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電源變壓器范文1

[關鍵詞]開關電源變壓器 交錯繞制 漏感 功率

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2014）33-0341-01

一、線圈交錯繞法介紹

變壓器做為開關電源的核心部件，其主要作用是變換電流電壓阻抗，在電源和負載之間進行直流隔離，以最大限度的傳送電源能量（功率）。高效開關電源的設計，關鍵取決于變壓器的優(yōu)化設計，比如如何提高變壓器輸出效率，減小變壓器對MOS管漏極應力，以降低開關電源成本等等。

1.1 反激式變壓器

傳統(tǒng)反激式變壓器通常為初、次級繞組同槽分層繞制方式。其層間使用絕緣膠帶進行隔離，端頭采用擋墻膠帶進行定位，引出線采用套管進行處理，以保證初次級之間的安規(guī)距離。為了降低變壓器漏感，減小其對MOS管漏極電壓應力，通過對繞線結(jié)構進行優(yōu)化設計，采用初次級交錯繞制Sandwich繞法。即將初級繞組均分成兩部分，先繞制1/2初級繞組N1，然后繞制次級繞組（N2/N3/N4），最后再繞制余數(shù)1/2初級繞組（N5）。如（圖1）所示。

1.2 諧振式變壓器

傳統(tǒng)諧振式開關電源變壓器通常為分槽型，即具有兩個繞線槽（如圖2所示）。初級繞組（N1）、次級多路繞組（N2～N5）分別位于兩繞線槽中，且初次級中間具有隔離槽，以保證初次級之間的安規(guī)距離。為提高變壓器的輸出效率，通過對繞線結(jié)構及骨架、護套、擋板等進行優(yōu)化設計，在結(jié)構上采用初級繞組位于中間，次級繞組分成兩部分，對稱分布于兩側(cè)的方式。如圖3所示。

二、理論分析

利用初次級繞組交錯繞制的方式，相對于傳統(tǒng)繞制方式而言，減小了繞組窗口內(nèi)的磁場強度（即漏磁通），具體理論分析如下：

假設I1N1為初級安匝數(shù)，I2N2為次級安匝數(shù)，b為初級繞組占窗口寬度，l為窗口長度，初次級繞組間隙寬度值為c，d為次級繞組占窗口寬度。

在理想情況下，根據(jù)安培環(huán)路定律沿環(huán)路積分得到

式中，H1為全部初級安匝在窗口產(chǎn)生的磁場強度；從式中可見，在初級繞組寬度內(nèi)，磁場強度隨x線性增加，當x=b時，環(huán)路包圍了整個初級，磁場強度不變且等于H1。在初次級間包圍的環(huán)路中沒有增加電流，磁場強度不變（H1），一直保持到x=b+c。

當x>b+c時，包圍了次級反向電流，這里的磁場強度為

從而，我們可以得到傳統(tǒng)繞制方式的繞組窗口磁場強度分布圖如（圖4）所示，而如果將次級（或初級）繞組分成兩半，將初級（或次級）繞組夾在中間，其繞組窗口磁場強度的分布圖如（圖5）所示。從圖中可以看出，交錯繞制方式下的窗口最大磁場強度比傳統(tǒng)繞制方式下的窗口最大磁場強度小一倍（即Hm=1/2 H1），初級繞組空間磁場總能量降低為傳統(tǒng)型的1/4，次級繞組空間磁場總能量降低為傳統(tǒng)的1/4。

綜上，通過初次級交錯繞制的方式，一方面，對于反激式變壓器而言，降低了繞制空間磁場總能量，就可以降低變壓器的漏感，減小對MOS管漏極的電壓應力；另一方面，對于諧振式變壓器而言，因為繞組交流電阻隨所處磁場強度的降低而減小，所以繞組的渦流損耗也將降低，最終使得變壓器的輸出功率得以提升。

三、應用案例

3.1 EQ3314型反激式變壓器

以EQ3314型磁芯骨架為例，分別采用傳統(tǒng)繞法和初次級交錯繞法繞制變壓器，并在電源中進行測試。其中，初次級交錯繞法繞制的變壓器，漏感值以及對MOS漏極電壓應力值均小于傳統(tǒng)繞法繞制的變壓器。具體如（表1）所示。

