GB-T1094-16-2013電力變壓器第16部分：風力發(fā)電用變壓器

IGB1094.16—2013前言 引言 V 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 24使用條件 25電氣性能 46銘牌 67試驗 6附錄A(資料性附錄)本部分與IEC60076-16;2011的技術性差異及其原因 8附錄B(資料性附錄)計算方法和表格 B.1自然通風室內(nèi)變壓器的冷卻 B.2帶非正弦波電流負載的變壓器的額定容量確定 B.3電壓諧波的影響 B.4電諧振頻率測量 20B.5符號列表 23附錄C(資料性附錄)IEC60076-16:2011的絕緣水平 25參考文獻 26圖1局部放電測量程序 6圖B.1自然通風室內(nèi)的散熱 圖B.2工頻電流注入裝置原理圖 20圖B.3利用電容注入方法切換變壓器繞組的電壓響應 圖B.4高壓注人試驗圖 22圖B.5測量設備實例 22表1絕緣水平 3表A.1本部分與IEC60076-16:2011的技術性差異及其原因 8表B.1諧波含量對液浸式變壓器損耗的影響 表B.2諧波含量對干式變壓器損耗的影響 表B.3電壓諧波次數(shù)示例 表B.4符號列表 23表C.1IEC60076-16:2011的絕緣水平 Ⅲ本部分的第2章、第3章、7.2～7.4、附錄A～附錄C為推薦——第1部分：總則；——第2部分：液浸式變壓器的溫升； 第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙； ——第6部分：電抗器； 第10部分；聲級測定 第10.1部分：聲級測定應用導則；——第11部分：干式變壓器； 第12部分：干式電力變壓器負載導則； 第14部分：采用高溫絕緣材料的液浸式變壓器的設計和應用； 第16部分：風力發(fā)電用變壓器，本部分為GB1094的第16部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分使用重新起草法修改采用IEC60076-16:2011《電力變壓器第16部分：風力發(fā)電用變本部分與IEC60076-16:2011相比存在技術性差異，這些差異所涉及的條款已通過在其外側頁邊空白處位置的垂直單線(1)進行了標識，附錄A中給出了相應技術性差異及其原因一覽表。本部分還做了下列編輯性修改： 在第3章中，增加對GB1094.1和GB/T2900.53的引用，并將GB/T2900.53列入規(guī)范性引 為方便使用，在7.2和7.3的有關液浸式變壓器的局部放電試驗程序的規(guī)定中，將IEC60076-16:2011中直接引用IEC60076-13改為將IEC60076-13的相關內(nèi)容直接列入標準中。同時增加對GB/T7354的引用，并將其列入規(guī)范性引用文件中； 增加附錄A,將本部分與IEC60076-16;2011的技術性差異及原因列于該附錄中；——將IEC60076-16:2011的附錄A改為本部分的附錄B; 表B.4中，增加了Ih?、Ih,和U,,刪除了HV和LV; 增加附錄C,將IEC60076-16:2011中未被采用的絕緣水平列于該附錄中請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本部分由中國電器工業(yè)協(xié)會提出。本部分由全國變壓器標準化技術委員會(SAC/TC44)歸口。明珠電氣有限公司、吉林省電力科學研究院、廣東鉅龍電力設備有限公司、臥龍電氣集團北京華泰變壓泰開箱變有限公司、臥龍電氣銀川變壓器有限公司、吳江市變壓器廠有限公司、廣東海鴻變壓器有限公司、福州天宇電氣股份有限公司VGB1094的本部分用于規(guī)定安裝在風力機組上的變壓器的附加要求。風力機組通過發(fā)電機升壓變壓器連接到電網(wǎng)。這些變壓器可以安裝在機艙或者塔架內(nèi)或者靠近風力機組的外部。本部分涵蓋了風力機組或風電場用的變壓器，這些場所對變壓器的要求已超出現(xiàn)有GB1094系列標準的要求。這些要求通常是變壓器制造廠、風力機組制造廠和操作者所不熟悉的，導致這些變壓器的可靠性低于常規(guī)的變壓器。現(xiàn)有的GB1094標準中不包含風力發(fā)電用變壓器。本部分的目的在于使風力發(fā)電用變壓器與常規(guī)的變壓器達到同一可靠性水平。本部分主要解決針對風力機組或風電場的重復高頻瞬變過電壓、電氣、環(huán)境、溫護條件產(chǎn)生的影響。