一、空載試驗(yàn)的目的和意義
變壓器空載試驗(yàn):從變壓器的某一繞組(一般從二次低壓側(cè))施加正弦波額定頻率的額定電壓,其余繞組開路,測(cè)量空載電流和空載損耗.如果試驗(yàn)條件有限,電源電壓達(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*,只有試驗(yàn)電壓達(dá)到額定電壓的80%以上才可用來(lái)測(cè)試空載損耗.
《規(guī)程》中規(guī)定,對(duì)容量3150kVA及以上的變壓器進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn),測(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)無(wú)明顯變化.
空載試驗(yàn)主要目的是發(fā)現(xiàn)磁化中的鐵芯硅鋼片的局部絕緣不良或整體缺陷,如鐵芯多點(diǎn)接地、鐵芯硅鋼片整體老化等;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況.
空載損耗主要是鐵芯的損耗,即鐵芯的磁化所引起的磁滯損耗和渦流損耗.空載損耗還包括少部分銅損耗(空載電流通過(guò)繞組時(shí)產(chǎn)生的電阻損耗)和附加損耗(指鐵損耗、銅損耗外的其他損耗,如變壓器引起損耗、測(cè)量線路及表計(jì)損耗等).計(jì)算表明,變壓器空載損耗中的銅損耗及附加損耗不超過(guò)總損耗的3%.
空載損耗和空載電流的大小,取決于變壓器的容量、鐵芯的構(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以上時(shí),空載電流約占額定電流大的0.6%-2.4%;中、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,其空載電流差異較大.
空載電流通常以額定電流的百分?jǐn)?shù)I0%來(lái)表示,單相變壓器I0(%)=(I0/IN)×100%.三相變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)I0%計(jì)算公式如下
I0(%)=(I0/IN)×100%
I0=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3
式中I0(%)--空載電流百分?jǐn)?shù);
I0--三相空載電流平均值;
I0a、I0b、I0c--a、b、c三相上測(cè)得的空載電流;
IN--加壓測(cè)量側(cè)的額定電流.
導(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)變壓器鐵芯多點(diǎn)(兩點(diǎn)及以上)接地
(2)硅鋼片之間絕緣不良,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,造成鐵芯的局部短路
(4)變壓器繞組有匝間、層間短路,并聯(lián)支路短路
(5)硅鋼片松動(dòng)、劣化,鐵芯接觸不良
二、空載試驗(yàn)的試驗(yàn)方法
1.單相變壓器空載試驗(yàn)
試驗(yàn)接線如圖所示.當(dāng)試驗(yàn)電壓和電流不超過(guò)儀表的額定值時(shí),可直接將測(cè)量?jī)x表接入測(cè)量回路見圖.當(dāng)電壓、電流超過(guò)儀表額定值時(shí),可通過(guò)電壓互感器及電流互感器接入測(cè)量回路見圖.
單相變壓器空載試驗(yàn)接線圖
(a)儀表直接入;(b)儀表經(jīng)互感器接入
2.三相變壓器空載試驗(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)接線如圖所示.
三相變壓器空載試驗(yàn)接線圖
(a)兩功率表法;(b)兩功率表法,儀表經(jīng)互感器接入;(c)三功率表法,儀表經(jīng)互感器接入
對(duì)應(yīng)圖所示,空載損耗P0與空載電流百分?jǐn)?shù)I0(%)計(jì)算公式為
P0=P1﹢P2
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×100%
對(duì)應(yīng)圖所示,P0、I0、I0(%)計(jì)算式為
P0=(P1﹢P2)kTVkTA
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%
對(duì)應(yīng)圖所示,P0、I0、I0(%)計(jì)算式為
P0=(P1﹢P2﹢P3)kTVkTA
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%
以上各式中P1、P2、P3--功率表的測(cè)量值(表計(jì)格數(shù)換算后實(shí)際值)
I0a、I0b、I0c--電流表的實(shí)測(cè)值
kTV--測(cè)量用電壓互感器的變比
kTA--測(cè)量用電流互感器的變比
IN--變壓器測(cè)量側(cè)的額定電流
3.三相變壓器的單相空載試驗(yàn)
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有三相電源或變壓器三相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常時(shí),可進(jìn)行單相空載試驗(yàn).通過(guò)三相變壓器的單相空載試驗(yàn),對(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況,對(duì)發(fā)現(xiàn)繞組與鐵磁路有無(wú)局部缺陷,判斷鐵芯故障部位較為有效.
進(jìn)行三相變壓器單相空載試驗(yàn)時(shí),將三相變壓器中的一相一次短路,按單相變壓器的空載試驗(yàn)接線圖接好,在其他兩相上施加電壓,測(cè)量空載損耗和空載電流.一相短路的目的是使該相沒(méi)有磁通通過(guò),因而也沒(méi)有損耗.
(1)當(dāng)加壓繞組為星形接線時(shí),施加電壓U=2UN/√3,測(cè)量方法如下:
*次試驗(yàn)--a、b端加壓,c、0端或c相上的其他繞組(如cb或ca)短路,測(cè)量P0ab和I0ab.
第二次試驗(yàn)--b、c端加壓,a、0端或a相上的其他繞組(如ab或ac)短路,測(cè)量P0ab和I0ab.
第三次試驗(yàn)--a、c端加壓,b、0端或b相上的其他繞組(如ba或bc)短路,測(cè)量P0ab和I0ab.
三相空載損耗P0和空載百分?jǐn)?shù)I0(%)計(jì)算式為
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)測(cè)值;
kTV、kTA--測(cè)量電壓互感器和電流互感器的變比,儀表直接接入時(shí)kTV=kTA=1.
(2)當(dāng)繞壓組為a-y、b-z、c-x連接,即三角形接線時(shí),施加電壓U=UN(額定的線電壓),測(cè)量方法如下:
*次試驗(yàn)--a、b端加壓,a、c短路,測(cè)量P0ab和I0ab.
第二次試驗(yàn)--b、c端加壓,a、c短路,測(cè)量P0bc和I0bc.
第三次試驗(yàn)--a、c端加壓,a、b短路,測(cè)量P0ac和I0ac.
(3)當(dāng)加壓繞組為a-z、b-x、c-y連接,即三角形接線時(shí),施加電壓、測(cè)量方法和順序同(2),只是*次試驗(yàn)測(cè)量的是P0ac和I0ac,第二次試驗(yàn)測(cè)量的是P0bc和I0bc,第三次試驗(yàn)測(cè)量的是P0ab和I0ab.三相空載損耗P0和空載百分?jǐn)?shù)I0(%)計(jì)算式為
P0=[(P0ab﹢P0bc﹢P0ac)/2]kTVkTA
I0(%)=[0.289(I0ab﹢I0bc﹢I0ac)/IN]kTA×100%
(4)單相空載損耗數(shù)據(jù)應(yīng)符合以下兩個(gè)要求:
1)由于BC相的磁通與AB*對(duì)稱,所以P0ab就近似等于P0bc,實(shí)測(cè)結(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相的磁路長(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數(shù).對(duì)于110-220kV變壓器,k一般為1.1-1.55;對(duì)于35-60kV變壓器,k一般為1.3-1.4.
所測(cè)得的結(jié)果與上述兩要求中的任意一個(gè)不符合時(shí),則說(shuō)明變壓器有缺陷.
4.降低電壓下的空載試驗(yàn)
受試驗(yàn)條件的限制,現(xiàn)場(chǎng)常需要在低電壓(5%~10%的額定電壓下)進(jìn)行空載試驗(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,因此應(yīng)注意選擇合適量程的儀表,以保證測(cè)量的準(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)數(shù)據(jù)主要用于與歷次空載損耗數(shù)值比較,必要時(shí)可近似換算成額定電壓下的空載損耗.換算式為
P0=P'0(UN/U')n
式中U'--試驗(yàn)時(shí)所加電壓;
UN--額定電壓;
P'0--電壓為U′時(shí)測(cè)量得到的空載損耗;
P0--換算得到額定電壓下的空載損耗試驗(yàn);
n--系數(shù),決定于鐵芯硅鋼片的種類,對(duì)熱軋硅鋼片取n≈1.8,對(duì)冷軋硅鋼片取n≈1.9~2.
由于電源容量不足,在80%~90%額定電壓下進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí),可在70%~90%額定電壓間試驗(yàn)不少于5次,并將5次試驗(yàn)所得數(shù)值在對(duì)數(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.直接用系統(tǒng)電源進(jìn)行的空載試驗(yàn)
由于設(shè)備及運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?電力系統(tǒng)運(yùn)行部門在現(xiàn)場(chǎng)一般不用較大容量的調(diào)壓器和變壓器來(lái)進(jìn)行空載試驗(yàn),而直接采用系統(tǒng)電源進(jìn)行空載試驗(yàn).
用系統(tǒng)電源進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí),由于沒(méi)有調(diào)壓的過(guò)程,而是系統(tǒng)電壓直接加到變壓器上,相當(dāng)于投空載變壓器,對(duì)系統(tǒng)有一定的影響.因此用這種方法試驗(yàn)時(shí),應(yīng)調(diào)整好各種繼電保護(hù)、變壓器及其他電力設(shè)備的運(yùn)行方式,對(duì)變壓器、線路、測(cè)量?jī)x器設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的檢查,確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行.
試驗(yàn)前將測(cè)試儀表設(shè)備接好,將測(cè)試電流互感器用一組高壓隔離開關(guān)短路,然后再系統(tǒng)電壓下合電源開關(guān),被試變壓器將承受很高的操作過(guò)電壓和很大的勵(lì)磁涌流,待涌流流過(guò)后,用絕緣棒拉開短路用隔離開關(guān)在進(jìn)行測(cè)試.現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有高壓隔離開關(guān)時(shí)應(yīng)將測(cè)量電流互感器二次側(cè)用低壓開關(guān)短路,涌流過(guò)后拉開二次側(cè)低壓開關(guān),防止涌流對(duì)測(cè)量?jī)x表的沖擊和損壞.
