變壓器過勵磁

2020-12-14 電子產品世界

變壓器過勵磁是設計、製造與運行中常遇到的現象。

我們首先談一下變壓器過勵磁是怎樣產生的? 以及它對變壓器有什麼危害?

產生過勵磁的原因

a. 鐵心結構上原因,目前都採用冷軋晶粒取向矽鋼片作為鐵心導磁材料,鐵心為全斜45接縫的疊片方式,接縫分兩處錯開並有一搭接距離。在搭接處的截面雖增大了倍,但有效厚度卻少了,故接縫處實際截面還是小了,故在接縫處有過勵磁,磁通密度大了倍。因此目前在發展階梯式接縫,即接縫在六處錯開,這樣,有效厚度可保持,實際面積是增加了=1.18。作為過渡措施,接縫在三處錯開,這是因階梯式接縫需改變切線的軟體。

b.恆磁通調壓的變壓器帶有負載時,為保持不同負載下的輸出電壓為恆定值就必須補償阻抗壓降,必須能過分接位置的變換或增加外施電壓。當外施電壓大於分接電壓時或增加外施電壓時會產生過勵磁。

c.自耦變壓器採用中點調壓方式時,在鐵心中有過勵磁現象。自耦變壓器的電壓比越接近,過勵磁越嚴重。一般是電壓比大於等於2時的自耦變壓器才能採用中點調壓方式。

d.空載變壓器在合閘間的過渡過程有過勵磁。當鐵心中有剩磁通,且在外施電壓過零時的瞬間合閘,則過勵磁最大,是最不利的空載合閘狀態。這是變壓器固有特性所引起的瞬時過勵磁現象。當f=50Hz時,在0.01s內磁通達最大值。

現在發展電子型電壓達峰值時合閘的斷路器,以減少合閘瞬間過勵磁。

e.三相三柱式鐵心,Yyn0結法變壓器,由於負載不平衡會引起中點電壓浮動,此時鐵心中也會過勵磁。

f.發電機甩負載時會在變壓器與發電機聯結端子上出現過電壓,並引起過勵磁。當f=50Hz時,磁通可在0.02s內達最大值。

g.在中點接地系統中,在單相接地故障的異常工況下,健全相的相電壓會增加,110kV及以上系統,此電壓會增加1.3倍。故障期間,鐵心會過勵磁。

h.當電網頻率低於額定頻率時,當感性電壓不變時,頻率的降低會引起鐵心中磁通的增加,會有過勵磁。

鐵心中產生過勵磁時會影響:

a.空載損耗會增加;

b.變壓器的噪聲水平將增加;

c.空載電流中高次諧波含量增加;

d.湧流會大於空載電流,引起較大的機械力;

e.達勵磁時雜散磁通會離開主磁路引起結構件中附加損耗;

f.鐵心的溫升會增加;

g.過勵磁的同時還有過電壓,絕緣結構應能承受住這一過電壓。

因此,在IEC76-1標準上對過勵磁能力有一規定,在設計時要保證變壓器能具有一定的過勵磁能力。

在運行中,要保持一定的過勵磁水平。

如不具有過勵磁能力或承受較大過勵磁能力,會影響變壓器的安全運行。

在製造中常採用高頻機組作電源是為了鐵心中磁通密度為額定值,如感應試驗時一般要採用100Hz及以上頻率的電源。

為什麼變壓器各部分需加各類絕緣件?

生產中如何注意絕緣件的清潔並防止其它變形?

(1) 各部分絕緣的作用

a. 薄紙筒小油隙的作用。變壓器油有一特點:當油隙尺寸為3mm時,油隙絕緣強度為14kV/mm;為6mm時,則為101kV/mm。油隙尺寸越大,每毫米絕緣強度越低。因此,在一個油隙中加一張紙板就能提高油的絕緣強度,油隙分得越小,油絕緣強度越高。這就是用小油隙的理由。

