講解變壓器的容量及空載試�(yàn)方法
一、空載試�(yàn)的目的和意義
變壓器空載試�(yàn):從變壓器的某一繞組(一般從二次低壓�(cè))施加正弦波額定頻率的額定電壓,其余繞組開路,�(cè)量空載電流和空載損�.如果試驗(yàn)條件有限,電源電壓�(dá)不到額定電壓,可在非額定電壓條件下試驗(yàn),這種試驗(yàn)方法誤差較大,一般只用于檢查變壓器有�(wú)故障,只有試驗(yàn)電壓�(dá)到額定電壓的80%以上才可用來�(cè)試空載損�.
《規(guī)程》中�(guī)�,�(duì)容量3150kVA及以上的變壓器�(jìn)行此�(xiàng)試驗(yàn),�(cè)得出的空載電流和空載損耗數(shù)值與出廠試驗(yàn)值相比應(yīng)�(wú)明顯變化.
空載試驗(yàn)主要目的是發(fā)�(xiàn)磁化中的鐵芯硅鋼片的局部絕緣不良或整體缺陷,如鐵芯多�(diǎn)接地、鐵芯硅鋼片整體老化�;根據(jù)交流耐壓試驗(yàn)前后兩次空載試驗(yàn)得的空載損耗比較、判斷繞組是否有匝間擊穿等情�.
空載損耗主要是鐵芯的損�,即鐵芯的磁化所引起的磁滯損耗和渦流損�.空載損耗還包括少部分銅損�(空載電流通過繞組�(shí)�(chǎn)生的電阻損�)和附加損�(指鐵損�、銅損耗外的其他損�,如變壓器引起損�、測(cè)量線路及表計(jì)損耗等).�(jì)算表�,變壓器空載損耗中的銅損耗及附加損耗不超過總損耗的3%.
空載損耗和空載電流的大�,取決于變壓器的容�、鐵芯的�(gòu)造、硅鋼片的質(zhì)量和鐵芯的制造工藝等.電力變壓器容量在2000kVA以上�(shí),空載電流約占額定電流大的0.6%-2.4%;�、小型變壓器的空載電流約占額定電流的4%-16%.鐵芯硅鋼片采用的材質(zhì)不同,其空載電流差異較�.
空載電流通常以額定電流的百分?jǐn)?shù)I0%來表�,單相變壓器I0(%)=(I0/IN)×100%.三相變壓器空載電流百�?jǐn)?shù)I0%�(jì)算公式如�
I0(%)=(I0/IN)×100%
I0=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3
式中I0(%)--空載電流百分?jǐn)?shù);
I0--三相空載電流平均�;
I0a、I0b、I0c--a、b、c三相上測(cè)得的空載電流;
IN--加壓�(cè)量側(cè)的額定電�.
�(dǎo)致變壓器空載損耗和空載電流增大的原因有以下幾點(diǎn):
(1)變壓器鐵芯多�(diǎn)(兩點(diǎn)及以�)接地
(2)硅鋼片之間絕緣不�,或部分硅鋼片之間短路
(3)穿心螺栓或壓板的絕緣損壞,上夾件和鐵芯、穿心螺栓間絕緣不良,造成鐵芯的局部短�
(4)變壓器繞組有匝間、層間短�,并聯(lián)支路短路
(5)硅鋼片松�(dòng)、劣�,鐵芯接觸不良
�、空載試�(yàn)的試�(yàn)方法
1.單相變壓器空載試�(yàn)
試驗(yàn)接線如圖所�.�(dāng)試驗(yàn)電壓和電流不超過儀表的額定值時(shí),可直接將�(cè)�?jī)x表接入測(cè)量回路見�.�(dāng)電壓、電流超過儀表額定值時(shí),可通過電壓互感器及電流互感器接入測(cè)量回路見�.
單相變壓器空載試�(yàn)接線�
(a)儀表直接入;(b)儀表經(jīng)互感器接�
2.三相變壓器空載試�(yàn)
三相變壓器的空載試驗(yàn)多采用兩功率表法和三功率表法,試驗(yàn)接線如圖所�.
