電力干式變壓器是電力系統中的核心設備，其電氣工作結構主要包括繞組、鐵芯和絕緣。干式變壓器工作時(shí)，干式變壓器初級繞組通過(guò)交流電流產(chǎn)生磁通，磁通依靠導磁性能良好的鐵芯材料形成磁場(chǎng)通道，鐵芯中交變的磁場(chǎng)因電磁感應作用又在干式變壓器次級繞組中感應電動(dòng)勢形成電場(chǎng)，干式變壓器因此也就完成電磁和磁電轉換，進(jìn)而實(shí)現電能傳輸的工作要求。當然，干式變壓器能安全工作的前提條件是，干式變壓器結構中的絕緣材料必須具有良好的絕緣性能，而在實(shí)際生產(chǎn)中，影響干式變壓器絕緣性能的主要因素之一就是干式變壓器的發(fā)熱。當干式變壓器發(fā)熱時(shí)，干式變壓器的絕緣材料因處在較高溫度下，構成絕緣的分子或原子更加活躍，產(chǎn)生電荷的可能性增加，導電能力上升；同時(shí)，高溫的環(huán)境條件也會(huì )使絕緣材料發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生氣體和其它導電粒子等，從而使干式變壓器絕緣材料性能大為下降，易造成干式變壓器放電和擊穿事故等。干式變壓器因漏磁造成的發(fā)熱屬于干式變壓器發(fā)熱的一種類(lèi)型，盡管此類(lèi)發(fā)熱不是干式變壓器發(fā)熱中較嚴重的情況，但是，此類(lèi)發(fā)熱由于其產(chǎn)生的機理比較復雜，干式變壓器的漏磁發(fā)熱也成為生產(chǎn)中處理較為棘手的難點(diǎn)之一，因此，研究和分析干式變壓器漏磁現象對于指導電力生產(chǎn)實(shí)踐具有重要現實(shí)意義。1 干式變壓器漏磁產(chǎn)生機理干式變壓器在工作過(guò)程中，繞組線(xiàn)圈中的電流必然在其周?chē)a(chǎn)生磁通，由于干式變壓器的鐵芯具有較高的磁導率，磁力線(xiàn)大都通過(guò)鐵芯構成封閉磁力回路，沿干式變壓器鐵芯構成磁回路的這部分磁通稱(chēng)為主磁通，主磁通是一二次繞組電磁耦合的媒介，干式變壓器電能的傳輸就是依靠主磁通的變化而實(shí)現的，主磁通回路如圖1中所示。除此之外，繞組線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通還會(huì )通過(guò)干式變壓器油等弱導磁性介質(zhì)進(jìn)入干式變壓器油箱再次構成磁通回路，由于這部分磁通僅與本繞組交鏈，而與其它繞組不發(fā)生耦合，因此對干式變壓器傳遞電能的工作無(wú)任何幫助，故形象地稱(chēng)為漏磁通。干式變壓器在空載運行時(shí)，由于負載側無(wú)電流通過(guò)，因此，干式變壓器漏磁通主要由一次空載電流決定，空載電流一般都較小，所以，干式變壓器空載時(shí)的漏磁影響可以忽略；干式變壓器在帶負載工作，尤其是過(guò)負載工作時(shí)，干式變壓器的漏磁通包括兩部分：一次電流引起的漏磁通和二次負載電流引起的漏磁通，一次電流和二次電流在此種情況下的數值都很大，所以，干式變壓器的漏磁產(chǎn)生的影響也較為嚴重。當然，當干式變壓器采用三相三芯柱結構或當電網(wǎng)內有諧波分量或不平衡負荷較大時(shí)，諧波造成干式變壓器的漏磁通影響會(huì )進(jìn)一步加大。

