CN106443542A - 换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，包括：在出厂前对换流变压器进行空载试验，得到谐波损耗模型；在出厂后进行空载试验，得到谐波电流波形；对谐波电流波形进行傅立叶分析，得到各谐波频率下的电流有效值；根据换流变压器的谐波损耗模型和各谐波频率下的电流有效值得到各谐波频率下的换流变压器的空载损耗；根据各谐波频率下的换流变压器的空载损耗与通过测量得到的换流变压器的空载损耗之差换流变压器的铁芯是否发生形变。本发明具有如下优点：能够校正换流变压器的空载损耗测量结构，使得工厂测量数据与现场测量数据能够具有可比性，从而判断换流变压器铁芯的情况，也从损耗测量结果上给出了换流变压器铁芯好坏。

Description

换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法

技术领域

本发明涉及测量领域，具体涉及一种换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法。

背景技术

随着特高压直流输电的发展，电压等级和容量在提高，换流变压器运行过程中的谐波和漏磁场也在不断增加，它的谐波损耗问题越来越受到关注。各大变压器制造厂商也分别采取各种方法以达到降损的目的，比如西门子公司通过步进搭接铁芯、换位导线，合理设计线圈布置来避免线圈中的热点等方法来降低损耗，ABB公司通过选用冷轧有取向高导硅钢磁片的铁心材料等措施来降低换流变压器运行过程中铁心的饱和程度，从而降低损耗。

针对大型换流变压器运输成本过大的问题，为了节约能源，国家电网公司提出了“现场组装，现场试验”的要求。由于试验现场条件的限制，存在较大谐波和电磁干扰，对损耗测量产生了一定的影响，因此需要对现场测量结果的影响因素进行分析和计算。

此外，由于大型换流变压器在出厂前就要进行空载损耗和空载损耗的测量，然后经过长途运输，到达现场进行组装。在完成组装后，需要再次测量损耗，以判断在运输过程中铁心是否发生形变甚至损耗。但是，由于现场存在较大的谐波干扰，会引起其空载损耗和空载损耗测量值的改变，我们就需要判断现场测量的结果是由于谐波引起的还是由于铁心形变引起的，因此，需要对其进行研究，剔除掉现场测试中由于谐波引起的损耗变化，使得现场测量数据能够与工厂测量数据进行对比的，从而判断换流变压器在运输共成长铁心是否发生形变甚至损坏。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，使得工厂测量数据与现场测量数据能够具有可比性，从而判断换流变压器铁芯的情况。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，包括以下步骤：S1：在出厂前对换流变压器进行空载试验，得到所述换流变压器的谐波损耗模型；S2：在出厂后进行空载试验，得到谐波电流波形；S3：对所述谐波电流波形进行傅立叶分析，得到各谐波频率下的电流有效值；S4：根据所述换流变压器的谐波损耗模型和所述各谐波频率下的电流有效值得到各谐波频率下的所述换流变压器的空载损耗；S5：判断各谐波频率下的所述换流变压器的空载损耗与通过测量得到的所述换流变压器的空载损耗之差是否在预设范围内，如果在所述预设范围内则所述换流变压器的铁芯没有发生形变，如果超出所述预设范围则所述换流变压器的铁芯发生形变。

根据本发明实施例的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，能够校正换流变压器的空载损耗测量结构，使得工厂测量数据与现场测量数据能够具有可比性，从而判断换流变压器铁芯的情况，也从损耗测量结果上给出了换流变压器铁芯好坏。

另外，根据本发明上述实施例的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述换流变压器的谐波损耗模型包括谐波等效电路，所述谐波等效电路包括依次串联的电流源、等效阻抗、二次侧谐波等效电抗、二次侧谐波等效电阻、一次侧谐波等效电抗、一次侧谐波等效电阻；在所述二次侧谐波等效电阻和所述一次侧谐波等效电抗之间的节点与所述电流源之间还连接有相互串联的谐波等效励磁电阻和谐波等效励磁电抗；根据所述谐波等效电路得到所述谐波等效励磁电阻和所述谐波等效励磁电抗。

进一步地，步骤S4进一步包括：测量所述换流变压器在工频下的空载损耗P₁；在一个低频大电流下得到该频率下的空载损耗P_h；通过联立以下公式计算工频下绕组的涡流损耗P_we,1和工频下金属结构件中的杂散损耗P_se,1：

其中，为电阻损耗，I₁为工频电流有效值，I_h为h次谐波电流有效值；根据各个频率下电流的有效值和P_we,1，P_se,1计算各个频率下的损耗P_h；根据各个频率下的损耗P_h进行求和得到空载损耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的谐波等效电路的电路图；

图3是相关技术中的谐波等效电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法。

图1是本发明一个实施例的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法的流程图。

一种换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，包括以下步骤：

S1：在出厂前对换流变压器进行空载试验，得到换流变压器的谐波损耗模型。

在本发明的一个实施例中，换流变压器的谐波损耗模型包括谐波等效电路。如图2所示，谐波等效电路包括依次串联的电流源、附加阻抗Z_n(f)、二次侧谐波等效电抗X_n(2)、二次侧谐波等效电阻R_n(2)、一次侧谐波等效电抗X_n(1)、一次侧谐波等效电阻R_n(1)；在二次侧谐波等效电阻R_n(2)和一次侧谐波等效电抗之间的节点X_n(1)与电流源之间还连接有相互串联的谐波等效励磁电阻R_n(m)和谐波等效励磁电抗X_n(m)。上述参数中n代表谐波次数。

