基于常見變壓器容量測試的方法概述

荊錚+張曦妍

摘 要：電能是一種商品，在市場經(jīng)濟條件下，國家有關文件規(guī)定：居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電，實行單一制電度電價；工商業(yè)及其他用戶中受電變壓器容量在100kVA或用電設備裝接容量為100kW及以上的用戶，實行兩部制電價，即基本電價和電度電價。在兩部制電價中，基本電價是由變壓器的容量大小決定的。但其現(xiàn)有的一些變壓器容量測試方法得出常規(guī)變壓器容量的檢測方法是各種不同的，文章對其進行綜合討論。

關鍵詞：變壓器；容量；測試

中圖分類號：TM42 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0065-02

1 概述

從變壓器的整體構造來講，其主要構成部件有：變壓器高壓側繞組、變壓器低壓側繞組及鐵芯。由于繞組的選擇、鐵芯構成以及制造手段的差異，會使各種變壓器之間存在差異。就算是同一臺變壓器，由于使用的條件不同，其也會產(chǎn)生不一樣的參數(shù)，變壓器基本參數(shù)：I0、P0、Uk、Pk。其數(shù)值大小是由變壓器的制造技術、使用材料、工作效率、運行方式、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電能質量等決定的。油浸式變壓器和干式變壓器的基本參數(shù)在變壓器國家標準GBT6451-1999和GBT10228-1997中都規(guī)定了相應的標準。主要有以下幾個參數(shù)：

（1）空載電流I0

當變壓器低壓側繞組開路，高壓側加上UN時，在高壓側繞組中的電流大小即空載電流。習慣用其繞組的額定電流百分數(shù)表示。

（2）空載損耗P0

變壓器的空載損耗主要是鐵芯損耗，當變壓器一側繞組開路，另一側加上50Hz的UN時，變壓器吸收的有功功率。由變壓器原理：E1=KfBm，K是比例常數(shù)，E1是原邊感應電動勢。可得到鐵耗：

（3）短路電壓Uk

變壓器短路電壓又稱為阻抗電壓。即將變壓器二次側繞組短接，在一次側繞組加上50Hz的電壓直到二次側繞組中的電流達到額定值，此時以一側所加的電壓。

（4）短路損耗PK

變壓器的短路損耗主要是銅耗PCU，當變壓器一次側繞組短路，二次側繞組流過IN時變壓器消耗的有功功率。PCU為直流電阻損耗，表示為：

P0和Pk是變壓器的兩個重要的性能指標，不僅代表變壓器的使用效率，還表示變壓器的工作標準。國家對空載損耗和短路損耗有著明確的標準要求如GB6451-2008。對于出廠的變壓器必須要做短路試驗和空載試驗得到變壓器的參數(shù)，嚴格制止不符合國家標準的變壓器出廠。而運行中的變壓器，每隔一定的時間，相關單位就會對其進行性能測試保證其工作在安全條件下。

2 損耗比較法

損耗比較法是利用實測空載損耗和短路損耗的值與國標中損耗的規(guī)定值對比核查以判斷被測變壓器的容量。其檢測原理來源于常規(guī)變壓器的容量是由變壓器內(nèi)部鐵芯粗細與鐵芯上的繞組匝數(shù)相關，由于鐵芯粗細和繞組匝數(shù)不能夠直接測量，但是它們的值直接決定了變壓器的P0、Pk、Uk及I0的值。空載損耗是指鐵耗PFe，絕大部分發(fā)生在鐵心內(nèi)。依據(jù)空載損耗和其額定容量之間的關系，并得出了其相應關系的曲線圖。故空載損耗P0值的大小也是判定變壓器容量S的輔助判據(jù)。空載試驗通常從電壓較低一側繞組施加額定電壓、額定頻率的正弦波形。在其他繞組開路的條件下，檢測變壓器的空載電流和空載損耗。

變壓器短路試驗就是從變壓器高壓側繞組中，加入正選波形、額定頻率的額定電流，在另一側繞組短路的條件下，檢測得到負載損耗Pk和短路電壓Uk。短路試驗主要是為了檢測變壓器的負載損耗Pk和短路電壓Uk。通過對試驗結果的分析能夠準確判別標準變壓器容量。短路損耗Pk和銅耗Pcu存在如下關系式：

