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空載運(yùn)行（變壓器繞組開路的工作狀態(tài)）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-16

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空載運(yùn)行

變壓器繞組開路的工作狀態(tài)

空載運(yùn)行（變壓器）是指變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開路的工作狀態(tài)。此時，一次繞組中的電流稱為變壓器的空載電流。空載電流產(chǎn)生空載磁場。在主磁場（即同時交聯(lián)一、二繞組的磁場）作用下，一、二次繞組中便感應(yīng)出電動勢。

基本信息

中文名	空載運(yùn)行
外文名	no-load running
取決于	電源頻率和鐵芯材料磁滯回線面積
含義	變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開路的工作狀態(tài)
應(yīng)用	變壓器

基本介紹

變壓器空載運(yùn)行時，雖然二次側(cè)沒有功率輸出，但一次側(cè)仍然從電網(wǎng)吸取一部分的有功功率，來補(bǔ)償因為磁通飽和，在鐵芯內(nèi)引起的磁滯損耗和渦流損耗簡稱鐵耗。磁滯損耗的大小取決于電源的頻率和鐵芯材料磁滯回線的面積；渦流損耗與最大磁通密度和頻率的平方成正比。另外還存在空載電流引起的銅耗。對于不同容量的變壓器，空載電流和空載損耗的大小是不同的。

實用方法

根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)功率方程，建立了數(shù)控機(jī)床工步間空載運(yùn)行時停機(jī)節(jié)能的理論決策模型。為解決理論模型求解困難的問題，采用了一種通過建立測試數(shù)據(jù)表和進(jìn)行曲線擬合的方法，求得理論模型三個關(guān)鍵參數(shù)的實用計算公式，從而得到各機(jī)床的實用決策模型和實際運(yùn)行方法。

能耗分析

數(shù)控機(jī)床相對于普通機(jī)床在工步間空載運(yùn)行時有一個重要特點(diǎn)：[t3，t4]在數(shù)控加工程序中已確定，即空載時間T=t4-t3是確定的。從節(jié)能角度，不難想到：工步間機(jī)床空載運(yùn)行時，采用停機(jī)處理，能否節(jié)能？顯然，如果工步間的空載時間T太短，停機(jī)處理是不能節(jié)能的。只有T足夠長，采用工步間空載時間停機(jī)處理才能節(jié)能。如何決定T是一個復(fù)雜的決策問題。

決策模型

建立了一種變頻數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的功率方程，如果用P(ω)來表示數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下電動機(jī)無機(jī)械負(fù)載時的損耗功率(P(ω)=ΔP+P，其中，ΔP為變頻器功率損耗，P為電動機(jī)的空載功率)，而不管其具體構(gòu)成，式中，P為數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)總輸入功率；b為電動機(jī)的載荷系數(shù)；α為機(jī)床主傳動系統(tǒng)的載荷損耗系數(shù)；P為切削功率；M為機(jī)床主傳動系統(tǒng)等效到電動機(jī)軸的等效非載荷庫侖摩擦力矩；ω為電動機(jī)輸出軸的角速度；B為機(jī)床主傳動系統(tǒng)等效到電動機(jī)軸的等效黏性阻尼系數(shù)；J為機(jī)床主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量系數(shù)；t為時間變量。

由于啟動瞬間電動機(jī)電磁場突變的特殊性，因此P(ω)不僅與ω有關(guān)，而且在啟動瞬間有突變。由于這種突變過程是時間的瞬間變化過程，因此P(ω)可以表示為P(ω，t)。

模型的建立

停機(jī)節(jié)能理論決策模型中，空載時間T是數(shù)控程序中的已知數(shù)，K是根據(jù)實際情況事先給定的一個常數(shù)。為求解P、E和T，提出了一種通過建立測試數(shù)據(jù)表得到擬合曲線公式的快速和較準(zhǔn)確的處理方法。

運(yùn)行步驟

根據(jù)數(shù)據(jù)編程中的工步間空載運(yùn)行時間T、前一工步結(jié)束時刻t、后一工步的開始時間t+1和轉(zhuǎn)速n，進(jìn)行決策，若應(yīng)進(jìn)行停機(jī)，則在數(shù)控程序中編入在t時刻停機(jī)的代碼，在t+1-T時刻開始啟動，就會自然產(chǎn)生停機(jī)節(jié)能效果。操作過程簡單方便。

運(yùn)行試驗方法

隨行著高電壓大容量變壓器的日益增多，空載運(yùn)試驗作為檢驗鐵心磁路設(shè)計、制造是否可靠的試驗項目越來越多地受到用戶重視。在GB/T6451—2008《油浸電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》的附錄A中明確要求進(jìn)行12h，1.1倍額定電壓的空載運(yùn)行試驗，試驗后油中應(yīng)無乙炔，總烴含量無明顯變化，無明顯局部放電的聲、電信號。

