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          三相三柱式配電變壓器負載特性對其空載損耗在線檢測的影響

          空載損耗是變壓器的重要參數之一,合肥工業大學電氣與自動化工程學院、國網安徽電力培訓中心的研究人員鄒明繼、吳琦、馬璐瑤、鮑曉華,在2019年《電工技術學報》增刊2上撰文,針對三相三柱式小容量配電變壓器,提出一種在線檢測其空載損耗的方法,推導出空載損耗的精確計算公式,并建立空載損耗計算數學模型。該研究為變壓器額定容量的在線檢測提供了參考依據。

          隨著我國經濟的發展,用電量增大,用戶對供電可靠性要求也不斷提高,變壓器作為電力系統中重要的輸配電設備,尤其是35kV及以下電壓等級的配電變壓器(簡稱“配變”)分布范圍廣、數量大,這部分配變直接面對終端用戶,其性能參數直接影響著電網的安全、可靠和經濟運行。

          空載損耗和短路損耗是變壓器的重要性能參數,一方面反映變壓器在運行中的效率,另一方面又直接影響到變壓器的其他重要參數,此外,空載損耗的在線檢測還可以作為判斷配電變壓器額定容量的重要依據,可以有效解決實際運行中可能出現的銘牌丟失、銘牌容量與實際不符(一般是銘牌容量小于變壓器真實容量)等問題。因此變壓器空載損耗的檢測以及額定容量的確定對供電公司具有重大意義。

          目前電力系統主要是在離線狀態下通過空載試驗和短路試驗來測量空載損耗和短路損耗,對新入網的變壓器可較為方便地進行測量,但對于掛網運行的變壓器,把運行中的變壓器拆下來進行試驗,既浪費了大量的人力物力,又影響供電的連續性,存在很大弊端。

          變壓器的空載損耗大小受很多因素影響,包括自身設計結構、鐵芯材料、繞組類型等,然而對于一臺已經出廠并投放運行的配電變壓器,通常認為其空載損耗為定值并且可以通過一定的方法測量。

          有學者提出了一種在線測量并計算空載損耗和負載損耗的方法,根據等效電路推導出了空載損耗和短路損耗計算公式,但沒有進行誤差分析,無法保證計算的準確性。有學者將所測的數據進行擬合,雖然提高了準確度并開發了一套變壓器損耗在線監測系統,但依然是圍繞等效電路建立電氣方程來計算損耗,而且沒有考慮負載特性對空載損耗的影響。

          鑒于此,合肥工業大學電氣與自動化工程學院、國網安徽電力培訓中心的研究人員,針對電力系統中常見的三相三柱式小容量配電變壓器,基于“黑匣子”理論提出一種變壓器空載損耗在線檢測新方法。

          在現場不斷電的情況下采集變壓器電壓和電流數據,建立空載損耗關于二次側負載電流的數學模型,進行多項式擬合,找到最優解,然后通過分析變壓器鐵心中的磁場分布,分別計算出渦流損耗、磁滯損耗以及額外附加損耗,驗證了擬合方程的可行性和精確性;最后分析了配電變壓器負載特性對其空載損耗的計算誤差影響,并結合理論推導進行了諧波分析,再次驗證了擬合公式的正確性。

          研究人員就所做的工作得出以下結論:

          1)相比于傳統的離線測量方法,所提出的變壓器空載損耗在線檢測方法大大簡化了配電變壓器的測量過程,降低了測量成本,并且精度也得到了保障。同時為變壓器額定容量的在線檢測提供了思路。

          2)利用有限元仿真,通過場計算的方法計算出不同容量變壓器的空載損耗,取其有效值,結果與數據擬合的結果相吻合,證明了該擬合方法結果上的正確性。

          3)考慮到配電變壓器運行過程中的過負荷情況,研究人員討論了負載特性對空載損耗在線測量的影響,并通過對空載損耗的諧波分析,得出的結果與理論一致,驗證了所建立數學模型與擬合多項式理論上的合理性與可行性。

          以上研究成果發表在2019年《電工技術學報》增刊2,論文標題為“三相三柱式配電變壓器負載特性對其空載損耗在線檢測的影響”,作者為鄒明繼、吳琦、馬璐瑤、鮑曉華。


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