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1 引言
對(duì)電力變壓器的所有主要部件，今天幾乎都可以找到若干種較成熟的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。但是，多年來(lái)對(duì)大功率電力變壓器(有屏蔽，分路，上下磁通導(dǎo)板等)不活動(dòng)的實(shí)芯鋼構(gòu)件和油箱壁中復(fù)雜的三維電磁現(xiàn)象，都是采用不充分的半經(jīng)驗(yàn)法解決的。為了減少負(fù)載損耗和提高設(shè)備可靠性，給設(shè)計(jì)者在處理三維現(xiàn)象時(shí)帶來(lái)一些問(wèn)題。其答案往往是直覺(jué)知識(shí)的實(shí)地應(yīng)用，而不是嚴(yán)密的數(shù)學(xué)處理。有限元法(三維FEM)的推廣應(yīng)用是一大進(jìn)步，但仍然存在一些問(wèn)題。
特別是所謂上、下磁通導(dǎo)板(圖1)的作用及其對(duì)變壓器內(nèi)的雜散損耗及電動(dòng)力的影響，乃是各種報(bào)告相矛盾的對(duì)象。在V·Darle1992年的文章指出，以疊片的分路形式結(jié)構(gòu)的這種導(dǎo)板，可以使雜散磁場(chǎng)變直，導(dǎo)向三相磁節(jié)點(diǎn)。磁節(jié)點(diǎn)是按照基爾霍夫磁路第一定律，來(lái)自三相中的每相的磁通、總數(shù)為零的節(jié)點(diǎn)： Φu+Φv+Φw=0 (1)
理論上它是對(duì)的，但由于不充分，這個(gè)結(jié)果有時(shí)候要打折扣。大概是因?yàn)樽儔浩鞯奶匦圆煌c絕緣間隙、油箱壁的臨界距離、屏蔽系統(tǒng)等有關(guān)。因此，對(duì)三相變壓器，要求對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)作全三維分析。用三維有限元件完成這種分析時(shí)，已證明太麻煩了。相反，借用等效磁阻法作三維模擬，結(jié)果就簡(jiǎn)便得多。
2 變壓器
本項(xiàng)研究的對(duì)象是240[MVA]對(duì)稱三相變壓器。表1和圖2中指出了它的主要特點(diǎn)。由于對(duì)稱，只模擬變壓器幾何結(jié)構(gòu)的四分之一部分。等效磁阻網(wǎng)絡(luò)法包括184個(gè)結(jié)點(diǎn)和528個(gè)支線(磁阻)。
3 分析
使用磁阻網(wǎng)絡(luò)模型(RNM)，三相變壓器漏磁場(chǎng)的基本模型就很簡(jiǎn)單。在磁阻分析表達(dá)式和程序源碼的特定組元以內(nèi)，蘊(yùn)含著一種完善的理論、復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和很多物理現(xiàn)象(磁非線性，實(shí)心鐵芯電磁過(guò)程，趨膚效應(yīng)，渦流反應(yīng)，電磁和磁屏蔽，疊片鐵芯分路效應(yīng)，等等)。根據(jù)理論基礎(chǔ)，提出了下列方程：
距離值116和232mm稍小一些，從絕緣來(lái)看，也是不現(xiàn)實(shí)的;但是，為了證明損耗和這個(gè)距離范圍的磁場(chǎng)之間有密切的關(guān)系，還是特意選擇了這兩個(gè)值。ds3、ds4、ds6、ds7的安排結(jié)果揭示，在某些情況下磁通導(dǎo)板可以很有效地減少雜散損耗。這對(duì)設(shè)計(jì)低壓變壓器，例如電爐變壓器、調(diào)壓變壓器、隔離變壓器等，也會(huì)是有益的提示，這些變壓器可以采用小導(dǎo)板間隙。
在大型高壓變壓器中，軛梁大致在磁軛的水平位置上，因此，漏磁通導(dǎo)板常放在軛梁之下，與繞組的距離相似。這時(shí)表2中的位置ds8可能頗具代表性。相關(guān)的結(jié)果確實(shí)表明：那樣大的間隙值不會(huì)減少雜散損耗，有時(shí)甚至還有可能略為增大。對(duì)于中間間隙值，可以將圖3中示出的那些距離內(nèi)得到的結(jié)果插入或進(jìn)行外推，完成其分析。至于導(dǎo)板和鐵芯間油隙的影響，在ds3和ds6兩者間和ds4和ds7兩者間的比較證明，此種間隙對(duì)功率損耗無(wú)大的影響。
要獲得上述結(jié)果的實(shí)驗(yàn)證據(jù)是困難的，代價(jià)也高。只能從大生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。RNM-3Dexe軟件推廣的工業(yè)驗(yàn)證，并把它應(yīng)用到不同國(guó)家?guī)追N變壓器的研究中，可以間接證明此項(xiàng)模擬是正確的。本分析雖然被簡(jiǎn)化，但它將對(duì)不同作者間互相矛盾的意見(jiàn)中提出問(wèn)題，給出基本定性的答案。對(duì)特定的變壓器要給出精確答案，必須根據(jù)其相關(guān)尺寸作出全面詳盡的分析。這種分析，可以用三維有限元法完成，也可以用磁阻網(wǎng)絡(luò)完成;采用后一種方法，可能要快些。在任何情況下，不僅要考慮導(dǎo)板，還要考慮到整個(gè)結(jié)構(gòu)安排，包括漏磁場(chǎng)區(qū)域的大小，油箱壁距繞組的距離，軛梁的結(jié)構(gòu)，繞組比例，等等。
根據(jù)這些分析得出，磁通導(dǎo)板對(duì)消除相漏磁通的三相節(jié)點(diǎn)會(huì)起著強(qiáng)有力的作用，即Φu+Φv+Φw=0
5 結(jié)論
根據(jù)本文給出的分析結(jié)果，可以對(duì)不同作者之間對(duì)漏磁通導(dǎo)板作用的互相矛盾的意見(jiàn)，給出一致定性的答案。有些情況下，與繞組間有小間隙的磁通導(dǎo)板，對(duì)抵消三相節(jié)點(diǎn)很有效。另一方面，間隙大，導(dǎo)板可能無(wú)效，甚至在油箱壁使雜散損耗有少量增加。用漏磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)受變壓器其他尺寸的影響而發(fā)生的變化，可以解釋這種現(xiàn)象。