在風力機組的現(xiàn)場測量、調(diào)研及觀察中發(fā)現(xiàn)了不同安裝方法的風險情況：——在kHz范圍內(nèi)的重復高頻瞬變過電壓/欠電壓；——風力機控制所引起的過頻/欠頻；——來自低壓側的過電壓/欠電壓；——變壓器周圍有局部放電現(xiàn)象；——電流和電壓的諧波含量；——在環(huán)境條件下的過負載；——快速暫態(tài)過負載；——間隙不符合規(guī)定的最小值；——安裝條件和連接方式；——冷卻條件受到限制；——水滴；——濕度超出最大允許值；——鹽度和灰塵等極端氣候條件；——強振動；——機械應力。因此，在變壓器設計時有必要考慮應用中的限制條件，或者設置一些保護設備來保護變壓器。對這些變壓器有必要規(guī)定附加的或者更嚴格的例行試驗、型式試驗或者特殊試驗來滿足電網(wǎng)的要求。1電力變壓器第16部分：風力發(fā)電用變壓器1范圍GB1094的本部分適用于額定容量從100kVA～10000kVA的風力發(fā)電用的干式和液浸式變壓適用于本部分的變壓器應符合GB1094系列標準的相關要求。2規(guī)范性引用文件GB1094.1電力變壓器GB1094.2電力變壓器MOD)GB1094.3電力變壓器GB1094.5電力變壓器MOD)第1部分：總則(GB1094.1—2013,IEC60076-1:2011,MOD)第2部分：液浸式變壓器的溫升(GB1094.2—2013,IEC60076-2:2011,第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙(GB1094.3—2003,第5部分：承受短路的能力(GB1094.5—2008,IEC60076-5:2006,GB/T1094.72005;MOD)GB1094.11MOD)電力變壓器電力變壓器第7部分：油浸式電力變壓器負載導則(GB/T1094.7—2008,IEC60076-7:第11部分：干式變壓器(GB1094.11—2007,IEC60076-11:2004,GB/T1094.12電力變壓器第12部分：干式電力變壓器負載導則(GB/T1094.12—2013,IEC60076-12:2008,MOD)GB/T2900.53電工術語風力發(fā)電機組(GB/T2900.53—2001,idtIEC60050-415:1999)GB/T7354局部放電測量(GB/T7354—2003,IEC60270:2000,IDT)GB/T13499電力變壓器應用導則(GB/T13499—2002,idtIEC60076-8:1997)GB/T18451.1風力發(fā)電機組設計要求(GB/T18451.1—2012,IEC61400-1:2005,GB/T18494.1變流變壓器第1部分：工業(yè)用變流變壓器(GB/T18494.1—2001,idtIEC61378-1:GB/T18494.3變流變壓器第3部分：應用導則(GB/T18494.3—2012,IEC61378-3:2006,MOD)ISO12944(所有部分)色漆和清漆防護漆體系對鋼結構的腐蝕防護(Paintsandvarnishes—Corrosionofsteelstructuresbyprotectivepaintsystems)IEC61100絕緣液體按照著火點和凈熱值分類(Classificationofinsulatingliquidsaccordingtofire-pointandnetcalorif2GB1094.16—20133術語和定義GB1094.1和GB/T2900.53界定的以及下列術語和定義適用于本文件。連接風力機組到風電場電力匯集網(wǎng)絡的發(fā)電機升壓變壓器。塔架tower風力發(fā)電機組的主體支撐結構件，其頂部放置裝有發(fā)電機和其他設備的機艙。機艙nacelle設在水平軸風力機塔架頂部包容電機、傳動系統(tǒng)和其他裝置的部件。[GB/T2900.53—2001,定4使用條件4.1正常使用條件除本部分另有規(guī)定外，正常使用條件應符合GB1094.1和GB1094.11的要求。4.2海拔GB1094系列標準的規(guī)定適用于本部分。4.3冷卻空氣溫度把變壓器安裝在一個無自主冷卻系統(tǒng)的外殼內(nèi)會使變壓器的溫度升高。當冷卻空氣最高溫度不同于GB1094.2的規(guī)定時，用戶應加以明確。