變壓器漏抗的新測試方法

李曉明

（山東大學電氣工程學院，濟南 250061）

變壓器漏抗的新測試方法

李曉明

（山東大學電氣工程學院，濟南 250061）

本文提出一種變壓器漏抗新的測試方法。用Matlab仿真軟件中的Simulink構建變壓器漏抗測試仿真模型，并進行仿真分析。分析表明：變壓器鐵心深度飽和情況下的變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和大于變壓器鐵心不飽和情況下的變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和。變壓器鐵心從不飽和到深度飽和，變壓器漏抗增加的百分比很小。應用變壓器漏抗新的測試方法，可分別求出變壓器一次繞組漏抗與二次繞組漏抗。

變壓器；漏抗；短路實驗；仿真分析

電力變壓器在電力系統中有著廣泛的應用。電力變壓器存在漏抗，電力變壓器漏抗對電力系統運行特性有影響。因此，對電力變壓器漏抗的測量與控制是重要工作[1-4]。應用傳統變壓器，采用短路實驗方法可測試變壓器漏抗[5]。

文獻[6]提出一種雙功能變壓器，“在一臺磁控電抗器鐵心的基礎上，同時實現變壓器與磁控電抗器兩種功能。變壓器運行與調節過程對磁控電抗器工作影響很小；磁控電抗器運行與調節過程對變壓器工作影響很小[6]。”雙功能變壓器結構與工作特點不同于傳統變壓器，傳統變壓器鐵心不被允許工作在飽和狀態，雙功能變壓器鐵心一般工作在飽和狀態。文獻[6]中，仍然沿用傳統的短路實驗方法測試雙功能變壓器漏抗，造成部分觀點錯誤。因此，變壓器鐵心工作在飽和狀態下，變壓器漏抗的測試方法需要研究。

本文指出文獻[6]中錯誤觀點的根源，提出一種變壓器漏抗的新測試方法，并對這種新方法進行仿真分析。

1 對文獻[6]中錯誤觀點的分析

文獻[6]采用傳統短路實驗方法測試雙功能變壓器漏抗。根據傳統短路實驗方法設計了測試雙功能變壓器漏抗仿真電路，用 Matlab仿真軟件中的Simulink構建了變壓器短路電壓仿真實驗模型，如圖1所示。

根據圖1得到的實驗數據，文獻[6]文章中間有觀點：“不論變壓器鐵心輕度飽和，中度飽和，還是深度飽和，變壓器漏抗變小7%后不再減小。”

上述觀點不正確。產生錯誤的原因是，圖1所示的變壓器短路電壓實驗方法是傳統實驗方法[5]，該實驗方法適用于變壓器鐵心沒有直流磁通，即變壓器鐵心沒有飽和、變壓器激磁電抗近似無窮大的情況。而文獻[6]研究的變壓器鐵心有直流磁通，變壓器鐵心有飽和，變壓器激磁電抗不能被近似為無窮大的情況，所以，不能直接引用傳統實驗電路，需要設計新的實驗電路來測量、計算變壓器漏抗。

圖1 變壓器鐵心飽和Simulink仿真模型

2 新的測試方法

對于雙功能變壓器，在一臺磁控電抗器鐵心的基礎上，可同時實現變壓器與磁控電抗器兩種功能。變壓器運行時，變壓器鐵心一般工作在飽和狀態。變壓器鐵心工作在飽和狀態，變壓器漏抗可能變化。變壓器鐵心在深度飽和狀態情況下，對變壓器漏抗的測試需要采用新的測試方法。

在忽略變壓器繞組電阻和變壓器鐵心損耗的條件下，變壓器T形等效電路如圖2（b）所示[1]。X1是一次繞組漏抗，X2是二次繞組漏抗（歸算值），Xm是變壓器激磁電抗。由于變壓器鐵心有直流激磁，變壓器激磁電抗Xm減小，所以不能用無窮大代替。變壓器短路實驗等效電路如圖2（a）所示。實驗時，將二次繞組短路，一次繞組加可調電壓，使一次側繞組電流I1達到額定電流值，測量一次繞組外加電壓Uk，測量此時的二次側繞組電流I2（歸算值）。這時可得