其中：β為負載系數(shù)，是變壓器實際的負載電流值與其額定值的比值。

變壓器在進行短路試驗時，其主磁通很小，激磁電流和鐵耗都極小均可忽略掉，所以可以得到短路損耗實際是兩次繞組的電阻損耗，令β=1，即可得到銅耗Pcu，也就是短路損耗Pk。

3 阻抗電壓法

3.1 阻抗電壓法原理

阻抗電壓Uk（%）指使變壓器低壓側短路，對高壓側加壓使低壓側的Ik達到額定值時，高壓側所加電壓與UN的比，數(shù)值是短路阻抗的百分數(shù)。在國標中，明確規(guī)定變壓器阻抗電壓與容量的大小一致。阻抗電壓的大小表示變壓器額定負載時其內(nèi)部壓降的大小，變壓器額定電流IN與額定容量成正比，并且與阻抗電壓Uk（%）也成正比。所以給定阻抗電壓Uk（%）的大小，通過正比關系，在短路試驗中能夠確定變壓器的容量。

式中：SN-變壓器的額定容量；U1N-變壓器額定線電壓；I1N -變壓器額定電流。

上式中，U1N通常可以根據(jù)所使用的變壓器得出，故想要得到變壓器的額定容量值，就必須先要得到變壓器的額定電流值I1N。

變壓器阻抗電壓即為二次側短路電流達到額定電流時一次側所加的電壓的標幺值即：UK=U1/U1N

其中：U1為副邊短路時，當短路電流達到額定值時，原邊電壓大小。

上式中UK為已知的阻抗電壓，按照國家標準GB6451.1-5-86和GB10228-1997的規(guī)定來取值。

3.2 阻抗電壓法變壓器容量測試標準

變壓器的額定容量與其對應的阻抗電壓在GBT6451、GBT10228等有相關的要求，變壓器在出廠時所測得的阻抗電壓值均應在國標允許的范圍內(nèi)：當變壓器阻抗電壓值<10%時，其允許偏差為±10%。用戶在篡改變壓器容量時，一般不會改變阻抗電壓，因為阻抗電壓和變壓器的保護定值有關聯(lián)，且對于標準變壓器，阻抗電壓有的標準可查。如果待測變壓器是標準容量的變壓器，由公式得到的值應該先與國標中的標準容量校對，然后給出變壓器的容量值；如果待測變壓器是非標準變壓器，則由公式得到的值就是變壓器容量的大小。

4 三元素法

三元素法就是由阻抗電壓、空載損耗、短路損耗相結合來判斷變壓器的容量，也就是先利用阻抗電壓法來計算得到待測變壓器的容量，再根據(jù)該容量下的待測變壓器的空載損耗值和短路損耗值與國標進行比較，最后依據(jù)損耗是否在國標允許的誤差范圍內(nèi)來判定變壓器的容量。

阻抗電壓法檢測變壓器容量時，不僅要知道一次側電壓還要知道銘牌上的阻抗電壓。變壓器在電網(wǎng)中正常運行時，其一次側的電壓一般是與之相連的系統(tǒng)電壓基本穩(wěn)定，而阻抗電壓在銘牌上的值一般是變壓器出廠時依據(jù)國標給的，其實和實際值有所不同，差值一般在國標誤差范圍內(nèi)（10%以下），所以計算變壓器的容量時是依據(jù)銘牌上的阻抗電壓值，將會與實際值就有誤差，誤差較大時得到的容量就會不準確，所以提出三元素法來判定變壓器容量，即將阻抗電壓法和損耗比較法相結合對變壓器容量進行綜合判定。三元素法與單獨的損耗比較法或者阻抗電壓法相比，增加了準確度，減少了誤判率。

5 結束語

電力是關系到國計民生的重要資源，是國民經(jīng)濟不可或缺的一部分，而電力系統(tǒng)核心心臟的變壓器具有不可替代性作用，本文通過述相關討論，我們對變壓器的常見容量進行討論，得出經(jīng)常使用的幾種常見變壓器容量測試方法，對實踐工作具有一定參考意義。

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