要对全斜接缝叠片铁心进行磁性能的模拟试验。试验过程中，操作人员选择了两个较为相似的产品当成叠片铁心模型，利用双铁心模型测量形式来确认该类铁心的等效磁路长度。借助试验模型还能及时观察接缝影响域、等效磁路长度在磁通密度中形成的变化状态，继而获取工作条件中叠片铁心的磁性能数据，再与标准测量方式所获取的结果开展详细比对，验证出较佳的试验方式。（1）进行磁性能测量时，采用双铁心模型测试形式较为精准地展现出叠片铁心磁性能的具体变化，并在以该项数值为标准，对标准测量方式中获取的数值信息进行科学修正，增强该项模型操作试验的科学性。（2）传统测量方式中的接缝影响域数值较为固定，开展励磁伏安分离期间，难以将各个磁感应强度下铁心对接缝影响域的具体变化展现出来；而采用等效磁路形式时，可借助等效磁路长度来充分展现接缝影响域中的磁通分布变化情况，其获取的励磁伏安分离结果与铁心实际工作状态相符。

总结：综上所述，电力变压器全斜接缝叠片铁心在进行磁性能的模拟试验时，要合理观察磁性能测量时的内部参数，及时改进磁性能模拟时数值的更大变化，确保磁性能始终处在理想范围中，增强电力变压器铁心使用的持续性。

参考文献：

[1]张一峰,张艳丽,王振,等.磁流变材料制备及其在铁芯接缝区的特性分析[J].高电压技术,2022,48(10):3927-3934.

[2]赵志刚,尹赛宁,郭莹,等.谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性[J].高压电器,2020,56(05):128-134+142.