【正文】 ,工作在電容性負(fù)荷下 ,而電力變壓器一般工 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 作在電感性負(fù)荷下。 2)試驗(yàn)變壓器所需試驗(yàn)功率不大 ,所以變壓器的容量不是很大 。而高壓電力變壓器的容量都很大。 3)試驗(yàn)變壓器在工作時(shí) ,經(jīng)常要放電 ,電力變壓器在正常運(yùn)行時(shí) ,發(fā)生短路事故的機(jī)會(huì)是不多的 ,而且即使發(fā)生 ,繼電保護(hù)裝置也會(huì)立即將電源跳開(kāi)。 4)電力變壓器在運(yùn)行中可能受到大氣過(guò)電壓及操作過(guò)電壓的侵襲 。而試驗(yàn)變壓 5)試驗(yàn)變壓器工作時(shí)間短 ,在額定電壓下滿載運(yùn)行的時(shí)間更短。比如進(jìn)行電氣設(shè) 備的耐壓試驗(yàn)時(shí)常常用的是 lmin 工頻耐壓。而電力變壓器則幾乎終年或多年在額定電壓下滿載運(yùn)行。 6)由于上述原因 ,試驗(yàn)變壓器工作溫度低 ,而電力變壓器溫升較高。也因此電力變壓器都帶有散熱管、風(fēng)冷甚至強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻裝置。而試驗(yàn)變壓器則沒(méi)有各種附加的散熱裝置 ,或只有簡(jiǎn)單的散熱裝置。 控制系統(tǒng)中選用的試驗(yàn)變壓器參數(shù)為 : 1)容量 2200kVA。 2)電壓 :55okv。低壓 :600ov。 3)電流 :高壓側(cè) 4A。低壓側(cè) 366A。 (2)調(diào)壓器 工頻耐壓試驗(yàn)對(duì)于調(diào)壓模塊的操作有一些基本的要求。首先 ,當(dāng)調(diào)壓器不為零而接入試驗(yàn) 變壓器時(shí)會(huì)在試驗(yàn)變壓器上產(chǎn)生過(guò)高壓 ,這個(gè)是不允許的 ,所以每次調(diào)壓必須從零開(kāi)始。調(diào)壓要均勻 ,前期的調(diào)速可以較快 ,但是在放電電壓的后25%時(shí) ,每秒的升一壓不能超過(guò)放電電壓的 2%。此外還要保持波形的完整和穩(wěn)定性。常用的調(diào)壓設(shè)備有自禍調(diào)壓器、移圈式調(diào)壓器、電動(dòng)發(fā)電機(jī)祖、接觸式調(diào)壓器等。下面簡(jiǎn)單介紹一下這幾種調(diào)壓器 : 1)自 藕 調(diào)壓器 自禍調(diào)壓器的實(shí)際上可以看作是一個(gè)自禍變壓器 ,但其二次側(cè)的抽頭能夠滑動(dòng)。這樣的調(diào)壓器一般容量較小 ,它價(jià)格低 ,攜帶方便 ,波形好 ,在小容量領(lǐng)域用的很多 ,但是在高壓領(lǐng)域用的不多。 2)移圈式調(diào)壓 器移圈式調(diào)壓器是借助一個(gè)沿鐵心柱高度方向上下移動(dòng)的短路線圈 ,改變主回路兩個(gè)線圈的阻抗和電壓分配來(lái)進(jìn)行調(diào)壓的。這種調(diào)壓器輸出電壓平滑均勻 ,制造工藝也比較簡(jiǎn)單 ,能適于一般的高壓試驗(yàn)場(chǎng)合。此外這樣的 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 調(diào)壓器漏抗較大 ,能夠適合承受較高的電流沖擊。 3)電動(dòng)發(fā)電機(jī)組 電動(dòng)發(fā)電機(jī)組是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) ,通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。這樣可以均勻平滑的調(diào)壓 ,不受電網(wǎng)的電壓波動(dòng)的影響 ,并可以供給正弦波形。當(dāng)然 ,這里要求發(fā)電機(jī)必須是正弦波發(fā)電機(jī) ,并且在適當(dāng)場(chǎng)合并聯(lián)電抗器做補(bǔ)償。