變壓器的設計應基于用戶在詢價階段所描述的實際環(huán)境溫度和實際安裝情況。附錄B.1提供了變壓器安裝在自然通風區(qū)域時所需要考慮的事項，自然通風區(qū)域類似于機艙后部或者一個安裝在塔架外面且配有進、出風口的獨立外殼。如果變壓器安裝在一個不具備自然通風條件的塔架或者外殼內(nèi)時，B.1的公式就不適用。在這些條件下運行的變壓器，進出風口、冷卻條件、空氣冷卻效果和通風效率的影響應予以考慮。用戶應在詢價階段指明塔架內(nèi)的環(huán)境空氣溫度和空氣流量。如果沒有指明空氣溫度和空氣流量，將假定塔架的內(nèi)部環(huán)境溫度比外部環(huán)境溫度高10K,且變壓器周圍的空氣循環(huán)不受限制。在設計階段是不考慮外部太陽直接輻射影響的。太陽直接輻射將使得變壓器零件的溫度升高，因此用戶宜在詢價時給出相關信息。4.4變壓器諧波電流含量在詢價階段，用戶應指明注入變壓器的諧波電流的大小和頻率。制造方在變壓器設計時應考慮諧波電流的損耗，以避免繞組和液體的溫升超出限值。附錄B.2給出了在變壓器設計時諧波電流影響的計算方法。變壓器設計時應考慮由諧波電流引起的增容要求。溫升試驗應在B.2定義的諧波損耗下進行。其試驗結果應滿足變壓器絕緣材料的絕緣耐熱等級對變壓器溫升保證值的要求。34.5電源電壓波形在規(guī)定的設備最高電壓(Um)下，變壓器應能在滿負荷且電壓與頻率之比超過GB1094.1規(guī)定的額定電壓與額定頻率之比的“過勵磁”情況下連續(xù)運行而無損壞。在詢價階段，風力機組制造方應規(guī)定電壓與頻率的最大比值。變壓器制造方在變壓器設計時應對此值加以考慮。用戶應在詢價時指明電源內(nèi)出現(xiàn)的所有諧波電壓的幅值和頻率。B.3中給出了變壓器設計時電壓諧波影響的計算方法。4.6瞬變過電壓和欠電壓使得風力發(fā)電用變壓器運行故障的風險更高的原因是變壓器每一側的重復性瞬變過電壓和欠為防止這些快速瞬變的影響，可采用以下幾種方法來提高變壓器的可靠性：——評估變壓器的絕緣水平，如有必要，采用建?；蚋哳l諧振分析測量系統(tǒng)中的一種或多種方法。諧振頻率試驗是一項特殊試驗，試驗方法應由制造方與用戶達成共識。B.4中描述了其中一——安裝標準保護設備，如避雷器(高壓和低壓)、RC回路或者浪涌電容。系統(tǒng)工程師有責任根據(jù)特定的絕緣配合(參見GB311.1和GB/T311.2)和風險評估來對表1中組I或者組Ⅱ進行選擇。組Ⅱ所示的變壓器具有更強的重復性瞬變過電壓承受能力和更高的可靠性。單位為千伏設備最高電壓Um(方均根值)額定短時外施工頻耐受電壓(方均根值)額定雷電沖擊耐受電壓(峰值)液浸式干式33 注：如果用戶另有要求，絕緣水平也可參照附錄C或相關標準的規(guī)定選取。高壓側或者低壓側的開合操作會產(chǎn)生高頻浪涌。這些浪涌通過電纜傳送到變壓器接線端。變壓器如果由低壓側和高壓側的開關操作而引起的高頻浪涌與繞組的固有頻率一致時，則這些浪涌可能與繞組的固有頻率產(chǎn)生共振，導致產(chǎn)生的電場強度超過繞組的絕緣耐受強度。4濕度和鹽度過高會引起干式變壓器故障，并給液浸式變壓器或者帶外殼干式變壓器的散開式套管帶來問題。IEC60815系列標準定義了液浸式變壓器的敞開式套管的標準污穢等級。GB/T4109定義了模擬淋雨試驗。根據(jù)GB1094.11,對于環(huán)境等級為E2級的變壓器，其試驗室的相對濕度應維持在93%以上。在E2級試驗中，鹽霧的電導率應在0.5S/m～1.5S/m的范圍內(nèi)。如果一個不帶保護外殼的干式變壓器要在相對于比E2級更嚴酷的濕度和鹽度環(huán)境下運行時，則應按照7.4.5描述的E3級進行試驗來證明所設計的變壓器的性能。GB/T18451.1規(guī)定95%及以下的相對濕度作為正常使用條件。更高的濕度和鹽度值應在詢價階段給出。4.8變壓器周圍的特殊電氣和環(huán)境條件GB1094.3給出了變壓器帶電部件和風力機組導電部件的一般最小間隙的推薦值。當被雨水、鹽霧或者其他導電液體弄濕時，風力機組的所有由絕緣材料做成的部件將變成可導電的。變壓器周圍的局部放電會降低空氣的絕緣強度。因此，風力機組的這些部件和變壓器的帶電部件的間隙應不小于GB1094.3所推薦的間隙。變壓器制造方應在變壓器的外形圖上指明必需的最小閭隙，用戶有責任遵從以滿足要求。4.9振動等級在設計變壓器時，應考慮變壓器的安裝結構體的振動，尤其需要考慮應力傳遞到連接端子上的情況。用戶應在詢價階段說明振動譜。