双绕组变压器（精选7篇）
双绕组变压器 篇1
摘要：针对现有方法无法对变压器匝间短路故障的发生时刻及其严重程度同时实现诊断,提出了基于电类特征信号提取的故障诊断方法。在对单相双绕组变压器匝间短路后其输出响应进行分析的基础上,对变压器匝间短路故障的产生进行了建模和仿真;通过提取变压器一、二次侧电流信号的时域故障特征对故障发生时刻进行了诊断;基于此再结合相应电流信号的频域故障特征,采用曲线拟合与数据库比对的方法对匝间短路故障程度进行了有效诊断。仿真和测试结果表明,进行诊断后的结果符合预期的目标。
关键词：单相双绕组变压器,匝间短路,故障诊断,故障发生时刻,故障程度
0 引 言
变压器是电力系统中最重要的电气设备之一,及时发现变压器的故障对于保证电力系统的安全稳定运行具有重大的意义。一般绕组故障是变压器中最容易出现的故障类型,如果不能及时予以检测,会使故障进一步发展为股间短路或层间短路,甚至发生相间短路[1]。目前,相关的故障诊断方法主要有漏电感法[2]、电压电流比法[3]、功率损耗法[4]等。漏电感法需将探测线圈放入变压器内部来探测漏磁通变化,该方法对于已制造完毕的变压器而言不太可行; 电压电流比法只能实现离线检测,且不能诊断故障的严重程度; 而功率损耗法基于损耗功率诊断故障程度,不能准确估测匝间短路的发生时刻。为此,本文提出了一种基于电类故障特征信号提取的故障诊断方法,通过对变压器输入输出电流信号进行时域和频域分析,从而实现准确估测匝间短路发生时刻以及短路故障严重程度的功能,以便及时排除短路故障。
1 单相双绕组变压器匝间短路输出分析
变压器是通过磁场耦合实现电能传输的电气部件。一般地,单相双绕组变压器的等效电路如图1所示。其中,r1、r2和L1、L2分别为一、二次侧绕组的电阻和漏感; z1为负载阻抗; N1、N2分别为一、二次侧绕组的匝数; u1、u2和i1、i2分别为一、二次侧的端电压和电流。
当变压器发生匝间短路时,短路的绕组匝数一般很少,如图1若假设二次侧绕组有N22匝发生短路。此时,短路部分绕组自身仍是闭合的线圈组,相当于产生了一个新的高匝比的“短路变压器”,剩下绕组仍然具有变压器的功能,只是相当于在原来绕组中减少了部分匝数,将短路绕组看作第三绕组[5],相应的等效电路如图2所示。
原变压器等效后的三个绕组匝数分别为N1、N21+ N23和N22,发生短路后二次侧的等效漏电感和电阻分别为L21+ L23和r21+ r23,L22和r22分别等效成第三绕组的漏电感和电阻,rd为电弧电阻,Φ为变压器铁芯的磁通量[6],忽略互感相应的电路方程为:
经进一步化简和求解,可得:
式中k = 1,2,…,n为谐波次数; 其他参数均与N22、z1及rd有关。
上式( 2) 表明,变压器发生匝间短路后,一次侧电流信号由幅值呈指数衰减的谐波分量、直流分量和等幅振荡的正弦分量组成,前两个分量衰减较快,最后输出信号主要为等幅振荡的正弦分量[7]。由以上分析可知,单相双绕组变压器在某一时刻发生匝间短路后,一、二次侧的瞬态电流的基波信号( 频率与电源电压频率相同) 及各次谐波信号幅值与短路匝数存在一定的关系。为此,可根据变压器瞬态响应电流信号的基波幅值来估测匝间短路发生后的故障程度。
2 变压器匝间短路故障仿真建模
图 3是单相双绕 组变压器二 次侧发生匝 间短路故障的 仿真模型。假 设u1幅值为25 000 V,频率为50Hz,rd为1Ω,而N22和z1为变量,则可得到二次侧绕组发生匝间短路故障前后一次侧电流i1的时域信号波形如图4所示。
由图4得,二次侧绕组短路匝数N22和负载阻抗z1对一次侧电流存在较大的影响。同前分析: 匝间短路后一次侧电流信号主要是由幅值呈指数衰减的谐波分量、直流分量和等幅振荡的正弦分量组成。
3 匝间短路故障诊断
3. 1 故障发生时刻获取
变压器匝间短路故障发生时刻不同,将直接影响到故障的诊断结果。因此,本文先准确诊断故障发生时刻[8],在此基础上再估测匝间故障严重程度。主要思路为: 首先,基于匝间短路故障仿真模型模拟产生故障发生时变压器一、二次侧电流信号; 并分析故障发生前后的输出信号特征,寻找故障特征量; 最后利用此特征参数确定故障发生时刻。匝间短路电流不易测到,而一、二次侧电流信号在匝间短路时刻幅值或幅值变化率会发生较大的变化,故可根据此特征进行诊断。首先假设变压器正常工作时其一、二次侧输出电流变化值为i( t) = i1( t) - mi2( t) ,其中m为发生故障前二次侧电流i2( t) 与一次侧电流i1( t) 的最大幅值比。当满足以下不等式( 4) - ( 7) 中的任一条件时,即:
便可确定变压器发生了匝间短路故障,并通过输出波形发生突变的时刻推断故障发生时刻。应用MATLAB仿真软件生成一组规律变化的时刻点,用以模拟匝间短路的实际发生时刻。基于此分析而 得的故障发 生时刻估测 值与实际值 的对比情况 如图5所示。
由图5可知,匝间短路故障估测 发生时刻和 实际发生时 刻相差甚微,因此可将故 障发生时刻的估测值作为下面诊断短路故障程度的基础。
3. 2 短路故障程度诊断
单相双绕组变压器发生匝间短路,将输出电流变化值为i( t)进行FFT分析,得到i( t) 基波幅值与短路匝数比( N22/ N2) 呈正相关。如负载z1为R = 100Ω,C = 10- 6F时,在20个不同时刻点模拟匝间短路故障的产生,得到各时刻下不同短路匝数比的电流i( t) 信号基波幅值。
通过分析发生故障后相应时刻下该电流i( t) 基波幅值与短路匝数比的对应函数关系,可以发现其变化规律与五次函数拟合度较好。通过该方法,建立不同故障发生时刻下电流基波幅值与短路匝数比的函数关系数据库。基于此,便可在发生匝间短路时,根据估测故障发生时刻及其对应的i( t) 基波幅值求出二次侧短路匝数与总匝数的比值。
分别对三种负载阻抗z1为R = 100Ω,C = 10- 6F和R = 200Ω,C = 10- 5F和R = 100Ω,L = 10- 6H进行短路估测,当实际短路匝比为1% ~ 20% 时得到的故障程度估测结果如图6。
由图6可得,根据电信号的 时域特性推 断故障发生 时刻,基于将i ( t ) 信号经FFT分析得的基波 幅值和推断的故障时刻估测匝间短路故障程度,所得结果与实际故障程度符合度很好。因此,该估测方法准确性较高。
4 结束语
本文在对单相双绕组变压器二次侧绕组匝间短路输出响应进行深入分析的基础上,通过MATLAB仿真匝间短路故障,得到的一次侧故障电流信号波形和理论分析结果基本相符。再根据短路故障发生时刻一、二次侧电流信号的时域特征推断故障发生时刻,并基于此结合输出信号的频域特征进一步诊断短路程度,由此得到的短路匝数比值与实际情况基本相同。
本文所提出的故障诊断方法对快速估测变压器匝间短路故障发生时刻及其短路程度具有较好的诊断效果,但在诊断准确性方面还待经过实际应用的进一步验证,这将是本文进一步研究的方向。
双绕组变压器 篇2
1 变压器计算各指标确定
变压器电磁计算方案在确定前具有一定的固定参数, 如铁心直径D、线圈匝数W以及线规 (a*b) 等, 该方案的计算可行性要求变压器短路阻抗在标准要求偏差范围之内, 其空、负载损耗及绕组温升分别以规定偏差小于标准值。若本次计算目标函数为主材成本且材料固定则电磁方案的优劣便由变压器内部所应用硅钢片及电磁线重量决定[1]。
本文主要以35kv双绕组无励磁调压电力变压器为例对电磁方案可行性予以验证说明。首先确定该变压器的基础参数, 其中额定电压为U, 额定电流I, 铁轭截面与铁心柱及连续式线圈结构相同, 铁心损耗主要是指变压器空载损耗, 硅钢片单位损耗以PFe表示, 铁心重量以GFe表示, 空载损耗附加系数以KFe表示, 铁心损耗计算公式为:PFe=KFeGFepFe。若硅钢片密度为PFe, 铁心窗高为Hw, 铁心柱中心距Mo, 铁心截面At其与铁心直径呈正比, G△为三相角重, 则铁心重量工程计算式为:GFe=pFe (3Hw+4Mo) At+G△。
绕组导线填充率主要是指绕组铜线在绕组纵断面的填充程度, 可用KT表示, 其中绕组幅向尺寸可以C表示, 线圈高度以H表示, S指绕组空间大小 (S=HC) , 绕组匝数W, 导线截面积S, 以△表示电流密度[2], 则KT=WS/HC*100%, △ =I/S=IW/HCKT. 在具体产品应用时, KT与设计方案呈反比, 而根据△可知, 若KT一定, 则△基本可确定。
变压器负载损耗多指电阻、引线损耗等。若 ρ 为电磁线电阻率, 绕组平均半径以r表示, r与D及C相关, 则负载损耗为:
同时根据研究可知, 变压器铜材成本与线圈高度、绕组匝数以及铁心直径等具有非常重要的相关性, 绕组电流密度及线圈高度等均决定变压器绕组温升, 绕组幅向尺寸可决定铁心柱中心距大小, 绕组高度决定铁心窗高大小。
因此, 此上可知, 磁通密度与绕组匝数之间的联系非常紧密, 若以主材成本作为目标函数则绕组匝数、铁心直径、线圈高度以及绕组幅向尺寸均可对电磁方案的可行性予以影响, 决定其优劣性[3]。
2 变压器短路抗阻计算
以35kv双绕组无励磁调压电力变压器为例, 各数据因素分别为:铁心半径R, R至低压线圈绝缘距离ao;主空道绝缘距离及平均半径分别为a12及r12;低高压线圈内半径、幅向尺寸及平均半径分别以R1、R2, a1、a2, r1、r2表示。
后可根据以上数据计算变压器短路电抗标志, 如下所述:
其中, 最大磁通密度为Bm, Hx为线圈电抗高度, 为漏磁面积。实际变压器中a1a2接近, 则
其中, Sx及S12分别为低压线圈内侧至高压线圈外侧圆环横断面积, 以及主空道圆环横断面积, 则根据以上公式可计算线圈幅向尺寸a1=a2= (R1-R-a0-a12) /2, 后可针对具体相关数据对系数予以修改。
根据计算可知若以主材成本为目标函数, 则变压器电磁方案的可行性及优劣性均以铁心直径、绕组匝数以及线圈高度所决定, 故而在具体方案应用前, 需要对以上三因素进行确定[4], 后依据此类因素计算绕组及铁心尺寸, 后在绕组尺寸内以排线规则实现绕组排线后确定线规, 以此简化计算过程。
3 结束语
以上主要对双绕组线圈电力电压器结构予以分析, 针对现有的变压器电磁计算方案予以新方案研究, 变压器短路阻抗性指标直接应用于计算, 以线圈高度为新型设计变量, 按照一定的相关原则计算并确定影响因素, 得到计算结果, 提升电磁计算效率, 使其计算方法得到有效优化, 最终实现最优解。
参考文献
[1]周惠良, 梁芬, 姜宏伟.双绕组连续式线圈电力变压器电磁方案计算方法[J].电气制造, 2014 (08) :76-79.
[2]姚陈果, 陈昱, 李成祥等.基于李萨如特性在线监测电力变压器绕组变形的方法, CN104154854A[P].2014.
[3]李金辉.超高压电力变压器绕组短路电磁力的计算与分析[D].华北电力大学, 2014.
变压器绕组变形实例 篇3
关键词：变压器,绕组变形,短路冲击,频率响应,电容量
0 引言
短路冲击引起的事故在我国许多地区占电网变压器总事故的半数以上。统计表明不少大型电力变压器由于设计、制造原因还达不到规定的承受短路能力。因此, 诊断变压器遭受短路电流冲击后的状况是否良好, 有无绕组变形、位移和铁心松动、位移等, 从而判断变压器是否需要检修处理十分重要。另外, 如有绕组变形, 到什么程度才需要检修, 甚至更换, 轻度绕组变形的变压器可否继续运行等, 均为运行中急迫需要解决的问题。
目前, 判断变压器绕组变形的方法一般是综合判断, 主要包括频率响应、短路阻抗、空载电流和变压比等分析技术, 这种方法也是得到了以往的证明, 但是针对我局出现的一例变压器绕组变形情况, 个人认为电容量的试验也应作为综合判断的手段之一。
1 应用实例一
110k V延安路变电站1#主变压器型号SZ8-F-31500/110, 额定电压为 (110±8) ×1.25%/10.5k V, 联结组别为YN, d11, 主分接阻抗电压百分数为10.29%, 空载电流百分数为0.1%, 1998年11月出厂, 1999年1月投运, 交接时高压绕组对低压及地电容量7932.6p F, 低压绕组对高压及地电容量16585.4p F。2003年5月发生近端出口三相短路故障, 造成对变压器本体冲击。绝缘检查数据和绕组变形图形正常, 唯有电容量有明显增加, 由于多方面原因决定继续投运。至2007年, 电容量数据一直与2003年测量时相差不大, 其他试验数据图形及油气试验数据也合格。2009年11月的某天凌晨, 1#主变低总开关发生跳闸事故, 检测发现电容量又明显上升, 与初始值相差达24.6%。
1.1 频率响应法测量绕组频谱
测试仪器为BRTC-Ⅱ型电力变压器绕组频率响应测试仪, 测试频率0~999k Hz, 测得三相绕组频谱特性如图1所示。从图1中可以看出高低三相绕组的频谱特性曲线基本一致, 虽然高压绕组2009年图谱中A相在约80k Hz时的曲线与B、C两相略有区别, 但是在0~100 k Hz (初频) 是对整个绕组的初步扫描阶段, 可以忽略。故无法判断绕组是否变形。