3.2 EFD4044型諧振式變壓器

以EFD4044型磁芯骨架為例，分別采用傳統(tǒng)繞法和初次級交錯繞法繞制變壓器，并在電源中進行測試。其中，初次級交錯繞法繞制的變壓器，溫升值較低，可輸出功率較高（表2）。

電源變壓器范文2

[關鍵詞]高壓 變頻器 過電壓故障 危害 原因 解決

中圖分類號：TD53 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）01-0063-01

正常情況下，直流母線電壓為三相交流輸入線電壓的峰值。以AC700V輸入電壓等級的功率單元為例計算，直流母線電壓1.414x700=989V。在過電壓發(fā)生時，直流母線的儲能電容電壓將上升，當電壓上升至一定的值時〔通常為正常值的10%-20%），高壓變頻器過電壓保護動作。因此，對于變頻器來說，有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時很可能損壞功率單元。

1.過電壓故障的危害

高壓變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓的主要危害表現(xiàn)在以下幾方面。

1.1 對功率單元直流回路電解電容器的壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而高壓變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在一定范圍內(nèi)，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護。

1.2 對功率器件如整流橋、IGBT、SCR的壽命有直接影響，直流母線電壓過高，功率器件的安全裕量減少。例如對AC700V輸入電壓等級的功率單元來說，其功率器件的額定耐壓一般選定在DV1700V左右，考慮器件處在開關狀態(tài)時dv/dt比較大，因此在直流母線電壓過高時再疊加功率器件開關過程中產(chǎn)生的過電壓，很有可能超過器件的額定耐壓而造成器件擊穿損壞。

1.3 對功率單元的控制板造成損壞。一般功率單元中控制板上的。DC/DC變換器需從直流母線取電，DC/DC變換器的輸入電壓也有一定的范圍，直流母線電壓過高，則變換器中開關管如MOSFET也會擊穿。

2.引起過電壓故障的原因

一般能引起中間直流回路真正過電壓的原因主要來自以下兩個方面。

2.1 來自電源輸入側(cè)的過電壓

正常情況下電網(wǎng)電壓的波動在額定電壓的-10%―+10%以內(nèi)，但是，在特殊情況下，電源電壓正向波動可能過大。由于直流母線電壓隨著電源電壓上升，所以當電壓上升到保護值時，變頻器會因過電壓保護而跳閘。

2.2 來自負載側(cè)的過電壓

由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電動機處于實際在速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)時，負載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)電動機轉(zhuǎn)換成電能，通過各個功率單元逆變橋中的四個IGBT中的續(xù)流二極管回饋到功率單元的直流母線回路中。此時的逆變橋處于整流狀態(tài)，如果功率單元中沒有采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電解電容器的電壓上升，達到保護值即會報出過電壓故障而跳閘。

3.避免過電壓故障的方法

根據(jù)以上針對高壓變頻器過電壓帶來的危害及幾種可能的產(chǎn)生原因的分析，可以從以下四個方面來盡最大可能避免過電壓故障的產(chǎn)生：一是避免電網(wǎng)過電壓進入到變頻器輸入側(cè)；二是避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)；三是提高過電壓檢測回路的抗干擾性；四是中間直流回路多余能量應及時處理。下面介紹主要的處理方式。

3.1 在電源榆入側(cè)增加吸收裝置，減少變頻器榆入過電壓因素

對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。

3.2 從變頻器已設定的參數(shù)中尋找解決辦法

在變頻器中可設定的參數(shù)主要有兩個：減速時間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負載減速時間時，變頻器減速時間參數(shù)的設定不要太短，而使得負載動能逐漸釋放；該參數(shù)的設定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數(shù)的設定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設定變頻器失速自整定功能或先設定變頻器不過電壓情況下可減至的頻率值，暫緩后再設定下一階段變壓器不過電壓情況下可減至的頻率值，即采用分段減速方式。

3.3 采用在中間直流回路上增加適當電容的方法

中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當增大回路的電容量或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器#解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設計階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓保護能力的提高。