圖1 干式變壓器漏磁通產(chǎn)生機理示意2 干式變壓器漏磁屏蔽原理屏蔽按機理可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。電場(chǎng)屏蔽，是基于將電場(chǎng)感應看成分布電容間的耦合而采取的金屬接地；磁場(chǎng)屏蔽，對于低頻磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)的屏蔽原理是有區別的：對于低頻磁場(chǎng)，磁屏蔽主要是依靠高導磁材料所具有的低磁阻，對磁通起著(zhù)分路的作用，使磁力線(xiàn)都集中在屏蔽材料內部，從而使被屏蔽物體內部的磁場(chǎng)大為減弱，因此，低頻磁場(chǎng)的屏蔽材料常選用高導磁材料，如坡莫合金、硅鋼片等，同時(shí)應增加屏蔽體的厚度，以減小屏蔽體的磁阻。為 減小通過(guò)被屏蔽物體體內的磁通，被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上。要注意屏蔽體的結構設計，凡接縫、通風(fēng)空等均可能增加屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果。對于強磁場(chǎng)的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結構：對要屏蔽外部強磁場(chǎng)的，則屏蔽體的外層選用不易飽和的材料，如硅鋼；而內部可選用容易達到飽和的高導磁材料，如坡莫合金等；反之，如果要屏蔽內部強磁場(chǎng)時(shí)，則材料的排列次序要倒過(guò)來(lái)。在安裝內外兩層屏蔽體時(shí)，要注意彼此間的絕緣。當沒(méi)有接地要求時(shí)，可用絕緣材料做支撐件。若需接地時(shí)，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。對于高頻磁場(chǎng)，目前還沒(méi)有導磁率很高的材料用于屏蔽。在低頻狀態(tài)下磁導率很高的材料，到了高頻狀態(tài)，磁導率就變得很低了。即使專(zhuān)用的高頻鐵氧體，其磁導率也很難超過(guò)100，與低頻下硅鋼片或者純鐵數千上萬(wàn)的磁導率相比差的很多，不能有效地聚集磁場(chǎng)。同時(shí)，這些材料都是一次性成型材料，燒制完成以后不能二次加工以適應不同的需要。在生產(chǎn)中，高頻磁場(chǎng)的屏蔽，常采用銅鋁等良導體來(lái)實(shí)現。銅鋁之所以能夠屏蔽高頻交變磁場(chǎng)，其原因在于高頻交變磁場(chǎng)能在銅鋁上引起很大的渦流，由于渦流的去磁作用，屏蔽罩處的磁場(chǎng)大大減弱，以致罩內的高頻交變磁場(chǎng)不能穿出罩外。同樣道理，罩外的高頻交變磁場(chǎng)也不能穿入罩內，從而達到磁屏蔽的目的。通常金屬的電阻率越小，引起的渦流越大，用這種金屬做成的屏蔽罩屏蔽效果越好。鐵等磁性材料的電阻率一般都較大，引起的渦流就小，去磁作用就??；另一方面，磁性材料的高頻功率損耗大，屏蔽效果差，因此屏蔽高頻交變磁場(chǎng)時(shí)不采用磁性材料。

圖2 干式變壓器油箱的磁屏蔽示意干式變壓器的工作電壓頻率為工頻50Hz，其漏磁通的屏蔽屬于低磁屏蔽的范疇。對于110kV以上的干式變壓器，由于漏磁的影響較大，所以此類(lèi)干式變壓器的油箱內壁靠近繞組部分都采用了鐵芯屏蔽的設計結構，如圖2所示，以處理漏磁對干式變壓器油箱的影響。干式變壓器油箱磁屏蔽采用接地的處理，減少了磁屏蔽體上因電磁感應而使電位升高的可能性；同時(shí)也因為磁屏蔽體強制接地電位為零，對進(jìn)入油箱的電場(chǎng)進(jìn)行了屏蔽。因此，干式變壓器的油箱磁屏蔽的結構，其主要作用為漏磁屏蔽，但客觀(guān)上，還存在電屏蔽的效應。3 干式變壓器漏磁發(fā)熱案例分析2010年9月22日，鄭州某220kV變電站運行人員，在巡視時(shí)發(fā)現1#主變低壓側套管升高座部分螺栓存在嚴重過(guò)熱現象。用遠紅外測溫儀測量升高座與油箱結合面發(fā)現，其中有一個(gè)螺栓溫度高達3100C，附近另有幾顆螺栓溫度也高達1540C左右，而其余螺栓的溫度均與低壓側升高座溫度相同均在在850C左右。3.1干式變壓器油箱上下螺栓發(fā)熱各種處理效果比較針對干式變壓器的螺栓發(fā)熱問(wèn)題，為判斷發(fā)熱的性質(zhì)和找到解決發(fā)熱的辦法，檢修人員采取了多種措施進(jìn)行處理，其方法和效果如表1所示。

