特變電工瀋陽變壓器集團有限公司的研究人員符雪鵬、苑東升，
在2017年第10期《電氣技術》雜誌上撰文，
提出了一種三相三柱式變壓器鐵心夾件結構，
通過採用有限元（FEM）分析軟體ANSOFT對該種結構進行3D漏磁場建模分析，
對比其他兩種常規夾件結構，
對變壓器漏磁場及結構件熱點溫升進行模擬研究。
通過對比分析， 得出該種結構可以有效避免三相三柱變壓器鐵心外側漏磁通引起的結構件過熱的問題， 也有效降低了三相三柱式鐵心變壓器的結構耗， 為大型三相三柱式變壓器的安全可靠運行提供了強有力的保障和支援。
隨著國內國外電力行業的迅速發展， 變壓器容量和電壓等級不斷提高， 變壓器的結構越來越複雜， 由漏磁通引起金屬結構件的局部過熱問題愈來愈突出。 長期以來， 對於三相三柱式變壓器， 由於A、C兩相鐵心外側的線圈間主漏磁場處於三柱鐵心的外側， 很難採用鐵心磁遮罩措施解決外側漏磁問題， 也就是說外側的漏磁集中通常會造成外側的鐵心夾件等結構件渦流損耗過高、結構件發熱、溫升超標、變壓器產氣， 甚至造成變壓器的事故。
這也是三相三柱式鐵心變壓器結構耗一直比三相五柱式鐵心變壓器大的多的根本原因。 因此對於三相三柱式變壓器金屬結構件渦流場的分析和各種金屬結構件渦流損耗的計算也變得愈來愈重要。
對於大容量的變壓器往往由於運輸或者安裝尺寸的限制， 通常會採用三相三柱式鐵心結構。 而對於大容量的變壓器採用三相三柱式鐵心結構， 很難在A相和C相外側的夾件上佈置磁遮罩， 以減小漏磁；而且即使在A相和C相外側的區域佈置了磁遮罩， 由於外側的磁遮罩並不能將漏磁有效的導進鐵心中， 而使A相和C相外側鐵心夾件依然處於漏磁集中區域， 因此並不能有效的解決外側夾件過熱的問題， 也不能有效降低因漏磁而使結構件損耗增加的問題， 效果不是非常的理想。
本文採用有限元（FEM）分析軟體ANSOFT對一台美國300MVA 345kV三相三柱式鐵心結構的變壓器3D漏磁場進行建模分析，
1 產品基本參數及建模
本文中案例變壓器產品型號為OSFS-300000-345， 鐵心為三相三柱式結構， 產品運行頻率為60Hz， 高-中阻抗為12%， 產品容量為300MVA， 高壓額定電壓為345kV， 中壓額定電壓為230kV。 本案例產品的鐵心、油箱等金屬件溫升值要求為80K。
結合產品鐵心及油箱結構建立漏磁場模型， 圖1所示應用有限元軟體模擬圖。
圖1 三相三柱式鐵心漏磁場溫度分佈圖
在圖1中可以看出， 對於三相三柱式鐵心結構在A相和C相外側的漏磁通並不能直接進入鐵心， 因此， 兩側線圈外側的漏磁場比較大， 而使得兩側上下部的夾件溫升較大。
2 三種結構建模及對比分析
對於本台產品， 下夾件較上夾件距離線圈端部更近， 即下夾件所處漏磁場位置更加集中， 在圖1中可見在器身兩外側的下部夾件處溫升最高。 本文以下夾件為例進行簡單建模， 針對三種不同夾件結構進行對比分析。
2.1 常規夾件結構
通常， 常規的夾件結構在鐵心的上、下夾件可以放置磁遮罩的相間處放置“L”型磁遮罩， 由於在A相和C相外側的夾件區域放置“L”型磁遮罩並不能將線圈外側的漏磁導進鐵心中， 所以夾件外側及其他位置不做其他措施改進， 具體見圖2：三相三柱式鐵心常規夾件結構漏磁場溫升分佈圖。
從圖2中可以看出， 在鐵心的上、下夾件可以放置磁遮罩的相間處放置“L”型磁遮罩， 並不能減少兩側線圈外側的漏磁， 因此兩側線圈外側的下部夾件溫度依然很高， 對空氣的溫升最高約為91K。
圖2 三相三柱式鐵心常規夾件結構漏磁場溫升分佈圖
2.2 常規改進夾件結構
相對於常規的夾件結構，工程上常常對結構進行一些改進，在鐵心的上、下夾件可以放置磁遮罩的相間處放置“L”型磁遮罩，並在兩側線圈外側漏磁集中處的上下部夾件增開散熱槽，具體見圖3：三相三柱式鐵心常規改進結構漏磁場溫升分佈圖。
圖3 三相三柱式鐵心常規改進結構漏磁場溫升分佈圖
從圖3中可以看出，在兩側線圈外側漏磁集中處的上、下部夾件增開散熱槽，改進後方案下夾件對空氣的溫升最高約為76K，相對常規夾件結構稍有改善上、下部夾件的溫升值，但是效果並不是非常顯著。
2.3 改進後的夾件結構
