引言

三相鐵芯電抗器的電抗值測量是檢驗設備質量的一項重要試驗項目,標準規(guī)定應在對稱三相電壓、額定頻率、標準正弦波電壓下進行測量。但在現(xiàn)場試驗時,受試驗儀器與試驗場地的限制,往往只能采用單相法進行電抗值的測定,其測量結果往往和設備出廠試驗值相去甚遠。本文從磁路角度出發(fā),分析了測量誤差產生的原因,并提出了對應的改進方法,有效解決了這一問題。

1三相鐵芯電抗器電抗值測量誤差

測量三相鐵芯電抗器電抗值常規(guī)方法為三相頭部施加三相電源,尾部短接。這種方法對試驗電壓和電流的要求較高,為了達到試驗所需的額定電壓或額定電流,現(xiàn)場需要采用大容量試驗裝置與試驗電源,受絕緣距離的影響,試驗場地也要較大,在實際工作中較難實現(xiàn)?，F(xiàn)場采用的單相測試法直接在一相上施加交流電壓,通過測量流過線圈的電流來計算出測試相的電抗值。

在生產實踐中,單相法的測量結果呈現(xiàn)出高誤差的特點,且測量電抗值通常比銘牌值要小。某干式串聯(lián)電抗器出廠試驗電抗值A、B、C三相分別為:Ax1.28Q,By1.29Q,Cz1.28Q。用單相法測試,測量結果為Ax1.162Q,By1.212Q,Cz1.161Q。單相法測量誤差高達9.3%。

2誤差及磁路分析

2.1磁動勢

由電磁學知識可知,安培環(huán)路定律在鐵芯電抗器中的表達形式可簡化為如式(1)所示:

式中,H為磁場強度(A/m):1為環(huán)路長度(m):1為電流(A):F為磁動勢(A)。

2.2磁路的歐姆定律

磁路的歐姆定律可由式(2)來表示:

式中,s為磁感線穿過的面積:Rm稱為磁阻,表示磁路對磁通的阻礙作用,類比于電路中的電阻R:磁動勢F類比于電路中的電動勢s:磁通量o則類比于電路中的電流1。

同時,根據(jù)法拉第電磁感應定律可知,線圈兩端的電動勢s和線圈通過的磁通量②有式(3)所示關系:

式中,C(1)為s(1)的原函數(shù):A為常數(shù),其數(shù)值大小取決于o(1)的初始條件。

2.3磁路分析

鐵芯電抗器磁路結構與變壓器類似,由式(3)可知,通過線圈的磁通量函數(shù)等于線圈兩端的電動勢的原函數(shù),線圈兩端的電動勢相同,初始條件相同,通過線圈的磁通量就相同。當加在三相鐵芯電抗器上的電壓為三相對稱電壓時,以A相為研究對象,A相磁通總是均勻地從B、C相穿過。從磁路的角度看,A相磁動勢在B、C相主回路分別產生了oA的"磁流"。

由于三相電壓的對稱性,三相磁通也高度對稱。所以,不管A、B、C三相鐵芯柱磁阻的差異有多大,在對稱三相電壓的作用下,通過調整三相線圈上的磁動勢能使A相的磁通總是均勻地從B、C相鐵芯柱流過。但是如果采用單相法,由于失去了B、C相磁動勢的調整作用,A相磁動勢產生的磁通,將優(yōu)先通過磁阻小的部分。由于B相鐵芯柱更接近A相,在忽略制作工藝誤差的情況下,通過B相形成的磁路短,磁阻相對更小,所以單相法會形成如圖1所示的磁通分配情況。

為了更直觀地表示兩種測量方法對A相各項電磁參數(shù)的影響,本文結合磁路的歐姆定律,將上述問題用一個電路示例來說明。假設線圈兩端所加交流電壓產生的磁通總量為10wb,線圈匝數(shù)為10,三相的磁阻不盡相同,根據(jù)式(2)計算兩并聯(lián)支路(B、C相鐵芯柱)流過不同oA(磁場分布情況不同)時的磁動勢情況,結果如圖2所示。在示例中,單相法磁動勢為74A,線圈電流則為7.4A,線圈計算電抗值為2.7027Q,三相法中A相磁動勢為72A,線圈電流為7.2A,線圈計算電抗值為2.7778Q。通過算例可以清楚地看出,磁路結構的不對稱導致了單相法測量三相鐵芯電抗器時易產生較大誤差,且測量值總是偏小。

3誤差減少方法

通過上文分析可知,只要保證B、C相線圈兩端所加電壓相同,且鐵芯初始磁通一致,通過兩相鐵芯的磁通就能保持一致。通過圖3所示的改進方法可達成這一目標。圖3中,由于By、Cz處于并聯(lián)狀態(tài),其端電壓必然相等,所以通過兩相的磁通量也相等,根據(jù)磁通連續(xù)性原理,Ax通過的磁通量正好是它們的兩倍,所以其磁路狀態(tài)和三相電源法一致,通過測量A相線圈的端電壓和電流,即可計算出較正確的電抗值。

改進單相法測得的結果為Ax1.2950,Bx1.3090,Cx1.3020,測量誤差在0.3%左右。

4結語

磁路結構的不對稱導致了單相法測量三相鐵芯電抗器時易產生較大誤差,通過改進的單相法,改善了磁通的分布情況,有效減小了測量誤差。我們在現(xiàn)場工作中,有時會遇到規(guī)定的試驗方法與試驗條件在現(xiàn)場無法滿足的情況,此時,如何使用有限的試驗儀器和有效的試驗方法替代原有的試驗方法,是一個永遠值得我們思考與研究的問題。