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空載運行（變壓器繞組開(kāi)路的工作狀態(tài)）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-16

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空載運行

變壓器繞組開(kāi)路的工作狀態(tài)

空載運行（變壓器）是指變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開(kāi)路的工作狀態(tài)。此時(shí)，一次繞組中的電流稱(chēng)為變壓器的空載電流。空載電流產(chǎn)生空載磁場(chǎng)。在主磁場(chǎng)（即同時(shí)交聯(lián)一、二繞組的磁場(chǎng)）作用下，一、二次繞組中便感應出電動(dòng)勢。

基本信息

中文名	空載運行
外文名	no-load running
取決于	電源頻率和鐵芯材料磁滯回線(xiàn)面積
含義	變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開(kāi)路的工作狀態(tài)
應用	變壓器

基本介紹

變壓器空載運行時(shí)，雖然二次側沒(méi)有功率輸出，但一次側仍然從電網(wǎng)吸取一部分的有功功率，來(lái)補償因為磁通飽和，在鐵芯內引起的磁滯損耗和渦流損耗簡(jiǎn)稱(chēng)鐵耗。磁滯損耗的大小取決于電源的頻率和鐵芯材料磁滯回線(xiàn)的面積；渦流損耗與最大磁通密度和頻率的平方成正比。另外還存在空載電流引起的銅耗。對于不同容量的變壓器，空載電流和空載損耗的大小是不同的。

實(shí)用方法

根據數控機床主傳動(dòng)系統功率方程，建立了數控機床工步間空載運行時(shí)停機節能的理論決策模型。為解決理論模型求解困難的問(wèn)題，采用了一種通過(guò)建立測試數據表和進(jìn)行曲線(xiàn)擬合的方法，求得理論模型三個(gè)關(guān)鍵參數的實(shí)用計算公式，從而得到各機床的實(shí)用決策模型和實(shí)際運行方法。

能耗分析

數控機床相對于普通機床在工步間空載運行時(shí)有一個(gè)重要特點(diǎn)：[t3，t4]在數控加工程序中已確定，即空載時(shí)間T=t4-t3是確定的。從節能角度，不難想到：工步間機床空載運行時(shí)，采用停機處理，能否節能？顯然，如果工步間的空載時(shí)間T太短，停機處理是不能節能的。只有T足夠長(cháng)，采用工步間空載時(shí)間停機處理才能節能。如何決定T是一個(gè)復雜的決策問(wèn)題。

決策模型

建立了一種變頻數控機床主傳動(dòng)系統的功率方程，如果用P(ω)來(lái)表示數控機床主傳動(dòng)系統在某一轉速下電動(dòng)機無(wú)機械負載時(shí)的損耗功率(P(ω)=ΔP+P，其中，ΔP為變頻器功率損耗，P為電動(dòng)機的空載功率)，而不管其具體構成，式中，P為數控機床主傳動(dòng)系統總輸入功率；b為電動(dòng)機的載荷系數；α為機床主傳動(dòng)系統的載荷損耗系數；P為切削功率；M為機床主傳動(dòng)系統等效到電動(dòng)機軸的等效非載荷庫侖摩擦力矩；ω為電動(dòng)機輸出軸的角速度；B為機床主傳動(dòng)系統等效到電動(dòng)機軸的等效黏性阻尼系數；J為機床主傳動(dòng)系統的轉動(dòng)慣量系數；t為時(shí)間變量。

由于啟動(dòng)瞬間電動(dòng)機電磁場(chǎng)突變的特殊性，因此P(ω)不僅與ω有關(guān)，而且在啟動(dòng)瞬間有突變。由于這種突變過(guò)程是時(shí)間的瞬間變化過(guò)程，因此P(ω)可以表示為P(ω，t)。

模型的建立

停機節能理論決策模型中，空載時(shí)間T是數控程序中的已知數，K是根據實(shí)際情況事先給定的一個(gè)常數。為求解P、E和T，提出了一種通過(guò)建立測試數據表得到擬合曲線(xiàn)公式的快速和較準確的處理方法。

運行步驟

根據數據編程中的工步間空載運行時(shí)間T、前一工步結束時(shí)刻t、后一工步的開(kāi)始時(shí)間t+1和轉速n，進(jìn)行決策，若應進(jìn)行停機，則在數控程序中編入在t時(shí)刻停機的代碼，在t+1-T時(shí)刻開(kāi)始啟動(dòng)，就會(huì )自然產(chǎn)生停機節能效果。操作過(guò)程簡(jiǎn)單方便。

