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潮州箱式变压器二次线短接和匝间短路故障分析
日期:2019-10-23  人气:11
在高压潮州箱式变压器二次接线安装中有可能出现这样如下图的错误接线:在二次线圈有中间抽头潮州箱式变压器当采用小变比运行时(如图1),误将空置抽头短接(如图2),造成潮州箱式变压器接线故障并且严重影响电能计量。此时该潮州箱式变压器的工作状态的分析和实际运行变比的判断分析与验证。

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  案例分析

  我公司某客户的110kV变电所,受电变压器是华鹏16000千伏安110 kV /10kV、 Yn,/d11接线,计量点设在110kV侧,潮州箱式变压器采用2×75/5潮州箱式变压器。在首次现场电能表校验发现电能表计量功率严重小于10kV总柜功率表显示功率。经多方检查发现是潮州箱式变压器二次端子箱内接线错误(如图2),及误将原本不该接线的K2、K3短接。

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  在理想情况下潮州箱式变压器一次与二次的安匝数都应该相等,用公式 I1 N1=I2 N2表示,式中I1 I2为一、二次,N1、N2为一、二次线圈的匝数。
  分析潮州箱式变压器在(如图3)接线情况下的工作状态,此时潮州箱式变压器同样也满足磁势平衡I1 N1=I2 N2。而因该潮州箱式变压器是2×75/5的潮州箱式变压器,二次线圈有中间抽头而且线圈L1 L2与L2 L3的匝数相等,二次线圈N2=N21+N22、当N21= N22当该潮州箱式变压器按K=75/5正常接线时,磁势平衡公式:I1 N1=I21 N21 ,变比: K=I1/I21=N21/N1当该潮州箱式变压器错误接线时,磁势平衡公式I1 N1=I21' N21+I22 N22,,得:I1 =(I21' N21+I22 N22)/ N1, I1/ K=(I21'+I22),因I1/K=I2,所以I2=(I21'+I22)。

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  因潮州箱式变压器二次线圈L2是中间抽头且L1 L2与L2 L3的匝数相等N21 = N22 当潮州箱式变压器一次通过一次时,在潮州箱式变压器二次线圈L1 L2与L2 L3的感应电势相等,因此潮州箱式变压器二次的I21与I22的比值与它们的回路阻抗成反比,当潮州箱式变压器二次接线完成后它们的回路阻抗就确定并保持稳定不受潮州箱式变压器的运行方式变化影响。此时该潮州箱式变压器计量回路I1 / I21'仍然保持线性关系,此时潮州箱式变压器的实际运行变比明显增大。潮州箱式变压器实际运行变比可以通过二次线圈L1 L2与L2 L3的回路总阻抗的比值来计算(回路总阻抗=潮州箱式变压器二次线圈阻抗+外接二次回路阻抗),由于潮州箱式变压器二次回路阻抗很小,因此很难精确测量两回路的阻抗之比,因此很难计算出此接线(图2)时的实际工作变比。
  既然该潮州箱式变压器在(图2)接线的情况下的实际运行时仍然保持线性关系,那么可等厂休、或线路停电时,采用测量法来计算该潮州箱式变压器的工作变比,方法是:由于现场运行潮州箱式变压器变比为75/5,可用一台75/5的标准潮州箱式变压器一次与现场运行潮州箱式变压器一次串连,二次接入模拟负载,用一台0.1级电能表现场校验的测量功能(测量精度0.5级)同时分别测量标准潮州箱式变压器与现场潮州箱式变压器计量回路的二次。计算标准潮州箱式变压器与现场潮州箱式变压器的二次比值,再用此比值乘以标准潮州箱式变压器变比得出实际运行中故障潮州箱式变压器的变比。
  这样既可以计算现场接错线的潮州箱式变压器的变比还可以验证此种情况下潮州箱式变压器的变比仍然保持良好的线性关系。
  从表1数据可以看出,在潮州箱式变压器二次抽头被短接后该潮州箱式变压器的变比发生了变化,而比值的线性并没有发生变化,平均比值是5.94,因此该潮州箱式变压器实际工作变比可以用此式计算:5.94×75/5=445.5/5。

  潮州箱式变压器匝间短路故障分析

  在运行中的潮州箱式变压器发生二次线圈匝间短路故障时,该潮州箱式变压器的误差如何变化?分析如下:
  潮州箱式变压器的变比K=I1/I2=N2/N1, 当潮州箱式变压器二次线圈N2发生短路时N2匝数减少,而潮州箱式变压器的变比正比于N2。N2减小潮州箱式变压器变比也减小,潮州箱式变压器的误差往正偏,及潮州箱式变压器的二次增大。

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  那么是不是潮州箱式变压器二次线圈N2短路匝数越多误差越往正偏呢?可能并非如此,因为当潮州箱式变压器二次发生短路时N2是减小了,但是被短路的那几匝线圈仍然绕在潮州箱式变压器的铁芯而且构成自己的回路并且与原潮州箱式变压器二次线圈并联,在这回路中同样会产生感应,因此发生二次绕组短路的潮州箱式变压器的磁势平衡公式应该是:
  I1 N1=I2 N2'+ ID ND , ND、ID分别是短路的匝数与短路匝中的。
  当I2 = ID时,因为N2= N2 '+ ND,I1 N1=I2 N2'+ ID ND = I2 N2潮州箱式变压器误差不变。
  当I2   当I2 >ID时,因为N2= N2'+ ND,I1 N1=I2 N2'+ ID ND ,又因ID=YI2(Y为小于一的正数)I1 N1=I2 N2'+YI2 ND=I2(N2'+ Y ND),因此N2>(N2'+ Y ND)潮州箱式变压器相当于匝数减少误差变正。
  由于潮州箱式变压器运行时二次都存在一定的负载,当潮州箱式变压器二次短路时短路点同样有部分接触电阻。在短路点处接触电阻不大时,短路匝ND中的ID大多数情况下大于二次I2及I2
  我们采用一只800/5穿心潮州箱式变压器,一次穿心一匝,二次绕组160匝。
  实验过程---保持二次线圈匝数,将二次线圈中短路一个一匝、二个一匝、三个一匝和一个两匝。模拟潮州箱式变压器在运行中匝间短路的现象,测量数据如表2;
  由以上测试数据可以看出当潮州箱式变压器发生匝间短路时绝大多数情况下误差往负偏即潮州箱式变压器二次减小将会导致电能表少计电量。

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