剩磁对变压器试验中的一些影响

, 剩磁对变庄器试验中的一些影响 朱世英 �保定变压器厂� 剩磁现象的客观存在直接影响着某些试验项目 , 如电压比试验 、 大型变压器直流电阻测量 、 空载试验 等。 本文还叙述了在进行上述试验时克服剩磁影响的措施和方法 。 叙词 � 变压器 剩磁 测且误差 一、 问题的提出 在大型变压器的某些试验 中 , 例 如 电 压 比、 直流电阻测量及空载试验 , 有时会出现一 些异常现象 , 如果不仔细产生 异 常 的 原 因 , 可能会做出错误的判断 。 因此 , 无论是出 厂试验或是用户对产品进行验收性的试验 , 都 要特别注意所试产品铁心内存有剩磁的影响 。 剩磁对试验数据会产生不 同程度的影响 , 这是 个有待于考虑的间题 。 二 、 剩磁的产生 一台产品 , 从铁心半成品到成品的试验 , 无非是对产沉�进行绝缘试验和电气 性 能 的 测 量 。 在诸多项 目的电气性能测量中 , 不是对试 品施加直流电压就是施加交流电压 。 如果在铁 心绕组中改变交变电流幅值的大小 , 那么交变 磁化力� 的幅值� � 也 随 着 改 变 , 对 应 不 同 的 � � 值 , 可相应的得到一系列磁滞 回 线 。 我 们所使用的高磁导率的电工钢片都 是 软磁 材 料 , 它的特点就是容易磁化 , 磁滞损耗小 。 但 是 , 撤去外磁场后 , 磁性大部分消失 , 反映在 直流磁滞回线上是较低的剩磁磁通密度�� 和较 小的矫顽磁力� 。 , 磁滞回线窄而陡 , 回线包围 的面积较小 , 如图 � 所示。 从磁豁回线看出上升磁化曲线与下降磁化 曲线不重合 , 下降时 , 磁感应强度�的变 化 总 是滞后于磁场强度� 的变化 。 当 � 下 降 到 零 时 , �下降到� � , 这种现象称为磁滞 , � � 称 为 剩余磁感应强度 。 铁磁材料的磁化过程是不可 逆的。 磁滞现象的产生是由于铁磁材料中的磁 畴在外磁场作用下 , 发生扩大和倒转时 , 彼此 之间产生 “摩擦” , 由于这种摩擦的存在 , 当 外磁场停止作用后 , 磁畴与外磁场方向一致的 排列被保留下来 � 不能恢复原状 , 因此形成了 磁滞现象 。 由于有磁滞现象 , 则有剩磁产生的 可能。 铁磁材料在交变磁场中磁化时 , 由于有 涡流存在 , 使磁特性曲线的形状发生畸变。 理 论上这时曲线的形状介于磁滞回线与 椭 圆 之 间 , 如图 � 所示 。 如果只存在涡流 , 曲线形状为一椭圆 , 如 果只有磁滞 , 曲线形状则为一对称磁滞回线 。 实际上 , 在交流磁化下 , 磁滞和涡流都是存在 的 , 因此在这种情况下的曲线介于以上两者之 间。 三相变压器的空载合闸试验操作时 , 不可 能同时建立最佳合闸状态 , 如果单 独 一 相 合 闸 , 也要影响到其它两相铁心柱的磁通分布 。 当变压器合闸到线路上时 , 王相心式变压器铁 心只有一相心柱 �合闸时电压通过零值的那相 图 � �习 � 一 � � 一 呈现 出严重饱和现象 , 大的合闸电流只 出现在一相内。 理论上 , 三相电流找不到一个 同时过零的瞬间。 变压器空载合闸瞬时所出现 的起始电流值实际上取决于合闸瞬时的电压波 形的相位 , 但有时也取决于变压器上次分闸后 铁心中剩磁大小和极性 。 因此 , 要消除三相合 闸的冲击电流是不可能的。 当切断三相变压器 的空载状态时 , 同样找不到三相电流同时过零 的瞬间 , 这样 , 在铁心中将流下了剩磁 。 剩磁的测量比较麻烦 , 但变压器在额定电 压运行时 , 剩磁的大小与方向取决于前一次运 行中关断时最后半波的方向。 �� 与铁磁材料运 行的最大磁通小� 以及该变压器铁心装配时 的 工艺精度等因素有关 。 一般电力变压器在设计 时最大磁通基本上接近饱和点 , 即使电网电压 有波动 , 但也接近全电压运行 , 因此可 以认为 � �仅与铁磁材料有关 。 在不同的电压下关断施加于绕组上的电压 时有发生 , 如在空载试验时 , 控制发电机输出 电压的励磁变阻器调到最低位置 , 由于发电机 也存有剩磁 , 经过中间试验变压器与试品相接 , 切断电压时也不可 能 为 零 。 