文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
电力变压器结构件漏磁场和温度场的分析与研究
姓名:李占强
申请学位级别:硕士
专业:电气工程
指导教师:毛一之
20091201
河北工业大学硕士毕业论文
电力变压器结构件漏磁场和温度场的分析与研究

摘要
电力变压器是电力系统中的重要设备之一,它对电能的经济传输、灵活分配、安全使
用具有重要意义。电力变压器在实际运行中,尤其是变压器的容量较大时,绕组端部的漏
磁通会大量的通过变压器夹件和其他的金属构件,还有一部分漏磁通以变压器油、油箱为
路径而流通。这些漏磁通会增加金属结构件和油箱壁的损耗,可能会造成变压器的某些部
位过热。
本文应用 MAXWELL3D 电磁场有限元分析软件,分析一台 250000kVA/500kV 变压器,
建立了该变压器 3 维仿真模型。对变压器主铁心柱进行 3D 静态场仿真,通过与 BH 曲线比
较,得出主铁心柱的非饱和工作区域,并研究变压器在非饱和区域内,在正弦工频激励电
流下其内部损耗的分布情况。
采用 MAXWELL3D 瞬态场解析器,对变压器整体模型在非正弦电流激励下进行仿真
分析。首先对变压器模型不加磁屏蔽的情况进行电磁场仿真,得出各部件的磁密矢量和损
耗三维分布图,根据损耗分布图和计算出的损耗数值,可以看出夹件和中部油箱的损耗值
过大,损耗值过大的原因可能是漏磁通大量穿过部件引起的。将夹件和油箱添加磁屏蔽,
再对其进行仿真分析,将仿真得到的损耗值与不添加磁屏蔽仿真得到的损耗值作对比,油
箱和夹件的损耗值大大降低,证明了这些部件损耗过大的原因,是由漏磁通引起的。
在工程实际中,为了降低磁屏蔽的涡流损耗,一般磁屏蔽都是由硅钢片叠积而成,以
前都是对其按整体处理,分析计算出的涡流损耗值大,针对这个问题,本文采用了 Bertotti
模型的时域形式,将铁耗分为磁滞、涡流和杂散损耗处理,妥善的解决了这一问题。
金属结构件在交变磁场中会产生涡流,而涡流损耗又是产生热量的主要来源,若变压
器设计不合理,变压器金属结构件中将存在涡流损耗, 所以在变压器中热行为与电磁场紧
密相连。变压器中的绝缘部件都有相应的工作温度,当这些部件长期工作在它的额定工作
温度之上时,会使它的使用寿命降低。如果某些金属构件工作在异常温度时,会使它们的
导电和机械性能变差。本论文建立了变压器涡流场二维仿真模型,对变压器模型进行单向
磁热耦合,对变压器进行了初步二维稳态温度场仿真,对新产品的开发和变压器的优化设
计有一定的参考作用。

关键词:MAXWELL3D,瞬态场,磁屏蔽,Bertotti 模型,铁耗,磁滞,磁热耦合

I
电力变压器结构件漏磁场和温度场的分析与研究
ANALYSIS AND RESEARCH OF
TRANSFORMER’S STRUCTURAL ELEMENTS
LEAKAGE FIELD AND TEMPERATURE FIELD
ABSTRACT
The transformer is one of important devices in Power System , it play a important role in
power transmission、flexible distribution、safe use. When power transformer is running,
especially its capability larger, great leakage fluxes in end of the winding will go through clamps
and other structure parts of transformer, besides some leakage fluxes go through transformer oil
and oil tank. These leakage fluxes will add loss of transformer, which may make some parts over
heat.
The paper analyzes a transformer of 250000kVA/500kV and builds simulation model by
calculation software of MAXWELL3D. The paper makes a simulation of static ic field
for transformer, and gets non-saturation work