電動(dòng)發(fā)電機(jī)組價(jià) 格比較昂貴 ,一般用在對(duì)試驗(yàn)要求較高的場(chǎng)合。 4)接觸式調(diào)壓器接觸調(diào)壓器也是自禍調(diào)壓器的一種 ,它具有輸出電壓波形好 ,畸變小 ,輸出電壓下限可以為零 。調(diào)壓特性平滑 ,連續(xù) ,線性 。阻抗電壓可以控制在較小的范圍內(nèi) 。運(yùn)行噪聲小以及輸出電壓與輸入電壓相位相同等優(yōu)點(diǎn) ,是一種比較理想的高壓試驗(yàn)用調(diào)壓器?？刂葡到y(tǒng)中采用的是接觸式調(diào)壓器型號(hào)為T(mén)XZC 250kVA/10kV/0 10kV。 模擬試驗(yàn)電壓諧波分析 試驗(yàn)電壓諧波的產(chǎn)生 試驗(yàn)電壓的波形對(duì)各種試驗(yàn)是有不同程度的影響的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)電壓一般應(yīng)是頻 率為 45Hz65Hz 的交流電 ,試驗(yàn)電壓的波形為兩個(gè)半波相同的近似正弦波 ,且峰值和方均根 (有效 )值之比應(yīng)在點(diǎn)扼士 以內(nèi)。如果諧波的方均根 (有效 )值不大于基波方均根值的 5%。則認(rèn)為滿足上述的波形要求回。 以試驗(yàn)變壓器為供電電源的高壓絕緣試驗(yàn)系統(tǒng)造成試驗(yàn)電壓波形畸變 ,含有諧波主要有以下幾個(gè)原因 : (l)由于高壓試驗(yàn)變壓器激磁電流中的高次諧波所造成的電壓波形畸變。 通常工頻高壓試驗(yàn)時(shí) ,大部分試品表現(xiàn)為電容量不甚大的電容效應(yīng) ,它所造成的負(fù)荷電流相對(duì)于變壓器的激磁電流并不甚大 ,試驗(yàn)變壓器常接近于在空載狀態(tài)下運(yùn)行 。在變壓器一次側(cè)流過(guò)的主要是激磁電流。由于變壓器的鐵心的基本磁化曲線是非線性的 ,因此若變壓器一次側(cè)所加的電壓接近為正弦波時(shí) ,變壓器鐵心中的主磁通也接近為正弦形 ,這樣激磁電流 11 就是非正弦的 ,也就是說(shuō)除基波分量之外 ,還有三次、五次等諧波分量 ,激磁電流呈尖頂波形。當(dāng)試驗(yàn)變壓器的前面接有調(diào)壓器而且調(diào)壓器的漏抗較大時(shí) ,如圖 。非正弦的激磁 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 電流 11就會(huì)在其上產(chǎn)生非正弦的壓降 u,如果電源電壓 u:為正弦波 ,則因 uZ=ul一 u,因此試驗(yàn)變壓器的一次側(cè)電壓 u:必為非正弦的 ,變壓器的高壓側(cè)輸出電壓u3 也因此為非正弦 。 變壓器鐵心中磁通的飽和程度越大 ,而且電源線路和調(diào)壓裝置的阻抗越大 ,則電壓波形畸變?cè)絿?yán)重。另外 ,激磁電流與總電流之比越大 ,則波形畸變也越大。變壓器二次側(cè)為容性負(fù)載 ,相比于其它性質(zhì)的負(fù)載來(lái)說(shuō) ,會(huì)使畸變加劇。因?yàn)槿菪载?fù)載對(duì)高次諧波電壓來(lái)說(shuō)阻抗較小 ,故高次諧波電流相對(duì)較大 .這些高次諧波電流在調(diào)壓器及變壓器本身的阻抗中所產(chǎn)生的壓降將使輸出電壓的畸變加劇。 (2)由于調(diào)壓裝置的鐵心飽和所造成的電壓波形畸變。 對(duì)于移圈式調(diào)壓器來(lái)說(shuō) ,磁通穿過(guò)較大一段非導(dǎo)磁材料 ,鐵心基本上滿足線性的。正弦波發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了特殊繞組 ,可以產(chǎn)生正弦波電壓。而對(duì)于某些調(diào)壓器 (如感應(yīng)調(diào)壓器 )由于磁路中或多或少存在著飽和現(xiàn)象 ,輸出波形不一定能保證滿足正弦的。 (3)由于電源電壓 (電網(wǎng) )不是正弦波 ,即電源電壓本身含有諧波成分 ,則不管什么調(diào)壓裝置都不能供應(yīng)正弦電壓。 諧波分析算法 目前諧波分析方法有離散傅里葉變換 (DFT)法、準(zhǔn)同步法、小波變換法等 .