3.4 在條件允許的情況下適當降低功率單元輸入電壓

目前變頻器功率單元整流側(cè)采用的是不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回〖路電壓也高，有些用戶處電網(wǎng)電壓長期處于最大正向波動值附近。電網(wǎng)電壓越高則變頻器中間直流回路電壓也越高，對變頻器承受過電壓能力影響很大。可以在高壓變頻器內(nèi)配置的移相整流變壓器高壓側(cè)預留5%、 0分接頭，一般出廠時移相變壓器輸入側(cè)都默認接在0分接頭處。在電壓偏高時，可以將輸入側(cè)改接在+5%分接頭上，這樣可適當降低功率單元輸入側(cè)的電壓，達到相對提高變頻器過電壓保護能力的目的。

3.5 增強過電壓檢測電路的可靠性和抗干擾性

前面提到過電壓檢測電路分為高壓采樣部分和低壓隔離比較部分，因此提高整個電路的可靠性和抗干擾性要從以下兩方面入手。

3.5.1 中間直流母線到電路板上的兩根連接導線要采用雙絞線，并且線長應盡量短，電路板檢測回路的入口處要增加濾波電容；降壓電阻應選用功率裕性好、溫漂小的電阻。

3.5.2 低壓部分要采用工業(yè)等級的基準源，采用高共模抑制比的光耦參數(shù)以提高光耦一、二次側(cè)的抗干擾能力。

3.6 在輸入增加逆變電路的方法

處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加可控整流電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但可控整流橋價格昂貴，技術復雜，不是較經(jīng)濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應用，只有在較高級的場合才使用。

3.7 采用增加泄放電阻的方法

電源變壓器范文3

特高壓變壓器與常規(guī)變壓器相比，在結(jié)構上具有其特殊性，變壓器采用中性點變磁通調(diào)壓，設置補償繞組限制因分接位置變化引起的低壓電壓波動。總體外部結(jié)構采用獨立外置調(diào)壓變方式，即變壓器主體與調(diào)壓補償變分箱布置。這是由于它的“電壓高、容量大”等因素所致。以特高壓電網(wǎng)常用的ODFPS-1000000/1000單相自耦三繞組變壓器為例，在設計方案上采用了以下方式：采用了中性點調(diào)壓方式，同時保證其高可靠性；自耦變中性點調(diào)壓為變磁通調(diào)壓，低壓電壓將隨開關分接位置變化發(fā)生較大波動，因此設置了補償繞組，將補償繞組串入低壓繞組，以達到限制低壓電壓的波動目的。將調(diào)壓部分和補償部分獨立出來，將主體變壓器與調(diào)壓補償變壓器分離，同時，將主體變設計成多柱并聯(lián)結(jié)構，減小變壓器的運輸尺寸，以符合現(xiàn)有的運輸條件。

2、特高壓變壓器組成介紹

2.1主體鐵芯的結(jié)構型式和特點：1）主體鐵芯采用單相五柱式結(jié)構，三心柱套線圈。2）鐵芯采用日本進口高導磁、低損耗優(yōu)質(zhì)晶粒取向冷軋硅鋼片疊積，全斜接縫。采用進口的剪切設備和引進技術的疊裝設備來進行鐵芯制造，保證鐵芯的剪切和疊積質(zhì)量。3）鐵芯內(nèi)設置多個絕緣油道，保證鐵芯的有效散熱。鐵芯小級片和拉板均開有隔磁槽，防止鐵芯過熱。4）采取拉板、板式夾件、鋼拉帶、墊腳、上梁等組成的框架式夾緊結(jié)構，鐵芯拉板、夾件及墊腳等均經(jīng)過優(yōu)化計算，以保證產(chǎn)品鐵芯夾緊、器身起吊、壓緊及短路狀態(tài)下的機械強度。5）鐵芯柱用粘帶綁扎機綁扎，以保證足夠的拉力，臺階處用圓棍撐緊，保證鐵芯的圓度和緊度。6）在夾件上設置了漏磁屏蔽措施，控制產(chǎn)品漏磁及損耗，防止局部過熱。7）鐵芯及夾件均與油箱可靠絕緣，各自利用接線片引至外部，并引下接地。