如有振動試驗，則其試驗程序應在詢價階段由用戶與制造方達成共識。4.10特殊使用條件液浸式變壓器和干式變壓器的特殊使用條件分別按GB1094.1和GB1094.11的規(guī)定。4.11運輸和貯存條件液浸式變壓器和干式變壓器的運輸和貯存條件分別按GB1094.1和GB1094.11的規(guī)定。貯存條件應包含在運行維護手冊中，用戶應加以重視。用戶應根據(jù)安裝種類選擇一種ISO12944中定義的保護等級，或者由用戶與制造方共同協(xié)商。額定容量應與GB1094.1的規(guī)定一致。變壓器的額定容量S,基于基波電壓U,和基波電流I?。因此三相變壓器的額定容量是：5變壓器的溫升和冷卻要求應考慮諧波損耗的影響。5.2設備最高電壓設備最高電壓應根據(jù)GB1094.3進行選擇。風力機組設計者應告知變壓器制造方有關峰值電壓、頻率和所有瞬時重復過電壓的持續(xù)時間等信息(也可見表1)。絕緣配合的信息見GB311.1和GB/T311.2。5.3分接如有分接，分接的規(guī)定按GB1094.1進行。分接范圍的優(yōu)先值為：——+5%～—5%,每級2.5%;或者：——+5%～—5%,每級5%。分接的選擇應通過無勵磁分接片或者無勵磁分接開關來實現(xiàn)。除非用戶另有規(guī)定，依據(jù)GB1094.1,變壓器的聯(lián)結組標號一般為Dyn5或者Dyn11。5.5中性點端子尺寸除非用戶另有規(guī)定，中性點端子應能夠承載額定相電流。5.6短路阻抗通常短路阻抗應與GB1094.5的規(guī)定一致。對于有輔助繞組的變壓器，當?shù)谌@組與系統(tǒng)的組合阻抗導致短路電流過高，使得變壓器設計不可行或不夠經(jīng)濟合理時，制造方應就最大允許過電流值與用戶達成共識，并將其標志在銘牌上。在此情況下，用戶宜限制過電流不超過制造方確定的最大值。5.7高壓繞組和低壓繞組的絕緣水平高壓繞組和低壓繞組所選的絕緣水平應與表1保持一致。5.8額定條件下的溫升保證值變壓器的設計應與用戶在詢價階段說明的運行條件(諧波含量、環(huán)境溫度)保持一致。溫升保證值應考慮由諧波(如規(guī)定)引起的附加損耗，包括繞組和支架部分的渦流損耗和雜散損耗。如果在設計階段沒有規(guī)定諧波但在運行時實際負載電流包含諧波，則有必要減小變壓器負載，以防止變壓器溫升超過限值。B.2給出了計算諧波電流影響的示例。5.9過載能力過載能力按GB/T1094.7和GB/T1094.12的規(guī)定。由于在風電場運行期間變壓器的頻繁合閘，因此變壓器也頻繁地承受涌流的機械效應和熱效應。在詢價階段應給出合閘頻率(每年合閘的次數(shù))。除非另有規(guī)定，應在高壓側(網(wǎng)側)進行合閘。如果是在發(fā)電側合閘，則應說明合閘和同步的方法。6用戶在詢價階段應給出系統(tǒng)的涌流限值(最大值、持續(xù)時間)。5.11短路承受能力變壓器應滿足GB1094.5的要求。5.12帶強迫冷卻的運行當通過風機或者泵強迫冷卻時，帶強迫冷卻和不帶強迫冷卻的標稱額定容量應由用戶與制造方達銘牌上應注明不帶強迫冷卻的額定容量和帶強迫冷卻的最大額定容量。6銘牌液浸式變壓器的銘牌按GB1094.1的規(guī)定，干式變壓器的銘牌按GB1094.11的規(guī)定。7試驗7.1試驗項目和分類(例行試驗、型式試驗和特殊試驗)液浸式變壓器按GB1094.1的規(guī)定，干式變壓器按GB1094.11的規(guī)定。7.2例行試驗液浸式變壓器按GB1094.1的規(guī)定，干式變壓器按GB1094.11的規(guī)定。7.3型式試驗液浸式變壓器按GB1094.1的規(guī)定，干式變壓器按GB1094.11的規(guī)定。由于GB1094.3沒有關于72.5kV以下的液浸式變壓器的局部放電的規(guī)定，因此局部放電的試驗程序按下列規(guī)定：試驗按照GB/T7354的規(guī)定。對被試變壓器施加三相電源電壓，局部放電測量程序見圖1。圖1局部放電測量程序7接受標準：在1.2U,下的局部放電水平不應超過50pC;在1.4U,下的局部放電水平不應超過100pC。U,為額定電壓。7.4特殊試驗特殊試驗應由用戶在詢價階段規(guī)定。建議用戶與制造方在詢價階段達成共識，將擴展后的波尾截斷的雷電沖擊試驗作為特殊試驗。截波的峰值應為規(guī)定的全波(BIL)峰值的110%。試驗按GB1094.3的規(guī)定。試驗方法參見B.4。