對於一些大容量的三相三柱式變壓器，以上兩種結構的夾件結構並不能滿足產品的性能要求，因此本文提出了一種新的結構形式，在鐵心的上、下夾件可以放置磁遮罩的相間處放置“L”型磁遮罩，並在上下部夾件兩側漏磁集中處開始向外側去掉一個臺階，本台產品臺階尺寸為80mm，具體見圖4三相三柱式鐵心改進結構後漏磁場溫升分佈圖。
從圖4中可以看出，在上下部夾件兩側漏磁集中處開始向外側去掉一個臺階後，能明顯改善上、下部夾件的溫升值，改進後方案下夾件對空氣的溫升最高僅約為61K，效果顯著，很好的保障了產品的性能。
圖4 三相三柱式鐵心改進結構後漏磁場溫升分佈圖
2.4 三種結構對比分析通過三種結構建模後的漏磁場溫升分佈圖的對比，可以看出本文提出的第三種改進結構效果比較明顯，建模仿真後的下部夾件的溫升值最高僅為61K，較前兩種結構的91K和76K有非常大的優勢，可以很好的解決三相三柱式線圈漏磁造成外側鐵心夾件過熱的問題，由於將兩側線圈外側漏磁集中的夾件去掉一部分後，減少了該部分結構件的漏磁損耗，也就是減少了變壓器的結構件損耗。
該產品按照這種改進結構進行了試製，效果顯著，實測結果與建模結果相近，結構件溫升較低，而且該產品的結構耗也比其他三相三柱式鐵心的結構耗比例係數減少很多，具體見表1。
表1 三相三柱式變壓器三種夾件結構對比表
3 結論
本文提出了一種新型的三相三柱式鐵心夾件改進結構，通過對比其他兩種常規夾件結構，利用有限元分析軟體建模分析，有力的說明了該種夾件結構可以有效避免三相三柱式鐵心外側漏磁通引起的結構件過熱的問題，通過該結構的實際產品實測結構耗比例係數對比其他兩種結構的常規經驗係數，可以看出本文的改進結構有效降低了三相三柱式鐵心變壓器的結構耗，對今後大容量變壓器採用三相三柱式鐵心結構時的結構設計具有很好的指導意義。
2.2 常規改進夾件結構
相對於常規的夾件結構，工程上常常對結構進行一些改進，在鐵心的上、下夾件可以放置磁遮罩的相間處放置“L”型磁遮罩，並在兩側線圈外側漏磁集中處的上下部夾件增開散熱槽，具體見圖3：三相三柱式鐵心常規改進結構漏磁場溫升分佈圖。
圖3 三相三柱式鐵心常規改進結構漏磁場溫升分佈圖
從圖3中可以看出，在兩側線圈外側漏磁集中處的上、下部夾件增開散熱槽，改進後方案下夾件對空氣的溫升最高約為76K，相對常規夾件結構稍有改善上、下部夾件的溫升值，但是效果並不是非常顯著。
2.3 改進後的夾件結構
對於一些大容量的三相三柱式變壓器，以上兩種結構的夾件結構並不能滿足產品的性能要求，因此本文提出了一種新的結構形式，在鐵心的上、下夾件可以放置磁遮罩的相間處放置“L”型磁遮罩，並在上下部夾件兩側漏磁集中處開始向外側去掉一個臺階，本台產品臺階尺寸為80mm，具體見圖4三相三柱式鐵心改進結構後漏磁場溫升分佈圖。
從圖4中可以看出，在上下部夾件兩側漏磁集中處開始向外側去掉一個臺階後，能明顯改善上、下部夾件的溫升值，改進後方案下夾件對空氣的溫升最高僅約為61K，效果顯著，很好的保障了產品的性能。
圖4 三相三柱式鐵心改進結構後漏磁場溫升分佈圖
2.4 三種結構對比分析通過三種結構建模後的漏磁場溫升分佈圖的對比，可以看出本文提出的第三種改進結構效果比較明顯，建模仿真後的下部夾件的溫升值最高僅為61K，較前兩種結構的91K和76K有非常大的優勢，可以很好的解決三相三柱式線圈漏磁造成外側鐵心夾件過熱的問題，由於將兩側線圈外側漏磁集中的夾件去掉一部分後，減少了該部分結構件的漏磁損耗，也就是減少了變壓器的結構件損耗。
該產品按照這種改進結構進行了試製，效果顯著，實測結果與建模結果相近，結構件溫升較低，而且該產品的結構耗也比其他三相三柱式鐵心的結構耗比例係數減少很多，具體見表1。
表1 三相三柱式變壓器三種夾件結構對比表
3 結論
本文提出了一種新型的三相三柱式鐵心夾件改進結構，通過對比其他兩種常規夾件結構，利用有限元分析軟體建模分析，有力的說明了該種夾件結構可以有效避免三相三柱式鐵心外側漏磁通引起的結構件過熱的問題，通過該結構的實際產品實測結構耗比例係數對比其他兩種結構的常規經驗係數，可以看出本文的改進結構有效降低了三相三柱式鐵心變壓器的結構耗，對今後大容量變壓器採用三相三柱式鐵心結構時的結構設計具有很好的指導意義。