2.2調(diào)壓補償變工作原理和結(jié)構型式：2.2.1調(diào)壓補償變的工作原理。變壓器分為主體和調(diào)壓變兩部分（見圖1產(chǎn)品接線圖）。主體和調(diào)壓變連接組合后可以作為一整的變壓器使用，主體為采用單相五柱鐵芯，其中三心柱套線圈，每柱1/3容量，高、中、低壓線圈全部并聯(lián)。主體油箱外設調(diào)壓補償變，內(nèi)有調(diào)壓和補償雙器身，設置正反調(diào)無載分接開關。調(diào)壓線圈通過主體低壓線圈勵磁調(diào)壓，并連接調(diào)壓開關。補償激磁線圈首末端分別與開關K點及引出端連接，其電壓和極性隨開關調(diào)壓位置的變化而變化，并通過電磁耦合帶動與主體低壓線圈串聯(lián)的低壓補償線圈的變化，從而實現(xiàn)低壓電壓的補償，使低壓輸出電壓偏差控制在1%以內(nèi)。產(chǎn)品的低壓和中性點利用主體和調(diào)壓變兩部分各自的套管通過外部分裂導線連在一起，并通過調(diào)壓補償變相應套管連接到線路。2.2.2調(diào)壓補償變主要結(jié)構。①調(diào)壓和補償變鐵芯均為兩柱、口字型鐵芯，采用進口高導磁、低損耗優(yōu)質(zhì)晶粒取向冷軋硅鋼片疊積，全斜接縫。②調(diào)壓變采用兩心柱套線圈的結(jié)構。激磁線圈兩柱并聯(lián)，為內(nèi)屏連續(xù)式結(jié)構，采用組合導線繞制；調(diào)壓線圈兩柱并聯(lián)，為螺旋式結(jié)構，采用自粘換位導線繞制。補償變采用單柱套線圈的結(jié)構，低壓補償線圈為螺旋式結(jié)構，采用自粘換位導線繞制；補償激磁線圈為連續(xù)式結(jié)構，采用自粘換位導線繞制。③調(diào)壓補償變?yōu)樽匀挥脱h(huán)冷卻的散熱方式，冷卻裝置采用片式散熱器，箱采用平板筒式結(jié)構，可以承受真空133Pa、正壓0.1MPa的強度試驗。

3、1000kV變壓器技術參數(shù)

從基本設計原理上來說，1000kV主變壓器與常規(guī)500kV主變壓器并無差別，都是利用電磁耦合原理進行電能傳輸。但由于本次工程所采用的1000kV主變壓器的工作和試驗電壓極高，容量超大，同時基于1000kV特高壓工程的重要影響和意義，1000kV主變壓器與常規(guī)500kV自耦變壓器在一些主要技術參數(shù)和結(jié)構上還是有一定的差別的。主要體現(xiàn)在：

3.1絕緣耐受強度。1000kV主變壓器的工作和試驗電壓比常規(guī)500kV自耦變壓器都提高了接近一倍，因此必須采用加強的絕緣覆蓋和更大的絕緣距離，同時采用優(yōu)質(zhì)的絕緣材料，保證產(chǎn)品的電氣性能和安全運行。

3.2調(diào)壓方式及范圍的選擇。常規(guī)500kV自耦變壓器大都采取中壓線端調(diào)壓，調(diào)壓引線和開關的電壓水平為220kV。而1000kV主變壓器的中壓線端為500kV，如果采用中壓線端調(diào)壓，調(diào)壓和開關的電壓水平將為500kV，這樣不僅給產(chǎn)品的設計、制造造成極大困難，更對產(chǎn)品的安全運行不利。因此，1000kV主變壓器采用了中壓末端，也即中性點調(diào)壓的調(diào)壓方式。但自耦變壓器的高、中壓為公用中性點，采用中性點調(diào)壓時，各分接位置的匝電勢和鐵芯磁通密度將發(fā)生變化，也就是變磁通調(diào)壓。如果不采取措施，其低壓輸出電壓也將隨分接位置的變化而變化。所以，國內(nèi)自耦變壓器一般不采用中性點調(diào)壓的方式。

