矿用变流干式变压器温升试验等效电流值的计算方法.docx

矿用变流干式变压器温升试验等效电流值的计算方法谢添( 中国煤炭科工集团 上海研究院，上海 201401)摘 要:为对变流干式变压器的新产品进行检测，判断其温升试验的要求，按标准 IEC61378-1 IEC: 2011( E)和 IEC 61378-2 IEC: 2001( E) 提供的相关检验依据，具体讨论星角联结的干式整流变压器等效电流的计算方法。简要叙述了矿用变流干式变压器总运行负载损耗的组成、谐波对负载损耗的影响，介绍了矿用变流干式变压器温升试验等效电流的计算方法和实例。关键词:变流干式变压器; 等效电流; 谐波; 总运行负载损耗; 涡流损耗; 杂散损耗中图分类号: TM412文献标识码: A文章编号: 1001 0874( 2014) 04 0065 03Calculation of Equivalent Current on Temperature ise Testfor Mine Converter Dry Type TransformerXie Tian( Shanghai esearch Institute of CCTEG，Shanghai 201401，China)In order to solve the test and judge the requirements of temperature rise test for new productsAbstract:ofconverter dry type transformer，according to the relevant test standards provided by IEC61378-1 IEC: 2011( E)and IEC 61378-2 IEC: 2001( E) Discusses the calculation methods for dry type rectifier transformer equivalentcurrent of star corner link，and describes the composition and the effect of harmonics current of total service loadingloss of mine converter dry type transformer Introduces the calculation method and example of equivalent current on temperature rise test for mine converter dry type transformerKeywords:current loss;converter dry type transformer;stray losscurrent; harmonic; total operation loading loss; eddyequivalent0引言1涡流损耗和杂散耗计算随着高压变频器在煤矿井下的运用越来越广 泛，与之配套变流干式变压器中，有一种变压器的一 次侧为一个联结成 Y 或 D 的三相绕组，二次侧为两 个分别联结成 y 和 d 的二次绕组( 星角联结) ，这两 个二次绕组的同名端线电压之间的相位移为 30， 脉波数为 12; 另一种延边三角形联结方式的变流变 压器，其脉波数有 18、24、36 等几种。在矿用变压器 中，此类变流干式变压器属于新产品，现尚无相关的 行业标准明确规定其试验要求和试验方法，需要借 鉴其他同类变流变压器产品的标准。本文根据标准图 1 为标准 IEC 61378-1 IEC: 2011( E) 中规定的一种变流变压器负载试验要求，而矿业变流干 式变压器电气结构与之相似，一次侧为 Y 或 D 的三 相绕组，二次侧有两个分别联结成 y 和 d 的二次绕组，脉波数为 12，其规定了负载试验需要短接的端 子为 1、3、5 和 2、4、6，即两个绕组同时短接，并规定了总运行负载损耗为 Pc ; 延边三角形联结方式的变流变压器，因其脉波数未在 IEC 标准规定范围内，故其总运行负载损耗的认定还有待商榷。总运行负载损耗主要包括电阻损耗、涡流损耗 和杂散损耗等，其中涡流损耗和杂散损耗测量和计算较为困难。对于矿用普通干式变压器，通常情况 依据经验值，将其考虑在负载损耗内，在试验时不再IEC 61378-1IEC: 2011 ( E )和 IEC61378-2IEC: 2001( E) 提供的相关检验依据，具体讨论了星角联结的干式整流变压器等效电流计算方法。煤矿机电662014 年第 4 期运行时图 1 12 脉波变流变压器总运行负载损耗单独做测量。但在与变频器配套使用时，不同的频率状态下，电流谐波和施加的频率对变流干式变压 器的绕组涡流损耗及结构件的杂散损耗影响较大， 这两种损耗在总运行负载损耗中所占比例较大，故 涡流损耗和杂散耗计算显得尤为重要，不可忽略。n1 /2( I2 )( 4)ILN=vv = 1nnk22k20 8WEv hv ，= v hv( 5)( 6)F=FSEv = 1v = 1kv = Iv / I1 ， hv = fv / f1式中，FWE 为绕组中涡流损耗因数; FSE 为结构件中杂散损耗因数。从以上公式可看出，各谐波分量在变流变压器 中对负载损耗，尤其是附加杂散损耗所产生的影响。标准 IEC 61378-1 IEC: 2011( E) 中的第 7 6 3 条规定了变流变压器温升试验时等效电流值的计算公 式:61378-2IEC: 2001 ( E )标 准 IEC中 的 第10 3 2条 规 定，变流变压器的涡流损耗 PWE1 、杂 散损耗 PSE1 均与电流的平方成正比，而绕组涡流损耗PWE1 正比于频率的 2 次方，结构件的杂散损耗 PSE1正比于频率的 0 8 次方，在额定频率和非额定频率下的负载损耗分别为式( 1) 和式( 2) :2( 1)P1 = PI1 + PWE1 + PSE1I20 5= I1 (WN ( W + C ) + ( FWE PWE1 )2220 8Pm = Im + () ()PWE1 + () ()ImfmImf2IeqmPSE1I1 ( W + PC )2+ PWE1IfIf1111该公式可等同为以下公式:( 2)式中，f1 ，fm 为测量负载损耗的两个频 率; I1 ，Im 为 对 应于 f1 和 fm 的电流; P1 ，Pm 为对应于 f1 和 fm 的负载 损耗; 为绕组直流电阻。