運行試驗方法

隨行著(zhù)高電壓大容量變壓器的日益增多，空載運試驗作為檢驗鐵心磁路設計、制造是否可靠的試驗項目越來(lái)越多地受到用戶(hù)重視。在GB/T6451—2008《油浸電力變壓器技術(shù)參數和要求》的附錄A中明確要求進(jìn)行12h，1.1倍額定電壓的空載運行試驗，試驗后油中應無(wú)乙炔，總烴含量無(wú)明顯變化，無(wú)明顯局部放電的聲、電信號。

大多數500kV及以上等級變壓器合同中都明確要求進(jìn)行12h或長(cháng)時(shí)間空載運行試驗。進(jìn)行空載運行試驗將占用大量的試驗時(shí)間和試驗場(chǎng)地，而且大型變壓器的空載運行必須使用大容量發(fā)電機組，要消耗大量的能源。因此，開(kāi)展對兩臺同型號、同規格的變壓器并聯(lián)進(jìn)行空載運行以縮短試驗時(shí)間的研究具有重大的現實(shí)意義。

理論分析

變壓器的空載運行試驗通常從低壓側施加額定頻率的正弦波額定電壓，高壓（或其他）繞組開(kāi)路，中性點(diǎn)（如果引出）接地。在此條件下測量變壓器電壓、電流和損耗，記錄油溫，并在試驗結束后進(jìn)行油色譜分析。

空載運行試驗電源的選擇：

空載運行試驗電源的容量一般由變壓器空載電流決定。計算

S=0.01iS

式中S——由空載電流計算出的空載試驗容量；

i——變壓器的空載電流，%；

S——被試變壓器額定容量，kV·A。

對小容量變壓器取i=2%，則空載試驗電源的容量S=0.01i0，S=0.02SkV·A

對大容量變壓器取i=1%，則空載試驗電源的容量為0.01SkV·A。

在GB1094·1標準中要求空載試驗時(shí)平均值電壓表（方均根值刻度）的讀數U′，和方均根值電壓表的讀數U，兩塊表的讀數之差要<3%。按照此要求，試驗電源容量要遠遠大于由S=0.01iS算出的容量。根據經(jīng)驗，空載試驗電源的容量取（0.05～0.10）SkV·A，可以保證波形系數滿(mǎn)足要求，較小系數適用于大容量變壓器，較大系數適用于中等容量變壓器。大型變壓器的空載運行試驗通常使用≥5000kV·A的發(fā)電機組。

方法與線(xiàn)路

長(cháng)時(shí)間空載運行試驗是為了檢查鐵心磁路設計和制造是否可靠，并通過(guò)試驗后變壓器油的色譜分析發(fā)現有無(wú)局部缺陷。所以在試驗設備容量允許并保證試驗安全的條件下，只要滿(mǎn)足試驗要求，可以將兩臺變壓器并聯(lián)同時(shí)進(jìn)行長(cháng)時(shí)間運行試驗。

對于兩臺單相變壓器，如果額定電壓相同就可以將兩臺變壓器的低壓繞組并聯(lián)，高壓繞組開(kāi)路，中性點(diǎn)接地，同時(shí)進(jìn)行空載運行試驗。此時(shí)施加的電壓與單臺變壓器的額定電壓相同，測量的空載損耗是兩臺鐵心產(chǎn)生損耗的代數和（空載損耗為標量），測得的電流是兩臺產(chǎn)品空載電流的矢量和（空載電流是矢量）。

兩臺單相變壓器，當規格型號完全相同時(shí)，理論上兩臺產(chǎn)品的鐵心勵磁阻抗也完全一致，即Z=Z。但在實(shí)際制造過(guò)程中，由于制造和原材料的差異等原因，兩臺產(chǎn)品的鐵心不可能完全一致，也就是兩臺產(chǎn)品的勵磁阻抗不會(huì )完全相等，造成兩臺產(chǎn)品高壓端電壓的相位存在微小的差別，所以在兩臺產(chǎn)品并聯(lián)運行時(shí)，高壓端仍然需要保持一定的絕緣距離。

經(jīng)濟效益

采用兩臺產(chǎn)品并聯(lián)進(jìn)行空載運行試驗，將兩臺產(chǎn)品的試驗時(shí)間縮短為一臺產(chǎn)品的試驗時(shí)間，不僅降低了試驗人員的勞動(dòng)強度，并且提高了試驗效率，降低了試驗成本，縮短了產(chǎn)品的制造和試驗周期。

如果能夠有60臺變壓器的空載運行試驗采用這種試驗方式，那么可以節省30臺產(chǎn)品的試驗時(shí)間，以每臺節約試驗時(shí)間12h計算，30臺可節約30天的時(shí)間，相當于在不增加試驗人員、試驗設備和試驗場(chǎng)地的情況下，可以多增加一個(gè)月的試驗時(shí)間，同時(shí)減少了大容量機組一個(gè)月的大負荷使用時(shí)間，可見(jiàn)該方法的經(jīng)濟效益非常可觀(guān)。

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