1.2 变压比及直流电阻测试
该变压器测试数据见表1。
测试直流电阻是判断变压器是否存在匝间短路、绕组断股等现象的有效手段, 且规程明确规定不平衡率不能超过±2%。变压器测试数据见表2, 可见其结果正常。
1.3 低压短路阻抗和空载电流
在变压器吊罩之前, 主变短路阻抗试验数据一直无明显变化。空载电流I0为铁心励磁电流与绕组入口电容电流之和。励磁电流与变压器铁心的叠装工艺、硅钢片的材料密切相关, 硅钢片接缝的微小变化就会造成空载电流的成倍变化。所以通过空载电流可以判断铁心的状况。主变返厂空载试验测试值换算后为0.104%, 表明铁心无明显位移。
1.4 变压器油试验
历年对变压器本体油及有载分接开关油的耐压测试分别都超过了40k V, 合格。油色谱分析和微水检测数据见表3, 可以看出色谱微水试验均合格。
1.5 绕组电容量测试
三绕组变压器等值电容电路如图2所示, C1、C2、C3为高、中、低压绕组对地电容;C12为高压绕组与中压绕组间电容;C23为中压绕组与低压绕组间电容。
高压绕组总的对地电容为C1+C12, 中压绕组总电容为C2+C12+C23, 低压绕组总电容为C3+C23。
绕组电容变化曲线如图3所示, 可以看出, 低压绕组的电容量明显改变, 变压器极有可能在出口短路时线圈中漏磁场存在而产生的巨大电动力的作用下产生变形。
1.6 吊罩检查
2010年11月4和6日, 对变压器分别进行大修吊罩检查和制造厂解体检查, 结果见图4、图5, 可见低压线圈三相均已严重扭曲和凹陷。吊罩和解体证明了电容量测试及诊断的结果。
2 应用实例二
110k V铜录山变电站1#主变压器型号为SSZ11-40000/110, 额定电压为 (110±8) ×1.25%/10.5/6.3k V, 联结组别为Ynd11D11, 主分接阻抗电压百分数为10.24%, 空载电流百分数为0.45%, 2006年9月出厂, 2006年10月投运。2011年11月15日在例行试验中发现, 录1#主变各侧绕组电容量均与初值发生较大变化, 中对高低及地电容量变化率高达31.5%;随后对变压器本体取油进行了油色谱分析和微水检测试验, 试验结果正常。
2012年12月2日对录1#主变停电进行诊断性试验, 以进一步检查:
(1) 绕组电容量测试, 结果表明, 高压绕组、中压绕组、低压绕组对其它绕组及地的电容量均增大了10%以上, 且绕组的电容量的变化趋势相反, 不存在电桥的原因, 而是高压绕组的电流方向与中、低压绕组电流方向相反。怀疑变压器存在严重缺陷, 极有可能变形。
(2) 短路阻抗测试, 结果表明高对低、中对低短路阻抗初值差高达9.99%、7.10%, 超过了注意值 (±3%) 。
(3) 油色谱分析和微水检测, 试验结果正常, 但H2、CO、CO2增长率较大。
(4) 绕组频谱测试。从特性曲线可以看出, 2011年的诊断图形与2006年交接时的图形在中频、高频中的谐振峰均有较大不同, 尤其是中、低压绕组中明显存在波峰、波谷点所对应的幅值及频率不一致。故判断该变压器绕组已经变形。
(5) 吊罩检查。2012年12月8日录1#主变在武汉变压器责任有限公司进行吊芯检查, 发现变压器高压绕组下部K头的出头部位及邻近线匝已经变形鼓出, B相高压线圈内纸筒破损;位于中圈位置的低压线圈严重变形, 线匝大面积凹陷, 位于内圈位置的中压线圈也存在局部线匝变形;下夹件对线圈的支点较少, 支撑件的加强铁略显单薄, 在短路机械力的作用下支撑件与夹件的焊线撕裂, 承受短路冲击的能力较低。吊检证明了电容量测试及综合诊断的分析结果。
3 绕组变形后果
变压器绕组变形后, 有的会立即发生损坏, 有的可以继续运行一段时间, 运行长短因变形程度和位置不同而不同。绕组变形后, 由于绝缘距离发生变化, 在过电压作用下, 绕组便有可能发生绝缘击穿, 导致突发性绝缘事故;由于遭受多次短路电流的冲击, 机械变形的积累效应最终导致变压器损坏。
4 综合判断
为了更好地判断变压器绕组是否变形, 应结合多个项目综合分析:
(1) 测量频谱特性曲线并通过横向和纵向比较判断, 灵敏度高。由频谱特性曲线间的相关系数 (即相似程度) 可判断绕组变形, 特别是中频段的曲线反映绕组变形最灵敏, 且重复性好。