大多數(shù)500kV及以上等級變壓器合同中都明確要求進(jìn)行12h或長時間空載運(yùn)行試驗。進(jìn)行空載運(yùn)行試驗將占用大量的試驗時間和試驗場地，而且大型變壓器的空載運(yùn)行必須使用大容量發(fā)電機(jī)組，要消耗大量的能源。因此，開展對兩臺同型號、同規(guī)格的變壓器并聯(lián)進(jìn)行空載運(yùn)行以縮短試驗時間的研究具有重大的現(xiàn)實意義。

理論分析

變壓器的空載運(yùn)行試驗通常從低壓側(cè)施加額定頻率的正弦波額定電壓，高壓（或其他）繞組開路，中性點(diǎn)（如果引出）接地。在此條件下測量變壓器電壓、電流和損耗，記錄油溫，并在試驗結(jié)束后進(jìn)行油色譜分析。

空載運(yùn)行試驗電源的選擇：

空載運(yùn)行試驗電源的容量一般由變壓器空載電流決定。計算

S=0.01iS

式中S——由空載電流計算出的空載試驗容量；

i——變壓器的空載電流，%；

S——被試變壓器額定容量，kV·A。

對小容量變壓器取i=2%，則空載試驗電源的容量S=0.01i0，S=0.02SkV·A

對大容量變壓器取i=1%，則空載試驗電源的容量為0.01SkV·A。

在GB1094·1標(biāo)準(zhǔn)中要求空載試驗時平均值電壓表（方均根值刻度）的讀數(shù)U′，和方均根值電壓表的讀數(shù)U，兩塊表的讀數(shù)之差要<3%。按照此要求，試驗電源容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由S=0.01iS算出的容量。根據(jù)經(jīng)驗，空載試驗電源的容量取（0.05～0.10）SkV·A，可以保證波形系數(shù)滿足要求，較小系數(shù)適用于大容量變壓器，較大系數(shù)適用于中等容量變壓器。大型變壓器的空載運(yùn)行試驗通常使用≥5000kV·A的發(fā)電機(jī)組。

方法與線路

長時間空載運(yùn)行試驗是為了檢查鐵心磁路設(shè)計和制造是否可靠，并通過試驗后變壓器油的色譜分析發(fā)現(xiàn)有無局部缺陷。所以在試驗設(shè)備容量允許并保證試驗安全的條件下，只要滿足試驗要求，可以將兩臺變壓器并聯(lián)同時進(jìn)行長時間運(yùn)行試驗。

對于兩臺單相變壓器，如果額定電壓相同就可以將兩臺變壓器的低壓繞組并聯(lián)，高壓繞組開路，中性點(diǎn)接地，同時進(jìn)行空載運(yùn)行試驗。此時施加的電壓與單臺變壓器的額定電壓相同，測量的空載損耗是兩臺鐵心產(chǎn)生損耗的代數(shù)和（空載損耗為標(biāo)量），測得的電流是兩臺產(chǎn)品空載電流的矢量和（空載電流是矢量）。

兩臺單相變壓器，當(dāng)規(guī)格型號完全相同時，理論上兩臺產(chǎn)品的鐵心勵磁阻抗也完全一致，即Z=Z。但在實際制造過程中，由于制造和原材料的差異等原因，兩臺產(chǎn)品的鐵心不可能完全一致，也就是兩臺產(chǎn)品的勵磁阻抗不會完全相等，造成兩臺產(chǎn)品高壓端電壓的相位存在微小的差別，所以在兩臺產(chǎn)品并聯(lián)運(yùn)行時，高壓端仍然需要保持一定的絕緣距離。

經(jīng)濟(jì)效益

采用兩臺產(chǎn)品并聯(lián)進(jìn)行空載運(yùn)行試驗，將兩臺產(chǎn)品的試驗時間縮短為一臺產(chǎn)品的試驗時間，不僅降低了試驗人員的勞動強(qiáng)度，并且提高了試驗效率，降低了試驗成本，縮短了產(chǎn)品的制造和試驗周期。

如果能夠有60臺變壓器的空載運(yùn)行試驗采用這種試驗方式，那么可以節(jié)省30臺產(chǎn)品的試驗時間，以每臺節(jié)約試驗時間12h計算，30臺可節(jié)約30天的時間，相當(dāng)于在不增加試驗人員、試驗設(shè)備和試驗場地的情況下，可以多增加一個月的試驗時間，同時減少了大容量機(jī)組一個月的大負(fù)荷使用時間，可見該方法的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

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