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变压器联合运行损耗的公式推导及重大现实意义

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-03-22  来源:铁心视界  浏览次数:10155
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核心提示:1、公式推导对于三绕组电力变压器,高压绕组、中压绕组、低压绕组同时通过一定大小的电流时(电流的分配服从安匝平衡关系)所产
1、公式推导

对于三绕组电力变压器,高压绕组、中压绕组、低压绕组同时通过一定大小的电流时(电流的分配服从安匝平衡关系)所产生的总的负载损耗。

设三绕组电力变压器的额定容量为S,高压绕组、中压绕组、低压绕组的实际运行容量分别为S1、S2、S3(不妨设S3≤S2≤S1),基于较小实际运行容量的HV-MV、HV-LV、MV-LV的负载损耗分别为:PK12、PK13、PK23,基于额定容量S的HV-MV、HV-LV、MV-LV的负载损耗分别为PK12(100)、PK13(100)、PK23(100),假设高压绕组、中压绕组、低压绕组按各自实际运行容量运行时,所贡献的负载损耗分量分别为P1、P2、P3,变压器的联合运行损耗记为PK。则:


式(10)为求解三绕组电力变压器联合运行损耗的通用表达式。显然,在已知各绕组对实际运行容量及负载损耗情形下,联合运行损耗可以由此求解。


2、公式近似性说明

一般地,电力变压器的负载损耗主要由各绕组的直流电阻损耗、涡流损耗以及变压器内外部金属结构件的杂散损耗三大部分组成。

电力变压器各绕组的直流电阻损耗以及涡流损耗与实际运行容量的大小的平方成正比。然而,变压器内外部金属结构件的杂散损耗并不是由单个绕组分别产生的,而是由所有的载流绕组对共同建立的漏磁场共同产生的,其大小并不与某个绕组的实际运行容量的大小的平方成正比,加之导磁结构件磁滞损耗的影响,式(4)、(5) 、(6)具有了一定的近似性。

从而,计算联合运行损耗的公式(10)具有一定程度的近似性。然而上述联合运行损耗的公式计算是十分方便的,尽管其具有一定的近似性。通过大量3D 电磁仿真表明,由上述联合运行损耗的解析式所计算的三绕组变压器的联合运行损耗具有相当的精度,与仿真值的最大误差可控制在±5%以内。

3、联合运行损耗的重大意义

一般地,实际的三绕组电力变压器都是联合运行的,即高、中、低绕组往往同时流通电流,而极少有某个绕组处于空载的状态。因此,相比仅考核某对绕组的负载损耗,联合运行损耗的大小更能反映产品的实际能耗水平。

既然如此,为什么一直以来,三绕组电力变压器都只是考核某一绕组对的负载损耗呢?

这是因为,早期的三绕组电力变压器(高中低容量比100%/100%/50%)都是基于普通阻抗的,中低损耗、高低损耗较小,远小于高中损耗,在此情况下,任何工况下的联合运行损耗均小于高中损耗(见表1)。因此,考核高中损耗已经足够了。

但是,随着近十年来三绕组高阻抗电力变压器在国内电网的迅猛发展,这一情况发生了极大的变化。由于此时高低损耗、中低损耗此时往往较大(高漏磁特征),某些工况下的联合运行损耗可能远大于高中损耗(见表2)。因此,此时仅仅考核高中损耗已明显不合理了。




从表2可以看出,三绕组变压器的高中低绕组实际运行容量比为180/90/90MVA时,其联合运行损耗已达到638 kW,远大于高中绕组对损耗535 kW。

此外,对于三绕组高阻抗电力变压器来说,当仅以高中绕组对的负载损耗来考核评价时,油顶层及绕组温升的试验考核将也不再合理了。因为温升试验中施加的总损耗并未反映实际中可能出现的最大联合运行损耗。

基于以上分析,计算并考虑三绕组电力变压器的联合运行损耗,有着如下重大的现实意义:

(1)更能客观地反映变压器实际运行时的能耗水平;

(2)以联合运行损耗实施温升试验,更加符合实际工况,能发现产品潜在的温升缺陷问题。

那细心的读者可能会反驳:既然如此,这么多三绕组高阻抗电力变压器在工厂未按联合运行损耗实施温升试验,为何产品实际运行中也没有反馈过温升缺陷的相关质量问题呢?

原因其实很简单!因为绝大部分三绕组高阻抗电力变压器都是运行于电网中的,这些变压器一般带60%左右的负荷运行,且通常处于额定分接或附近。因此,在低负荷下、非最负分接运行时,三绕组高阻抗电力变压器的温升相关质量问题无法暴露。即,尽管事故发生的内因已经具备,但外因尚未形成。
 
 
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