(2) 低压短路阻抗法, 能有效地判断变压器变形情况, 判据明确, 标准齐备, 应用成熟, 易于掌握。
(3) 空载电流测试, 能有效判断变压器铁心遭受近区短路冲击后是否位移。
(4) 变压比及直流电阻测量, 是常规、简便、易行的方法, 在变压器绕组显著变形、匝间短路、绕组断股等情况下是一种有效的判断手段。
(5) 产品出厂后, 其各绕组的电容量基本上是一定的, 即使在有温度、湿度影响的情况下。其电容量变化应很小。如果电容量明显有改变, 预示着变压器存在绝缘缺陷和机械性位移、变形等方面的缺陷。所以绕组电容量测试也应作为综合判断分析绕组变形的必要试验之一。电容量变化注意值一般为3%~5%。
5 结语
两组实例表明, 对于变压器绕组是否变形, 应采用频率响应、短路阻抗、空载电流和变压比等分析技术以及电容量试验来综合判断。
参考文献
[1]GB-50150—2006, 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S]
[2]国家电网公司.Q/GDW168—2008输变电设备状态检修试验规程[M].北京:中国电力出版社, 2008
[3]曹桂荣.变压器绕组的短路电动力分析[J].煤炭技术, 2006
变压器短路绕组的查找 篇4
(1) 电流比判定法。向低压侧供电, 电流比减小不明显;向高压侧供电, 电流比明显减小, 则是高压绕组短路。若向高压侧供电, 电流比增大不明显;而向低压侧供电, 电流比明显增大, 则是低压绕组短路。
但需注意高、低压侧2次供电的电流读数最好差不多, 使电流表误差相同, 这样试验误差可减少到最低程度。
(2) 电阻判定法。同时测量高、低压绕组的直流电阻, 再与正常的高、低压绕组电阻相比较, 电阻明显减小的便是绕组短路。
(3) 冒烟观察法。在短路相任一侧供电, 使电压慢慢上升, 并从不同角度严密观察短路相, 发现冒烟时立即停电。因一般变压器绝缘筒里边是低压绕组, 外边是高压绕组。如烟从绝缘筒里边冒出来, 则是低压绕组短路;若烟从绝缘筒外边端部 (圆筒式绕组) 或外边绕组中间 (分段式绕组) 冒出来, 则是高压绕组短路。
若是高压绕组短路, 对于圆筒式和分段式绕组均可用手摸到发热的地方, 该发热的地方便是故障部位。另外, 分段式绕组还可以用手电筒照着逐段观察有无烧焦、变形、发黑的线匝, 找出短路的部位。
(4) 硅钢片探测法。若是高压绕组短路, 可由短路相的低压侧施加电压, 然后用手或带绝缘把的钳子夹住硅钢片, 沿绕组的轴向上下移动。当硅钢片移到绕组匝问短路或绕组短路处时, 硅钢片就全振动, 并发出“吱吱”的响声。
变压器绕组直流电阻解析 篇5
1 变压器绕组直流电阻的温度因素
根据物理学中导体导电能力与温度之间的关系, 绕组的直流电阻和温度是相关的。
(1) 电阻温度换算公式:
t1——绕组温度
T——电阻温度常数 (铜线取235, 铝线取225)
t2——换算温度 (75℃或15℃)
R1——测量电阻值
R2——换算电阻值
(2) 在温度变化范围不大时, 纯金属的电阻率随温度线性地增大, 即ρ=ρ0 (1+αt) , 式中ρ、ρ0分别是t℃和0℃的电阻率, α称为电阻的温度系数。多数金属的α≈0.4%。由于α比金属的线膨胀显著得多 (温度升高1℃, 金属长度只膨胀约0.001%) , 在考虑金属电阻随温度变化时, 其长度l和截面积S的变化可略, 故R=R0 (1+αt) , 式中和分别是金属导体在t℃和0℃的电阻。
因此测量绕组直流电阻时必须测量绕组的温度, 温度测量的准确度直接影响绕组直流电阻测量结果的准确度。生产维护中以20℃为准, 将所有测量数据都换算到20℃进行数据比较。测量变压器温度之前, 变压器应该在恒定的环境温度下静止不少于3h。虽然变压器一般有不少于两个温度计, 这样测得的温度仍然不够准确。绕组励磁对油温造成一定的温差, 绕组上中下部油温存在差异。所以应该在成本与条件允许的条件下将温度传感器置于绕组上中下三个部位, 在计算温度时取平均值。目前使用的绕组直流电阻测试仪只进行绕组计算, 应该升级测量仪器的处理单元使用一些具有一定运算能力的单片机, 将电阻温度换算公式集成到仪器的处理单元中, 并且在每次试验之前将试验温度输入测量仪器之中。这样可以便于试验人员对历史数据进行比较, 做出判断, 对设备给出试验结论。方便试验人员的同时, 还可以避免由于人工计算而产生的错误。