干式變壓器按GB1094.11的規(guī)定。變壓器應放置在溫度和濕度可控的試驗室內(nèi)。試驗室的容積至少為容納變壓器的最小矩形體積的5倍。變壓器任一部件到墻壁、天花板和噴嘴的間隙應不小于變壓器帶電部件之間的相間最小間隙(見GB1094.3),并且按照GB1094.11的規(guī)定不小于150mm。試驗室的空氣溫度應確保在變壓器上產(chǎn)生凝露。試驗室內(nèi)的濕度應維持在95%以上?？赏ㄟ^定期或連續(xù)地霧化合適的水分來達到。水分的電導率應在3.6S/m～4S/m的范圍內(nèi)。機械式霧化器的放置應避免將水直接噴到變壓器上。變壓器在無勵磁的狀態(tài)下，至少應在空氣相對濕度大于95%的環(huán)境中放置6h。此后，應在5min內(nèi)對變壓器進行以下感應電壓試驗a)對于擬接到中性點直接接地系統(tǒng)或經(jīng)低阻抗接地的系統(tǒng)中的變壓器，應在1.1倍額定電壓下施加15min;b)對于擬接到中性點絕緣系統(tǒng)或經(jīng)高阻抗接地的系統(tǒng)中的變壓器，應連續(xù)承受三次且每次為5min的感應電壓試驗。試驗期間，每個高壓端子應依次接地，在其他端子與地之間施加1.1倍的額定電壓。三相試驗可以用單相試驗來代替，此時應將兩個不接地相的端子連接在一起。優(yōu)先選擇在試驗室內(nèi)進行絕緣試驗。在施加電壓期間，應無閃絡現(xiàn)象發(fā)生，且外觀檢查應沒有嚴重的放電痕跡。如果沒有a)項或b)項試驗條件的任何說明信息，則應按b)項進行試驗。干式變壓器按GB1094.11的規(guī)定。液浸式變壓器用液體按IEC61100的規(guī)定。8(資料性附錄)本部分與IEC60076-16:2011的技術性差異及其原因表A.1給出了本部分與IEC60076-16:2011的技術性差異及其原因。表A.1本部分與IEC60076-16:2011的技術性差異及其原因本部分章條編號技術性差異1設備最高電壓由IEC60076-11;2011中的36kV修改為40.5kV。增加“注：其他電壓等級的風力發(fā)電用變壓器可參考使用本部分?！边m應我國國情2關于規(guī)范性引用文件，本部分做了具有技術性差異的調(diào)整，調(diào)整的情況集中反映在第2章“規(guī)范性引用文件”中，具體調(diào)整如下：a)用修改采用國際標準的GB1094.1代替了IEC60076-1:2011;b)用修改采用國際標準的GB1094.2代替了IEC60076-2:2011;c)用修改采用國際標準的GB1094.3代替了IEC60076-3;2000;d)用修改采用國際標準的GB1094.5代替了IEC60076-5:2006;e)用修改采用國際標準的CB/T1094.?代替了IEC600?6-?:2005;f)用修改采用國際標準的GB1094.11代替了IEC60076-11;2004;g)用修改采用國際標準的GB/T1094.12代替了IEC60076-12:2008;h)用修改采用國際標準的GB/T18494.3代替了IEC61378-3:2006;i)增加了GB/T2900.53和GB/T7354適應我國國情對IEC60076-16:2011中表1絕緣水平按我國的實際情況作了修改適應我國國情將IEC60076-16:2011的A.2.9中式(A.18)由：改為：并增加對公式中符號的解釋和注的內(nèi)容，具體如下：Ih?——諧波下繞組1的電流標幺值，lh?——為諧波下繞組2的電流標幺值，注：某些情況下，Ih?≠ih?”按實際情況對IEC標準的公式進行修正將IEC60076-16:2011的A.2.12.2.1中公式：改為：按實際情況對IEC標準的公式進行修正9本部分章條編號技術性差異將IEC60076-16;2011的A.2.12.3.1中公式：按實際情況對IEC標準的公式進行修正GB1094.16—2013(資料性附錄)計算方法和表格B.1自然通風室內(nèi)變壓器的冷卻B.1.1假設室內(nèi)為自然通風冷卻時：QAp為強迫空氣循環(huán)的散熱量(kW):Q.、Q.分別是通過天花板和墻壁的散熱量(kW):如果負載電流中含有諧波，則應根據(jù)B.2考慮，或者變壓器降容使用。通過天花板和墻壁的散熱量一般很少。此值取決于墻壁和天花板材料的熱傳遞系數(shù)、天花板和墻壁的表面積及室內(nèi)與室外的溫差。A?——A?——A?——A?