Что такое холостой и нагрузочный тесты трансформатора и как их проводить?
Зачем необходимо проводить испытания трансформатора в режимах холостого хода и нагрузки?
Испытания трансформатора в режимах холостого хода и нагрузки проводятся для оценки его рабочих характеристик и эксплуатационного состояния, чтобы убедиться, что трансформатор может работать безопасно, стабильно и эффективно в реальных условиях. Эти два испытания фокусируются на разных рабочих состояниях трансформатора и направлены на изучение его ключевых параметров и производительности при различных нагрузках.
1. Испытание холостого хода
Испытание холостого хода, также называемое «испытанием на потери холостого хода» или «испытанием намагничивающего тока», проводится путём подачи номинального напряжения на первичную обмотку при разомкнутой вторичной обмотке. Основная цель — оценить характеристики магнитопровода, потери холостого хода и намагничивающий ток трансформатора. Конкретные причины включают:
Измерение потерь в магнитопроводе (потерь холостого хода): В режиме холостого хода потери в трансформаторе в основном вызваны гистерезисом и вихревыми токами в магнитопроводе. Измерение этих потерь помогает оценить качество материала сердечника и технологию изготовления.
Измерение намагничивающего тока: Измеряя ток намагничивания, поступающий на первичную сторону в режиме холостого хода, можно понять ток, необходимый для поддержания магнитного потока в трансформаторе. Это помогает проанализировать магнитные свойства сердечника.
Оценка характеристик магнитопровода: Испытание холостого хода также помогает выявить состояние насыщения сердечника и его намагничивающие характеристики при различных уровнях напряжения, обеспечивая работу сердечника в пределах расчётного диапазона.
2. Испытание под нагрузкой
Испытание под нагрузкой проводится путём подключения нагрузки к вторичной стороне трансформатора для оценки его производительности в реальных рабочих условиях. Испытание под нагрузкой может быть дополнительно разделено на испытание короткого замыкания и испытание на потери нагрузки. Основные причины включают:
Измерение потерь в меди (потерь нагрузки): Потери в трансформаторе под нагрузкой в основном вызваны током в обмотках, что приводит к потерям в меди. Испытание под нагрузкой позволяет точно измерить потери нагрузки трансформатора и оценить его энергоэффективность.
Оценка КПД трансформатора: Испытание под нагрузкой позволяет рассчитать КПД трансформатора при различных нагрузках, помогая понять энергетические потери и производительность в разных условиях.
Анализ характеристик регулирования напряжения: Испытание под нагрузкой также оценивает характеристики регулирования напряжения трансформатора, то есть изменение напряжения на вторичной стороне при переходе от холостого хода к полной нагрузке. Это критически важно для поддержания стабильности напряжения в энергосистеме.
Сопротивление короткого замыкания и падение напряжения: Испытание под нагрузкой измеряет сопротивление короткого замыкания и падение напряжения трансформатора, что помогает оценить его реакцию в аварийных ситуациях.
Испытание трансформатора в режиме холостого хода заключается в подаче номинального напряжения на одну из обмоток трансформатора при разомкнутых остальных обмотках. Измеряются потери холостого хода и ток холостого хода трансформатора. Ток холостого хода выражается в процентах от номинального тока.
1. Испытание холостого хода проводится для измерения потерь холостого хода и тока холостого хода при номинальном напряжении. Во время испытания сторона высокого напряжения разомкнута, к стороне низкого напряжения прикладывается напряжение, испытательное напряжение равно номинальному напряжению стороны низкого напряжения. Испытательное напряжение низкое, а испытательный ток составляет несколько тысячных или несколько сотых процента от номинального тока.
2. Выбор мощности источника питания для испытания трансформатора на холостой ход: обеспечить, чтобы искажение формы кривой напряжения источника не превышало 5%, а мощность холостого хода трансформатора должна быть менее 50% мощности источника питания; если для подачи напряжения используется регулятор напряжения, мощность холостого хода должна быть меньше мощности регулятора. При использовании генераторной установки для испытаний мощность холостого хода должна быть менее 25% мощности генератора.
Испытательное напряжение при испытании холостого хода равно номинальному напряжению стороны низкого напряжения, и испытание холостого хода трансформатора в основном измеряет потери холостого хода. Потери холостого хода в основном представляют собой потери в стали. Величину потерь в стали можно считать не зависящей от величины нагрузки, то есть потери в стали при любой нагрузке, такие же как и при холостом ходе, но это справедливо при номинальном напряжении. Если напряжение отклоняется от номинального значения, поскольку магнитная индукция в сердечнике трансформатора находится в зоне насыщения кривой намагничивания, потери холостого хода и ток холостого хода будут резко изменяться. Поэтому испытание холостого хода должно проводиться при номинальном напряжении.
Примечание: При измерении потерь холостого хода или нагрузочных потерь крупного трансформатора, поскольку коэффициент мощности очень низкий (cosφ может быть меньше или равен 0,1), необходимо использовать ваттметр с низким коэффициентом мощности.