變壓器開路等效實驗電路如圖2（b）所示。實驗時，二次繞組開路，一次繞組加可調電壓，使一次側繞組電流I1達到額定電流值，測量一次繞組外加電壓U1。這時可得

求解式（1）與式（2），可得

需要說明的是，圖 2（a）、（b）中的變壓器激磁電抗Xm的數值與鐵心飽和程度有關。因此，在上述理論分析及其公式中，都必須在直流控制電流相同情況下，以保證飽和開路與飽和短路激磁電抗Xm的相同性。

圖2 變壓器等效電路圖

用Matlab仿真軟件中的Simulink構建變壓器繞組漏抗的仿真實驗模型，如圖3所示。具體參數如下：T1變壓器容量=707.2kVA，線圈L1電壓=10000V，線圈L2電壓=10000V，線圈L3電壓=10000V；T1變壓器線圈R=0.002p.u.，L=0.08p.u.。T2變壓器參數與T1變壓器相同。

變壓器鐵心沒有飽和，直流電流等于零的情況下，實驗電路如圖3（a）所示。線圈L1輸入額定電流70.72A（電流峰值100A）時，示波器Scope1顯示短路電壓峰值4514V。

實驗電路圖3（a）是在變壓器鐵心不飽和情況下得到的，所以，測量與計算結果與文獻[6]一致。文獻[6]中相對應的實驗沒有錯誤。

變壓器鐵心飽和情況下，變壓器短路實驗電路如圖3（b）所示。變壓器開路實驗電路如圖3（c）所示。

圖3 變壓器鐵心飽和Simulink仿真新模型

輸入直流電流I4=100A，變壓器鐵心飽和。在變壓器短路實驗中,示波器Scope1顯示短路電壓峰值Uk=2050V，交流電流峰值I1=100A，示波器Scope2顯示交流電流峰值I2=79.8A。在變壓器開路實驗中，示波器Scope1顯示交流電流峰值I1=100A，開路電壓峰值U1=5750V。把測量結果代入式（3）、式（4），獲得X1=11.134Ω，X2=11.737Ω，（X1+X2）=22.871Ω。

輸入直流電流I4=200A，變壓器鐵心深度飽和。變壓器短路實驗,示波器Scope1顯示短路電壓峰值Uk=2045V，交流電流峰值I1=100A，示波器Scope2顯示交流電流峰值I2=79.8A。變壓器開路實驗，示波器Scope1顯示交流電流峰值I1=100A，開路電壓峰值U1=5710V。把測量結果代入式（3）、式（4），獲得X1=11.173Ω，X2=11.626Ω，（X1+X2）=22.799Ω。

輸入直流電流I4=300A，變壓器鐵心更加深度飽和。在變壓器短路實驗中，示波器Scope1顯示短路電壓峰值Uk=2045V，交流電流峰值I1=100A，示波器Scope2顯示交流電流峰值I2=79.8A。在變壓器開路實驗中，示波器 Scope1顯示交流電流峰值I1=100A，開路電壓峰值U1=5700V。把測量結果代入式（3）、式（4），獲得X1=11.198Ω，X2=11.594Ω，（X1+X2）= 22.792Ω。

可見，變壓器鐵心深度飽和情況下的變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和 22.799Ω大于變壓器鐵心沒有飽和情況下的變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和22.57Ω。該結論糾正了文獻[6]的錯誤。

可見，變壓器鐵心從不飽和到深度飽和，變壓器漏抗增加的百分比很小，只有1.01%左右。

以往變壓器短路實驗只能求出變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和，不能分別求出變壓器一次繞組漏抗與二次繞組漏抗。通過圖 3（b）、（c）,則可分別求出變壓器一次繞組漏抗與二次繞組漏抗。

