三相變壓器的空載試驗

摘 要：變壓器空載損耗主要是鐵芯損耗，即由于鐵芯的磁化所引起的磁滯損耗和渦流損耗。變壓器空載試驗指從變壓器任意一側(cè)繞組（一般為低壓繞組）施加正弦波形、額定功率的額定電壓，在其他繞組開路的情況下測量變壓器空載損耗和空載電流。該試驗可以發(fā)現(xiàn)磁路中的鐵芯硅鋼片的局部絕緣不良或整體缺陷，如鐵芯多點接地、鐵芯硅鋼片整體老化等；根據(jù)交流耐壓試驗前后兩次空載試驗測得的空載損耗相比較、判斷繞組是否有匝間擊穿情況等。

關(guān)鍵詞：三相變壓器；空載試驗；分析

《規(guī)程》規(guī)定，對容量為3150kVA及以上的變壓器應(yīng)進(jìn)行此項試驗，測量得出的空載電流和空載損耗數(shù)值與出廠試驗值相比應(yīng)無明顯變化。在電力系統(tǒng)10kV～330kV的范圍內(nèi)，絕大多數(shù)使用三相共體變壓器，三相變壓器空載試驗在人們的工作中占有很大比例，故本文主要討論三相變壓器的空載試驗方法及注意事項。

1 試驗方法和接線

1.1 雙瓦特表法

1.1.1 當(dāng)試驗電壓和電流不超出儀表的額定值時，可直接將測量儀表接入測量回路。

1.1.2 當(dāng)試驗電壓和電流超過儀表的額定值時，可通過電壓互感器及電流互感器接入測量回路。

1.2 三瓦特表法

三相變壓器的損耗也可以用三瓦特表法測量，變壓器的損耗等于三個瓦特表之和。

2 三相變壓器的單相空載試驗

當(dāng)現(xiàn)場沒有三相電源或變壓器三相空載試驗數(shù)據(jù)異常時，一般進(jìn)行單相空載試驗，對各相空載損耗的比較，可了解空載損耗在各相的分布狀況，對發(fā)現(xiàn)繞組與鐵芯磁路有無局部缺陷，判斷鐵芯故障的部位較為有效。

進(jìn)行三相變壓器單相空載試驗時，將三相變壓器中的一相依次短路，按照單相變壓器的空載試驗接線圖接好線，在其他兩相上施加電壓，測量空載損耗和空載電流。一相短路的目的是使該相沒有磁通過，因而也沒有損耗。

3 降低電壓下的空載試驗

受試驗條件的限制，現(xiàn)場常需要在低電壓（5～10%的額定電壓）下進(jìn)行空載試驗。由于施加的試驗電壓較低，相應(yīng)的空載損耗也很小，因此應(yīng)注意選擇合適量程的儀表，以保證測量的準(zhǔn)確度，并應(yīng)考慮儀表、線路等附加損耗的影響。在低電壓下得到的空載試驗數(shù)據(jù)主要用于與歷次空載損耗數(shù)值比較，必要時可近似換算成額定電壓下的空載損耗。

4 直接用系統(tǒng)電源進(jìn)行的空載試驗

由于設(shè)備及運輸方面的原因，電力系統(tǒng)運行部門在現(xiàn)場一般不用較大容量的調(diào)壓器和變壓器來進(jìn)行空載試驗，而直接采用系統(tǒng)電源進(jìn)行空載試驗。

用系統(tǒng)電源進(jìn)行空載試驗時，由于沒有調(diào)壓過程，而是系統(tǒng)電壓直接加到變壓器上，相當(dāng)于投空載變壓器，對系統(tǒng)有一定的影響。因此用這種方式試驗時，對變壓器、線路、測量儀器設(shè)備進(jìn)行細(xì)致的檢查，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行。

實驗前先將測試儀表設(shè)備接好，將測試電流互感器用一組高壓隔離開關(guān)短路，然后在系統(tǒng)電壓下合電源開關(guān)，被試變壓器將承受很高的操作過電壓和很大的勵磁涌流，待涌流過后，用絕緣棒拉開短路用隔離開關(guān)再進(jìn)行測試。現(xiàn)場沒有高壓隔離開關(guān)時應(yīng)將測量電流互感器二次側(cè)用低壓開關(guān)短路，涌流過后再拉開二次側(cè)低壓開關(guān)，防止涌流對測量儀表的沖擊和損壞。

用系統(tǒng)電壓做空載試驗時，為避免涌流和磁滯等的影響，合閘后應(yīng)待涌流過后儀表讀數(shù)非常穩(wěn)定后方可讀取測試數(shù)據(jù)，不應(yīng)合閘后馬上讀取。

系統(tǒng)電壓一般很少恰好與視頻電壓相等，但相差不會太大，因此，要根據(jù)系統(tǒng)的實測電壓與試品額定電壓的差異，來分析測量數(shù)據(jù)與出廠數(shù)據(jù)的差別，判斷產(chǎn)品是否有故障。