3.3低壓補償。如上所述，1000kV主變壓器采取了中性點變磁通調(diào)壓的調(diào)壓方式，如果不采取措施，其低壓輸出電壓將隨分接位置的變化而變化。經(jīng)計算，其變化率最大將超過±5%，這是系統(tǒng)運行所不允許的，為了控制這種變化，我們設計了補償繞組來補償?shù)蛪弘妷海沟蛪狠敵鲭妷浩羁刂圃?%以內(nèi)。

3.4分箱結(jié)構。常規(guī)500kV自耦變壓器都為一體式結(jié)構，而1000kV主變壓器采用了主體和調(diào)壓變分箱的結(jié)構。采用這種結(jié)構一方面是為了簡化1000kV主體的結(jié)構，提高1000kV主體的安全性，另一方面是為了系統(tǒng)的長遠考慮，在需要將無載調(diào)壓改造為有載調(diào)壓時，可僅對調(diào)壓變進行改造，而主體可以在改造過程中單獨繼續(xù)運行，提高改造的靈活性。

3.5主體鐵芯及器身結(jié)構。常規(guī)單相500kV自耦變壓器大都采用單相三柱鐵芯，單柱或兩柱套線圈的結(jié)構。但1000kV主變壓器由于容量超大，如果采用單柱套線圈的結(jié)構，其溫升和過熱問題都難以解決。因此，1000kV主變壓器應采取單相四柱或單相五柱鐵芯，兩柱或三柱套線圈的結(jié)構。本次工程的1000kV主變壓器就采用了單相五柱鐵芯，三柱套線圈的結(jié)構。

3.6試驗。1000kV主變壓器由于電壓高、容量大，同時為中性點變磁通調(diào)壓，且采用了分箱結(jié)構，其試驗方案、試驗項目及設備需求與常規(guī)產(chǎn)品有所不同。我公司的試驗方案是在多次討論、評審的基礎上制定的，并經(jīng)過國網(wǎng)專家組的評審。

（作者單位：國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司檢修分公司）

作者簡介

電源變壓器范文4

一、變頻器過電壓的危害

變頻器過電壓分為電源過電壓和再生過電壓，集中表現(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上，其主要危害表現(xiàn)在以下三方面。

1.電動機磁路飽和

電動機電壓過高，可使電動機鐵芯磁通增加，導致磁路飽和勵磁電流的過大，引起電動機溫升過快和過高。

2.電動機絕緣受損

中間直流回路電壓升高、變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，都會大大降低電動機絕緣壽命。

3.大大縮短電容器壽命

變頻器過電壓嚴重時會引起電容器爆裂。在對變頻器進行設計時，一般都將中間直流回路過電壓值限定在DC 800V左右，確保當發(fā)生電壓超過限定值時，變頻器可按照限定要求，對系統(tǒng)進行跳閘保護。

二、變頻器過電壓原因分析

變頻器的過電壓是指變頻器的電壓超過額定值，原因主要有以下幾種。

1.變頻器自身問題

變頻器使用環(huán)境差、電路板腐蝕、電壓控制通道被破壞、連接插件松動不牢靠等，都會使電壓反饋線接觸不良、變頻器接地不良，發(fā)生變頻器過電壓現(xiàn)象。

2.變頻器過電壓集中在直流母線的支流電壓上

正常情況下，變頻器直流電為三相全波整流后的平均值。平均直流電壓計算公式為：Ud=1.35U線，式中：Ud表示平均直流電壓，U線表示線電壓。

我國的電源線電壓為380V，平均直流電壓為513V。個別單位夜間的電源線電壓可達450V，其峰值電壓為636V，沒有超過中間直流回路過電壓800V的限定值。但變頻器都有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時，變頻器產(chǎn)生過電壓保護動作。常見的過電壓有電源過電壓和負載側(cè)再生過電壓兩類。

（1）電源過電壓。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，多發(fā)生在節(jié)假日，線路負載較小，電壓升高或降低而引起線路故障，此時最好斷開電源，進行檢查和處理。

（2）負載側(cè)再生過電壓。負載側(cè)再生過電壓發(fā)生在由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電動機處于實際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，如果變頻器中沒有采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電容器的電壓上升，超出保護值，出現(xiàn)故障。

