空載運行

空載運行（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。此時，一次繞組中的電流稱為變壓器的空載電流。空載電流產生空載磁場。在主磁場（即同時交聯一、二繞組的磁場）作用下，一、二次繞組中便感應出電動勢。

基本介紹

• 中文名：空載運行
• 外文名：no-load running
• 套用：變壓器
• 含義：二次繞組開路的工作狀態
• 取決於：電源頻率和鐵芯材料磁滯回線面積

簡介

變壓器空載運行時，雖然二次側沒有功率輸出，但一次側仍然從電網吸取一部分的有功功率，來補償因為磁通飽和，在鐵芯內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於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。對於不同容量的變壓器，空載電流和空載損耗的大小是不同的。

數控工具機空載運行時節能決策模型及實用方法

根據數控工具機主傳動系統功率方程，建立了數控工具機工步間空載運行時停機節能的理論決策模型。為解決理論模型求解困難的問題，採用了一種通過建立測試數據表和進行曲線擬合的方法，求得理論模型三個關鍵參數的實用計算公式，從而得到各工具機的實用決策模型和實際運行方法。

數控工具機工步間能耗分析

數控工具機相對於普通工具機在工步間空載運行時有一個重要特點：[t3，t4] 在數控加工程式中已確定，即空載時間 T_o =t4 -t3 是確定的。從節能角度，不難想到：工步間工具機空載運行時，採用停機處理，能否節能?顯然，如果工步間的空載時間T_o太短，停機處理是不能節能的。只有T_o足夠長，採用工步間空載時間停機處理才能節能。如何決定T_o是一個複雜的決策問題。

數控工具機停機節能決策模型

建立了一種變頻數控工具機主傳動系統的功率方程，如果用P _e(ω)來表示數控工具機主傳動系統在某一轉速下電動機無機械負載時的損耗功率(P_e(ω)=ΔP +P₀，其中，ΔP 為變頻器功率損耗，P₀為電動機的空 載功率)，而不管其具體構成，式中，P_in為數控工具機主傳動系統總輸入功率；b₀為電動機的載荷係數；α_i為工具機主傳動系統的載荷損耗係數；P_c為切削功率；M₀為工具機主傳動系統等效到電動機軸的等效非載荷庫侖摩擦力矩；ω為電動機輸出軸的角速度；B為工具機主傳動系統等效到電動機軸的等效黏性阻尼係數；J 為工具機主傳動系統的轉動慣量係數；t為時間變數。

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

實用決策模型的建立

停機節能理論決策模型中，空載時間T_o是數控程式中的已知數，K₀是根據實際情況事先給定的一個常數。為求解P_u、E_s和T_s，提出了一種通過建立測試數據表得到擬合曲線公式的快速和較準確的處理方法。

實際停機節能過程的運行步驟

根據數據編程中的工步間空載運行時間T_o、前一工步結束時刻t_j、後一工步的開始時間t_j+1和轉速n_j，進行決策，若應進行停機，則在數控程式中編入在t_j 時刻停機的代碼，在t_j+1 -T_oj 時刻開始啟動，就會自然產生停機節能效果。操作過程簡單方便。

兩台單相變壓器同時進行空載運行試驗的方法

隨行著高電壓大容量變壓器的日益增多，空載運試驗作為檢驗鐵心磁路設計、製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參數和要求》的附錄A中明確要求進行12h，1.1倍額定電壓的空載運行試驗，試驗後油中應無乙炔，總烴含量無明顯變化，無明顯局部放電的聲、電信號。

大多數500kV及以上等級變壓器契約中都明確要求進行12h或長時間空載運行試驗。進行空載運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行必須使用大容量發電機組，要消耗大量的能源。因此，開展對兩台同型號、同規格的變壓器並聯進行空載運行以縮短試驗時間的研究具有重大的現實意義。

空載運行試驗的理論分析

變壓器的空載運行試驗通常從低壓側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（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，並在試驗結束後進行油色譜分析。

空載運行試驗電源的選擇：

空載運行試驗電源的容量一般由變壓器空載電流決定。計算

S₀=0.01i₀S_n

式中S₀——由空載電流計算出的空載試驗容量；

i₀——變壓器的空載電流，%；

S_n——被試變壓器額定容量，kV·A。

對小容量變壓器取i₀=2%，則空載試驗電源的容量S₀=0.01i0，S_n=0.02S_nkV·A

對大容量變壓器取i₀ =1%，則空載試驗電源的容量為0.01S_nkV·A。

在GB1094·1 標準中要求空載試驗時平均值電壓表（方均根值刻度）的讀數U′，和方均根值電壓表的讀數U，兩塊表的讀數之差要<3%。按照此要求，試驗電源容量要遠遠大於由S₀=0.01i₀S_n算出的容量。根據經驗，空載試驗電源的容量取（0.05～0.10 ）S_nkV·A，可以保證波形係數滿足要求，較小係數適用於大容量變壓器，較大係數適用於中等容量變壓器。大型變壓器的空載運行試驗通常使用≥5000kV·A的發電機組。

並聯空載運行的試驗方法與線路

長時間空載運行試驗是為了檢查鐵心磁路設計和製造是否可靠，並通過試驗後變壓器油的色譜分析發現有無局部缺陷。所以在試驗設備容量允許並保證試驗安全的條件下，只要滿足試驗要求，可以將兩台變壓器並聯同時進行長時間運行試驗。

對於兩台單相變壓器，如果額定電壓相同就可以將兩台變壓器的低壓繞組並聯，高壓繞組開路，中性點接地，同時進行空載運行試驗。此時施加的電壓與單台變壓器的額定電壓相同，測量的空載損耗是兩台鐵心產生損耗的代數和（空載損耗為標量），測得的電流是兩台產品空載電流的矢量和（空載電流是矢量）。

兩台單相變壓器，當規格型號完全相同時，理論上兩台產品的鐵心勵磁阻抗也完全一致，即Z₀₁=Z₀₂。但在實際製造過程中，由於製造和原材料的差異等原因，兩台產品的鐵心不可能完全一致，也就是兩台產品的勵磁阻抗不會完全相等，造成兩台產品高壓端電壓的相位存在微小的差別，所以在兩台產品並聯運行時，高壓端仍然需要保持一定的絕緣距離。

兩台產品並聯空載運行試驗方法的經濟效益

採用兩台產品並聯進行空載運行試驗，將兩台產品的試驗時間縮短為一台產品的試驗時間，不僅降低了試驗人員的勞動強度，並且提高了試驗效率，降低了試驗成本，縮短了產品的製造和試驗周期。

如果能夠有60台變壓器的空載運行試驗採用這種試驗方式，那么可以節省30台產品的試驗時間，以每台節約試驗時間12h計算，30台可節約30天的時間，相當於在不增加試驗人員、試驗設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組一個月的大負荷使用時間，可見該方法的經濟效益非常可觀。