40MVA/500kV变压器空载电流异常原因分析论文_黄宝新

摘要：本文对一台高电压小容量产品的空载电流异常情况进行了描述，并进行了详细分析，通过计算推导和试验验证，发现造成电流异常的主要原因为绕组对地以及绕组间电容的传递电流和高压套管在额定电压下的电容电流相对于铁心的励磁电流占比较大，不能被忽略，从而使空载电流规律有异于常规变压器。

关键词：高电压小容量变压器，空载电流，容性电流

1基本情况

公司在对一台500kV，40MVA站用变进行空载试验时，发现三相电流规律异常，由于该产品低压为D联结绕组，如图1，正常来讲应该是a、b两相电流大小相近，c相电流偏大才对，而实际测量电流规律恰恰相反，a相电流最大，b、c两相电流大小相近，而且空载电流在60%额定电压下就已经超出合同规定值，在额定电压下，空载电流值更是达到设计值的2.6倍，随着电压的升高，在105%Ur时，电流幅值又出现了下降，基本和90%Ur时相当。但空载损耗一直随电压的升高而升高，额定电压时空载损耗接近于设计值。

2变压器主要技术参数

　产品型号：SFZ-40000/500

　额定容量：40000 / 40000 kVA

　电压组合：525±8×1.25%/10.5kV

　额定电流：44.0/2199.4A

　额定频率：50 Hz

　空载损耗：≤30kW

　空载电流：≤0.2%（设计值0.12%）

　负载损耗：≤147kW

　短路阻抗：12.0±5%

　联结组标号：YNd11

　冷却方式：ONAN/ONAF

3异常描述与分析

　为了便于说明问题，先对三相三柱变压器空载电流规律做以介绍。三相三柱变压器的空载电流由于变压器铁心的不对称而不对称，这是因为A相和C相的磁路长度lA和lC较B相的磁路长度lB要长一些，因而A相和C相所需要的励磁安匝要比B相所需的励磁安匝多一些，因此A相和C相的空载电流比B相的空载电流大一些。理想状态下，A、C两相的电流大小是一样的。

　对于励磁绕组为Y联结时，三相对称加电的情况下，由于三相励磁电流的矢量和为零， A相和C相的电流方向都要向B相发生偏转，电流幅值规律表现为ia≈ic＞ib。

　对于励磁绕组为D联结时（如图1），试验线路中测量的是线电流，此时线电流为两个相电流向量之差。根据矢量图可知，该类变压器的励磁电流可以认为a≈b＜c，如图2。

图1 D联结励磁电流流向图 图2 D联结励磁电流矢量图

　而该产品在进行空载试验时，发现施加电压在110%Ur之前，三相电流不符合D联结绕组励磁的大小规律，而是a＞b≈c，具体数据见表1，励磁电流在100%Ur以前，一直随着电压的升高而增大，当电压加到105%Ur时，电流反而出现了下降，电压达到110%Ur时，电流大小规律又和100%Ur时基本相同，当电压达到115%Ur时，变为a≈b＜c，为了进一步分析电流异常原因，我们对电流的矢量关系进行了监测，通过矢量图可以看出，在电压处于110%Ur时，三相电流矢量都超前于电压，这说明空载电流中的容性电流比重较大，如图3。

　 图3 110%Ur时,U-I矢量图

　当电压达到114%Ur时，随着a相电流矢量最后完成由容性到感性的转变，三相电流都由超前变为滞后于电压，励磁电流变为感性，如图4。

　 图4 114%Ur时,U-I矢量图

　当电压达到115%Ur时，Ia 和Ib趋于相等，Ic变大的趋势明显，此时电流规律更加符合一台D联结绕组的励磁规律，如图5。

图5 115%Ur时,U-I矢量图

　根据空载试验采集数据，对该产品容性电流进行了细致分析，通过绕组对地以及绕组间电容数据计算得出，高压绕组对地电容CHG=6710pF，高压绕组对低压绕组电容CHL=3930pF，低压绕组对地电容CLG=10150pF。

　在额定电压下，

　低压绕组每相传递电容电流：

　由于该变压器在铁心叠制完毕后，并未进行空载试验，没有及时得到铁心的真实励磁电流，因此为了验证其大小，对第二台同型号产品的铁心上采用绕制临时线圈的方式进行了空载试验，临时线圈采用D接法，铁心达到额定磁通时，临时线圈电压UL为2079V,不同电压下的测量结果见表2：

　数据显示铁心空载试验中，三相电流完全符合D联结的规律，铁心达到额定磁通时，空载电流为0.155%，与计算得到的0.181%基本接近，这说明变压器的励磁电流异常就是和该产品的结构特点有直接关系，鉴于实测值超出合同约定，通过与用户充分沟通得到用户认可。

4 结束语

　对于高电压小容量产品，受产品结构特点影响，空载试验时传递电容电流占比较大，从而对变压器的空载电流产生较大的影响，因此在设计该类产品时，要充分考虑电容电流的占比，避免出现测量结果可能超出预期的情况。

参考文献：

　1、保定天威保变电气股份有限公司.变压器试验技术[M].北京:机械工业出版社,2010.

2、阮炜，李林达，杨家辉，等.高电压小容量变压器空载电流偏大原因分析[J],2016,53(5):71-72

作者简介：

黄宝新：（1977-），男，河北丰润人，保定天威集团特变电气有限公司副总工，高级工程师，主要从事变压器试验研究工作。

论文作者:黄宝新

论文发表刊物:《中国电业》2019年第20期

论文发表时间:2020/4/7

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