2 缩短测量时间
为了提高用户对企业的满意度和对电力能源的特殊需要, 公司对供电质量和停电时间有严格的控制。要求尽可能的短时间停电, 这样就要求现场工作人员尽量缩短工作时间。变压器的绕组在直流激磁时电感大, 直流电路达到电流稳定时间比较长, 特别是测量三相五柱铁心的大型变压器。国内外的技术人员进行了多年的工作, 已有了一定的进展。缩短测量时间经常采用的方法有以下几种方法: (1) 减小时间常数法, 在线性电路中可以通过增加电路内串联电阻的方式来减小线路的时间常数, 从而缩短测量时间; (2) 恒流源法直流电阻测量装置, 恒流源可以通过在测试线路内提高电压来提高稳定电流值, 测试时间能够缩短; (3) 绕组串联法, 可以通过将高压绕组和低压绕组串联来保持两个绕组中电流对铁心的励磁方向相同, 励磁安匝数提高使铁心饱和以减小铁心的电感, 以此缩短测试时间; (4) 感应电动势法, 可以在电源接通很短的时间内测出数据。
3 直流电阻测量的程序和数据分析
3.1 直流电阻测量仪器测量电流选择
根据被测变压器的容量、直流电阻值、额定电流、绕组联结, 选择测量直流电阻的电流, 最大测量直流电阻的电流不大于10%被试绕组额定电流, 通常可用3%至10%被试绕组额定电流作为测量直流电阻使用的电流值。试验数据因电流较大更准确一些, 但测试电流不能大于12%额定电流。测试电流要考虑测试设备的电压和电流容量, 电流大时, 需要高电压, 不超过设备输出电压。大型变压器测试电流不能太小, 达不到铁心饱和的目的, 将延长测试的时间。在试验设备容量较小时, 可选择不同方法减小测试时间。
3.2 测量结果判断
《规程》规定: (1) 1.6MVA以上的变压器, 各相绕组直流电阻相互间差别 (相间差) 不应大于三相平均值的2%;无中性点引出的绕组直流电阻相互间的差别 (线间差) 不应大于三相平均值1%。 (2) 1.6MVA以下的变压器, 相间差别一般不大于三相平均值的4%;线间差别一般不大于三相平均值的2%。 (3) 测得值与以前相同部位测得值比较, 其变化不应大于2%。
三相不平衡或测量数据与 (出厂试验数据) 相差太大, 有以下几个原因: (1) 变压器套管中导电杆和引线接触不良, 造成接头发热现象, 利用红外影像技术可以进一步确定故障位置。 (2) 分接开关接触不良, 可能是分接开关内脏污、电镀层脱落、弹簧压力不够等原因造成的分接头电阻偏大, 三相电阻不平衡。 (3) 大容量变压器螺旋间导线互移引起相间绕组电阻不平衡。 (4) 引线和绕组焊接处焊接不良造成三相不平衡。 (5) 人为原因, 由于选取了不适当的试验方法造成了试验数据的直流电阻三相不平衡。
摘要：变压器绕组直流电阻测量是变压器试验项目中比较重要的试验之一。从变压器的制造开始, 变压器直流电阻测量就被变压器厂家作为控制质量的参考依据。在电力企业变压器安装、运行和维护时, 绕组直流电阻测量是变压器试验项目中比较重要的一个试验项目。对绕组直流电阻进行研究分析具有重要意义。
关键词：绕组直流电阻,平均温度,三相不平衡
参考文献
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变压器绕组损耗的分析计算 篇6
1 变压器绕组的基本损耗
原、副边绕组通过负载电流时产生的I2R损耗之和, 即绕组的基本损耗。要降低绕组的基本损耗, 只有降低材料的电阻率或增大导线截面积, 这样无疑会引起制造成本的增加。
2 变压器绕组导线中的附加损耗
2.1涡流损耗的分析与计算
变压器运行时, 除了产生交链于原、副绕组的主磁通外, 还产生只交链绕组自身的漏磁通。感应的漏感电势在导线内产生涡流所引起的损耗即为绕组的涡流损耗。漏磁场可分为轴向漏磁场和辐向漏磁场, 涡流损耗也可按此相应划分, 但以前者为主。
2.1.1轴向漏磁涡流损耗
如图1普通双绕组变压器位于漏磁组边缘的绕组轴向漏磁密度呈三角形分布。由介质方程和全电流定律有:
Hm为磁场强度幅值;Bm为最大磁通密度幅值;IW为安匝数;Hx为线圈电抗高度 (cm) ;ρ为洛氏系数。由于计算时没考虑磁力线端部弯曲的因素, 用ρ来修正理想漏磁场与实际漏磁场存在的差异。
