變壓器各類試驗的基本概念

2023-01-21 08:06:04 字數 4561 閱讀 1458

1)區域性放電試驗

區域性放電試驗是非破壞性試驗專案,目前有兩類試驗方法,一種是以工頻耐壓作為預激磁電壓,降到區域性放電試驗電壓(一般為um/√3的倍數,變壓器為1.5倍,互感器為1.1~1.

2倍),持續時間幾分鐘,測區域性放電量;另一種是以um為預激磁電壓,降到區域性放電試驗電壓,持續1小時,測區域性放電量。後一種為變壓器所採用。預激磁電壓是模擬執行中過電壓,預激磁電壓激發的區域性放電量不應由區域性放電試驗電壓所延續,概念是系統上有過電壓時所激發的區域性放電量不會由長期工作電壓所延續。

這一方法是使變壓器或互感器在um/√3長期工作電壓下無區域性放電量,以保證變壓器能安全執行,使區域性放電起始電壓與區域性放電熄滅電壓都能高於um/√3。

因此,變壓器的絕緣結構設計、絕緣件加工與工藝處理、帶電與接地電極表面場強、絕緣介質的承受場強等都要使區域性放電量小於規定值來考慮。不能以主、縱絕緣是否放電作為依據。

以工頻耐壓作為預激磁電壓時,區域性放電試驗電壓的持續時間一般較短,約1~5分鐘。延長區域性放電試驗電壓持續時間對絕緣是較為嚴峻,有時會引起破壞性損壞。以um作為預激磁電壓時區域性放電試驗電壓持續時間較長,標準要求為1小時,能承受多長時間與絕緣結構的伏秒特性有關。

區域性放電量一般與帶電與接地電極表面的場強有關,與電源的頻率無關。試驗地點的背境雜訊要小,電源的區域性放電量要隔離。

從試驗順序而言,區域性放電試驗應放在所有絕緣試驗之後,從試驗型別而言。長時感應帶區域性放電試驗或短時感應帶區域性放電試驗之一要作為變壓器出廠試驗。從變壓器的um等級而言,現有標準,um≥252kv起要作區域性放電試驗,正在修訂的iec76-3,um≥126kv起要作區域性放電試驗。

從具體鐵心結構而言,採用三相五柱鐵心結構的變壓器,在作區域性放電試驗時不能使上下鐵軛內磁通密度飽和。從絕緣結構而言,應能承受三相法作區域性放電試驗的要求。

2)截波衝擊試驗

一般是波尾截斷的波形,可用iec標準棒狀間隙截斷,也可用多極點火截斷裝置截斷。用多極點火截斷裝置截斷時,可獲得較準的截斷時間,示傷波的截斷時間差異大於0.15μs,截波衝擊試驗結果就有問題。

用棒狀間隙截斷就不易從截斷時間的差異來判斷是否能通過試驗。

截波試驗電壓為110%全波試驗電壓時,如截斷時間小於等於3μs時,兩者強度相同。與gis聯的變壓器必須要考慮截波試驗。

截波試驗必須與全波試驗交替進行。一般採用負極性截波。

3)全波衝擊試驗

正在修訂的iec76--3標準,已將全波衝擊試驗列為um≥126kv變壓器的出廠試驗專案。要進行突發短路試驗(特殊試驗專案之一)的變壓器,要在短路試驗後作全波衝擊試驗。

4)操作波試驗

正在修訂的iec76-3標準,已將操作波試驗列為um≥252kv變壓器的出廠試驗專案。由於不作操作波試驗的um=252kv變壓器的相間絕緣決定於全波衝擊試驗或長時感應帶區域性放電測量的試驗。要進行操作波試驗時,外部空氣間隙的相間絕緣尺寸就要由操作波試驗電壓決定,可能要比不考核操作波試驗時外部空氣間隙要放大。

從以上分析可知,按新iec76-3標準來考核變壓器的絕緣性能時,很多設計原則要重新考慮,工藝加工方案要相應更改,試驗工作量要大為增加。

新iec76-3標準是總結國內外經驗而進行修訂的,貫徹這一標準的時間不會太久了,修訂主要內容已於2023年7月30日~8月1日的「瀋陽iec tc14」會議上討論了,工作組根據討論情況將作調整。下一次iec tc14會議要通過iec76-3修改後標準。

2.損耗測量

目前都在生產低損耗變壓器。有時,同一套圖紙在不同生產廠製造低損耗變壓器時,損耗實測值相差很多。引起差別的因素很多,包括電源波形、儀表精度、接線等。

本文主要介紹負載損耗與空載損耗時應注意的一些問題,以便獲得更小的誤差。

a.負載損耗測量

不論是雙繞組還是三繞組變壓器,只能測量一對繞組的負載損耗,應在額定頻率下將近似正弦波的電壓施加在乙個繞組上,此時,另一繞組短路,其它繞組(如果有的話)開路。但是,對三繞組變壓器而言,如果被測一對繞組位於最裡面與最外面,中間繞組在測量負載損耗時開路,測出的負載損耗中將包括中間繞組的渦流損耗,這一損耗屬附加損耗,它與溫度成反比。

影響負載損耗測量準確度的因素很多,新iec76-1標準已有特殊的要求:「所有用於試驗的測量系統應要根據iso9001(1987)標準第4.11條表明其具***的可追溯性的準確度。

」對測量系統準確度的規定,也將在新的iec606中加以說明。所以,首先要保證測量系統的準確度。一般,測量系統的測不准誤差要達到3%以下。

這對負載損耗測量而言,是較難達到的。

要減少負載損耗測量誤差,應注意:

a.電源容量與電壓波形:

電源容量要能使被試變壓器中通過額定電流,照新iec76-1規定,「也可以不小於50%額定電流。」這裡應注意的是:一般是假設負載損耗與電流平方成正比,但是,當採用非線性材料時,負載損耗不與電流平方成正比,此時應使電源容量能輸出變壓器所需的額定電流。

施加於變壓器的電壓應是阻抗電壓,電壓波形要近似於正弦波。一般用市電作電源時較難達到這一要求,最好用正弦波電壓波形發電機作電源。

對選用的調壓器應不使電壓波形畸變;對選用的電流互感器應使互感器額定電流接近變壓器的額定電流,且測量級準確度應達0.1級以上,最好選用零磁通電流互感器或「雙級式」電流互感器保持較小比值差與相位差;對選用的電壓互感器應使互感器額定電壓接近變壓器的阻抗電壓,其測量級準確度也應達到0.1級以上,使電壓互感器保持較小的比值差與相位差。

電源的頻率要準,在試驗過程中或試驗大容量變壓器時額定頻率不能變化。市電的頻率也難滿足這一要求,要有儀表監測頻率。

所以,在試驗報告上要證明:

負載損耗確定與負載電流平方成正比;

選用的電壓互感器電壓比、電流互感器的電流比接近於額定值;

頻率表讀數始終為額定值。

b.試驗讀數的速度,與變壓器溫度的測定

因為負載損耗值是溫度的函式,新iec76-1的附錄e中對負載損耗的溫度校正有規定。

如測量速度慢,負載損耗產生的溫度會使讀數不准。

變壓器冷態溫度的測量時應使變壓器在不激磁,不帶負載下靜放一段時間後使繞組溫度接近室溫方可進行。變壓器真空乾燥、注油後繞組溫度仍高於室溫時測變壓器溫度與變壓器繞組冷態電阻,測量結果是不准的。

負載損耗中電阻損耗與溫度成正比,所有其它損耗與溫度成反比。可照iec76-1附錄e所列公式將負載損耗測量值換算到參考溫度。換算後的負載損耗值才能列入試驗報告。

對油浸式變壓器而言,參考溫度為75 c,對乾式變壓器而言,參考溫度為各絕緣材料溫度等級的繞組允許溫公升加20 c,如a級為95 c等。

這裡還有乙個問題:負載損耗的溫度校正前,應將電阻損耗與附加損耗先從測出的負載損耗中分離,然後才能作溫度校正與參考溫度的換算。分離時,電阻損耗應是額定電流平方與實測電阻的乘積,要對低壓繞組的電阻測準,測量速度也應快。

電阻測量的誤差直接影嚮額定負載損耗的誤差。

c.儀表接線

對測量三相變壓器負載損耗而言,有雙瓦特表法與三瓦特表兩種。

用雙瓦特表法時,雙瓦特表讀數一般是一塊表正讀數,另一塊表負讀數,對低損耗變壓器而言,測量誤差就很大。讀數時有隨機誤差,低損耗變壓器負載損耗的功率因數很小,低功率因數瓦特表的功率因數會大於負載損耗的功率因數,因此,瓦特表指示的偏轉讀數很小,讀數隨機誤差很大。因此測量低損耗變壓器負載損耗時應採用三瓦特表法接線,三瓦特表讀數為相加,瓦特表應用功率轉換表(其功率因數為零),這樣,讀數隨機誤差可小。

試驗報告上要說明選用的瓦特表接法、表的種類。

d.測量誤差與變壓器容量的關係

變壓器容量越大,負載損耗的功率因數越小,也就是說,測量等值迴路功率因數越小。

式中: k為負載損耗功率因數角,

iz%為變壓器阻抗電壓百分數,

pk為負載損耗,w,

s為變壓器額定容量,kva。

以gb6451.1~.5--86標準中規定的技術引數為例:

10kv100kva三相變壓器的cos k=0.50

10kv1000kva三相變壓器的cos k=0.258

35kv10000kva三相變壓器的cos k=0.071

110kv63000kva三相變壓器的cos k=0.039

220kv120000kva三相變壓器的cos k=0.027

如果,變壓器負載損耗進一步降低,即目前採用的低損耗變壓器系列,按上面

公式可知,cos k值還將降低。

被測出的損耗,按定義為:

p=u×i×cos

此公式中功率因數角用表示,因此式可用於空載損耗與負載損耗,是一通用公式,如代入 k,p為負載損耗,代入空載損耗功率因數角 0,p為空載損耗。

組合相對誤差可由上式對兩邊取自然對數,再求微分得出:

為與間相位角,因 ≈90°(感性)故cos 很小,相位差前係數可簡化為:

表示測量誤差的相量圖與為功率因數函式的相對誤差見下圖:

前係數遠大於1,這表示:預估相位角(弧度為單位)的某些相對誤差可引起預估損耗有較大的相對誤差,而電壓與電流幅值的相對誤差則沒有擴大率。

所以,測量電力變壓器負載損耗的中心問題是如何降低電壓與電流測出值的相位差。尤其大容量變壓器,cos 越小,引起損耗測量值的誤差越大。

e.傳統損耗測量系統相位差對負載損耗誤差的影響。

傳統損耗測量系統中包括電磁式電流與電壓互感器,以及電動式瓦特表。

如δ u與δ i分別表示電壓與電流互感器的相位差,並以弧度為單位,同時瓦特表的線圈有電感會使接入瓦特表的電壓互感器的電壓與瓦特表電壓線圈中電流有相位滯後,此相位差為ω l/r(以弧度為單位),l為瓦特表電壓線圈的電感,r為儀表中電阻與可能的外部電阻箱電阻串聯後的總值。以δ ω 表示瓦特表的相位差。

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