——H——出風口有效截面積(m2);進風口和出風口的空氣溫度(℃);出風口表面中點與變壓器高度中點間的高度差；通過天花板和墻壁的散熱量(kW)。圖B.1自然通風室內(nèi)的散熱B.1.2通風量計算數(shù)據(jù)對于變壓器在室內(nèi)散熱的情況，下面給出了散熱量的計算?！?,為進風口與出風口之間的空氣的溫升(K):△θ,=θ?-θ?≈15…………(B.3)散熱量=空載損耗+1.1×負載損耗：HL——變壓器在室內(nèi)的散熱量，單位為千瓦(kW);NLL變壓器的空載損耗，單位為千瓦(kW);LL——變壓器在參考溫度下的標稱負載損耗，單位為千瓦(kW)。變壓器產(chǎn)生的熱量應發(fā)散到室外。下面給出了進風口面積的計算。Qm為發(fā)散到變壓器室內(nèi)的熱量(kW):Q為自然空氣循環(huán)的散熱量(kW):△0.——空氣溫升，單位為開(K);Qw為通過墻壁和天花板的散熱量(kW):QAp為通過強迫空氣循環(huán)的散熱量(kW):Q確保房間良好通風的情況下：所需的進風口截面積A,是：出風口的截面積?計算：見式(B.5)。B.1.41000kVA變壓器的計算實例……………(B,7)…………(B.10本例子中不考慮諧波。NLL=2.3kW變壓器室內(nèi)的散熱量HL為：HL=NLL+1.1×LL=2.3+1.1×11=14.4H=4.6m最后得出：進風口的有效截面積應至少為1.155m2,以確保在自然通風室內(nèi)變壓器的有效冷卻。出風口截面積A?的計算：A?=1.1×1.155=1.271變壓器安裝在自然通風室內(nèi)將導致溫升升高，溫升升高值約為進出風口之間溫升的一半(參見IEC62271-202)。B.2帶非正弦波電流負載的變壓器的額定容量確定B.2.1變壓器負載損耗變壓器損耗由兩部分構成：——直接損耗(歐姆損耗)=I2R(W);——附加損耗v等于渦流損耗加上雜散損耗。雜散損耗和渦流損耗的定義見GB/T13499和GB/T18494.1。區(qū)分雜散損耗和渦流損耗的雙頻測量方法參見GB/T18494.3。B.2.2基波渦流損耗(e?)由漏磁通通過繞組產(chǎn)生的損耗。e;是指定繞組的基波渦流損耗的標幺值。B.2.3負載損耗(LI)參考溫度下指定繞組的負載損耗LI(W):Ll=R×I2×(1+e;)…………(B.11)B.2.4雜散損耗(S?)由漏磁通通過線夾、蓋板、油箱和其他金屬部件產(chǎn)生的損耗。B.2.5總負載損耗(TI)變壓器總負載損耗Tl(W)如下計算：Tl=R?×I}×(1+e?)+R?×I2×(1+e?)+S;………………(B.12)B.2.6諧波帶非正弦波電流負載的變壓器損耗取決于電流中各次諧波的頻率及其方均根值。當電流包含諧波含量而非純正弦波時，變壓器在額定電流下的總損耗會發(fā)生改變。在不考慮電流中的諧波含量的情況下設計的變壓器應降容使用。諧波分量的表現(xiàn)形式是頻率為基波頻率整數(shù)倍的周期波。諧波分量用諧波次數(shù)或者基波的倍數(shù)來表示。例如：以50Hz為基波，頻率為250Hz的諧波稱為5次諧波(基波的5倍)。諧波疊加到基波波形上，使其畸變并改變其幅值。當非線性負載(例如：變流器、電子設備)與變壓器二次側相連時會產(chǎn)生誥波電流。諧波電流引起的問題有：損耗增加和變壓器過熱，存在諧波電流時應更多關注渦流損耗而少些關注雜散損耗。渦流損耗隨頻率平方的增加而增加。由于這些物理原因(損耗增大和產(chǎn)品過熱),在設計前應知道諧波頻譜或者告知變壓器制造方以確定其承受這些諧波的能力。B.2.7諧波電流引起的渦流損耗B.2.7.1電流方均根值計算：I非正弦波負載供電時的電流方均根值Im(A)為：式中：h——電流諧波次數(shù)；I?—是h次諧波電流幅值，單位為安(A)。B.2.7.2渦流損耗計算在特定諾波下的渦流損耗計算如下：P?=P,×r2×h2……………(B.14P——h次諧波的渦流損耗，單位為瓦(W);P;——在基波頻率f和基波值額定電流I,下的渦流損耗，單位為瓦(W);r,——h次諧波電流幅值與基波電流幅值的比值?？倻u流損耗Pm(W)由各次諧波的渦流損耗求和得到：B.2.7.3雜散損耗根據(jù)GB/T18494.1,在特定的h次諧波下的雜散損耗按下式變化：舉例如下：諧波h=5;幅值=25.8%;B.2.8諧波渦流損耗系數(shù)：k系數(shù)k系數(shù)是由所有諧波電流引起的總渦流損耗與基波電流I?引起的渦流損耗的比值。當變壓器帶非正弦波電流負載時，渦流損耗以它的基波下渦流損耗的k倍增加。