特高壓換流變壓器微感線圈故障試驗(yàn)分析

劉東海,楊士超,劉　永,楊在葆,馬華輝

（山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)南　250022）

特高壓換流變壓器微感線圈故障試驗(yàn)分析

劉東海,楊士超,劉永,楊在葆,馬華輝

（山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)南250022）

摘要：某換流變壓器在空載試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不等匝問(wèn)題。后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題為單柱閥側(cè)并繞線圈存在不等匝問(wèn)題。本文根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及換流變壓器結(jié)構(gòu)分別建立了微感線圈等值電路，對(duì)微感線圈進(jìn)行了分析，最后判斷出原因所在。

關(guān)鍵詞：換流變壓器；短路環(huán)；微感線圈；回路

0　引言

在某換流變壓器空載試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)空載損耗與設(shè)計(jì)值相比很大。最后結(jié)合各方面資料查找問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)為換流變壓器兩柱閥側(cè)線圈的并繞線圈均存在不等匝問(wèn)題。在空載試驗(yàn)中，換流變壓器閥側(cè)施加電壓，這就使閥側(cè)線圈形成了微感線圈，即如果在一個(gè)線圈回路注入電流不能建立磁通（或磁通很小），則定義為無(wú)感線圈（或叫微感線

圈）；否則為有感線圈。

1　換流變壓器結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.1換流變壓器結(jié)構(gòu)

本臺(tái)特高壓換流變壓器鐵心為兩心四柱式結(jié)構(gòu)。a、b、ao和bo均為閥側(cè)繞組線圈，其中ao與bo為并繞線圈套裝在柱1上，a與b為并繞線圈套裝在柱2上。柱1線圈與柱2線圈并聯(lián)運(yùn)行。從鐵心往外分別為調(diào)壓線圈、網(wǎng)側(cè)線圈、閥側(cè)線圈。

1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

為查找出存在不平衡匝的問(wèn)題，本試驗(yàn)大廳做了大量試驗(yàn)工作，現(xiàn)將部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果羅列如下。

1.2.1空載試驗(yàn)（網(wǎng)側(cè)柱1和柱2并聯(lián)）

1.2.2空載試驗(yàn)（網(wǎng)側(cè)柱1和柱2在并聯(lián)線處打開，即網(wǎng)側(cè)柱1和柱2分開）

1.2.3變比試驗(yàn)

1.2.4低電壓空載試驗(yàn)（閥側(cè)a和b支路分開）

1.2.5低電壓空載試驗(yàn)（閥側(cè)a和b支路并聯(lián)）

1.2.6等匝試驗(yàn)（閥側(cè)a和b支路一端連接，另一端打開）

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，初步認(rèn)定閥側(cè)1柱和2柱并聯(lián)線圈ao與bo，a與b之間均存在相差一匝線圈的問(wèn)題。此后，根據(jù)原理結(jié)構(gòu)分析無(wú)感線圈，推斷初步判斷的正確與否。

2　無(wú)感線圈的分析

2.1假設(shè)兩柱閥線圈a支路與b支路不等匝分析

如果閥線圈a支路與b支路不等匝（差1匝），則兩路間有環(huán)流，使閥線圈變成無(wú)感線圈（確切說(shuō)電感很小），即變?yōu)榧冸娮杈€圈。額定電壓勵(lì)磁下環(huán)流可達(dá)1100A左右，電阻損耗可達(dá)1100kW左右，這與試驗(yàn)值完全符合。具體分析如下

2.1.1閥線圈a和b支路差1匝時(shí)變?yōu)闊o(wú)感線圈時(shí)的等值電路圖

（1）每柱等值電路圖。

（2）應(yīng)用疊加原理把閥線圈按圖示分解成勵(lì)磁回路和無(wú)感回路。

（3）圖中勵(lì)磁回路建立主磁通，為有感線圈，大電感回路。會(huì)在無(wú)感回路中產(chǎn)生1匝感應(yīng)電勢(shì)；圖中無(wú)感回路由于1匝電勢(shì)會(huì)產(chǎn)生"特大"無(wú)感環(huán)流，產(chǎn)生"特大"無(wú)感損耗。

（4）a和b支路中的勵(lì)磁電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無(wú)感環(huán)流，被無(wú)感環(huán)流蓋沒；而無(wú)感環(huán)流的能量由勵(lì)磁側(cè)相應(yīng)的有功分量提供，其Ir≈1100/171.9=6.42A。

2.1.2額定電壓空載試驗(yàn)時(shí)無(wú)感損耗和無(wú)感環(huán)流的計(jì)算值

（a和b兩支路不等匝/a支路為337匝/b支路為336匝/匝電壓512V/無(wú)感線圈/純電阻線圈）

2.2假設(shè)柱1與柱2之間支路不等匝分析

柱1閥線圈兩路均為337匝/柱2閥線圈兩路均為336匝/閥側(cè)勵(lì)磁/網(wǎng)側(cè)并聯(lián)

（1）建立等值電路。

（2）空載試驗(yàn)時(shí)環(huán)流和損耗的計(jì)算。

（柱1閥側(cè)兩路為337匝/柱2閥側(cè)兩路為336匝/網(wǎng)側(cè)柱1和柱2并聯(lián)）

因此，可看出在此假設(shè)中，柱1和柱2主磁通不等，差額部分走旁柱。多柱并聯(lián)線圈的不等匝雖然不會(huì)變成無(wú)感線圈，但仍然要保證等匝。

3　結(jié)論

本文通過(guò)假設(shè)無(wú)感線圈分析，并計(jì)算出每種情況下空載換流及表象空載損耗，并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后得出產(chǎn)生無(wú)感線圈的原因?yàn)殚y側(cè)1柱和2柱并繞線圈之間存在相差一匝的不等匝現(xiàn)象。無(wú)感線圈的分析在本次故障的判斷中成為了中壓的手段。

對(duì)于多根導(dǎo)線并繞的線圈（特別是繞制過(guò)程中需要換線的線圈）：一是設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算好匝數(shù)；二是繞制要正確；三是器身裝配過(guò)程中的插板試驗(yàn)必須把多根并繞線圈的一端打開，做變比、低電壓空載和等匝試驗(yàn)。應(yīng)注意首尾封好頭的線圈的變比和直阻不會(huì)發(fā)現(xiàn)不等匝問(wèn)題，但低電壓空載損耗會(huì)異常。對(duì)于多柱并聯(lián)線圈的不等匝雖然不會(huì)形成無(wú)感線圈，但也必須做等匝試驗(yàn)。對(duì)于上下2路并聯(lián)線圈的不等匝也會(huì)變成無(wú)感線圈，空載損耗會(huì)增加很多倍，本公司220kV變壓器上下2路不等匝的故障屢見不鮮，也曾有2臺(tái)110kV變壓器2根并繞導(dǎo)線的不等匝短路變成無(wú)感線圈，空載損耗比設(shè)計(jì)值增加60%左右。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張玉民,戚伯云.電磁學(xué)（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社, 2012（06）：11.

[2] 胡啟凡.變壓器試驗(yàn)技術(shù) [M].北京：中國(guó)電力出版社, 2010（01）：1.

作者簡(jiǎn)介：劉東海（1962-）男，高級(jí)技師，山東濟(jì)南人，大學(xué)本科。主要從事超變壓器類產(chǎn)品的試驗(yàn)研究。