表1 干式變壓器油箱上下螺栓發(fā)熱各種處理效果比較3.2干式變壓器油箱上下螺栓發(fā)熱各種處理方法分析干式變壓器油箱上下螺栓因漏磁發(fā)熱原因有兩大方面：一是螺栓內部渦流損耗引起的發(fā)熱；二是螺栓內部因磁滯損耗引起的發(fā)熱。不同材料的螺栓因漏磁發(fā)熱的原因是不相同的：在具有導磁能力的螺栓材料中，工頻電壓下的漏磁場(chǎng)引起的損耗既有渦流損耗又有磁滯損耗，而對于弱導磁能力的螺栓材料，其損耗只有渦流損耗而無(wú)磁滯損耗。從此角度，我們可以對表3.1所采取的各種措施分析如下：3.2.1措施一 緊固螺栓在導電回路中，因導體因連接松動(dòng)造成接觸電阻增大，從而引起發(fā)熱的案例比比皆是，此類(lèi)電氣發(fā)熱，采用緊方法減少接觸電阻對減少發(fā)熱具有較好的效果；但是，對于磁回路，螺栓因緊固反而使導磁回路的導磁能力增加，常見(jiàn)干式變壓器油箱的上下螺栓屬于具有一定導磁作用的鑄鐵材料，因此鑄鐵中渦流和磁滯造成的發(fā)熱反而會(huì )增加，達不到減小發(fā)熱的效果。3.2.2措施二 松動(dòng)螺栓在漏磁通回路中，根據磁阻與磁通的歐姆定律關(guān)系，磁阻越大，磁通越小，由于松動(dòng)螺栓造成磁路中氣隙存在,而氣隙磁阻遠大于鑄鐵磁阻，因此螺栓的渦流和磁滯造成的損耗越小，發(fā)熱現象反而減弱。顯然，作為干式變壓器上下油箱起密封作用的螺栓，是無(wú)法讓其在工作中保持松動(dòng)狀態(tài)的，但從此角度來(lái)看，采用磁阻較大的材料作為螺栓可以解決漏磁發(fā)熱問(wèn)題。3.2.3措施三 利用銅絲進(jìn)行螺栓的上下短接在生產(chǎn)中，常有人采用利用銅絲對螺栓的進(jìn)行上下短接，以為銅絲可以起到低阻分流作用，進(jìn)而減少螺栓發(fā)熱。其實(shí)，這樣的理解是一個(gè)誤區，客觀(guān)上，通過(guò)螺栓的電流也存在，這部分電流，主要是由于通過(guò)螺栓閉合回路的漏磁感應電流，電流很小，較大電流在100毫安以下，所以，螺栓的發(fā)熱基本與電路無(wú)關(guān)。銅線(xiàn)的短接增加了一個(gè)螺栓的并聯(lián)電路，對閉合回路電流有分流作用，但對于通過(guò)螺栓的漏磁而言影響極小，既然螺栓中的漏磁通沒(méi)有發(fā)生變化，其內部發(fā)熱自然也就不會(huì )變化。3.2.4措施四和五 更換成不銹鋼或銅材料螺栓不銹鋼和銅材料，都屬于不導磁材料，因此漏磁通通過(guò)此類(lèi)材料做成的螺栓時(shí)，在螺栓內部不存在磁滯損耗，但由于這些材料是良導體，其內部因漏磁通的感應作用還會(huì )存在渦流損耗仍然造成螺栓發(fā)熱，但較鐵螺栓要小些。在生產(chǎn)中，考慮到不同金屬材料連接時(shí)的熱脹冷縮效應，以及此類(lèi)材料的降溫作用有限等因素，干式變壓器油箱螺栓漏磁嚴重發(fā)熱的處理一般不采用此法。3.2.5措施六 利用鐵板進(jìn)行螺栓的上下短接當干式變壓器油箱內部磁屏蔽受到損壞引起內部漏磁分布不均勻時(shí)，若大部分漏磁從某一螺栓集中通過(guò)時(shí)，由于鑄鐵材料的導磁性不是很好，造成螺栓內部磁飽和引起嚴重發(fā)熱，此類(lèi)發(fā)熱既有渦流損耗，也有磁阻損耗，其中，磁阻損耗因材料磁飽和而遠大于渦流損耗。生產(chǎn)中，利用鐵板進(jìn)行螺栓的上下短接，相當于增加了漏磁通的導磁截面，降低了磁阻，從而減少了漏磁引起的發(fā)熱問(wèn)題。鐵板的截面越大，導磁性能就越好，減少發(fā)熱的能力就越強，這一點(diǎn)，相當于并聯(lián)電路上的分流作用，再加上鐵材料的普遍性，所以在生產(chǎn)中的使用性較強。3.2.6利用硅鋼片進(jìn)行螺栓的上下短接盡管采用鑄鐵短路板有一定的作用，但鑄鐵的導磁性不是很好，其內部的磁滯損耗還使螺栓發(fā)熱嚴重，因此，若采用導磁性能較好的硅鋼片短接螺栓，使磁通大部分通過(guò)硅鋼片，進(jìn)而可大大降低螺栓內部的磁滯損耗和渦流損，從而使螺栓發(fā)熱的效應大為降低。此種方法，在干式變壓器油箱螺栓因漏磁嚴重發(fā)熱時(shí)采用，效果尤為明顯。

圖3 干式變壓器油箱螺栓漏磁處理示意4 結論通過(guò)上述研究與分析，對解決生產(chǎn)中設備漏磁發(fā)熱問(wèn)題可總結出以下幾點(diǎn)處理原則：（1）對于設備的發(fā)熱問(wèn)題，先先要診斷設備發(fā)熱的性質(zhì)，電和磁發(fā)熱機理不同，處理發(fā)熱問(wèn)題，必須找到設備電或磁致熱的原因。（2）正確理解渦流損耗發(fā)熱和磁滯損耗發(fā)熱機理，針對不同的電磁場(chǎng)頻率和不同性質(zhì)的導磁材料，能分清造成設備發(fā)熱的主要因素。（3）對生產(chǎn)中的屏蔽處理，要搞清屏蔽的性質(zhì)，對于電屏蔽應采用零電位或等電位屏蔽；對于漏磁屏蔽，在考慮到磁場(chǎng)頻率對屏蔽材料影響的基礎上，正確選擇低磁阻材料導磁或高磁阻材料隔斷磁路通道的不同屏蔽措施。（4）對于漏磁通不大的干式變壓器螺栓過(guò)熱故障，可以采用不銹鋼螺栓或短路鐵板的處理措施；對于漏磁通較大的干式變壓器螺栓過(guò)熱故障，必須采用硅鋼片進(jìn)行磁通的短路處理措施。

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