S2：在出厂后进行空载试验，得到谐波电流波形。

S3：对谐波电流波形进行傅立叶分析，得到各谐波频率下的电流有效值。

S4：根据换流变压器的谐波损耗模型和各谐波频率下的电流有效值得到各谐波频率下的换流变压器的空载损耗。

在本发明的一个实施例中，步骤S4进一步包括：

设定涡流损耗正比于电流和频率的平方，杂散损耗正比于电流的平方和频率的0.8次方。总损耗由直流电阻损耗、涡流损耗和杂散损耗三部分组成。对换流变压器的基波损耗和谐波损耗分别采用下面两式计算。

式中：电阻损耗(W)；P_we,1：工频下绕组的涡流损耗(W)；P_se,1：工频下金属结构件中的杂散损耗(W)；I₁：工频电流有效值(A)；I_h：h次谐波电流有效值(A)；F₁：工频50Hz；F_h：h次谐波频率(Hz)。

根据IEC给出的方法，可以将空载损耗的求解分成以下几个步骤：首先，测量换流变压器在工频下的空载损耗P₁，然后在一个低频大电流下得到该频率下的空载损耗P_h，通过联立上两式计算P_we,1和P_se,1，最后根据各个频率下电流的有效值和P_we,1，P_se,1，计算该频率下的损耗P_h，空载损耗P_c通过求和得到。

S5：判断各谐波频率下的换流变压器的空载损耗与通过测量得到的换流变压器的空载损耗之差是否在预设范围内，如果在预设范围内则换流变压器的铁心没有发生形变，如果超出预设范围则换流变压器的贴心发生形变。

当铁心发生形变后，通过以下过程计算换流变压器修正后的含附加阻抗的谐波等效电路中附加阻抗：

S501：设置基波电流和谐波电流的有效值。

S502：在1到49次频率条件下，分别用IEC方法和常见谐波等效电路计算谐波损耗P_k1和P_k2；其中，P_k1为在k次谐波下步骤S4中方法求得的损耗结果，P_k2为在k次谐波下用常见谐波等效电路方法求得的损耗结果。

具体地，常见的谐波等效电路如图3所示。根据换流变压器工厂试验的空空载损耗测量结果及名牌参数，计算如下：

计算公式中，带星号的为标幺值，不带星号的为实际值，标幺值和实际值之间可以相互转换。在基频条件下，n＝1，此时，下标n可以省略，下述计算过程均指基频条件下的电路参数。工程上，通常认为：

对其电路参数的具体求解过程如下：

其中，下标k代表电阻的总参数。Z_k代表总阻抗，U_k代表总电压，I_k代表总电流，R_k代表总电阻，X_k代表总电抗。

为了更加精确的求解，可以利用下式求解R_m，X_m：

代入求得的R₁、R₂和X₁、X₂的实际值，对R_m，X_m进行计算即可，P₀代表空载损耗，根据P₀得到P_k2。

S503：用损耗的差值除以谐波电流的平方，得到该频率下(k次谐波下)的附加电阻值：

其中，I_k是第一步设置的k次谐波电流有效值，R_k是k次谐波附加电阻值。

S504：利用等效电路计算的无功损耗，得到该频率下的电抗值：

其中，Q_k2是用等效电路计算的无功功率值，X_k是k次附加电抗值。

S505：对R_k进行多项式拟合，求得附加电阻的表达式。

另外，本发明实施例的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在出厂前对换流变压器进行空载试验，得到所述换流变压器的谐波损耗模型；

S2：在出厂后进行空载试验，得到谐波电流波形；

S3：对所述谐波电流波形进行傅立叶分析，得到各谐波频率下的电流有效值；

S4：根据所述换流变压器的谐波损耗模型和所述各谐波频率下的电流有效值得到各谐波频率下的所述换流变压器的空载损耗；

S5：判断各谐波频率下的所述换流变压器的空载损耗与通过测量得到的所述换流变压器的空载损耗之差是否在预设范围内，如果在所述预设范围内则所述换流变压器的铁芯没有发生形变，如果超出所述预设范围则所述换流变压器的铁芯发生形变。

2.根据权利要求1所述的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，其特征在于，所述换流变压器的谐波损耗模型包括谐波等效电路，所述谐波等效电路包括依次串联的电流源、附加阻抗、二次侧谐波等效电抗、二次侧谐波等效电阻、一次侧谐波等效电抗、一次侧谐波等效电阻；在所述二次侧谐波等效电阻和所述一次侧谐波等效电抗之间的节点与所述电流源之间还连接有相互串联的谐波等效励磁电阻和谐波等效励磁电抗。

3.根据权利要求1所述的换流变压器空载损耗现场测量结果的校正方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：

测量所述换流变压器在工频下的空载损耗P₁；

在一个低频大电流下得到该频率下的空载损耗P_h；

通过联立以下公式计算工频下绕组的涡流损耗P_we,1和工频下金属结构件中的杂散损耗P_se,1：

$P_1=I_1^2{R}_{e,1}+P_{we,1}+P_{se,1}$

$P_h=I_h^2{R}_{e,h}+P_{we,1}{\left(\frac{I_h}{I_1}\right)}^2\·{\left(\frac{F_h}{F_1}\right)}^2+P_{se,1}{\left(\frac{I_h}{I_1}\right)}^2\·{\left(\frac{F_h}{F_1}\right)}^{0.8}$

其中，为电阻损耗，I₁为工频电流有效值，I_h为h次谐波电流有效值，F₁为工频50Hz，F_h为h次谐波频率；

根据各个频率下电流的有效值和P_we,1，P_se,1计算各个频率下的损耗P_h；

根据各个频率下的损耗P_h进行求和得到空载损耗。