此外，多個電動拖動同一個負載時，特別是一臺電動機的實際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機的同步轉(zhuǎn)速，以及變頻器負載突降、變頻器中間直流回路電容容量下降等，也是造成變頻器過電壓的主要原因。

三、變頻器過電壓故障對策

1.重視變頻器自身引起的過電壓

對使用時間較長、使用環(huán)境較差的變頻器，應做好以下工作：防塵、防滴、防潮工作，保持電氣柜內(nèi)上下通氣孔的暢通；檢查排氣扇是否正常運轉(zhuǎn)；在柜內(nèi)加裝除濕器或空調(diào)器進行防潮；保證變頻器電路不受周圍環(huán)境腐蝕；對變頻器運行時的溫度、濕度、振動等進行嚴格的檢查和維護，保證變頻器各項運行參數(shù)均在設計要求范圍內(nèi)，檢查變頻器、電動機、變壓器等器件是否過熱、是否連接完好，并按電工操作規(guī)定或制度做好記錄。

2.嚴格規(guī)定合理的負載減速時間

工業(yè)生產(chǎn)中，應嚴格規(guī)定合理的負載減速時間，使系統(tǒng)在限定的時間內(nèi)，既可處理多余能量，又可減速至規(guī)定頻率或停止運行。例如工業(yè)生產(chǎn)中常見的布袋除塵，當需要去除吸附在濾布上的濾餅時，通常通過使濾布的出料側(cè)壓力高于進料側(cè)壓力，從而形成較高的壓差來實現(xiàn)，但進料閥門的突然關閉會使進料端變頻器突降，電動機進入再生發(fā)電，引發(fā)過電壓。所以工藝設計時，應對該階段的壓力提出要求。

3.避免變頻器負載突降

負載突降會使轉(zhuǎn)速瞬間提高，負載電動機進入再生發(fā)電，導致變頻器過電壓。

4.提高電壓穩(wěn)定性

在中間直流回路上增加電容增大回路的電容量，更換運行時間過長而容量下降的電容器，能夠?qū)μ岣唠妷悍€(wěn)定性起到非常重要的作用。

另外，在輸入側(cè)增加逆變電路以將多余的能量回饋給電網(wǎng)，適當降低工頻電源電壓以及采用多臺變頻器共用直流母線等，都是解決變頻器過電壓的有效方法。

電源變壓器范文5

[關鍵詞]　變壓器鐵心　接地電流 變化量　定量檢測　參考值

1　概述

變壓器運行時，經(jīng)常出現(xiàn)因鐵心絕緣不良造成的故障，鐵心絕緣不良而尚未形成金屬性短路接地，會產(chǎn)生較大的放電脈沖，可由高頻信號局放監(jiān)測發(fā)現(xiàn)。有時也會出現(xiàn)不穩(wěn)定短路接地，但絕緣兩點接地故障時，便形成工頻短路電流，工頻短路電流可達數(shù)十安到數(shù)千安，或者短路電流不太大，鐵心接地點沒有反應。而變壓器內(nèi)部局部過熱將引起變壓器色譜參數(shù)變化，或造成輕瓦斯動作。因此利用檢測接地電流工頻分量來判斷鐵心絕緣是否正常相當有效。(注：DL596－96《電力設備預防性試驗規(guī)程》中規(guī)定：鐵心絕緣正常時，接地電流不大于0.1A)。

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備，它的正常安全運行，是保證供電可靠性的重要條件，有關統(tǒng)計資料表明，由鐵心故障引起變壓器事故率占第三位，下面從變壓器鐵心故障的危害、接地類型和如何分析判斷與處理方法作介紹。

2　鐵心多點接地故障危害、類型和原因

2.1　鐵心多點接地故障的危害

變壓器正常運行時，是不允許鐵心多點接地的，因為變壓器正常運行中，繞組周圍存在著交變的磁場，由于電磁感應的作用，高壓繞組與低壓繞組之間；低壓繞組與鐵心之間；鐵心與外殼之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用，使鐵心對地產(chǎn)生懸浮電位，由于鐵心及其它金屬構件與繞組的距離不相等，使各構件之間存在著電位差，當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生火花放電，這種放電是斷續(xù)的，長期下去，對變壓器油和固體絕緣都有不良影響，為了消除這種現(xiàn)象，把鐵心與外殼可靠地連接起來，使它與外殼等電位，但當鐵心或其他金屬構件有兩點或多點接地時，接地點就會形成閉合回路，造成環(huán)流，引起局部過熱，導致油分解，絕緣性能下降，嚴重時，會使鐵心硅鋼片燒壞，造成主變重大事故。

