1

背景介紹

隨著計算機技術的發展和電磁軟件的逐步普及，越來越多的變壓器生產制造企業開始使用電磁軟件對新、特產品的研發進行仿真分析和計算。仿真軟件的應用提高了企業的技術能力，同時減少了產品開發過程中的費用，提高了產品開發進度。但是在軟件的使用過程中，對軟件的正確使用提出了較高的要求。如果在條件設置中出現失誤（如材料屬性、邊界條件、激勵值、聯結方式、繞組型式等），則整個計算結果就是錯誤的，甚至誤導設計人員。

本文介紹了一例低壓箔繞的干式雙分裂變壓器在進行電磁仿真阻抗計算時出現較大誤差的情況及問題的分析和解決，供同行業人員參考。

2

變壓器的性能參數

變壓器型號SCFB10-900/6.6

變壓器聯結組D/doy11

高壓繞組容量900kVA

低壓1繞組容量800 kVA ；d接

低壓2繞組容量100 kVA ；y接

高壓繞組電壓6.6kV

低壓1繞組電壓0.48kV

低壓2繞組電壓0.415kV

全穿越阻抗6%

負載損耗≤8130W

空載損耗≤1770W

3

變壓器的設計及阻抗實測值

鐵心采用30Q120硅鋼片，直徑取為228毫米，高壓繞組采用0.6毫米厚的鋁箔繞制，549匝，分為11段。低壓1繞組采用1毫米厚的鋁箔，38匝，共1段。低壓2繞組采用1.3毫米厚鋁箔，19匝，共1段。 

變壓器設計、制造完成后，負載損耗及阻抗實測值如下表：

4

模型的建立及初次仿真結果

關于磁場能量法進行變壓器阻抗的仿真計算方法及原理，相關參考文獻中已有詳細說明，在此不再贅述。初次建立的仿真模型如下：

圖1 高、低壓均按匝線圈整體建模模型圖

   全穿越阻抗仿真結果與實測值對比：

 半穿越阻抗仿真結果與實測值對比：

仿真結果與實測值對比結果分析：

從上述仿真結果可以看出：全穿越阻抗時雖然仿真結果有一定的偏差，但比較接近，仿真結果可以采用；但半穿越阻抗時仿真結果與實測值具有非常大的偏差，已經沒有參考價值。說明仿真建模過程中存在問題，影響了仿真分析的結果。

5

問題的查找及原因分析

由于在進行半穿越阻抗仿真計算時出現了較大的誤差。我們首先仔細核對了所建的模型尺寸、繞組匝數、激勵及材料屬性等情況，沒有發現問題。但從半穿越的仿真結果可以看出，閥側的電流畸變嚴重。下表為高、低壓箔式繞組均按匝線圈型式建模后的全穿越仿真電流值：

從仿真電流看，高壓電流的仿真結果沒有問題，低壓電流的仿真結果出現了很大的偏差，尤其是低壓2的電流偏差巨大，因此將會給仿真結果帶來很大的偏差。

查閱相關文獻，其中《變壓器箔式繞組擠流效應及渦流損耗的研究》一文提到箔式繞組具有很強的擠流效應。通過對箔式繞組與普通繞組的結構及差異分析，可以發現繞組端部橫向漏磁對兩種繞組的影響具有明顯不同。普通繞組由于匝間具有絕緣，且各匝間是串聯關系，電流大小不變，只是端部有較大的橫向渦流損耗。而對于低壓箔式繞組，由于整個縱向是一體的，巨大的擠流效應使箔式繞組兩端的電流密度變化很大。而此臺產品由于低壓繞組分裂，不是整個縱向一體結構，導致兩個箔繞低壓的電流相對匝線圈形式變化很大（如果低壓是一個縱向一體的繞組，雖然有擠流效應，但只會導致電流在縱向上的電流密度分布不同，匝電流沒有變化），從而影響變壓器的半穿越阻抗值。從而得出初步結論：仿真結果出錯的原因可能是低壓繞組型式設置問題導致的，即應該將箔式繞組設置成solid模式，不能按匝線圈（strand）設置。

為了驗證我們的分析判斷，決定建立一個低壓按層每匝建模的模型，進行仿真驗證。

6

改進后模型的建立及仿真結果

通過對問題分析后，重新建立了變壓器的三維模型。新模型低壓繞組采用分層設置，每層為一個單匝的線圈，低壓繞組1、2變為多個單匝線圈串聯組成。修改后建立的仿真模型圖如下：

圖2 兩個箔繞低壓繞組按solid線圈建模模型局部放大圖

再次用MagNet軟件進行仿真，仿真結果如下：

圖3 兩個箔繞低壓繞組按solid線圈建模全穿越磁場圖

圖4 兩個箔繞低壓繞組按solid線圈建模低壓1開路，低壓2短路時磁場圖

全穿越阻抗時仿真與實測值對比如下：

半穿越阻抗時仿真與實測值對比如下：

對低壓箔式繞組采用solid模式每匝建一個線圈后，軟件的仿真結果與實測值非常接近，證明了我們對問題的分析判斷是正確的，同時也證明了MagNet軟件在電磁場仿真方面的可靠性。

7

結論

1、在采用箔式繞組的分裂變壓器進行阻抗仿真時，如果沒有對箔式繞組進行分層建模和采用solid繞組模式，在進行全穿越阻抗計算時精度會降低，但仿真計算結果與實測值比較接近，需要快速仿真時可以采用。

2、對于雙繞組的箔繞變壓器在進行阻抗仿真計算時對箔式繞組進行不分層建模也是可行的，即采用匝線圈（stranded）設置，仿真結果可以滿足工程計算的需要。

3、對于分裂變壓器半穿越阻抗計算仿真時，必須對閥側箔式繞組采用分層建模，即一匝一建，且繞組模式為solid，這樣才能保證仿真結果的準確性。

4、對于高壓繞組雖然也是箔式層繞，但在縱向高度上為整體串聯方式，端部的擠流效應對高壓影響較小，所以在進行阻抗仿真時對仿真結果影響不大，所以仍可以將高壓箔式繞組設為匝線圈（stranded）設置，以提高仿真效率。

                                 

???????

感謝文章作者分享：

閆興中    南瑞集團公司（國網電力科學研究院）

蔣志勇    通用電氣上海研發中心

參考文獻：

[1] 朱博、程志光等. 變壓器箔式繞組擠流效應及渦流損耗的研究．《變壓器》 2012 年 9 期

[2] 張偉紅、 賈建剛. 一種 36 脈波干式移相整流變壓器的阻抗計算.《變壓器》 2011 年 6 期

[3] 王建民、 景崇友等.干式變壓器箔繞導體三維渦流場與附加損耗的數值仿真研究.《電力工程》 2012 年 03 期

[4] 蔣志勇.典型結構的環氧澆注干式變壓器漏磁場仿真與分析. 《第 12 屆全國變壓器技術學術年會論文集》 2016 年