这样 就 会 形 成 带电切断电源 , 剩磁的 产 生 也 就 不 可 避 免 了。 电阻侧量时使用的是直流电流 。 为了加快 大型变压器低电阻值测量的速度 , 采用串加电 阻 �在测量 电路中� 或加大直流电流的方法抵 消电感的影响。 切除电流拉闸时常在电流不为 零值的情况下 , 剩磁也就产生了。 三 、 剩磁对 电压 比测量的影响 电压 比试验是各种类型变压器 的 首 项 试 验 , 国标� � �� �� � �一�� 中规定 , 主分接 上 的 空载电压 比的允许偏差取下列二值 中 的较 小 者 � � 士� � �� , � 额定电流下实际阻抗 电 压 的土 �� � 。 其它分接上的空载电压 比的允许偏 差由制造厂与使用部门商定 。 在进行电压 比的测量时大都使用夕�一� � 、 �� �一 �、 � �� 、 �� � �等类型的电压比 电桥 , 他们的工作电压都比较低 , 施加于一次绕组的 电流也比较小 , 在铁心 中产生的工作 磁 通 很 低 , 有时可能抵消不了剩磁的影响 , 造成测得 电压 比偏差超过允许范围。 遇到这种情况 , 采 用双电压法 。 在测量仪表保证精 度 的前 提 下 , 由于施加于绕组上的电压较高 , 能够克服 铁心中的剩磁影响 , 可以达到预期 的测 量 结 果。 四 、 剩磁对大型变压器直流电阻测贵的影 响及采取的措施 变压器的绕组有铁心时 , 磁通和电流不成 正比 。 因而 电感 �不是常数 , 而是电流 � �或磁 链梦� � 的函数 。 有铁心的绕组是一个非线性电 感 , ‘它除与绕组尺寸有关外 , 与在其中产生磁 通的材料的磁导率林成正比 , 与绕组匝数� 的 平方成正比 。 � 二 卜� “� � � 式中 协一绕组铁心所用材料的磁导率 , � �� � � �一铁心截面积 , � � , � �一铁心 中线长度 , � � 多 � 一绕组匝数 , � 一绕组电感 , � 。 变压器直流电阻测量的电路中 , 绕组本身 的电阻值很小 , 电感值是上面的一个数值 。 电 路从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态所经 过的电磁过程称之为电路中的过渡过程 。 电路 中过渡过程的产生主要是由于接通、 断开时电 动势的骤然改变或参数的骤然改变等 , 这些改 变称为换路 。 电路和其周围的电磁场是不可分 割的 , 电路中电压电源的建立或其 量 值 的 改 变 , 必然伴随着其周围电磁场的建立或场强量 值的改变 , ·因而有电磁场能量的改变及其它形 式能量的转换。 有电感 的电路中电磁能表现为 磁场能量 � � � �� 含� �� 名 丫 � � 梦� � �� �’� � � � 梦犷� �� 严格地说 , 这种过程只能是连续变动的 , 故电 感中的磁链和电流一般不可能跃变 , 也就是说 不能从一个值骤然地变到另一个值 。 用乒降法测量带有较大电感的变 压 器 直 流电阻 , 通常的接 线 如 图 �所 示 。 � 、 � 是 一 �� 一 二个正常数 �� 、 七表示变压器一个绕组 的电 阻和电感� 。 电源供给电动势� � � �� , 电路中电 流 �二 � �� , �为时间变量 。 电流�的一阶线性 方 程为 � 终与全成正比 �� � 二 �哀� , 它自。增大 到 � 。 如 图 � 所示 , 即 � � � � � � � �— 十 一 � , 一� � � 一� � 七 七 � � 二 � 〔卜 � � � �一普� �〕 �� � � 一 � � � � �一鲁�� �� �� � � 若今李 � 。� ’ � 则式 � � � 为线性齐次方程 � � � � � , � 。 一二甲� � 十 � 二一 � 一 �� � 七 � � � 式 � � � 的通解� � � 。 军 � � , 厂 � , , 、 。 、 �� � 勺 �� � � 火一 弓一布一 � � � , 勺 �二芍�� 幻 式中� �为任意常数 。 用所谓 《常数变易法》求式 � � � 的非齐 次方程的 一个特解 , 得 � �,。 