三相變壓器空載試�(yàn)接線�
(a)兩功率表�;(b)兩功率表�,儀表經(jīng)互感器接�;(c)三功率表�,儀表經(jīng)互感器接�
�(duì)�(yīng)圖所�,空載損耗P0與空載電流百�?jǐn)?shù)I0(%)�(jì)算公式為
P0=P1﹢P2
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×100%
�(duì)�(yīng)圖所�,P0、I0、I0(%)�(jì)算式�
P0=(P1﹢P2)kTVkTA
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%
�(duì)�(yīng)圖所�,P0、I0、I0(%)�(jì)算式�
P0=(P1﹢P2﹢P3)kTVkTA
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%
以上各式�P1、P2、P3--功率表的�(cè)量�(表計(jì)格數(shù)換算后實(shí)際�)
I0a、I0b、I0c--電流表的�(shí)�(cè)�
kTV--�(cè)量用電壓互感器的變比
kTA--�(cè)量用電流互感器的變比
IN--變壓器測(cè)量側(cè)的額定電�
3.三相變壓器的單相空載試驗(yàn)
�(dāng)�(xiàn)�(chǎng)沒有三相電源或變壓器三相空載試驗(yàn)�(shù)�(jù)異常�(shí),可�(jìn)行單相空載試�(yàn).通過三相變壓器的單相空載試驗(yàn),�(duì)各相空載損耗的分析比較,可了解空載損耗在各相分布狀�,�(duì)�(fā)�(xiàn)繞組與鐵磁路有無(wú)局部缺�,判斷鐵芯故障部位較為有效.
�(jìn)行三相變壓器單相空載試驗(yàn)�(shí),將三相變壓器中的一相一次短�,按單相變壓器的空載試�(yàn)接線圖接�,在其他兩相上施加電壓,�(cè)量空載損耗和空載電流.一相短路的目的是使該相沒有磁通通過,因而也沒有損�.
(1)�(dāng)加壓繞組為星形接線時(shí),施加電壓U=2UN/√3,�(cè)量方法如�:
第一次試�(yàn)--a、b端加�,c�0端或c相上的其他繞�(如cb或ca)短路,�(cè)量P0ab和I0ab.
第二次試�(yàn)--b、c端加�,a�0端或a相上的其他繞�(如ab或ac)短路,�(cè)量P0ab和I0ab.
第三次試�(yàn)--a、c端加�,b�0端或b相上的其他繞�(如ba或bc)短路,�(cè)量P0ab和I0ab.
三相空載損�P0和空載百�?jǐn)?shù)I0(%)�(jì)算式�
P0=[(P0ab﹢P0bc﹢P0ac)/2]kTVkTA
I0(%)=[(I0ab﹢I0bc﹢I0ac)/3IN]kTA×100%
式中P0ab、P0bc、P0ac、I0ab、I0bc、I0ac--表計(jì)的實(shí)�(cè)�;
kTV、kTA--�(cè)量電壓互感器和電流互感器的變�,儀表直接接入時(shí)kTV=kTA=1.
(2)�(dāng)繞壓組為a-y、b-z、c-x連接,即三角形接線�(shí),施加電壓U=UN(額定的線電壓),�(cè)量方法如�:
第一次試�(yàn)--a、b端加�,a、c短路,�(cè)量P0ab和I0ab.
第二次試�(yàn)--b、c端加�,a、c短路,�(cè)量P0bc和I0bc.
第三次試�(yàn)--a、c端加�,a、b短路,�(cè)量P0ac和I0ac.
(3)�(dāng)加壓繞組為a-z、b-x、c-y連接,即三角形接線�(shí),施加電壓、測(cè)量方法和順序�(2),只是第一次試�(yàn)�(cè)量的是P0ac和I0ac,第二次試�(yàn)�(cè)量的是P0bc和I0bc,第三次試�(yàn)�(cè)量的是P0ab和I0ab.三相空載損耗P0和空載百�?jǐn)?shù)I0(%)�(jì)算式�
P0=[(P0ab﹢P0bc﹢P0ac)/2]kTVkTA
I0(%)=[0.289(I0ab﹢I0bc﹢I0ac)/IN]kTA×100%
(4)單相空載損耗數(shù)�(jù)�(yīng)符合以下兩�(gè)要求:
1)由于BC相的磁通與AB完全�(duì)�,所以P0ab就近似等于P0bc,�(shí)�(cè)�(jié)果P0ab與P0bc的偏差一般在3%以下.
2)由于AC相的磁路要比AB或BC相的磁路�(zhǎng),所以P0bc=kP0ab=kP0bc,其中k是由該產(chǎn)品鐵芯的幾何尺寸決定的系�(shù).�(duì)�110-220kV變壓�,k一般為1.1-1.55;�(duì)�35-60kV變壓�,k一般為1.3-1.4.
所�(cè)得的�(jié)果與上述兩要求中的任意一�(gè)不符合時(shí),則說明變壓器有缺�.
