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講解變壓器的容量及空載試驗方法

一、空載試驗的目的和意義  

變壓器空載試驗:從變壓器的某一繞組(一般從二次低壓側)施加正弦波額定頻率的額定電壓,其余繞組開路,測量空載電流和空載損耗.如果試驗條件有限,電源電壓達不到額定電壓,可在非額定電壓條件下試驗,這種試驗方法誤差較大,一般只用于檢查變壓器有無故障,只有試驗電壓達到額定電壓的80%以上才可用來測試空載損耗.  

《規(guī)程》中規(guī)定,對容量3150kVA及以上的變壓器進行此項試驗,測得出的空載電流和空載損耗數(shù)值與出廠試驗值相比應無明顯變化.  

空載試驗主要目的是發(fā)現(xiàn)磁化中的鐵芯硅鋼片的局部絕緣不良或整體缺陷,如鐵芯多點接地、鐵芯硅鋼片整體老化等;根據(jù)交流耐壓試驗前后兩次空載試驗得的空載損耗比較、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(空載電流通過繞組時產(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、測量線路及表計損耗等).計算表明,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小,取決于變壓器的容量、鐵芯的構造、硅鋼片的質量和鐵芯的制造工藝等.電力變壓器容量在2000kVA以上時,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數(shù)I0%來表示,單相變壓器I0(%)=(I0/IN)×100%.三相變壓器空載電流百分數(shù)I0%計算公式如下  

I0(%)=(I0/IN)×100%  

I0=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3  

式中I0(%)--空載電流百分數(shù);  

I0--三相空載電流平均值;  

I0a、I0b、I0c--a、b、c三相上測得的空載電流;  

IN--加壓測量側的額定電流.  

導致變壓器空載損耗和空載電流增大的原因有以下幾點:  

(1)變壓器鐵芯多點(兩點及以上)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、劣化,鐵芯接觸不良  

二、空載試驗的試驗方法  

1.單相變壓器空載試驗  

試驗接線如圖所示.當試驗電壓和電流不超過儀表的額定值時,可直接將測量儀表接入測量回路見圖.當電壓、電流超過儀表額定值時,可通過電壓互感器及電流互感器接入測量回路見圖.  

單相變壓器空載試驗接線圖  

(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  

三相變壓器的空載試驗多采用兩功率表法和三功率表法,試驗接線如圖所示.  

三相變壓器空載試驗接線圖  

(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  

對應圖所示,空載損耗P0與空載電流百分數(shù)I0(%)計算公式為  

P0=P1﹢P2  

I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×100%  

對應圖所示,P0、I0、I0(%)計算式為  

P0=(P1﹢P2)kTVkTA  

I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%  

對應圖所示,P0、I0、I0(%)計算式為  

P0=(P1﹢P2﹢P3)kTVkTA  

I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%  

以上各式中P1、P2、P3--功率表的測量值(表計格數(shù)換算后實際值)  

I0a、I0b、I0c--電流表的實測值  

kTV--測量用電壓互感器的變比  

kTA--測量用電流互感器的變比  

IN--變壓器測量側的額定電流  

3.三相變壓器的單相空載試驗  

當現(xiàn)場沒有三相電源或變壓器三相空載試驗數(shù)據(jù)異常時,可進行單相空載試驗.通過三相變壓器的單相空載試驗,對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,對發(fā)現(xiàn)繞組與鐵磁路有無局部缺陷,判斷鐵芯故障部位較為有效.  

進行三相變壓器單相空載試驗時,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接線圖接好,在其他兩相上施加電壓,測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,因而也沒有損耗.  

(1)當加壓繞組為星形接線時,施加電壓U=2UN/√3,測量方法如下:  

第一次試驗--a、b端加壓,c、0端或c相上的其他繞組(如cb或ca)短路,測量P0ab和I0ab.  

第二次試驗--b、c端加壓,a、0端或a相上的其他繞組(如ab或ac)短路,測量P0ab和I0ab.  

第三次試驗--a、c端加壓,b、0端或b相上的其他繞組(如ba或bc)短路,測量P0ab和I0ab.  

三相空載損耗P0和空載百分數(shù)I0(%)計算式為  

P0=[(P0ab﹢P0bc﹢P0ac)/2]kTVkTA  

I0(%)=[(I0ab﹢I0bc﹢I0ac)/3IN]kTA×100%  

式中P0ab、P0bc、P0ac、I0ab、I0bc、I0ac--表計的實測值;  

kTV、kTA--測量電壓互感器和電流互感器的變比,儀表直接接入時kTV=kTA=1.  

(2)當繞壓組為a-y、b-z、c-x連接,即三角形接線時,施加電壓U=UN(額定的線電壓),測量方法如下:  

第一次試驗--a、b端加壓,a、c短路,測量P0ab和I0ab.  

第二次試驗--b、c端加壓,a、c短路,測量P0bc和I0bc.  

第三次試驗--a、c端加壓,a、b短路,測量P0ac和I0ac.  

(3)當加壓繞組為a-z、b-x、c-y連接,即三角形接線時,施加電壓、測量方法和順序同(2),只是第一次試驗測量的是P0ac和I0ac,第二次試驗測量的是P0bc和I0bc,第三次試驗測量的是P0ab和I0ab.三相空載損耗P0和空載百分數(shù)I0(%)計算式為  

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)應符合以下兩個要求:  

1)由于BC相的磁通與AB完全對稱,所以P0ab就近似等于P0bc,實測結果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,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).對于110-220kV變壓器,k一般為1.1-1.55;對于35-60kV變壓器,k一般為1.3-1.4.  

所測得的結果與上述兩要求中的任意一個不符合時,則說明變壓器有缺陷.  

4.降低電壓下的空載試驗  

受試驗條件的限制,現(xiàn)場常需要在低電壓(5%~10%的額定電壓下)進行空載試驗.由于施加的的試驗電壓較低,相應的空載損耗也很小,因此應注意選擇合適量程的儀表,以保證測量的準確度,并應考慮儀表、線路等附加損耗的影響.在低電壓下得到的空載試驗數(shù)據(jù)主要用于與歷次空載損耗數(shù)值比較,必要時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'--試驗時所加電壓;  

UN--額定電壓;  

P'0--電壓為U′時測量得到的空載損耗;  

P0--換算得到額定電壓下的空載損耗試驗;  

n--系數(shù),決定于鐵芯硅鋼片的種類,對熱軋硅鋼片取n≈1.8,對冷軋硅鋼片取n≈1.9~2.  

由于電源容量不足,在80%~90%額定電壓下進行空載試驗時,可在70%~90%額定電壓間試驗不少于5次,并將5次試驗所得數(shù)值在對數(shù)坐標紙上繪成空載損耗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)電源進行的空載試驗  

由于設備及運輸?shù)确矫娴脑?/font>,電力系統(tǒng)運行部門在現(xiàn)場一般不用較大容量的調壓器和變壓器來進行空載試驗,而直接采用系統(tǒng)電源進行空載試驗.