一令� ·� � ‘一令‘, � 。 十 一二二‘� � � � 当�。 二 �时 , � 。 , � � , � � 、 、� 一节尸� � � 一 � � � 气一 一节 , � � � 戈� �入 七 ,� 二 � � � , 为 � �电路的时间 常数 。 规 定 � 为电压电源 已经变化了总变化量 的� � � � � 时 所经过的时间。 � 愈小 , 电感绕组所能储 存 的 磁场能量愈小 , 过渡过程进 行 得 愈 快 , � 愈 大 , 在一定的电源电压下 , 电流的稳 定值 愈 小 , 所需建立的磁场能量也愈小 , 促使过渡过 程加快 。 在 � 联结的低压绕组中 , 测业线电阻的接 线图如图 � 所示 。 三角联结的电阻 测 量 电路 中 , 电流的过渡过程是一个比较复杂的稳定过 程 。 因为电流 �在�联结中被分成 �,和��两路 , 这 两路电感相差较大 , 由于电感的影响 , 电路中 电流稳定时间很长。 因此 , 在实践中人们总是 力图消除 电 感 的影响 , 出现了不少快速测量 电阻的线路和方法 。 利用铁磁材料的特性 , 按磁感应强度� 和 磁场强度� 的比值画出滋导率协随� 变化 的 曲 线 , 如图 � 所示 。 开始卜迅速地 随磁场 强 度� 当 �增大 , 。� � �一尽 � � 很快地 减小 , 经 过司 ’ 户 同 � 、”� � 、 � 一 产 ‘“ 夕 、� ’” ’ ‘ 一 一 一段时间电流就趋于稳定 , 即 � �� 里。� 则变压器绕组的直流电阻� � �� � �。 � � 。时 , �。二 。 , 电阻上没有电压 , 而电感 两端的电压 � � � � , 稳定后 , � � � 。, 则 � �自� 到。按指数规律连续减小 。 电阻两端电 压� � 始 � � � � � � � � � � 今一月,卜 图 � � 勺���� 二》一 二 坚二 图 � 一 � � � 增大而增大 , 达到极 大值 卜� �� 之后 开 始减 小 , 随着磁性的饱和林值大为下降 , 直到相 对 磁导率林, 接近于 � 。 这里林 � 林�拼。 , 林。 � � 二 汉 � � 一 , � � � 。 磁性饱和的程度越大 , 相对磁导率 人下降得越厉害 , 林的降低继而电感� 的 影 响 越小 。 在测量大型变压器的低压� 结的线电阻时 , 为了消除电感的影响而采用加大直流电流和与 高压绕组串接起来的办法 , 就是利用高压侧通 以一定电流容易饱和 , 如图 � 所示。 在这里 , 裘� 不之� � 、 嘿拌浮以北仁⋯电流� �州 各�夕 � 个 � �一 一 � � 一 �宁 二罗 几 � � 一 �� � 矛�迄一一到一一二止生土兰一匕二二一兰土止‘�势。 , 。, , � 、 � � 百� 下 � � 主 � , � 了 � 止 � 班乙 气幽 � � , � 一一 �宁 ‘ �� 一 �� 一 �宁一 � �� 一 � �一一一一上止一匕一卫一生二二七土 】她。 , 撇 � ‘ 、 �� � � � � �二 � � 五 �� � �‘ � � � 对。 、”端翻‘ � , � 一— � 一 � � � 占 吸一 一 � 一 一 二 — ‘ � � �� � � � 】 】 � � � 】 � �擎骊亚亘亘压亘亘�鑫, , 翻 � � � � � � � � � 丫 � � � � � � � , �口 、“翻‘口 � 甲 二一 �宁 — �一 � �十一 �� 一 �� 一一 � �反向 � � � � � � � � � � � � �一下万丁下一万万了一不丁了一一一护一丁下产一丁一份一 �一�—�� � 〔映侧 �� 于几 �一 子 � � � � � � � 一 � � � � ‘r认 。 、 : , 1 2 1 2 一 一 一 l ~ ‘。