其中離散傅里葉變換法發(fā)展很快 ,快速傅里葉變換 (FFT)就是 DFT 的一種改進(jìn)算法。由于 FFT算法較 DFT的計(jì)算量減少 1到 2個(gè)數(shù)量級(jí) ,而且該方法分析諧波時(shí) ,精度高、功能強(qiáng)、使用方便 ,因此目前應(yīng)用 比較廣泛。全波傅里葉算法具有較強(qiáng)的濾波能力 , 可以分析所有的整數(shù)次諧波分量 ,而且穩(wěn)定性好。本文應(yīng)用全波傅里葉算法進(jìn)行基波分量和各次諧波分量的求解 ,精確提取試驗(yàn)電壓中的各次諧石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 波分量 ,并進(jìn)行有效的濾波處理 ,使試驗(yàn)電壓的波形滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。全波傅里葉算法能有效地求解直流分量和信號(hào)中的整數(shù)次諧波分量 .如輸入信號(hào)為 :式中 :a 為直流分量 。u。為基波 (n=l)分量或 (倫 2)分量的幅值 。為基波角頻率 。p,為基波 (n=l)或 (倫 2)分量的相位。 可求得 : 式中 :T 為基波周期 。 a。為。次諧波的余弦分量 。 b。為 n次諧 波的正弦分量。 由 MATLAB 的軟件對(duì)試驗(yàn)電壓波形進(jìn)行采樣 ,得到的是一組離散的采樣值。具體的傅里葉算法為 : 式中 :N為一個(gè)周期中的采樣點(diǎn)數(shù)。 求得 a。和 b。后 ,可以計(jì)算出交流分量有效值 un 仿真模型及結(jié)果分析 (l)仿真模型 為分析試驗(yàn)電壓中諧波含量 ,以 Matlab/PSB 軟件為工具進(jìn)行模擬仿真 ,建立如圖 所示的仿真模型。模型主要包括電源模塊 (Subsystem)如圖 所示、LC濾波元件、電 l 江 t 和顯示元件 (Scope)等。仿真時(shí)陽(yáng) J選擇 ,選用變步石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 長(zhǎng) ode45 算法 ,Relative to leranee:le7。采用 S函數(shù)進(jìn)行定步長(zhǎng)采樣 ,采樣頻率 1oooHZ。 電源子模塊中設(shè)置含有諧波分量的模擬信號(hào) :基波分量 220V:二次諧波分量IOV。三次諧波分量 SV。四次諧波分量 6V。五次諧波分量 4V。 (2)仿真結(jié)果分析石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 具有 25次諧波的信號(hào)波形如圖 。仿真分析結(jié)果為 :基波分量 22OV,二次諧波含量 10V,三次諧波含量 SV,四次諧波含量 6V,五次諧波含量 4V。從仿真結(jié)果可以看出 ,該諧波分析算法與被給定信號(hào)諧波分量的參數(shù)完成一致 ,可以應(yīng)用該算法進(jìn)行模擬試驗(yàn)電壓的諧波分 析。 模擬試驗(yàn)電壓諧波含量為 : (3)試驗(yàn)電壓諧波的消除 我們知道一般高次諧波中的三次及五次諧波起主要作用 ,通過(guò)計(jì)算模擬試驗(yàn)電壓諧波含量可知此試驗(yàn)電壓不滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) ,必需對(duì)試驗(yàn)電壓進(jìn)行濾波。本文設(shè)計(jì)了如圖 所示的濾波電路。濾波電路并聯(lián)在調(diào)壓器輸出電路上 ,分別濾除三次諧波分量與五次諧振波分量。 每個(gè)濾波支路均采用 LC 串聯(lián)諧振回路 ,根據(jù)來(lái)選擇三次濾波參數(shù) , 來(lái)選擇五次濾波參數(shù) ,。為基波角頻率 ,即為 100。通過(guò)三次與五次濾波器 ,使激磁電流中三次與五次諧波分量有了短路回路 ,避免在調(diào)壓器的漏抗上產(chǎn)生三次與 五次諧波壓降 ,以保證試驗(yàn)變壓器輸入電壓為滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的正弦波。 