1 引言
变比试验是变压器产品的传统试验项目, 在生产制造、 现场安装以及运行检修过程中可以检查绕组匝数与设计是否相符、分接引线装配是否正确、各分接的电压比是否在标准允许的范围内。 变比试验还可以为变压器绕组短路及短路部位的判断提供依据。
目前,变比测试仪种类繁多。 QJ-35 型变比电桥是国内较早生产和使用的一种变比测试仪, 经多次改进,仍被许多试验单位和变压器生产厂使用。随着电子技术和微处理器的高速发展, 国内外已推出多种自动变比测试仪,其操作简单、测试速度快,正逐渐被广泛采用。
近期,笔者在一次变比试验中发现,不同的试验接线方式会得到不同的变比误差, 将直接影响试验合格与否的判定。 由于较大的变比误差会对变压器并联运行带来负面影响, 因此本文中笔者将深入分析不同接线方式对变比试验结果的影响。
2 试验案例
在一次交接试验中, 使用自动变比测试仪对联结组别为 Dyn11 的变压器进行变比测试,试验接线方式如图 1 所示。 试验结果表明,在额定分接时 UAB/
Uab 变 比 误 差 达 到-0.74% ,超出国家标准规定的±0.5%。 但是,该变压器出厂试验报告中的变比测试结果全部合格,如表 1 所示。与该变压器制造厂联系后得知,该厂采用 QJ-35 型变比测试仪,试验接线方式如图 2 所示。 由于 QJ-35 型变比测试仪没有中性点引线,变压器低压侧中性点悬空。
3 理论分析
有中性点引线和无中性点引线属于两种不同的接线方式,其测试原理也不相同。 下面,将以 Dyn11型变压器为对象, 分析两种接线方式的关系并对试验案例中的现象进行解释。
对于变比试验,不论采用何种测试方法,一般均使用单相电源。 笔者的分析过程都是以单相电源励磁为前提的。
在公式推导过程中,将使用如下变量:UAB、UBC、UCA 为测试仪向被试变压器高压侧施加的励磁电压;Ua、Ub、Uc 为被试变压器低压侧感应出的相电压;ka、kb、kc 为被试变压器三相绕组的匝数比;k、kN 为被试变压器变比测量值和额定值。
3.1 连接中性点的试验结果分析
对于有中性点引线的试验接线方式, 以 UAB/Uab为例,变比测试仪从 AB 端施加电压,从 ao 端测量电压,其测试原理如图 3 所示。
变比测量结果以误差形式表示,记为 εAB/ab,有:
εAB/ab= k-kN
kN×100%= k
kN-1 (1)
其中,变比测量值与绕组的匝数比有如下关系:
k= UAB
姨3 Ua= ka姨3(2)
将式(2)带入式(1)可得:
εAB/ab= ka姨3 kN-1 (3)
于是有:
ka=姨3 kN(εAB/ab+1) (4)
同理,其他两相有对应关系式:
kb=姨3 kN(εBC/bc+1) (5)
kc=姨3 kN(εCA/ca+1) (6)
3.2 不连接中性点的试验结果分析
对于 QJ-35 型变比仪, 由于没有中性点引线,变压器低压侧中性点悬空。 同样以 UAB/Uab 为例,变比测试仪自动将 AC 端短路并从 AB 端施加电压,从 ab 端测量电压,其测试原理如图 4 所示。
测试结果以误差形式表示,记为 θAB/ab,并有:
θAB/ab= k-kN
kN×100%= k
kN-1 (7)
其中,变比测量值按下式计算:
k= UAB姨3 Uab2= 2UAB姨3 (Ua+Ub)= 2UAB姨3 ( 1ka+ 1kb)(8)
将式(8)带入式(7)可得:
θAB/ab= 2kakb姨3 kN(ka+kb)(9)
同理,对于其他两相有:
θBC/bc= 2kbkc姨3 kN(kb+kc)(10)
θCA/ca= 2kcka姨3 kN(kc+ka)(11)
3.3 两种接线方式的关系和比较
将式(4)~式(6)带入式(9)~式(11)中,可以得
到两种接线方式的关系,如下式:
θAB/ab= 2(1+εAB/ab)(1+εBC/bc)
(1+εAB/ab)+(1+εBC/bc) (12)
θBC/bc= 2(1+εBC/bc)(1+εCA/ca)
(1+εBC/bc)+(1+εCA/ca) (13)
θCA/ca= 2(1+εCA/ca)(1+εAB/ab)
(1+εCA/ca)+(1+εAB/ab) (14)
由式(12)可以得出如下不等式:
θAB/ab≤12 [(1+εAB/ab)(1+εBC/bc)]2(1+εAB/ab)+(1+εBC/bc) -1= εAB/ab+εBC/bc2(15)
当且仅当 εAB/ab=εBC/bc 时,有 θAB/ab=εAB/ab=εBC/bc。 同理,对式(13)、式(14)有:
θBC/bc≤ εBC/bc+εCA/ca2 (16)
θCA/ca≤ εCA/ca+εAB/ab2 (17)
以上不等式表明,不连接中性点的试验结果在数值上会偏小。 这是因为不连接中性点时,低压侧只能从相间测量电压,读取的电压值为两相电压的平均值,两相的变比误差会相互影响,较大的变比误差会被较小的所“弱化”,导致测量结果偏小。
根据式(12)绘制出 θAB/ab=±0.5%的两条曲线,两种接线方式在测量结果上的关系可以直观地分为几个区域,如图 5 所示。 区域 A 表示 ε、θ 都在合格范围内, 区域 B 表示 ε 不合格而 θ 在合格范围内,区域 C 表示 ε 和 θ 都不合格。 本文中的试验案例结果就在区域 B 内。
4 结束语
(1)变压器变比试验有两种接线方式:有中性点引线和无中性点引线。 经过分析可知,无中性点引线的试验结果偏小,其对应的合格“区域”相对较大。
(2)自动变比测试仪正逐渐被供电部门和试验单位采用,往往都带有中性点试验接线,并且仪器说明书中要求连接变压器的中性点。 然而,国内变压
器生产厂在出厂试验中测量电压比通常不接中性点,导致交接试验结果与出厂值可能会有差异,甚至影响合格与否的判定。 此问题应引起试验人员的注
意。