需要說明的是，變壓器漏抗的新測試方法應保證，直流繞組流過的直流電流所產生的安匝數值，等于或大于交流繞組額定交流電流峰值的安匝數值。在圖3的實驗電路中，即I4等于或大于100A。這樣，才能夠保證變壓器鐵心處于飽和狀態。如果直流繞組流過的直流電流所產生的安匝數值小于交流繞組額定交流電流峰值的安匝數值，變壓器鐵心輕度飽和，交流線圈中的電流就不再是正弦波，而將產生較大測量誤差。另外，變壓器鐵心輕度飽和，變壓器開路實驗將無法實現。

從以上敘述還可以看出,雙功能變壓器有一次繞組、二次繞組、直流繞組，因此可以用本文提出的變壓器漏抗的新測試方法分別求出雙功能變壓器一次繞組與二次繞組的漏抗。實際上，傳統變壓器如果有3個繞組，就可以取其中一個繞組作為直流繞組，取兩臺相同的傳統變壓器按照圖3構建電路，可以測試與計算另兩個繞組的漏抗。依此類推，傳統變壓器3個繞組的漏抗都可以被分別測試與計算出來。需要指出的是，為了保證測試過程變壓器鐵心飽和，直流繞組流過的直流電流所產生的安匝數值，應等于（或大于）其他任一繞組額定交流電流峰值的安匝數值。這樣，在測試過程中，作為直流繞組的線圈流過的直流電流就會大于其交流電流標稱額定值。因此，三繞組的傳統變壓器如果需要采用本文提出的變壓器漏抗的新測試方法，測試過程需要快速進行，測試過程的時間需要限制，以防止被測試的變壓器繞組過熱燒毀。

3 結論

變壓器鐵心深度飽和情況下的變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和大于變壓器鐵心沒有飽和情況下的變壓器一次繞組漏抗加二次繞組漏抗之和。變壓器鐵心從不飽和到深度飽和，變壓器漏抗增加的百分比很小。應用變壓器漏抗新的實驗方法，可分別求出變壓器一次繞組漏抗與二次繞組漏抗。

[1]李季,羅隆福,許加柱,等.磁集成地鐵變壓器漏抗三維有限元計算[J].中國鐵道科學,2007,28(2)：90-93.

[2]何峰宇,楊建軍,陳敏,等.抽水蓄能電站SFC輸入變壓器漏抗對諧波影響分析[J].機電工程,2008,25(8)：47-49.

[3]黃如疊.變壓器漏抗對電力系統無源濾波器的影響分析[J].電氣開關,2012,50(6)：53-56.

[4]巫付專,侯婷婷,韓梁.基于LCL濾波DVR補償變壓器漏抗的確定[J].電力系統保護與控制,2013(19)：126-131.

[5]湯蘊璆,史乃.電機學[M].北京：機械工業出版社,1999.

[6]李曉明.一種雙功能變壓器及其分析[J].電力系統保護與控制,2016(12)：1-6.

New Test Method of Transformer Leakage Reactance

Li Xiaoming
(School of Electrical Engineering,Shandong Univesity,Ji’nan 250061)

A new test method of transformer leakage reactance is proposed in this paper.A simulation model based on Matlab/Simulink is built and the new test of transformer leakage reactance are simulated.The results show：The sum of transformer primary winding leakage reactance and secondary winding leakage reactance under the condition of transformer core depth saturated is greater than the sum of transformer primary winding leakage reactance and secondary winding leakage reactance under the condition of transformer core is not saturated.Saturated transformer core never saturated to depth,the percentage increase in transformer leakage reactance is very small.Transformer primary winding leakage reactance and secondary winding leakage reactance can be respectively calculated by the new test method.

transformer；leakage reactance；short circuit test；simulation analysis

李曉明（1956-），男，山東省淄博市人，山東大學副教授，主要從事電力系統控制與保護、電力系統及其自動化的教學與研究工作。