B.2.9非正弦波電流下的變壓器總損耗TtlsTtls=空載損耗(NLL)+非正弦波電流下的總負載損耗(Lls)。Ttls=NLL+[(Th}×R?×I)×(1+k?×e?/Ih})]+[(h2×R?×I)×(1+k?×e?/Ih2)]+S;式中：Ih?——諧波下繞組1的電流標幺值Ih?——諧波下繞組2的電流標幺值，……………(B.18)B.2.10非正弦波電流下的液浸式變壓器的頂層油溫升見GB/T1094.7的頂層油溫升計算：TO?=TO,×(Ttis/Ttl)?.5…………(B.19)式中：TO?——非正弦波電流下的頂層油溫升；TO,——額定電流下的頂層油溫升；Ttls——非正弦波電流下的變壓器總損耗；Ttl——基波電流下的變壓器總損耗。B.2.11變壓器降容變壓器應大致按如下降容：SrE=Sr×(Ttl/Ttls).5…………(B.20)式中：——變壓器許用負載；——變壓器的標稱負載；(Ttl/Ttls)°.5 變壓器的降容系數(shù)。B.2.12液漫式變壓器和干式變壓器的諧波影響的計算示例B.2.12.1諧波含量等效電流本例供設計時參考，用來說明變壓器設計對渦流損耗的影響。渦流損耗取決于繞組的設計(尺寸、原材料和阻抗)。根據(jù)GB/T18494系列標準，諧波的幅值用附加系數(shù)表示。表B.1和表B.2給出了兩個示例。表B.1對應于液浸式變壓器，表B.2對應于干式變壓器。在表B.1中：方均根值電流比基波電流增加3.82%,導致渦流損耗以3.808的k系數(shù)增加，雜散損耗以1.308的系數(shù)增加。在表B.2中：方均根值電流比基波電流增加4.6%,導致渦流損耗以5.96的k系數(shù)增加，雜散損耗以1.41的系數(shù)增加。B.2.12.2液浸式變壓器舉例B.2.12.2.1變壓器許用負載計算表B.1諧波含量對液漫式變壓器損耗的影響諧波次數(shù)h幅值%渦流損耗附加系數(shù)雜散損耗附加系數(shù)111572THD是總諧波含量(%)THD按照GB1094.1的定義。Ih;=1.0779以下的計算是按表B.1計算的系數(shù)完成的。額定容量=1000kVA空載損耗=1100W75℃時的負載損耗=10456W頻率=50Hz頂層油額定溫升=60K繞組平均溫升=65K各部分計算如下：——低壓繞組：●基波電流下的損耗計算：◆75℃下I2R損耗=4000W;◆渦流損耗(4%)=160W;◆75℃下總損耗=4000W+160W=4160W;◆低壓繞組溫升=18K;◆雜散損耗=320W;·I2R損耗=4000W×(1.0382)2=4312W;◆渦流損耗=160W×3.808=609W;◆低壓繞組總損耗=4312W+609W=4921W;·運行中的總雜散損耗=320W×1.308=419W?！?5℃下I2R損耗=5300W;◆渦流損耗(12%)=636W;◆75℃下總損耗=5300W+636W=5936W;◆高壓繞組溫升=17K;◆雜散損耗=40W;◆I2R損耗=5300W×(1.0382)2=5710W;◆渦流損耗=636W×3.808=2421W;◆高壓繞組總損耗=5710W+2421W=8131W;◆高壓繞組溫升計算=17K×(8131/5936)?5×1.=21.9K;◆運行中的總雜散損耗=40W×1.308=52W?！娏飨碌淖儔浩骺倱p耗(Ttl):——非正弦波電流下的變壓器總損耗Ttls:·Ttls=(1100+4312+609+419+5710+2421+52)W=14623——非正弦波電流下的頂層油溫升標幺值：變壓器許用負載=額定容量×(11556/14623)5。變壓器許用負載=額定容量×0.89。變壓器的降容大約為11%。舉例中的1000kVA變壓器不適合用于所描述的運行環(huán)境，且：——用戶必須選擇額定容量更高的變壓器(如：1000/0.89kVA);或者——變壓器額定容量不足以承擔負載，用戶應以0.89的系數(shù)降低變壓器負載。GB1094.16—2013B.2.12.3干式變壓器例子B.2.12.3.1變壓器許用負載的計算表B.2諧波含量對干式變壓器損耗的影響諧波次數(shù)h幅值%渦流損耗附加系數(shù)雜散損耗附加系數(shù)111572THD是總諧波含量(%)THD按照GB1094.1的規(guī)定。等效電流的計算：Ih?2=1.0939以下的計算是按表B.2計算的系數(shù)完成的。