摘要: 变压器的验收试验，要严格按相应的流程和规范操作，避免自行设定一些试验项目，给变压器安全运行造成危害。
关键词：变压器；调压；电压不变；异响；
1.引言
电网安全牵涉到人员安全和财产安全，所以变电设备的安全问题，从来都是各级各部门最为关注的问题。变电站在投运前，都会对电站各种设备进行各种验收试验，变压器作为变电站主设备不仅要完成各项规定的例行验收试验，用户往往还会在验收试验中自行增加一些项目，以便全方位模拟变压器实际运行工况下是否能安全运行。
事实证明，用户自行增加的试验项目，有时候往往事与愿违，不仅不能真实反映实际运行工况，甚至对变压器安全运行造成一定的危害。
2.事件经过
2017年6月，某变电站对我公司生产的一台SSZ11-50000/110降压变压器进行完各项例行验收试验，产品完全满足协议要求值。为进一步验证产品性能，该用户将变压器高压侧挂入110kV电网，低压和中压侧开路，调节有载开关，以便模拟变压器实际调档过程，检验变压器及有载开关在调压过程中的性能。
调档过程中，用户发现：当开关档位在某一档往下调时，变压器正常；而档位往上调到第7分接时，变压器正常；但再往上调档，变压器噪声加大，且随着档位加大，噪声加大，到17分接，噪声达到最大，形成异响。据此，用户判断：该产品在实际调压过程中，存在异常，有较大的质量隐患。
3.原因分析
3.1变压器调压原理
由于电网电压因为负荷等错综复杂的原因而出现波动，为改善输出电压，变压器通常会采用调压开关来使输出的电压达到稳定的范围内，以提高输电质量，而调压开关分为无励磁调压开关及有载调压开关两种方式（见图1），无励磁调压开关，相对简单，即是变压器设计有不同的匝数抽头，无励磁开关通过连通不同的档位，来达到调整输出电压的目的，无励磁调压需要将变压器从线路中断开，变压器处于无励磁状况来进行调压。而有载调压开关通常要复杂得多，会有分接选择器、极性开关、切换开关、过渡电阻，调压需要上述机构来共同完成档位切换。由于有过渡电阻的桥接，所以，有载调压变压器是不需要将负荷从变压器上撤除就能完成开关档位切换。
无论是无励磁调压，还是有载调压，都是通过改变绕组实际有效匝数，来达到改变感应电势的目的。
图1a 无励磁调压 图1b 有载调压
高压侧由于电压高、匝数多，电流小；而低压侧刚好相反电压低，匝数小，电流大。所以，一般开关设置在高压侧。
3.2产品参数及结构简述
产品型号：SSZ11-50000/110
额定容量(kVA)：50000/50000/50000
电压组合(kV)：(110±8×1.25%)/（38.5±2×2.5%）/10.5
联接组别：YNyn0d11
冷却方式：ONAN
本产品为普通阻抗三绕组110kV降压变压器，绕组排列顺序采用常规低压-中压-高压-调压排布。各绕组匝数：高压绕组514，高调4*6+4*7，即每增加（或降低）一档，调压线圈交替减小（或增加）6匝或7匝，对高压而言：最正分接总匝数为514+52，共566匝，最负分接高压总匝数514-52，共462匝。中压绕组180，低压绕组85匝。铁心采用三相三柱式，铁心截面3245.77cm2，铁心磁密1.713T。
高压110kV采用有载调压，其调压范围：110±8×1.25%，采用正反调开关，中压侧为38.5kV无励磁调压，其调压范围：38.5±2×2.5%。高压中压低压侧各档输出的电压表及电流见图2。
需要说明的是，该电压电流表仅表示在匝电势不变时，理想状况下的标称电压值。9档为额定档，1-8档为正分接档，10-17档为负分接档。
图2 电流电压表
3.3原因分析
将变压器高压侧挂入110kV电网侧，然后来操作有载调压开关，貌似是在模拟变压器实际运行工况，实则不然。