4.降低電壓下的空載試驗(yàn)
受試�(yàn)條件的限�,�(xiàn)�(chǎng)常需要在低電�(5%~10%的額定電壓下)�(jìn)行空載試�(yàn).由于施加的的試驗(yàn)電壓較低,相應(yīng)的空載損耗也很小,因此�(yīng)注意選擇合適量程的儀�,以保證測(cè)量的�(zhǔn)確度,并應(yīng)考慮儀表、線路等附加損耗的影響.在低電壓下得到的空載試驗(yàn)�(shù)�(jù)主要用于與歷次空載損耗數(shù)值比�,必要�(shí)可近似換算成額定電壓下的空載損�.換算式為
P0=P'0(UN/U')n
式中U'--試驗(yàn)�(shí)所加電�;
UN--額定電壓;
P'0--電壓為U′�(shí)�(cè)量得到的空載損�;
P0--換算得到額定電壓下的空載損耗試�(yàn);
n--系數(shù),決定于鐵芯硅鋼片的種�,�(duì)熱軋硅鋼片取n≈1.8,�(duì)冷軋硅鋼片取n≈1.9~2.
由于電源容量不足,�80%~90%額定電壓下�(jìn)行空載試�(yàn)�(shí),可在70%~90%額定電壓間試�(yàn)不少�5�,并將5次試�(yàn)所得數(shù)值在�(duì)�(shù)坐標(biāo)紙上繪成空載損耗P0和空載電流I0隨電壓變化的曲線,然后用外推法求出額定電壓下的P0和I0.
5.直接用系�(tǒng)電源�(jìn)行的空載試驗(yàn)
由于�(shè)備及�(yùn)�?shù)确矫娴脑�?/font>,電力系統(tǒng)�(yùn)行部門在現(xiàn)�(chǎng)一般不用較大容量的�(diào)壓器和變壓器來�(jìn)行空載試�(yàn),而直接采用系�(tǒng)電源�(jìn)行空載試�(yàn).
用系�(tǒng)電源�(jìn)行空載試�(yàn)�(shí),由于沒有�(diào)壓的過程,而是系統(tǒng)電壓直接加到變壓器上,相當(dāng)于投空載變壓�,�(duì)系統(tǒng)有一定的影響.因此用這種方法試驗(yàn)�(shí),�(yīng)�(diào)整好各種繼電保護(hù)、變壓器及其他電力設(shè)備的�(yùn)行方�,�(duì)變壓�、線�、測(cè)�?jī)x器設(shè)備�(jìn)行仔�(xì)的檢�,確認(rèn)�(wú)誤后方可�(jìn)�.
試驗(yàn)前將�(cè)試儀表設(shè)備接�,將測(cè)試電流互感器用一組高壓隔離開�(guān)短路,然后再系�(tǒng)電壓下合電源開關(guān),被試變壓器將承受很高的操作過電壓和很大的�(lì)磁涌�,待涌流流過后,用絕緣棒拉開短路用隔離開�(guān)在�(jìn)行測(cè)�.�(xiàn)�(chǎng)沒有高壓隔離開關(guān)�(shí)�(yīng)將測(cè)量電流互感器二次�(cè)用低壓開�(guān)短路,涌流過后拉開二次�(cè)低壓開關(guān),防止涌流�(duì)�(cè)�?jī)x表的沖擊和損�.
用系�(tǒng)電壓作空載試�(yàn)�(shí)為避免涌�ihe磁滯等的影響,合閘后應(yīng)待涌流通過后合儀表讀�(shù)非常�(wěn)定后方可讀取測(cè)試數(shù)�(jù),不應(yīng)合閘后馬上讀�.
系統(tǒng)電壓一般很少恰好與試品電壓相等,但要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)�(cè)電壓與試品額定電壓的差異,來分析測(cè)量數(shù)�(jù)與出廠數(shù)�(jù)的差�,判斷�(chǎn)品是否有故障.
由于系統(tǒng)電源的容量足�,系統(tǒng)電壓與額定電壓接�,可利用系�(tǒng)�(xiàn)有設(shè)�,不需要大容量的試�(yàn)�(shè)�,試驗(yàn)電壓波形�(wú)畸變,因而這種試驗(yàn)方法�(xiàn)�(chǎng)�(jīng)常采�.
�、空載試�(yàn)的注意事�(xiàng)
(1)為測(cè)量準(zhǔn)�,變壓器空載試�(yàn)所用的�(cè)量用互感�、儀器儀表的�(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5�(jí).
(2)空載試驗(yàn)使用的功率應(yīng)選用cosψ=0.1,、準(zhǔn)確度不低�0.5�(jí)的低功率因數(shù)功率�,這是�?yàn)樵诮涣麟娐分?功率P=UIcosψ.變壓試驗(yàn)�(shí),cosψ很低,用普通的功率因數(shù)�,�(huì)造成電壓、電流雖都達(dá)到功率表的標(biāo)�(zhǔn)�,而讀�(shù)卻很�,造成�(cè)量不�(zhǔn)�.例如cosψ=1、倍數(shù)�5、滿刻度、滿刻度�150格的功率�(電壓量程150V,電流5A)去測(cè)量cosψ=0.02的大型變壓器的空載損�,�(dāng)電壓�100V,電流�5A�(shí),表讀�(shù)卻只�100×5×0.02=10�,即讀�(shù)很小.不易讀�(zhǔn)�.如果電壓互感器的變比�100,電流互感器的變比�30,那么,上述表的讀�(shù)每差0.1�(例如10.1讀�10)的誤差為0.1×30×100×5=1.5(kW),即誤差的百分?jǐn)?shù)�(0.1/10)×100%=1%.�(dāng)改用倍數(shù)�0.5、用cosψ=0.1、滿刻度�150格的同樣量程檔的低功率表去測(cè)量時(shí),讀�(shù)可提高到100�,每差0.1格時(shí)的誤差百�?jǐn)?shù)僅為0.1/100×100%=1%,所以現(xiàn)�(chǎng)空載試驗(yàn)�(shí)一般采用用cosψ=0.1、準(zhǔn)確度�0.2�0.5�(jí)的低功率因數(shù)功率�.
(3)接線�(shí)必須使用功率表的電流線圈和電壓線圈兩端子間的電位差最�,并注意電流線圈和電壓線圈的極�.極性連接正確�(wú)誤后,�(cè)量出的功率是兩只功率表或三只功率表讀�(shù)的代�(shù)�.功率表的指示可能是正值也可能是負(fù)�.
(4)空載試驗(yàn)使用的互感器的極性必須正確連接,一、二次連接相對(duì)�(yīng),二次端子與表�(jì)極性相�(duì)�(yīng),不可隨意.還需注意,互感器的二次端子中有一�(gè)�(yīng)安全接地,�(duì)三相互感器或三只單相互感�,�(yīng)是同名端、同一接地�(diǎn)接地.
(5)�(duì)大型變壓器�(jìn)行現(xiàn)�(chǎng)空載試驗(yàn)�(shí),�(yīng)有事先經(jīng)過上�(jí)同意的試�(yàn)方案;了解變壓器初廠試�(yàn)�(shí)的銘牌空載損耗和空載電流百分?jǐn)?shù)�(shù)�,選用合適變比和量程的互感器和儀�.直接用系�(tǒng)電壓�(jìn)行空載試�(yàn)�(shí),�(duì)有關(guān)繼電保護(hù),�(yùn)行方式應(yīng)予以�(jì)算調(diào)�,防止�(fā)生事�.試驗(yàn)�(shí),試驗(yàn)�(xiàn)�(chǎng)�(yīng)�(shè)圍欄,做好各項(xiàng)安全措施,指定專人�(fù)�(zé),保證試驗(yàn)�(shí)人身和設(shè)備安�.
(6)精度要求較高的空載試�(yàn)�?qū)π∪萘孔儔浩鬟M(jìn)行空載試�(yàn)和對(duì)大容量變壓器在低電壓下�(jìn)行空載試�(yàn)�(shí),�(yīng)考慮排除附加損耗的影響.
�(shí)際測(cè)量的損耗中包含有功率表電壓線圈,電壓表本身和電纜線的損�,�(duì)于中小型變壓�,這�(gè)損耗占空載損耗的1.5%~5%,因此必須�(jìn)行校�.校正公式�
P0=P'0-P'
式中P'0--包括儀表及電纜線的損耗在沒的空載損耗時(shí)�(shí)�(cè)�.
P'--儀表及電纜線損�.
P'可以在被試變壓器斷開的情況下,施加試驗(yàn)電壓,直接從瓦特表上讀出來,也可以按下式估算,�:
P'=U2(1/rw�1/rad�1/rv)
式中U--施加試驗(yàn)電壓,V;
rw、rnd、rv--分別表示功率表電壓線圈電阻附加電阻和電壓表線圈電�.
(7)�(jìn)行空載試�(yàn)�(shí),試驗(yàn)電源�(yīng)有足夠的容量.試驗(yàn)電源容量估算式為
S=SN×I0%