用系統(tǒng)電壓作空載試驗(yàn)時(shí)為避免涌流ihe磁滯等的影響,合閘后應(yīng)待涌流通過(guò)后合儀表讀數(shù)非常穩(wěn)定后方可讀取測(cè)試數(shù)據(jù),不應(yīng)合閘后馬上讀取.
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)測(cè)電壓與試品額定電壓的差異,來(lái)分析測(cè)量數(shù)據(jù)與出廠數(shù)據(jù)的差別,判斷產(chǎn)品是否有故障.
由于系統(tǒng)電源的容量足夠,系統(tǒng)電壓與額定電壓接近,可利用系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備,不需要大容量的試驗(yàn)設(shè)備,試驗(yàn)電壓波形無(wú)畸變,因而這種試驗(yàn)方法現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常采用.
三、空載試驗(yàn)的注意事項(xiàng)
(1)為測(cè)量準(zhǔn)確,變壓器空載試驗(yàn)所用的測(cè)量用互感器、儀器儀表的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5級(jí).
(2)空載試驗(yàn)使用的功率應(yīng)選用cosψ=0.1,、準(zhǔn)確度不低于0.5級(jí)的低功率因數(shù)功率表,這是因?yàn)樵诮涣麟娐分?功率P=UIcosψ.變壓試驗(yàn)時(shí),cosψ很低,用普通的功率因數(shù)表,會(huì)造成電壓、電流雖都達(dá)到功率表的標(biāo)準(zhǔn)值,而讀數(shù)卻很小,造成測(cè)量不準(zhǔn)確.例如cosψ=1、倍數(shù)為5、滿刻度、滿刻度為150格的功率表(電壓量程150V,電流)去測(cè)量cosψ=0.02的大型變壓器的空載損耗,當(dāng)電壓為100V,電流為時(shí),表讀數(shù)卻只有100×5×0.02=10格,即讀數(shù)很小.不易讀準(zhǔn)確.如果電壓互感器的變比為100,電流互感器的變比為30,那么,上述表的讀數(shù)每差0.1格(例如10.1讀成10)的誤差為0.1×30×100×5=1.5(kW),即誤差的百分?jǐn)?shù)為(0.1/10)×100%=1%.當(dāng)改用倍數(shù)為0.5、用cosψ=0.1、滿刻度為150格的同樣量程檔的低功率表去測(cè)量時(shí),讀數(shù)可提高到100格,每差0.1格時(shí)的誤差百分?jǐn)?shù)僅為0.1/100×100%=1%,所以現(xiàn)場(chǎng)空載試驗(yàn)時(shí)一般采用用cosψ=0.1、準(zhǔn)確度為0.2、0.5級(jí)的低功率因數(shù)功率表.
(3)接線時(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小,并注意電流線圈和電壓線圈的性.性連接正確無(wú)誤后,測(cè)量出的功率是兩只功率表或三只功率表讀數(shù)的代數(shù)和.功率表的指示可能是正值也可能是負(fù)值.
(4)空載試驗(yàn)使用的互感器的性必須正確連接,一、二次連接相對(duì)應(yīng),二次端子與表計(jì)性相對(duì)應(yīng),不可隨意.還需注意,互感器的二次端子中有一個(gè)應(yīng)安全接地,對(duì)三相互感器或三只單相互感器,應(yīng)是同名端、同一接地點(diǎn)接地.
(5)對(duì)大型變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)空載試驗(yàn)時(shí),應(yīng)有事先經(jīng)過(guò)上級(jí)同意的試驗(yàn)方案;了解變壓器初廠試驗(yàn)時(shí)的銘牌空載損耗和空載電流百分?jǐn)?shù)數(shù)值,選用合適變比和量程的互感器和儀表.直接用系統(tǒng)電壓進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí),對(duì)有關(guān)繼電保護(hù),運(yùn)行方式應(yīng)予以計(jì)算調(diào)整,防止發(fā)生事故.試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)圍欄,做好各項(xiàng)安全措施,專人負(fù)責(zé),保證試驗(yàn)時(shí)人身和設(shè)備安全.
(6)精度要求較高的空載試驗(yàn)或?qū)π∪萘孔儔浩鬟M(jìn)行空載試驗(yàn)和對(duì)大容量變壓器在低電壓下進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí),應(yīng)考慮排除附加損耗的影響.
實(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耗,對(duì)于中小型變壓器,這個(gè)損耗占空載損耗的1.5%~5%,因此必須進(jìn)行校正.校正公式為
P0=P'0-P'
式中P'0--包括儀表及電纜線的損耗在沒(méi)的空載損耗時(shí)實(shí)測(cè)值.
P'--儀表及電纜線損耗.
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(lái),也可以按下式估算,即:
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阻.
(7)進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)電源應(yīng)有足夠的容量.試驗(yàn)電源容量估算式為
S=SN×I0%
式中S--試驗(yàn)所需的電源容量,kVA;
SN--被試驗(yàn)變壓器額定容量,kVA;
I0%--被試驗(yàn)變壓器空載電流額定電流百分?jǐn)?shù).
為保證獲得不畸變的正弦電波,實(shí)際選擇容量時(shí)應(yīng)盡量大于上式估算結(jié)果.
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