k系數(shù)-5.960額定容量=1000kVA空載損耗=2300W120℃下的負載損耗=11000W頻率=50Hz繞組平均溫升=100K各部分計算如下： ●基波電流下的損耗計算：◆120℃下I2R損耗=4100W;◆渦流損耗(2.9%)=120W;·120℃下總損耗=4100W+120W=4220W;◆低壓繞組溫升=100K;◆雜散損耗=320W;·I2R損耗=4100W×(1.046)2=4485W;◆渦流損耗=120W×5.960=715W;◆低壓繞組總損耗=4485W+715W=5200W;◆低壓繞組溫升計算=100K×(5200/4220)°5×1.6=118.1K;·運行中的總雜散損耗=320W×1.412=452W?！?20℃下I2R損耗=6000W;渦流損耗(7.5%)=450W;◆120℃下總損耗=6000W+450W=6450W;◆高壓繞組溫升=100K;·I2R損耗=6000WX(1.046)2=6563W;◆渦流損耗=450W×5.960=2682W;◆高壓繞組總損耗=6563W+2682W=9245W;◆高壓繞組溫升計算=100K×(9245/6450)°5×16=133.4K?！娏飨碌淖儔浩骺倱p耗(Ttl):●Ttl=空載損耗(NLI)+總負載損耗(LI);●Ttl=(2300+4100+120+320+6000+450)W=13290W?！钦也娏飨碌淖儔浩骺倱p耗Ttls:W.·Ttis=(2300+4485+715+452+6563+2682)W=17197W.變壓器的降容大致如下：變壓器許用負載=額定容量×(13290/17197)°5。變壓器許用負載=額定容量×0.88。變壓器的降容大約為12%。舉例中的1000kVA變壓器不適合用于所描述的運行環(huán)境，且：——變壓器的設計應降低繞組溫度；或者——用戶必須選擇額定容量更高的變壓器(如：1000/0.88kVA);或者——變壓器額定容量不足以承擔負載，用戶應以0.88的系數(shù)降低變壓器負載。B.3電壓諧波的影響電壓波形畸變導致以下參數(shù)增大：——磁通密度；——空載損耗；——空載電流；——噪聲水平；——鐵心溫度。表B.3中給出了電壓諧波次數(shù)示例。B?——h次諧波對應的磁通密度(T);B?！獦朔Q電壓下的磁通密度(T);U,——諧波電壓(V);U?——基波電壓(V)。表B.3電壓諧波次數(shù)示例譜波次數(shù)h幅值%111112434656278292電壓總諧波分量THD磁密總諧波含量THDTHD按照GB1094.1的規(guī)定。電壓方均根值是(U?/U?)2之和的平方根。磁通密度方均根值是(B,/B。)2之和的平方根。當磁通密度總諧波分量比電壓總諧波分量小得多時，如此高的電壓總諧波分量的后果并不嚴重(電壓總諧波分量THD小于5%在實際上可認為是正弦波)。磁通密度是電壓的時間積分，所以每一個諧波的磁通密度分量與諧波次數(shù)成反向變化。由于磁通的方均根值的增量接近于零，因此無需對空載損耗的測量值按照電壓諧波進行修正。在非正弦波電壓下，以下參數(shù)與變壓器的設計有關：——空載電流(尤其是當出現(xiàn)直流分量時);——噪聲水平(尤其是出現(xiàn)直流分量和二次諧波時);——鐵心溫度(尤其是出現(xiàn)直流分量和二次諧波時)。注：諧波磁通密度分量只增加空載損耗中的渦流部分。對于帶取向的鐵心材料，這部分大約占總空載損耗的50%。第二部分磁滯損耗部分大約占50%,理論上只受磁滯回線面積的增加和達到的磁通密度峰值所影響，實際上這B.4電諧振頻率測量B.4.1測量方法采用電容電流注入原理進行測量，以測定范圍從50Hz～100kHz的變壓器繞組的固有諧振頻率。這個方法在IEC62271-100;2008的附錄F中有描述。在測量期間，其他繞組應短路。IEC62271-100中電流注入設備見圖B.2。C?——電源電容；O?——陰極射線示波器通道1,記錄電流幅值和線性并檢查二極管運行狀態(tài)；O?——陰極射線示波器通道2,記錄電路的響應；D——多達100只快速硅開關二極管的并聯(lián)連接組；圖B.2工頻電流注入裝置原理圖B.4.2變壓器繞組諧振頻率測量測量原理是通過變壓器繞組中的電容放電來分析可見的繞組電壓響應。由于沒有供電，所以電容放電是阻尼振蕩。振蕩的頻率就是變壓器的諾振頻率。圖B.3顯示了合上轉換繼電器S后電流過0點時的電流i和電壓u的波形。出現(xiàn)暫態(tài)恢復電壓TRV,阻尼振蕩見圖示。TRV的前半個周期T。/2給出了被切換的變壓器繞組的諧振頻率。