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变压器损耗检测的电源设备设计

发表时间:2019/12/28 20:42:27  浏览次数:641  
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近年来变压器特别是中小型变压器质量参差不齐,电网公司普遍加强检测,但试验电源容量难题一直困扰着工作人员,没有确实的数据就没有说服力。笔者经过实际探索和运用,重新设计系统配置,优化传统技术,提高测量准确性,并能适用于较大型的配电变压器,为电力系统更好地开展变压器容量与损耗检测项目提供参考。

为加强变压器质量管理与控制,促使变压器生产企业严格执行变压器技术标准,提高产品质量水平,电网公司普遍开展10-220kV变压器质量抽检工作。抽检的重点是加强变压器空载损耗和负载损耗检测,以往由于试验容量、现场操作难等原因,运行单位较少开展该项工作,检测手段也往往相对落后。

针对现在的试品容量,传统方法已不能满足测量要求,必须找到一套可靠实用的技术方案,各有关企业也意识到这一点,加快这方面的技术革新。作者参与本地区的变压器抽检项目,开展得较成功,因此总结了一些经验,希望能为大家提供有益的参考。

1.变压器的损耗测量

1.1 变压器的空载试验

变压器的空载试验主要检测磁路中的铁芯硅钢片的局部绝缘不良或整体缺陷,以及绕组匝间绝缘,要求空载电流和空载损耗与出厂值相比无明显变化,并符合国家及行业标准。方法是从变压器任意一侧绕组(一般为低压绕组)施加三相正弦波额定频率的额定电压,其他绕组开路。空载电流约占额定电流0.6%~16%,试验电源容量约为变压器额定容量与空载电流百分数的乘积。

1.2 变压器的负载试验

变压器的负载试验主要检测绕组流过额定电流时的有功损耗以及附加损耗(铁损和漏磁),要求负载损耗和阻抗电压符合对应容量的国家及行业标准。试验方法在变压器任意一侧(一般为高压绕组)加电压,另一侧短路,并达到额定电流。负载损耗以三相绕组的电阻损耗为主,表示为∑3I2R,阻抗电压约为额定电压的4%~8%,试验容量较大。

1)检测要求

对于上述检测项目,有许多专用的测试仪器,但电源输出系统考虑甚少,现场中仅能满足10kV、200kVA左右的变压器的全电压检测,更高容量时采用降压检测,公式计算获得。笔者认为对于如今较大容量变压器普遍使用,多数情况下只能降压检测,仅仅用公式换算法已难有说服力。因此,10kV及以下变压器,额定容量在2000kVA及以下,建议用全电压测试。

2)电源设备输出功率分析

变压器的空载试验电流百分比一般随变压器容量增大而减少。例如S11M-30/10的空载电流百分比为2.1%,S11M-2000/10的空载电流百分比为0.6%,而试验容量也相对增加不多。经计算,S11M-2000/10变压器的试验容量约为12kVA,电压为400V,普通的设备即可满足。负载试验电压高,电流大,试验容量增加很快,一般的试验装置远远不能达到其要求,如图1所示。

图1 10kV变压器负载试验容量模拟图

图中可以看出:试验容量随电压的升高快速增长,不计算自身设备损耗的情况下,1000V设备在60A(即1000kVA变压器)时容量要求已达到100kVA,很难在现场开展工作。另外,受设备体积、重量、结构、配件、成本等等限制,也不可能简单地升高电压,增大容量。为此,必须找出一种既满足全电压检测又实用可行的方案。

3.设计方案

经过反复的讨论,我们把目标定于10kV2000kVA及以下变压器的全电压检测,其他1/2电压或1/4电压,选用自动计算的变压器损耗测试仪,把检测误差控制在较低范围内。电源回路没有现成的产品,必须与厂家合作专门设计定制。

3.1 设备方案

为了尽量减少自身损耗,电源设备应简单实用,不宜使用升压变压器,利用三相空气开关加特殊调压器输出即可。调压器不宜采用移圈式调压器,因其波形畸变较大、效率较低等特性。我们采用自耦式调压器,通过改造,直接输出足够的电压,功率损耗小,波形质量好,初步解决试验电压问题。如图2。

图2 负载试验原理图

3.2 参数计算

针对10kV2000kVA变压器,以S9M-2000/10型为目标。变压器主要技术参数:高压侧(额定电压10kV,额定电流115.5A),低压侧(额定电压0.4 kV,额定电流2886A),空载损耗2520W,空载电流0.6%,负载损耗17820W,短路阻抗4.5% 。

做负载试验时,从高压侧加压,低压侧短路:

调压器输出电流达到115.5A,按照调压器的短时过载特性,可以按0.625倍计算,即115.5×0.625=72.2(A);

调压器输出电压:US=10000×4.5%=450(V);

调压器输入功率:S1=√3UsI=√3×450×72.2=56.3(kVA)

考虑到部分变压器短路阻抗较高,将输出电压定为600V,可满足所有2000 kVA以下变压器,则调压器输出功率:S1=√3UeI=√3×600×72.2=75(kVA) Ue:调压器输出额定电压。

3.3 电源系统设计

按照上面计算结果,选用380V三相空气开关,开关及电源连接线额定电流120A。

定制专用特殊调压器,输入电压380V,输出电压600V,容量75kVA以上,体积与重量在合理范围内,并有一定过载能力。

订制专用的变压器低压侧短路线与线夹,短时过流能力3000A。

据此方案,我们配置了一套完整的检测系统,经过多次现场试验,如表1所列工作数据,在短时工作的情况下,设备容量与电流均能达到设计要求。

表 1 检测数据总结表

结语

变压器损耗检测是检查变压器质量及容量的必要手段,以往因设备落后及现场难以操作等原因不检或低电压检测,都不能收到效果,致使“非标”产品横行。电网公司大力开展该项工作,逐步有效地根治这一弊病,保证电力系统的安全和稳定,保障广大电力用户的利益。笔者参与并积累了点滴经验,愿与同行共同探讨。

(编自《电气技术》,作者为黄志浩。)



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