湖南潤(rùn)偉智能機(jī)器有限公司 李旭雅 劉 頌 左漢權(quán)

1 牽引變壓器負(fù)載試驗(yàn)介紹

牽引變壓器負(fù)載試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方式：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)時(shí)使被試變壓器一側(cè)短路，從另一側(cè)繞組外加額定頻率50Hz 的電壓，測(cè)量各繞組通過額定電流時(shí)的損耗以及短路阻抗電壓。當(dāng)試驗(yàn)品額定電流較大，難以通過額定電流時(shí)，可測(cè)量通過額定電流50%以上的低電流，短路阻抗與電流成比例，負(fù)載損耗與電流的平方成比例，從而分別換算出額定電流下的值[1]。

進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，所需試驗(yàn)容量是滯后無功，在中間變壓器的高壓側(cè)投入電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償，此時(shí)通過中間變壓器的電流是被試變壓器的落后無功和電容器的超前無功的相量之和，需要的中間變壓器容量最小，可以減少試驗(yàn)占地空間和成本預(yù)算。試品參數(shù)、負(fù)載試驗(yàn)參數(shù)分別見表1、見表2。

表2 負(fù)載試驗(yàn)參數(shù)

2 試驗(yàn)過補(bǔ)償失效分析及修正

短接所有副邊，試驗(yàn)時(shí)先投入需要的電容器組，再接通被試品回路，調(diào)節(jié)前端調(diào)壓器，使電壓從零位開始以一定的速度均勻上升。當(dāng)被試品原邊電流達(dá)到額定電流的50%，停止升壓，記錄此時(shí)的電壓值，原理如圖1所示。

圖1 負(fù)載試驗(yàn)原理

投入任何單路電容器或其并聯(lián)組合均顯示異常，或是無法正常升壓，或是調(diào)壓器發(fā)出極大噪聲。

投入3組240kVar 電容器，調(diào)節(jié)調(diào)壓器升壓，升壓速度明顯偏低，調(diào)壓電機(jī)顯得負(fù)荷較大，需要給定較高頻率才能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電壓從0V 升至600V過程中，調(diào)壓器無明顯噪聲，電流隨著電壓升高逐漸增大[2]。電壓從600V 繼續(xù)往上升，噪聲明顯變大，當(dāng)電壓升至2100V，電流至50A 時(shí)，調(diào)壓器噪聲極大，停止試驗(yàn)。關(guān)鍵部件參數(shù)見表3。

表3 關(guān)鍵部件參數(shù)

經(jīng)分析，出現(xiàn)該現(xiàn)象原因?yàn)檫^補(bǔ)償，需要對(duì)電容器容量及容值進(jìn)行重新計(jì)算。

3 算法修正

無功由被試變壓器的電感引起的電流滯后電壓產(chǎn)生，因此需要電容器的電流超前電壓的特性進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功功率的大小由感性無功的大小決定[3]。

被試變壓器產(chǎn)生的無功功率Q1，內(nèi)阻產(chǎn)生的有功功率確定補(bǔ)償前的功率因數(shù)cosθ1，然后根據(jù)預(yù)設(shè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)和計(jì)算出的補(bǔ)償前的功率因數(shù)cosθ2，算出需要補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功功率Q2，進(jìn)而可以計(jì)算出電容值C 和補(bǔ)償電流I。

當(dāng)負(fù)載試驗(yàn)分為多個(gè)項(xiàng)點(diǎn)時(shí)，對(duì)每一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行如下計(jì)算。

確定被試變壓器短路后等效電感L，通過該值計(jì)算出被試變壓器在試驗(yàn)電壓條件下產(chǎn)生的無功功率：

確定出被試變壓器短路后純阻性或接近阻性部分等效阻值R，通過該值計(jì)算出被試變壓器在試驗(yàn)電壓條件下產(chǎn)生的有功功率：

補(bǔ)償前的功率因數(shù)：

設(shè)定補(bǔ)償后的功率因數(shù)，需補(bǔ)償?shù)臒o功功率：

所需電容容值：

電容補(bǔ)償電流：

值得注意的是，根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)電壓從低壓上升到額定測(cè)試電壓，這個(gè)過程中的無功和有功都在變化，并且考慮到電容器通常存在±10%誤差，為避免調(diào)壓過程中出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象(容性無功的危害高于感性無功)，預(yù)設(shè)目標(biāo)功率因數(shù)宜取0.85～0.95。

4 電容器選型

選擇電容器時(shí)，建議選擇市面上的常規(guī)型號(hào)，可縮短采購(gòu)周期，節(jié)約成本。當(dāng)負(fù)載試驗(yàn)分為多個(gè)項(xiàng)點(diǎn)時(shí)，不同項(xiàng)點(diǎn)的需求容量不同，則需要選擇多組并聯(lián)，每組可單獨(dú)投切的方案。選型時(shí)還應(yīng)考慮理論與實(shí)際的偏差，預(yù)留一定調(diào)整空間，因此建議將容量進(jìn)行細(xì)分，選取多組小容量電容器并聯(lián)，在調(diào)試過程中根據(jù)實(shí)際補(bǔ)償效果調(diào)整投入數(shù)量[4]。

通過最高的試驗(yàn)電壓選擇電容器的額定電壓，高出試驗(yàn)電壓1.2～1.5倍為宜。負(fù)載試驗(yàn)過程采用調(diào)壓器從零位升至目標(biāo)電壓的方法，若電容器額定電壓剛好等于試驗(yàn)電壓，一旦調(diào)壓器升壓程序不完善，電容器將面臨過壓的風(fēng)險(xiǎn)；若額定電壓過高，將導(dǎo)致所需容量增大，造成不必要的成本浪費(fèi)；若額定電壓低于試驗(yàn)值，試驗(yàn)時(shí)電容器將面臨擊穿危險(xiǎn)。

利用所需電容值C 與額定電壓，計(jì)算出額定容量，不同試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)均計(jì)算一次。

合理選取n 臺(tái)常規(guī)容量的小電容器進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)都能在其中找到一個(gè)接近需求的組合容量，并且可以適度減少容量為宜。確定額定電壓以及額定容量，則電容器型號(hào)被確定。將選型后的參數(shù)代入公式，計(jì)算升壓變壓器電流：

當(dāng)升壓變壓器電流值小于升壓變壓器額定電流時(shí)，則證明選型正確。

5 試驗(yàn)效果

經(jīng)修正計(jì)算后，重新選定3臺(tái)60kVar（C1/C2/C3）和4臺(tái)200kVar（C4/C5/C6/C7）的電容器，其連接原理如圖2所示。

圖2 修正計(jì)算后電容器原理

實(shí)際連接被試變壓器測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)電壓從0V 升至5274.2V 后，試驗(yàn)電流為126.1A，功率為52330.9W，整個(gè)試驗(yàn)過程中均未出現(xiàn)明顯的異常噪聲，該試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)工藝界面如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)工藝界面

6 結(jié)語

電容器在電路中屬于被動(dòng)元件，電容值是其固有特性，不隨外界電源狀態(tài)的變化而發(fā)生改變。故而計(jì)算選型時(shí)，首要目標(biāo)是算出需求電容值。容性無功的危害高于感性無功，補(bǔ)償時(shí)不宜多。所以選擇電容器組合方案時(shí)，最好使每種試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)10%～20% 容量的刪減，如此，可以大幅提升方案可靠性。一般采用電動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)電容器自動(dòng)投切，例如本文所選取的高壓真空接觸器。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮成本、布局空間等因素，不宜給每路電容器設(shè)置單獨(dú)的投切開關(guān)。