3. С помощью испытания холостого хода можно выявить следующие дефекты трансформатора:
a. Плохая изоляция между листами электротехнической стали.
b. Частичное короткое замыкание и оплавление между стержнями сердечника и между листами.
c. Повреждение и короткое замыкание изоляционных деталей, таких как стяжные болты сердечника, стальные бандажи, прижимные плиты, верхние ярма.
d. Ослабление, смещение листов электротехнической стали в магнитопроводе, слишком большой зазор.
e. Многоточечное заземление сердечника, межвитковое или межслоевое короткое замыкание в обмотках, или разное число витков в параллельных ветвях, вызывающее разбаланс магнитодвижущих сил и т.д.
f. Ошибочное использование высокопотерьной некачественной электротехнической стали или ошибки в расчетах при проектировании.
Результаты пофазных измерений оцениваются по следующим принципам:
1) Поскольку магнитные цепи фаз ab и bc полностью симметричны, измеренные потери холостого хода P0ab и P0bc для фаз ab и bc должны быть равны, и отклонение, как правило, не должно превышать 3%.
2) Поскольку магнитная цепь фазы ac длиннее, чем магнитные цепи фаз ab или bc, потери, измеренные для фазы ac, должны быть больше, чем для фазы ab или bc (для трансформаторов 35 кВ и ниже обычно на 30–40%, для трансформаторов 110 кВ и выше обычно на 40–50%).
Пример 1: Трансформатор 90 МВА, 220/121/38.5 кВ, I0=0.23%.
Однофазные измерения: pab=41.3 кВт=pa+pb; pa=28 кВт; pc=2.35; pa=4.95; pb
pac=93.8 кВт=pa+pc; pb=13 кВт
pbc=79.1 кВт=pb+pa; pc=65 кВт
Анализ показал, что в первом витке (выводном конце) обмотки низкого напряжения фазы C имелось межпроводниковое короткое замыкание. Обмотка низкого напряжения была выполнена из 10 параллельных медных проводов сечением 2.3×10.5 мм, два провода во внешнем слое замкнулись, часть медных проводов расплавилась. Серьезная авария.
Пояснение:
1) Хотя межвитковое замыкание развилось до такой степени, что медный провод расплавился, ток холостого хода I0 значительно меньше проектного значения, а трехфазная несимметрия не является выраженной. 2) Межвитковое замыкание включает замыкания между проводниками, между витками и между слоями. По сравнению с ними, начальный циркулирующий ток между проводами является наименьшим (при условии одинакового переходного сопротивления в месте замыкания). Это показывает, что испытание потерь холостого хода является эффективным для обнаружения точки замыкания.
Пример 2: Данные холостого хода трансформатора следующие:
Возбуждение фазы ab, замыкание фазы bc, p0ab=44.6 кВт
Возбуждение фазы bc, замыкание фазы ac, p0bc=44.6 кВт
Возбуждение фазы ac, замыкание фазы ab, p0ac=55.2 кВт
В то время однофазные потери холостого хода были пересчитаны на трехфазные, что соответствовало заводским данным, и данные были признаны нормальными. После ввода в эксплуатацию происходит действие газовой защиты легкого действия.
Анализ соотношения потерь холостого хода по фазам: p0ac/p0ab=p0ac/p0bc=1.26, эти данные являются аномальными. Опыт показывает, что для трансформатора таких больших габаритов это соотношение должно быть нормальным, если оно превышает 1.4. После исключения проблем с обмотками и переключателем ответвлений было сделано предположение, что неисправность может быть в магнитопроводе фазы B, и нельзя исключить возможность частичных разрядов.
Результаты испытаний холостого хода при номинальном фазном напряжении следующие:
Возбуждение фазы bc, замыкание фазы ac, p0bc=37.6 кВт, подача напряжения в течение 20 минут без выделения газа, данные потерь не изменились;
Возбуждение фазы ac, замыкание фазы ab, p0ac=52.6 кВт, потери стабильны, газа нет, через 14 минут p0ac внезапно возрастает до 58.8 кВт, одновременно выделяется газ, и за 50 секунд объем газа достигает 600 мл;
Возбуждение фазы ab, замыкание фазы bc, p0ab=37.2 кВт, через 2 минуты p0ab внезапно возрастает до 42.6 кВт, и одновременно выделяется газ. Из приведенных испытаний видно, что когда магнитный поток проходит через фазу A, потери увеличиваются и выделяется газ. Для определения того, находится ли неисправность в фазе A, было повторено испытание холостого хода при возбуждении фазы bc и замыкании фазы ac. При достижении номинального напряжения и непрерывной работе в течение 30 минут потери p0ab остаются неизменными, и газ не выделяется.
Анализ:
1) Неисправность находится в магнитной цепи фазы A (включая верхний и нижний ярма между фазами AB);
2) Первоначально неисправность была в фазе B, теперь в фазе A, и она появляется и исчезает время от времени, что доказывает, что точка неисправности подвижна, и предполагается, что это металлический проводник.
После проверки была обнаружена оторванная прокладка нижнего ярма, и в конечном итоге найдена точка неисправности: под нижним хомутовым стержнем обмотки фаз AB находился кусок электротехнической стали, который закоротил ярмо на одну треть.
JYW6100 Измеритель коэффициента мощности трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой
Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
Ознакомьтесь с другими тестерами для трансформаторов/подстанций от Kingrun:
