在超高压大型变压器中,负载损耗主要包括电阻损耗、杂散损耗、涡流及环流损耗、引线损耗。下面依次对负载损耗各组成部分的制造偏差进行分析。
电阻损耗完全取决于线圈的直流电阻的大小,由于不同批次的导线存在电阻率和制造尺寸公差的差异,这可能将导致千分之几的偏差;
其中最难以准确计算和控制的是变压器的杂散损耗,因为它的数值大小基本取决于漏磁通的分布状况,而漏磁通的分布状况和以下因素密切相关:
1. 线圈之间的安匝分布;
2. 线圈之间的磁中心对称程度;
3. 器身与油箱的中轴线对称程度(偏心程度);
4. 油箱磁屏蔽的制造公差;
在容量为120MVA及以上的大型变压器中,在安装油箱磁屏蔽后,杂散损耗将占到总负载损耗的9%左右。它主要是漏磁通在钢结构件及磁屏蔽中引起的损耗,其中油箱壁和油箱磁屏蔽中的损耗占主要比例。而漏磁通的分布状况受到以上四种因素的严重影响,即使在合理的制造偏差范围内(例如某线圈导线尺寸正公差而另一主线圈负公差、线圈之间高度偏差5mm、器身与油箱中心偏心5mm等),漏磁通的漏磁组形状和峰值也会有显著的变化,漏磁通数值的增大将使油箱壁和油箱磁屏蔽中的损耗随之增大,这可能会使杂散损耗有10%~15%以上的偏差,即导致负载损耗有1%~1.5%左右的偏差。
至于涡流及环流损耗,在设计中,由于负载电流比较大,高压线圈通常采用多根素线组成的组合导线,其换位方式根据组合形式确定了完全换位的结构,而换位节距则和洛氏系数(即变压器的端部漏磁弯曲系数)相关,由于油箱磁屏蔽的存在和线圈制造偏差的因素,实际产品的洛氏系数与理论设计值会有一定的偏差,这将导致并联导线之间有附加电势存在,从而产生附加的环流和涡流损耗。对于中、低压线圈,在容量为120MVA及以上的大型变压器中,通常采用自粘性换位导线绕制,这种导线由换位导线专用制造机械制成,也可能会存在一股换位导线中的几十或十几根素线间没有完全换位的情形。总之,在这个环节,由于上述的因素,可能会导致负载损耗有千分之几的偏差。
关于变压器的引线损耗,因为变压器的引线制作及联结过程完全由手工制造,引线对结构件的距离,在保证足够的电气绝缘距离的情形下,会有一定的制造偏差。而在大型变压器中,引线中的电流有数百甚至数千安培,这种大电流载流导体产生的交变磁场将在钢结构件中产生相当的涡流损耗,考虑到器身与油箱的中轴线对称程度(偏心程度),可能某一侧的引线对油箱壁的距离较近,会产生计算以外的附加引线损耗。另外,引线电缆或铜排的电阻率各批次亦可能存在偏差。在这个环节,由于上述的因素,同样可能会导致负载损耗有千分之几的偏差。
基于以上所述的各种因素,大型变压器的负载损耗,即使根据以往产品的实测统计数据对计算值作了相当的调整控制,仍然存在一定的超差事件发生概率(根据某大型变压器厂2000年以来数百台大型变压器的数据统计,该概率在5%左右),即使是依据完全同样的图样生产的变压器,负载损耗也可能会有2.5%左右的制造偏差,这种程度的损耗超差并非变压器制造厂商蓄意偷工减料降低成本而为之。这意味着对于负载损耗绝对不允许超差的大型变压器,应该预留3%的损耗设计裕度。下载本文