如图1在厚度a范围内轴向漏磁密度形状为梯形, 可推导出长度为L, 电阻率为ρr的第k根导线的涡流损耗:
W;m为幅向导线总根数;
由此可知导线的轴向涡流损耗取决于它在绕组幅向上的位置, 靠近漏磁空道一侧导线涡流损耗最大。经推导绕组轴向涡流损耗计算式为:
W;G为导线重量;通常用百分数表示涡流损耗:
a为导线厚度 (mm) ;δ为导线中的电流密度 (A/mm2) ;f为频率;k为材料系数。
由此可见, 轴向涡流耗的大小与导线的厚度及截面积的平方成正比, 所以当导线通过较大的电流时, 应选截面积小且导线厚度较小的多根导线并联较好。
2.1.2辐向漏磁涡流损耗
由于纵绝缘结构要求线圈起始部分加强绝缘或有调压段, 使一、二次线圈在整个高度上的安匝分布并不完全处于平衡状态。从而使漏磁通沿辐向弯曲, 称为辐向漏磁通。工程上也可参照轴向漏磁涡流损耗的计算方法:
b为导线宽度 (mm) ;Br为主漏磁空道辐向磁密幅值 (T) 。由此可见辐向漏磁涡流损耗与b2成正比, 所以导线宽度不宜选大。
如图2当仅考虑不平衡安匝所引起的辐向漏磁时, 在区域交接处, 辐向漏磁密Br达到最大值, 最大不平衡安匝百分数为α, 由全电流定律有:
T;ρ为辐向漏磁组的洛氏系数;磁路长度τ=a1+a12+a2。
从图2可看出, 除绕组端部外, 不平衡安匝分布形状与辐向漏磁分布形状相似。高低压绕组的辐向漏磁分布在主空道内存在一个分界带, 分界带两侧的辐向漏磁各自闭合。由于内绕组与铁心柱距离较近, 其磁路的磁阻较小, 磁导大, 因此为减小端部的辐向漏磁, 可适当增加高低压线圈的轴向高度差, 改善辐向漏磁分布。
3 漏磁场对环流损耗的影响
漏磁通在导线中感应电势, 并联导线在漏磁场中的位置不同, 使并联导线中存在循环电流, 它产生的损耗称为环流损耗。为减少环流损耗, 并联导线要进行换位, 使并联导线回路中的漏电势差为零就不会出现循环电流, 称为完全换位;有时并联导线根数较多, 换位后仍存在循环电流, 称为不完全换位。
对于多根并联导线的不完全换位需计算其引起的环流耗。假设忽略漏磁场畸变现讨论多根并绕单螺旋式线圈的环流耗工程上常采用“242”换位。其计算式:
W为单螺旋线圈的匝数;s为单根导线截面积, mm2;ρ为洛氏系数;Hx为线圈电抗高, cm;m为并联导线根数;因绕组端部漏磁通弯曲且其漏磁密度大约为中部的50%左右。因此对于“242”换位方式, 虽然使导线长度一致, 但并联导线间的漏感电势差仍很大, 势必使环流耗增加, 因此应使绕组端部的换位区匝数比中部换位区匝数略多, 减小漏感电势差, 减少环流损耗。对于并联导线根数多的连续式线圈, 计算其环流耗仍可用上式。因其换位次数多, 工艺性不好。建议使用改进型换位和类潘戈换位这两种典型的完全换位方式。
4 结语
采用自粘换位导线可降低线圈的附加损耗, 因线规尺寸小。经计算, 其涡流损耗仅为多根并联导线的涡流损耗的30%。且因其换位充分, 还减少了环流耗。同时具有填充系数高、机械强度好等优点。总之, 对于生产厂家和运行部门来说, 采取相应的技术措施来降低由漏磁引起的绕组损耗, 对节约成本、节约电能有着一定的意义。
参考文献
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变压器绕组松动机械特性研究 篇7
变压器是电力系统中最重要的电气设备之一, 据检修情况统计, 变压器故障绝大部分是由变压器绕组松动变形和绝缘破坏造成的。绕组故障是造成变压器损坏和威胁电网安全运行的重要原因, 严重影响到变压器及电力系统的安全运行, 因此研究变压器绕组机械动力学特性, 对于检测变压器绕组故障, 提高电网稳定性具有很大的现实意义。
1 ANSYS建模
ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件, 应用十分广泛, 可以在大多数计算机及操作系统中运行, 从PC机到工作站直至巨型计算机, ANSYS文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。ANSYS多物理场耦合的功能, 允许在同一模型上进行各式各样的耦合计算。有限元方法是近三十年来首先在固体力学领域发展起来的一种有效的数值计算方法, 其方法基本点在于把许多结构结点上的位移和内力之间的关系用代数方程组的形式表达出来。