按式( 1) 、式( 2) 对变流变压器进行两次不同频 率的负载损耗测量，就可求出变流变压器的涡流损 耗 PWE1 和杂散损耗 PSE1 ，其 P1 ，Pm 为负载试验中的 Pc ，I1 ，Im 和 均能测量。损耗与温度有很大关系， P1 和 Pm 都应折算到参考温度下。标准 IEC 61378-2 IEC: 2001 ( E) 中的第 7 4条提供了一种试验方法: 第一次测量在额定频率下 进行，按图 1 的要求，二次侧两个绕组同时短接，一 次侧施加额定电流; 第二次测量在 150 Hz 或以上频 率下进行，一次侧施加 10% 50% 的额定电流，二 次侧仍同时短接。1 /2Ieq= I1 ( PN / P1 )( 7)由于 P1 和 PN 均已求出，则等效电流 Ieq 也便可求出，变流变压器温升试验 ( 短 路 温 升) 时，在 一 次测施加的电流值即为 Ieq 。3计算实例以 KBZSGZY-2500 /10 /2 1 905 型矿用整流干式变压器为例，具体介绍其温升试验等效电流值的 计算方法。3 1基本参数额定容量: 2 500 kVA一次侧额定电压: 10 kV 二次侧额定电压: 2 1 905 kV 一次侧额定电流: 144 3 A 二次侧额定电压: 2 378 8 A2温升试验等效电流值计算联接组号:Dy11d0在求出涡流损耗 PWE1 和杂散损耗 PSE1 后，根据电流谐波波谱，可将所有频率下的负载损耗进行求 和，即可得出总运行负载损耗 PN :短路阻抗: 8%绝缘等级: C 级145 时负载损耗保证值: 13 kW( 设计值) ，折 算至 170 时负载损耗保证值: 13 855 kW2( 3)PN= ILN + PWE1 FWE + PSE1 FSE联结 代号变压器联结阀联结脉波 数换相 组数变压器损耗试验时 短接的端子变流器绕组 总损耗网侧阀侧pqABC121231-3-52-4-51-3-52-4-6PC煤矿机电2014 年第 4 期67容差: 保证值的 + 15%最大电流谐波如表 1 ( 最大电流谐波取自高压 变频器规定电流谐波限值) ，绕组电阻及负载试验 测量值列于表 2。计算 50 Hz 时的 I23 2 21该电阻损耗同样需考折算至 170 ，且应把一次侧 和二次侧电阻损耗 均 计 算 在 内，算 得 I2=16 015 866 W。3 2 3计算 150 Hz 时的总运行负载损耗 Pm在进行该负载试验时，可使用三倍频机组供电，由其提供的电源波形较好，所得到的试验数据较准 确，计算方法同 1) ，算得 Pm = 6 183 788 W。表 1最大电流谐波限值nf / Hz电流谐波限值 / A12345678910111213141516171819202122232425501001502002503003504004505005506006507007508008509009501 0001 0501 1001 1501 2001 25043342134142411118 5167 1136 16 85 3104 79 04 34 93 97 43 66 843计算 150 Hz 时的 I23 2 4m计算方法同 2) ，算得 I2 = 3 231 036 W。13 2 5计算涡流损耗 PWE1 和杂散损耗 PSE1依据式( 1 ) 和 式 ( 2 ) ，列出方程组计算 PWE1 和。需要注意 的 是，由于一次侧和和二次侧 均 产PSE1生涡流损耗 和 杂 散 损 耗，故 Im / I1 包含一次侧和和 二次侧，即 Im 原 / I1 原 Im副 / I1副 ，计 算 得 PWE1=4 722 373 W，P= 1 967 871 W。SE13 2 6计算涡流损耗因数 FWE 和杂散损耗因数 FSE依据式( 5) ，再根据表 2 的电流谐波波谱，计算= 3 519，F得到 F= 1 177。因电流谐波波谱是WESE根据高压变频器制定的，而变频器位于变压器的输出侧，故 I1 应为二次侧的额定电 流，故 经 计 算 可 得到 k2v = 1 046。3 2 7计算总运行负载损耗 PN22PN = I1 kv + PWE1 FWE + PSE1 FSE ，计 算 得P = 15 837 023 W，在该型号变压 器 的 保 证 值N13 855( + 15% ) 要求范围内。3 23 2 1计算步骤计算 50 Hz 时的总运行负载损耗 P13 2 8计算等效电流 Ieq变压器绝缘 等 级 为 C 级，即 要 折 算 至 170 ，依据式( 7) ，计算得等效电流 I= 161 1 A( 一eq按照普通干式变 压器的计算方 法，算 得P1 =次侧) 。12 706 109 W。表 2绕组电阻及负载试验测量值电阻( 32 ) / 绕组 d、y 短接时的负载试验测量值高压侧冷态电阻 平均值低压侧绕组 d冷态电阻 平均值低压侧绕组 y冷态电阻 平均值分接频率 50 Hz电流 / A短路功率/ W频率 150 Hz电流 / A短路功率/ W电压 / V电压 / V20 138 430 006 148 70 006 326 7886 7144 410 170 0786 375 46 122 1参考文献:4结语1IEC 61378-1 IEC: 2011 ( E ) ，CONVETO TANSFOM-ESPAT 1: TANSFOMES FO INDUSTIAL APPLICA- TIONSSIEC 61378-2 IEC: 2001 (