由于系統(tǒng)電源的容量足夠，系統(tǒng)電壓與額定電壓接近，試驗時可利用系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備，不需要大容量的實驗設(shè)備，試驗電壓波形無畸變，因而這種試驗方法現(xiàn)場經(jīng)常采用。

5 空載試驗的注意事項

5.1 為測量準(zhǔn)確，變壓器空載試驗所使用的測量用互感器、儀器儀表的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5級。

5.2 空載試驗使用的功率表應(yīng)選用cosφ=0.1、準(zhǔn)確度不低于0.5級的低功率因數(shù)功率表。這是因為在交流電路中，功率P=UIcosφ。變壓器空載試驗時，cosφ很低，用普通的功率因數(shù)功率表，會造成電壓、電流隨都達(dá)到功率表的標(biāo)準(zhǔn)值，而讀數(shù)卻很小，造成測量不準(zhǔn)確。例如用cosφ=1、倍數(shù)為5、滿刻度為150格的功率表（電壓量程150V，電流5A）去測量cosφ=0.2的大型變壓器的空載損耗，當(dāng)電壓為100V，電流為5A時，表讀數(shù)卻只有100×5×0.02=10格，即讀數(shù)很小，不易讀準(zhǔn)確。如果電壓互感器的變比為100，電流互感器的變比為30，那么，上述表的讀數(shù)每差0.1格（例如10.1讀成10）的誤差為0.1×30×100×5=1.5（Kw），即誤差百分?jǐn)?shù)為（0.1/10）×100%=1%。當(dāng)改用倍數(shù)為0.5、cosφ=0.1，滿刻度為150格的同樣兩成檔的低功率因數(shù)功率表去測量時，讀數(shù)可提高到100格，每差0.1格時的誤差百分?jǐn)?shù)僅為0.1/100×100%=0.1%了。所以現(xiàn)場空載試驗時一般采用cosφ=0.1，準(zhǔn)確度為0.2、0.5級的低功率因數(shù)功率表。

5.3 接線時必須使功率表的電流線圈和電壓線圈兩端子間的電位差最小，并注意電流線圈和電壓線圈的極性。極性連接正確無誤后，測量出的功率是兩只功率表或三只功率表讀數(shù)的代數(shù)和。功率表的指示可能是正值也可能是負(fù)值。

5.4 空載試驗使用的互感器的極性必須正確連接，一、二次連接相對應(yīng)，二次端子與表計極性的連接相對應(yīng)，不可隨意。還須注意，互感器的二次端子中有一個應(yīng)安全接地，對三相互感器或三只單相互感器，應(yīng)是同名端、同一接地點接地。

5.5 對大型變壓器進(jìn)行現(xiàn)場空載試驗時，應(yīng)有事先經(jīng)過上級同意的試驗方案；了解變壓器出廠試驗時的銘牌空載損耗和空載電流百分?jǐn)?shù)數(shù)值；選用合適變比和量程的互感器和儀表。直接用系統(tǒng)電壓進(jìn)行空載試驗時，對有關(guān)繼電保護(hù)、運行方式應(yīng)予以計算調(diào)整，防止發(fā)生事故。試驗時，試驗現(xiàn)場應(yīng)設(shè)圍欄，做好各項安全措施，指定專人負(fù)責(zé)，保證試驗時人身和設(shè)備的安全。

5.6 精度要求較高的空載試驗或?qū)π∪萘孔儔浩鬟M(jìn)行空載試驗和大容量變壓器在低電壓下進(jìn)行空載試驗時，應(yīng)考慮排除附加損耗的影響。

實際測量的損耗中包含有功率表電壓線圈、電壓表本身和電纜線的損耗，對于中、小型變壓器，這個損耗占空載損耗的1.5%～5%，因此必須進(jìn)行校正。校正公式為P0=P'0-P'

式中，P'0-包括儀表及電纜線的損耗在內(nèi)的空載損耗實測值；

P'-儀表及電纜線的損耗。

P'可以在被試變壓器斷開的情況下，施加試驗電壓，直接從瓦特表上讀出來，也可按照下式估算，即

式中，U-施加試驗電壓，V；

rW、rad、rv-分別為功率表電壓線圈電阻、附加電阻和電壓表線圈電阻，Ω。

5.7 進(jìn)行空載試驗時，試驗電源應(yīng)有足夠的容量。試驗電源容量估算式為S=SN×I0%

式中：S-試驗所需的電源容量，KvA；SN-被試變壓器額定容量，Kva；I0-被試變壓器空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)。

為保證獲得不畸變的正弦波電壓，實際選擇容量時英盡量大于上式估算結(jié)果。

另外，試驗時還應(yīng)特別注意安全，避免麻痹大意，造成的試驗誤差過大或者是出現(xiàn)事故。