有限元法分析有以下的几个基本步骤:
1.1 结构的离散化
在结构动态计算中有限元划分的大小与振动的阶次有密切的关系, 通常要注意如下几点:
1) 结构单元划分的数目愈多, 结构自由度数增加, 计算精度高, 相应的计算时间增加。
2) 对于不同部位, 可以采用大小不同的单元。例如在应力、位移变化剧烈的部位, 单元必须划分得小一些。在应力和位移变化得比较平缓的部位, 单元可以划得大一些。
3) 单元划分的大小应与计算精度相适应。
综上三点, 结构离散化的过程中, 应综合考虑精确性和计算两方面的因素。
1.2 单元特性分析
在有限元法的分析中通常是将结点力位移作为未知量, 而结点力以表示为结点位移的函数。单元特性分析的目的就是研究如何得到结点力和结点位移之间的关系。
1.3 坐标转换
在将单元的运动方程集合成结构的运动方程进行求解以前, 需要考虑坐标的转换。因为在单元分析的步骤中, 为了方便, 使用了单元相联结的局部坐标系, 显然这样的局部坐标系对于不同单元是不同的。所以在进行结构分析之前, 必须将表征单元特性的各个方程转换到和整个结构系统联结的总体坐标系。
1.4 边界条件的处理
以上所形成的刚度阵在未加边界约束处理时为奇异阵, 通常在固定支承处就要加入刚性固定的约束处理, 才能求解。
有时利用结构的对称性, 可以仅取结构的一部分进行计算。因此在对称面上的结点也要进行对称性边界条件处理, 即施加相应的有关约束。当对称载荷施加于对称结构时, 对称面上的结构位移和内力都不应该违反对称性。当反对称载荷施加于对称结构时, 产生的内力和变形是反对称的, 其对称面上结点的对称位移应该为零, 但反对称性质的位移应存在。
1.5 结构的综合分析
在进行单元组合体的结构系统的综合分析以前, 还需要做一项准备工作, 即建立起单元系统中的结点编号和结构系统中的结点编号之间的对应关系。
使用有限元分析软件ANSYS对变压器绕组进行三维实体建模和求解的过程如下:
1) 根据实测变压器高压绕组几何尺寸, 采用三维实体建模, 建立绕组几何结构模型。
2) 设置绕组及绝缘垫块材料属性, 主要包括绕组及垫块单元的密度、泊松比及弹性模量值等。
3) 对几何模型进行合理剖分, 并设定自由度约束。
4) 对模型进行有限元模态分析, 得到绕组各阶固有频率及对应振型。
5) 将计算结果与实验结果进行比对, 根据实验结果对模型进行修正。
使用有限元软件ANSYS, 对变压器绕组进行3维实体建模。大型变压器绕组为饼式层叠结构, 根据试验变压器高压绕组的几何尺寸进行实体建模。
2 仿真结果
绕组的前3阶固有频率分别为235 Hz、313 Hz和490 Hz, 均远离变压器绕组的2倍激励频率100 Hz, 说明该变压器绕组结构设计较为合理。
图1为变压器绕组前3阶固有频率对应的振型。由图可见, 一阶固有频率对应的振型为绕组整体沿轴向的上下运动。计算时变压器绕组模型底面采用固定支撑, 故绕组上端振动幅值较大。二阶固有频率对应的振型为绕组整体沿左右两侧的“跷板”式运动, 且两侧绕组振动相位相差180度。三阶固有频率对应的振型为沿对角线方向的绕组整体沿轴向的上下运动。四阶固有频率对应的振型为绕组上部和下部绕组向绕组中间的挤压运动。此外, 各阶振型均表现为一种整体对称的形态振动, 没有奇异点出现。
3 结束语
绕组松动的情形是通过改变绕组垫块弹性模量的数值来实现的。绕组轴向预紧力下降50k N时, 绕组各阶固有频率均向低频方向有不同程度的偏移, 且最大偏移程度不超过5%, 变化规律与试验测试结果相同。变压器绕组松动后各阶固有频率均有所变化, 但与绕组正常工况时的振型相比, 变化率很小, 因此单纯从固有频率分析变压器绕组松动故障是不可靠的。
摘要：为研究基于振动特性的变压器故障检测方法, 本文从变压器绕组的机械稳定性研究出发, 通过建立变压器绕组机械动力学特性模型, 利用ANSYS有限元仿真分别对变压器绕组正常和松动状态进行建模研究, 得到了变压器绕组两种状态下的固有振动特性, 为进一步研究变压器绕组故障检测方法打下基础。
关键词：ANSYS,绕组松动,机械特性,变压器
参考文献
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