在油與紙的絕緣結構中,δmm厚的紙板的絕緣強度只有相當於0.5δmm油隙的絕緣強度。也就是說,在相同的距離下,紙板越厚,絕緣強度就越低。這就是用薄紙筒的理由。

但是,油隙的最小值應由散熱條件來確定,一般不小於7mm;而紙筒的厚度最小值應由機械強度來確定,一般最小為3mm,即1.5mm紙板圍兩層。應當注意,靠近內繞組的油隙應保持7~8mm,靠近外繞組的油隙應保持8~9mm。繞組間主絕緣之間油隙也可由瓦楞紙板形成。繞組匝絕緣越厚,該油隙絕緣強度越高;繞組油道大引起電場畸變,則絕緣強度低。採用薄紙筒小油隙結構時繞組間距離小了,但也降低了端部電場強度,應加角環或引伸紙筒,且在端部線段內外側墊紙條。

主絕緣採用薄紙筒小油隙的結構能使絕緣尺寸縮小,節約材料。在相間加隔板,繞組外加圍屏,套管外加電木筒也是這個原因,目的都是提高油的絕緣強度。

b. 角環的作用。角環也是油屏障的一種,起增加繞組端部到鐵軛和繞組端部間的爬電距離的作用。

c. 成型絕緣件的作用。成型絕緣件是用溼紙漿直接成型的,因此具有極高的電氣性能,可以做成和各種不同電力線相平行的形狀,形成極好的油屏障,減少垂直電場的作用。

可以根據需要做成產品要求的厚度,並能實現產品的特殊要還應,如實現機械支承和密封,還能實現薄紙筒小油隙的結構。

d. 酚醛膠紙筒(電木筒)的作用。油浸式變壓器採用酚醛紙筒作絕緣,主要是因為它有較高的機械強度,便於套裝。但是這種紙筒的耐壓值為:

厚度/mm 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

耐壓值/kV 2.4 28 32 36 40

可見其電氣強度較差。這是因為紙筒層間的固化物樹脂與紙是不同的物質,在交界面電場畸變,且有氣泡和雜質存在。膠紙的底紙不易被油浸漬,紙纖維的空隙不易被油填滿,空氣和水分消除不易徹底,且容易吸潮。所以一般只在低電壓繞組內採用。

e. 壓釘絕緣的作用。鐵心柱上不能有短路匝,繞組中不能有短路匝,結構件上也不能形成短路匝。鋼壓板(壓環)上開一缺口就是這個道理,絕緣壓板無缺口。

但是,正壓釘都擰在夾件上,反壓釘都擰在壓板上。如果正壓釘下面或反壓釘上面不放壓釘絕緣,很容易使鋼壓板短路,即在壓板斷口處,壓板通過正壓釘一夾件一正壓釘,或反壓板一夾件一反壓釘,使鋼壓板形成短路匝,如圖36-1所示。

(2) 絕緣件的清潔、變形和開膠

變壓器器身進行真空乾燥前一定要灰塵吸掉。在絕緣件上不要用鉛筆寫字,因為鉛筆芯一般是導體;也不要用粉筆作標記,因為粉筆是硫酸鈣,溶於油中易形成油垢;要用藍鉛筆做標記,因為它是非導體,不影響電氣強度。

絕緣件的清潔與否對電氣強度影響很大,若絕緣件上有粉塵,經過油的衝洗就隨油遊動起來。因為粉塵中有許多金屬粒子,它在電場的作用下,排成串,形成帶電體之間的通路(搭橋),從而破壞了絕緣強度,造成放電。電壓越高,粉塵游離越嚴重。越容易放電。

層壓絕緣件開膠的原因有:(a)塗膠量小或膠的濃度不夠,使樹脂沒有足夠的粘結力;(b)溫度低或時間短,樹脂不能徹底進行固化反應;(c)壓力不足或在粘結過程中壓力減少,樹脂只是自身固化成膜,而使被粘合面間不能真正粘結;(d)爐內升溫太快,出爐的溫度高或冷卻太快,內部包含很大熱量,失掉壓力後和空氣急劇接觸形成內應力而把粘結層拉開。

絕緣件變形的種類有收縮變形和翹曲變形。變形的原因有:(a)材料本身含水量大;(b)含水量不均勻,或水分揮發速度不一,收縮快慢不等;(c)局部受熱或局部受潮;(d)存放的方式和地點不當,如應平放的而採用了立放。

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