2.2　鐵心接地故障類型

(1)安裝時疏忽使鐵心碰殼、碰夾件。

(2)穿心螺栓鋼座套過長與硅鋼片短接。

(3)鐵心絕緣受潮或損傷，導致鐵心高阻多點接地。

(4)潛油泵軸承磨損，產(chǎn)生金屬粉末，形成橋路。造成箱底與鐵軛多點接地。

2.3　引起鐵心故障的原因

(1)接地片因加工工藝和設計不良造成短路。

(2)由于附件引起的多點接地。

(3)由遺落在主變內(nèi)的金屬異物和鐵心工藝不良產(chǎn)生毛刺、鐵銹與焊渣等因素引起接地。

3　現(xiàn)場檢測法

變壓器鐵心故障檢測的方法較多，以下僅介紹在投運前、大修中、日常預試工作中常用的方法。

3.1　測絕緣電阻

按DL596-96《電力設備預防性試驗規(guī)程》中表5第8項規(guī)定“采用2500V兆歐表，測量其鐵心的絕緣電阻。”其標準要求“與以前測試結(jié)果相比無顯著差別。”此測量方法，須停電后吊心檢查時進行，不能帶電測量，此方法適用于投運前、大修后。

3.2　測鐵心接地電流

按DL596-96《電力設備預防性試驗規(guī)程》中表5第8項規(guī)定“與前次測量結(jié)果相比不應有顯著差別；運行中鐵心接地電流一般不應大于0.1A”。可使用高精度選頻鉗形電流表，采用電測法，在不改變原設備接線的情況下，在變壓器鐵心接地引出線處直接測量運行狀態(tài)下接地電流值，為了提高測量準確性和穩(wěn)定性，測量儀器應有特殊的抗干擾電路。用此方法來判斷其內(nèi)部絕緣的劣化，可起到故障早期預報的作用。

4　現(xiàn)場測量

某局于2007年10月、2008年1月和6月，分別對局屬11臺主變鐵心電流進行了測量，所用儀器為西安佳源技術公司生產(chǎn)的JBT變壓器鐵心電流測量儀。測試數(shù)據(jù)見表1。

該主變，型號SSZ10－M－31500／110，于2005年6月投運，投運半年后色譜分析發(fā)現(xiàn)各類氣體有所增加，其中氫、一氧化碳、甲烷、乙烯、總烴等氣體增加的幅度較大，相對產(chǎn)氣率較大，但半年后又有所下降，以后又出現(xiàn)氣體增加幅度，并持續(xù)增加的趨勢至今。油色譜測試數(shù)據(jù)見表2。

從表2試驗記錄分析知，有微量的C2H2，未超過烴總量的6％，H2與烴總量之比高于27％，結(jié)合故障判定經(jīng)驗，初步判定屬低溫過熱故障。再由表1試驗記錄可看出：鐵心接地電流測試，三次測量值不大，但變化率較大，增長趨勢較快。結(jié)合其它預試項目，試驗結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，最終判定為早期的鐵心多點接地故障。現(xiàn)正在重點觀察，如發(fā)現(xiàn)油色譜有明顯異常，鐵心接地電流值變化率增長較快、電流值有大于0.1A等情況，將立即停運，掉心檢查。

5　結(jié)束語

(1)通過氣相色譜法和電測法可綜合判斷變壓器早期故障及類型。

(2)若初步診斷鐵心有多點接地故障時，可采用在線檢測鐵心接地電流的方法，進一步確定、分析。

電源變壓器范文6

變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：（1）引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓主過高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機溫升過高；（2）損害電動機絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機絕緣壽命有很大的影響；（3）對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護。