為了不顯著增加調(diào)壓設(shè)備的容量 ,選擇濾波電容時(shí) ,要考慮流過(guò)濾波回路的石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 交流電流不要太大 ,各濾波支路的濾波電容 c都應(yīng)選擇在 6F1。林 F范圍之內(nèi)。 本文中三次濾波電路濾波電容 c=lo 林 F,電感 L110mH,五次濾波電路濾波電容 c10 林 F,電感 L=43mH。如圖 所示為模擬試驗(yàn)電壓濾波前后對(duì)比圖。從圖中可以看出濾波后電壓變得更為光滑。 諧波分析結(jié)果如表 所示。通過(guò)計(jì)算可得諧波含量為 %5%,滿足試驗(yàn)標(biāo) 準(zhǔn)要求。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 工頻耐壓試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意事項(xiàng) 工頻耐壓試驗(yàn)是一種型式試驗(yàn) ,在試驗(yàn)過(guò)程中有許多需要注意的地方。如試驗(yàn)前應(yīng)檢查以下幾個(gè)方面 : (1)核算試驗(yàn)設(shè)備和電源容量是否滿足試驗(yàn)要求。我國(guó)試驗(yàn)變壓器的電壓等級(jí)有 : 2 3 50、 100、 150、 500kV 等。容量等級(jí)有 : 250、 100、 150、 2200kVA 等。當(dāng)設(shè)備較多 ,而試驗(yàn)變壓器容量較小時(shí) ,可分批進(jìn)行試驗(yàn)。例如對(duì)母線可進(jìn)行分段、分相試驗(yàn)。 (2)拆除與耐壓設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電子線路部件及其它不能承受此試驗(yàn)電壓的設(shè)備部件 ,將被試設(shè)備的外殼和非被 試設(shè)備可靠接地。 (3)試驗(yàn)變壓器使用前應(yīng)擦拭干凈 ,檢查變壓器內(nèi)的油是否足夠 ,不夠應(yīng)補(bǔ)充合格的變壓器油 ,在注油后應(yīng)靜止足夠的時(shí)間 ,以排除變壓器內(nèi)空氣 ,并用25O0V 兆歐表檢查各繞組對(duì)外殼及地的絕緣電阻。 (4)在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前 ,必須先進(jìn)行各項(xiàng)非破壞性試驗(yàn) ,如測(cè)量絕緣電阻、 吸收比、介質(zhì)損失角、直流泄漏電流等 ,對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析 ,如發(fā)現(xiàn)受潮或有絕緣缺陷時(shí) ,應(yīng)設(shè)法消除后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn) ,以免在交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中 ,發(fā)生絕緣擊穿 ,擴(kuò)大絕緣缺陷 ,延長(zhǎng)檢修時(shí)間 ,增加檢修工作量。 (5)試驗(yàn)儀器連線正確 ,高壓輸 出部分與被試品的連接應(yīng)可靠。 工頻耐壓試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意事項(xiàng)回 : (l)由于交流耐壓試驗(yàn)是一種破壞性試驗(yàn) ,試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)電壓往往比運(yùn)行電壓高 ,過(guò)高的電壓會(huì)使絕緣介質(zhì)損失增大、發(fā)熱、放電 ,會(huì)加速絕緣缺陷的發(fā)展 ,故在對(duì)設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)絕緣介質(zhì)的不同及設(shè)備的運(yùn)行狀況的不同 ,按照有關(guān)規(guī)程及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的試驗(yàn)電壓。 (2)耐壓試驗(yàn)過(guò)程中 ,升壓應(yīng)當(dāng)從零開(kāi)始 ,禁止在 30%試驗(yàn)電壓以上沖擊合閘。在升壓過(guò)程中應(yīng)該監(jiān)視電流的變化 ,當(dāng)保護(hù)動(dòng)作后 ,應(yīng)立刻查明原因 ,消除故障后再進(jìn)行試驗(yàn)。 (3)交流耐壓試驗(yàn)中 ,加至試 驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓后 ,為了便于觀察被試品的情況 ,同時(shí)也為了使己經(jīng)開(kāi)始擊穿的缺陷來(lái)得及暴露出來(lái) ,要求持續(xù) 1 分鐘的耐一壓時(shí)間。耐壓時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng) ,以免引起不應(yīng)有的絕緣損傷 ,甚至使本來(lái)合格的絕緣發(fā)石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 生熱擊穿。耐壓時(shí)間一到 ,應(yīng)速將電壓降至輸出電壓的 25%以下 ,再切斷電源 ,嚴(yán)禁在試驗(yàn)電壓下切斷電源 ,否則可能產(chǎn)生很高的操作過(guò)電壓。 (4)在試驗(yàn)過(guò)程中 ,若由于空氣的濕度、設(shè)備表而臟污等影響 ,引起試品表而閃絡(luò)放電或空氣擊穿 ,不能認(rèn)為不合格 ,應(yīng)處理后再試驗(yàn)。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 本章小結(jié) 本章首先介紹了工頻耐壓試驗(yàn)的工作原理。工頻耐一壓試驗(yàn)首先需要解 決的一個(gè)問(wèn)題就是試驗(yàn)電壓測(cè)量的問(wèn)題 ,本文采用電容分壓器法測(cè)量高電壓。其次 ,采用全波傅里葉算法分析諧波分量并設(shè)計(jì) 濾波電路消除試驗(yàn)電壓中的諧波。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)變壓器和調(diào)壓器進(jìn)行了分析及參數(shù)確定 ,最后 ,介紹了試驗(yàn)前以及試驗(yàn)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第三章 工頻耐壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) 電氣圖設(shè)計(jì)原則 電氣原理圖是根據(jù)工作原理而設(shè)計(jì)的 ,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,層次分明 ,便于研究和分析電路原理等優(yōu)點(diǎn) ,在各種電器控制中 ,無(wú)論在設(shè)計(jì)部門(mén)或生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都得到廣泛的應(yīng)用 ,繪制電氣原理圖應(yīng)遵循以下原則囚。 (l)電氣控制線路可分為主電路和控制電路。主電路包括從電源到電動(dòng)機(jī)或線路末端的電路 ,是工作電流的通路部分?？刂齐娐芬话阌砂粹o ,接觸器、及各種繼電器的線圈及其輔助觸頭、熱繼電器、控制開(kāi)關(guān)電器的輔助觸頭、控制變壓器等組成 ,包括信號(hào)回路及保護(hù)回路等。繪制電氣原理圖時(shí) ,主電路一般排在圖面的左面或上面 ,控制電路或輔助電路排在右面或主電路的下面 ,元器件目錄表排在標(biāo)題欄上方 ,按倒置順序編寫(xiě)。 (2)電氣原理圖中 ,所有電器元件的圖形 ,文字符號(hào)必須統(tǒng)一標(biāo)號(hào)。主電路標(biāo)號(hào)一般由文字符號(hào)和數(shù)字組成。文字符號(hào)用以標(biāo)明主電路中的元