因为在某一时刻，电网电压是稳定的，而将有载开关置于不同的档位时，高压励磁侧绕组匝数不同，造成匝电势不同，铁心中的磁通和磁密不同。相当于变磁通，与恒磁通调压相悖。
图3a 开关接最负档 图3b 开关接最正档
假设一次电网电压为U1（单位：V），变压器一次侧匝数为W1，则匝电势Et：
Et=U1/W1 （1）
如铁心截面为S（单位：cm2），则铁心中磁通密度Bm(单位：T)计算如下：
Bm=45Et/S=45U1/SW1 （2）
从式（2）可知，当一次电网电压不变，改变一次侧匝数，即将开关档位变化时，铁心中磁密会发生变化，将匝数变小，即将开关往负档调时，匝电势会增加，铁心磁密会增加；将匝数变大，即将开关往正档调时，匝电势会减少，铁心磁密将减小。
产品验收试验时，通过测量110kV电网电压为116.88kV，与图2电压表中高压第4档116.875标称电压接近，此时，如将有载开关置于第4档，刚好与变压器档位匹配，那么，匝电势、铁心磁密与设计值相吻合。
而如果将开关档位置于其他档位，将会出现匝电势偏大或偏少，造成铁心磁通偏大或偏小，最终造成铁心磁通密度偏大或偏小。
具体分析该产品：当一次侧电网励磁电压为116.88kV，即相电压为116.88/√3=67.48kV，当开关接到最负档，高压匝数为w1=514-52=462匝
Et=67480/462=146.1 V/匝 (3)
Bm=45Et/S=45*146.1/3245.77 =2.025T （4）
同理，可以分别计算出当一次励磁电压116.88kV时，开关在1-17分接各分接时的铁心磁密。
图4 变压器在各分接时铁心磁密
从图4中可以看出，第4档时，磁密为1.7103T，与变压器计算值很接近，从第4档往上，磁密逐级上升，第8档时，磁密接近1.8T，铁心接近饱和了，档位越再往上调，铁心的饱和程度增加，磁致伸缩加据，噪声急增。表现出来，噪声极度异常。
图5 硅钢片磁化曲线
图5是硅钢片磁化曲线，当磁密过1.8后，铁心接近饱和，从图6可知，单位铁损也急剧增加。
4.结论
降压变压器正常运行时，当一次侧110KV电网波动发生变化时，系统会根据电压的波动，而自动调整相应的档位，来匹配系统电压的变化。假如电网电压从110kV变化成121kV 时，有载调压开关将自动从第9档（额定档）调整到第1档（最正档），来匹配电网的变化。只有这样，变压器匝电势才不会变化，输出的二次低压侧或中压侧电压不会发生变化，达到改善供电质量的目的。
但如果电网系统的一次输入电压不发生变化，有载开关将保持档位不变，这样维持系统输出的电压不变。
图6 硅钢片铁损曲线
否则，如果系统一次侧电压不变，而强行调档，将会出现象本次验收试验一样，不仅得不到想要的试验结果，同时造成变压器过激磁：变压器异响，空载损耗剧增，铁心温升急增，有可能损坏铁心硅钢片，给变压器安全运行造成极大的危害。
综上所述，该产品完全正常，用户模拟了实际不存在的运行工况，之所以产生异响，正是因为硅钢片铁磁材料的磁饱和特点和铁磁材料非线性特点造成的。
参考文献:
1、尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2003
2、路长柏，朱英浩.电力变压器计算[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1990
作者简介：邹勇（1984-），男，湖南衡阳人，特变电工衡阳变压器有限公司主管设计师，工程师，主要从事变压器的产品设计开发工作；
论文作者:邹勇,冷燕军,欧小平,刘金波,吴文强,王立彬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：变压器论文; 铁心论文; 电压论文; 档位论文; 电势论文; 电网论文; 绕组论文; 《电力设备》2019年第8期论文;