二、產(chǎn)生變頻器過電壓的原因

1.過電壓的原因

一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個方面：

（1）來自電源輸入側(cè)的過電壓

通常情況下的電源電壓為380V，允許誤差為-5%-+10%，經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V，個別情況下電源線電壓達到450V，其峰值電壓也只有636V，并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。

（2）來自負載側(cè)的過電壓

主要是指由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電機處于實際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)電動機轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電容器的電壓上升。達到限值即行跳閘。

2.從變頻器負載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因

從變頻器負載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因如下：

（1）變頻器減速時間參數(shù)設定相對較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對應的轉(zhuǎn)速還要高，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。

大多數(shù)變頻器為了避免跳閘，專門設置了減速過電壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時間設定不合適，又沒有利用減速過電壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。

（2）工藝要求在限定時間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運行。工藝流程限定了負載的減速時間，合理設定相關參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發(fā)過壓跳閘故障。

（3）當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。位能負載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會發(fā)生。

（4）變頻器負載突降。變頻器負載突降會使負載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負載電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，從負載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內(nèi)能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。

（5）多個電機拖動同一個負載時，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負載為例，當一臺電動機的實際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機的同步轉(zhuǎn)速時，則轉(zhuǎn)速高的電動機相當于原動機，轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過電壓故障。處理時需加負荷分配控制。可以把變頻器輸出特性曲線調(diào)節(jié)的軟一些。

（6）變頻器中間直流回路電容容量下降

變頻器在運行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設定參數(shù)未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過電壓跳閘幾率會增大，這時需要對中間直流回路電容器容量下降情況進行檢查。

三、過電壓故障處理對策

對于過電壓故障的處理，關鍵一是中間直流回路多余能量如何及時處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。下面是主要的對策。

1.在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素

對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。

2.從變頻器已設定的參數(shù)中尋找解決辦法

在變頻器可設定的參數(shù)中主要有兩點：是減速時間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負載減速時間時，變頻器減速時間參數(shù)的設定不要太短，而使得負載動能釋放的太快，該參數(shù)的設定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數(shù)的設定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設定變頻器失速自整定功能或先設定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至零，減緩頻率減少的速度。

3.通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過電壓問題

在很多工藝流程中，變頻器的減速和負載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的一些功能，在變頻器的減速和負載的突降前進行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的較低值，相對加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產(chǎn)生過電壓故障。而對于規(guī)律性負載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)如SIEMENS的PLC系統(tǒng)的控制功能，在負載突降前，將變頻器的頻率作適當提升，減少負載側(cè)過多的能量饋入中間直流回路，以減少其引起的過電壓故障。

4.采用增加泄放電阻的方法

一般小于7.5kW的變頻器在出廠時內(nèi)部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據(jù)實際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道，是一種常用的泄放能量的方法。其不足之處是能耗高，可能出現(xiàn)頻繁投切或長時間投運，致使電阻溫度升高、設備損壞。

5.在輸入側(cè)增加逆變電路的方法

處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但逆變橋價格昂貴，技術要求復雜，不是較經(jīng)濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應用，只有在較高級的場合才使用。

6.采用在中間直流回路上增加適當電容的方法中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當增大回路的電容量或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設計階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓能力的提高。

7.在條件允許的情況下適當降低工頻電源電壓

目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為380V、400V、450V時，直流回路電壓分別為537V、565V、636V。有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高達400V以上，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，如果條件允許可以將變壓器的分接開關放置在低壓檔，通過適當降低電源電壓的方式，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。

8.多臺變頻器共用直流母線的方法

至少兩臺同時運行的變頻器共用直流母線可以很好的解決變頻器中間直流回路過電壓問題，因為任何一臺變頻器從直流母線上取用的電流一般均大于同時間從外部饋入的多余電流，這樣就可以基本上保持共用直流母線的電壓。使用共用直流母線存在的最大的問題應是共用直流母線保護上的問題，在利用共用直流母線解決過電壓的問題時應注意這一點。

變頻器中間直流過電壓故障是變頻器的一個弱點，關鍵是要分清原因，結(jié)合變頻器本身參數(shù)、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等情況，才能制定相應的對策，只要認真對待，該過電壓故障是不難解決的。