“产 一 『 一 二一了二二仁一一了一了了厂下「了了一一一卞一丁叶一份一行一2今3气侠硼 1 0 1+ 于i 卜二1 1 0 1 + 1 } 一 I } R Te b ) J } z , 2 , 一 J一 ‘丫一尸下二厂叮一下一育一下一丁一育一一川一一一兮一- 一4令 5(换聊 1 0 卜共1 1+ 二 1 1 0 } 一 I j + 1 1 R l食反 向eb) } 1 2 } 2 一 一 l 一 l 一‘—一不一下尸一i一一7 一下一一一一份一厂一份一-一一弓一, 户, ‘—一J, 4 (换 卜止 卜 止 } _ 了 }+ 生 }二 I } _ 兰_}。 l恻 片 自 、 1 2 1 2 1 一 l 久 l ’ 石一 1 0 1 } ‘ 二~ ~ 艺 , 卜—卜一一一匕二洲匕二一匕二卫一立一 ,4 , 3(换 测l+ 1 1一 三 I一上 f+ 三1 1一 1 1一 上 l 上T翩r卜、一 212!又 1 .丫 l q 】3 0 1孟二‘‘召益‘~ ‘~ . ~ ~一‘一 匕一动_ 一 , 。 图 6 设高压的相电阻 及 d结内低压的相电阻是十分 平衡旦的。 将各绕组中的电流变化情 况 列 于表 图 7 a一测R ac, b一测R ba; e一测R 。b 从表 1可看出各绕组中的电流变换量。 当 改变测量线路时 , 1 , 2 , 2 , 3或4一, 5 时电流变换 量的绝对值之和为 5 倍的电流 I , 而 1一叹 , 4 , 、 3 电流变换量绝对值之和为3合倍的电流I。 这 样 , 采用下面的顺序进行测量电阻便可相应缩 短测试时间 , 也是相应减少剩磁的一种方法 。 见图 8 , 顺序为: 测R a。 , 开关K置于 (I、 I 产) 位置; 测R ba , 开关K 置于 江、 亚, ) 位 置 (电源 更换极性) ; 测R b。 , 开关K 再置于 (I、 I , ) 位 置 (电 源极性恢复到测R ac 时的极性) 。 五 、 剩磁对空载测盆的影响 一台大型变压器的空载试验是生产过程及 成品试验多次进行的电气性能试验项目 , 主要 目的是检测铁心的磁滞损耗、 涡流损耗的值以 及空载电流值是否符合设计要求。 从空载测量 数据中可看出铁心的磁路分配以及变压器绕组 的状况 , 也是对产品是否经受住了感应耐压绝 缘试验的考验。 一 24 在一般情况下 , 铁心中的剩磁对额定电压 下的空载损耗的测量不会带来较大的影响。 主 要是由于在额定电压下 , 空载电流所产生的磁 丫 通能够克服剩磁的作川 , 使铁心 !1一 ,的剩磁通随 外施空载电流的励磁方向而进入正常的运行状 况 。 但是 , 在三相五柱的大型产品进行零序阻 抗测员之后 , 由于零序磁通可由旁 扼 构 成 回 路 , 其零序阻抗都比较大 , 与正序阻抗近似。 在结束零序阻抗试验后 , 其铁心中会留有少量 磁通即剩磁 , 若此时进行空载测量 , 在加压的 开始阶段三相瓦特表及电流表会出 现 异 常 指 示 。 遇到这种情况 , 施加电压可多持续一段时 间 , 待电流及瓦特表指示恢复正常再读数 。 图8 变 压 器 线 圈 吊 装 工 具 的 改 进 张宝忠 (北京变压器厂 ) 变压器在器身装配过程中 , 首先要拆卸上铁扼 , 然后用吊钩吊起线圈套装在铁心柱上 。 我厂过去在中 小型变压器线圈套装时 , 一直采用老式吊钩 。 老式吊钩在使用过程中存在不少 缺 陷。 如 用 吊 钩需用铁横梁并用绳子绑紧 , 笨重又麻烦 , 如用尼龙 但多了二个活动环及环固定架 , 绳索与钢 环 为360。 对穿。 改进后线圈吊装工具操作容易 , 使用方便 , 提高 了器身装配的质量 。 绳 , 易使线匝绝缘损伤甚至产生线 圈脱落事故。 为此 , 改进了以上两种吊装工 具 , 如图l所示。图la 适用于50 众V A 及 以下的小型变压器线圈套装 , 吊 钩上焊二个钢环固定架 , 其上有 协8 圆钢弯成的活动环 , 吊 钩 上 端 焊 二内径为协25 的固定环 , 一根叻12 的尼龙绳 , 绳索二头与钢环对穿 , 吊钩钩上线圈后抽紧绳 索 即 可 起 吊。 应该注意 , 吊钩高度不要超过 线圈高度 , 以防脱钩。 图丈b适用于S000kV A 的中型变 压器线圈套装 , 结构原理 同图1a , 广声袂、 卜勺定丁}: , 洁动环夕夕夕夕夕夕 JJJJJ {{{{{ 图‘1 改进后的变压器线圈吊装工具 a一适用于小型变压器 , b 一适用于中型变压器 2 5