變壓器容量測(cè)試分析與試驗(yàn)

區(qū)建騰

（佛山市勁能電力工程有限公司，廣東佛山528000）

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變壓器容量測(cè)試分析與試驗(yàn)

區(qū)建騰

（佛山市勁能電力工程有限公司，廣東佛山528000）

摘要：從理論上探討變壓器容量的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上，介紹變壓器容量測(cè)試的實(shí)用方法，闡述容量測(cè)試儀的實(shí)際測(cè)試方式，通過(guò)實(shí)例分析測(cè)試的結(jié)果，分析短路阻抗的變化對(duì)容量測(cè)試結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：變壓器；容量；測(cè)試；阻抗電壓

變壓器的額定容量是輸入到變壓器的視在功率值，包括變壓器本身吸收的有功功率和無(wú)功功率。判斷變壓器容量的方法包括：1）測(cè)量變壓器直流電阻值判定變壓器容量；2）用容量測(cè)試儀測(cè)量，是運(yùn)用變壓器容量測(cè)試儀通過(guò)低短路電流試驗(yàn)進(jìn)行的。

在工作實(shí)踐中，需要測(cè)定無(wú)銘牌或銘牌不符變壓器的實(shí)際容量。測(cè)量方法有很多種，大多需要復(fù)雜的測(cè)試和計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)可操作性不強(qiáng)。本文將介紹兩種目前可行的變壓器容量測(cè)試的實(shí)用方法［1］。

1配電變壓器容量測(cè)試電氣原理

1.1用容量測(cè)試儀測(cè)量變壓器容量的原理

1.1.1三相變壓器的額定容量

三相變壓器的額定容量計(jì)算公式為

式中，SN為變壓器額定容量，單位為kVA；UN為變壓器額定電壓，單位為kV，降壓變壓器可選用6、10、20、35、66、110、220、330、500 kV［2］；IN為變壓器額定電流，單位為A。

由式（1）可知，要計(jì)算出SN，只要得到IN的數(shù)據(jù)就可以。UN是已知值，因?yàn)閁N與電力系統(tǒng)連接，變壓器不可能大范圍地偏離系統(tǒng)電壓。

由變壓器短路阻抗的定義［3］可知短路阻抗Uk的計(jì)算公式為

式中，Uk為短路阻抗，常見(jiàn)的1 600 kVA及以下油浸式變壓器為4%或4. 5%［2］；U1為變壓器一次側(cè)加電壓，二次側(cè)短路且其短路電流達(dá)到額定值時(shí)的一次側(cè)電壓值；UN為變壓器一次側(cè)額定電壓值。

1.1.2電流測(cè)試原理

下面來(lái)分析短路測(cè)試的原理，采用額定短路電流測(cè)試的原理如圖1所示。圖1中，I1N和I2N分別為額定短路試驗(yàn)的一次和二次額定電流。假設(shè)待測(cè)變壓器為1 000 kVA，則I1N和I2N可分別達(dá)到57.7和1 448 A?？梢?jiàn)額定條件下，短路試驗(yàn)的電流和電源容量都很大。

（1）采用額定電流進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電源容量Sk應(yīng)按式（3）確定［4］，即

式中，Uk為阻抗電壓百分?jǐn)?shù)，1 000 kVA油浸式變壓器為4.5%；Kk為試驗(yàn)電流容量因數(shù)，取0.062 5~1.0，一般盡量取1.0；Ka為變換因數(shù)，一般取1.2~1.3；Kb為安全因數(shù)，可取1.0~1.1；SN為被試變壓器的額定容量。

由式（3）可知，對(duì)1 000 kVA變壓器，短路試驗(yàn)時(shí)所需電源容量Sk=1 000×4.5%×1.0×1.2×1.1=59.4 kVA。經(jīng)計(jì)算試驗(yàn)容量是很大的，在用戶(hù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)比較難取得這個(gè)條件。

（2）當(dāng)變壓器的電壓和電流在額定范圍內(nèi)做短路試驗(yàn)，電壓與電流成線(xiàn)性正比例關(guān)系，即電流隨一次側(cè)試驗(yàn)電壓的增大而增大，可以采用低短路電流做短路試驗(yàn)，如圖2所示。于是可得

式中，U1'為低短路電流試驗(yàn)的一次側(cè)電壓值，I1'為低短路電流試驗(yàn)的一次側(cè)電流值。

圖1采用額定短路電流測(cè)試的原理

圖2采用低短路電流測(cè)試的原理

由式（4）可推算出額定短路電流試驗(yàn)的一次側(cè)電流值為

由式（1）和（5）可推出額定容量公式為

由式（2）和（6）可推算出所求的變壓器容量計(jì)算公式如下式中，UN為已知值，U1'、I1'可通過(guò)低短路電流試驗(yàn)求得，Uk為短路阻抗。

實(shí)例現(xiàn)采用低短路電流測(cè)試一臺(tái)油浸式變壓器，其Uk＝4.5%，UN＝10 kV。測(cè)量得到的數(shù)據(jù)為：U1'＝ 5.63 V（已考慮功率因數(shù)），I1'＝0.45 A，則容量。得到該變壓器對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)額定容量應(yīng)該為630 kVA。

1.2短路阻抗的測(cè)量原理

1.2.1變壓器阻抗電壓值的偏差容許范圍

變壓器阻抗電壓值的偏差容許范圍［3］如下表1所示。

表1電力變壓器短路阻抗允許偏差

1.2.2變壓器短路阻抗計(jì)算

根據(jù)式（7）可知，因受測(cè)試變壓器的阻抗特性Uk固定，而且測(cè)試時(shí)施加的電壓U1'較小，I1'/U1'=K1數(shù)值穩(wěn)定，UN為已知數(shù)。所以得出SN與Uk成正比關(guān)系，即于是可以推出變壓器短路阻抗為

2測(cè)量變壓器直流電阻值判定變壓器容量

變壓器繞組直流電阻的測(cè)量是一個(gè)必不可少的變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)直流電阻的測(cè)量，不僅可以知道變壓器內(nèi)部有沒(méi)有發(fā)生相間或匝間短路，而且還能通過(guò)對(duì)比分析該變壓器的容量大小。表2、3列出了一系列變壓器直流電阻的大小，該數(shù)據(jù)源于筆者在佛山地區(qū)參與的多項(xiàng)變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目。

表2油浸式變壓器直流電阻測(cè)量參考平均值

表3干式變壓器直流電阻測(cè)量參考平均值

通過(guò)表2與3數(shù)據(jù)可知，變壓器容量越大，其一次、二次直流電阻值就越小，成反比例關(guān)系。測(cè)試時(shí)，只需按規(guī)程測(cè)試出待測(cè)變壓器的直流電阻值，取高壓側(cè)中間檔位直流電阻值的平均值、低壓側(cè)直流電阻值的平均值與相應(yīng)形式變壓器的參考平均值進(jìn)行比較，即可分析出該變壓器的容量范圍。

該方法現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單方便，但也有一定的局限性。因?yàn)?，現(xiàn)在變壓器生產(chǎn)廠(chǎng)家眾多，變壓器規(guī)格種類(lèi)多，同一容量，不同廠(chǎng)家，不同規(guī)格型號(hào)的變壓器電阻值有一定的差距，變壓器國(guó)標(biāo)里沒(méi)有對(duì)變壓器的電阻值作嚴(yán)格的限制，要匯集各個(gè)廠(chǎng)家及型號(hào)的變壓器電阻值相對(duì)困難。因此，用直流電阻值判定變壓器容量的簡(jiǎn)單方法判斷變壓器的額定容量只能對(duì)常規(guī)配電變壓器作額定容量的初步判斷。

3變壓器容量測(cè)試常出現(xiàn)的問(wèn)題

目前推薦使用低短路電流原理配合變壓器容量測(cè)試裝置來(lái)測(cè)試變壓器容量，有時(shí)會(huì)遇到變壓器銘牌數(shù)據(jù)作假的問(wèn)題，主要包括變壓器額定容量作假及變壓器額定容量和阻抗電壓同時(shí)作假。（1）對(duì)于只是變壓器額定容量作假的，可以直接用容量測(cè)試儀直接輸入包括阻抗電壓在內(nèi)的數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量變壓器的實(shí)測(cè)容量。（2）對(duì)于變壓器和額定容量一起作假的，就要進(jìn)一步分析阻抗電壓。分析阻抗電壓可以將變壓器銘牌上包括額定容量和阻抗電壓在內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入容量測(cè)試儀，測(cè)量變壓器的阻抗電壓是否正常。根據(jù)變壓器阻抗電壓和額定容量的關(guān)系，如果測(cè)量出的阻抗電壓和對(duì)應(yīng)的變壓器國(guó)標(biāo)阻抗電壓對(duì)比有10~15%的偏差，就可以推測(cè)出該變壓器的額定容量標(biāo)稱(chēng)和阻抗電壓有問(wèn)題。此時(shí)就引用國(guó)標(biāo)的阻抗電壓對(duì)變壓器進(jìn)行容量測(cè)試。而銘牌上的阻抗電壓不予采用。

分析容量時(shí)無(wú)法確定銘牌上標(biāo)稱(chēng)的阻抗電壓是否真實(shí)，一般也應(yīng)先用容量測(cè)試裝置來(lái)測(cè)量變壓器的負(fù)載損耗和阻抗電壓值來(lái)比對(duì)。

4實(shí)際測(cè)量實(shí)例

電房名稱(chēng)為XX省XX鋼業(yè)有限公司配電房變壓器銘牌上所顯示的數(shù)據(jù)為：型　　式：S11-3150/10　　運(yùn)行編號(hào)：1#　　制造廠(chǎng)名：XX額定容量：3150 kVA　　出廠(chǎng)編號(hào)：XXXXXXXX　　極性組別：Dyn11額定電壓：10000/600 V　　相　　數(shù)：三相　　周　　波：50 Hz額定電流：181.9/3031.1 A　　短路阻抗：5.44%　　出廠(chǎng)日期：2007.04現(xiàn)在來(lái)測(cè)試這臺(tái)變壓器銘牌上的額定容量值是否有造假現(xiàn)象。

（1）根據(jù)銘牌上的資料，測(cè)量變壓器的負(fù)載損耗和阻抗電壓，輸入設(shè)備的接口及數(shù)據(jù)如圖3所示，測(cè)量出的結(jié)果如圖4所示。

圖3輸入設(shè)備的接口及數(shù)據(jù)

圖4測(cè)量結(jié)果顯示

由圖3、4可知，測(cè)量出的結(jié)果顯示的阻抗電壓值為4.32%，明顯低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的5.5%［2］，偏差達(dá)21.5%。因此可以初步認(rèn)為該變壓器銘牌上標(biāo)稱(chēng)的額定容量有造假現(xiàn)象。根據(jù)上述方法理論，可以推測(cè)該變壓器的額定容量應(yīng)該大于3 150 kW。

（2）通過(guò)低短路電流方法用容量測(cè)試儀測(cè)量變壓器的容量，輸入接口及數(shù)據(jù)如圖5所示，其測(cè)量出的結(jié)果顯示如圖6所示。

圖5輸入接口及數(shù)據(jù)

圖6測(cè)量結(jié)果顯示

由圖5、6可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)按銘牌相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到容量測(cè)試裝置測(cè)量變壓器容量時(shí)，得出的測(cè)試結(jié)果明顯大于銘牌上的額定容量值。根據(jù)GB/T 6451—2008，把阻抗電壓改為5.5%時(shí)，容量測(cè)量值變?yōu)? 033.1 kVA。當(dāng)阻抗電壓分別為5.8%和6.0%，容量測(cè)量值分別為4 220.0 kVA和4 367.7 kVA。測(cè)試結(jié)論是該變壓器銘牌上的額定容量為造假數(shù)據(jù)，銘牌上的短路阻抗值正常。

5影響容量結(jié)果的數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述變壓器阻抗電壓和額定容量的分析發(fā)現(xiàn)，該變壓器銘牌上的額定容量3 150 kVA為造假的數(shù)據(jù)。用容量測(cè)試儀測(cè)試得出的實(shí)測(cè)容量為3 996 kVA。根據(jù)廣東省佛山地區(qū)用電計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)，大工業(yè)用戶(hù)要收取基本容量電費(fèi)為每月18元/ kVA。該變壓器于2007年6月投入運(yùn)行，截至2010年12月，該用戶(hù)向供電部門(mén)少交付的費(fèi)用為：（3 996-3 150）×18= 15 228元/月。期間為42個(gè)月，即一共少交付15 228×42= 654 804元。給供電部門(mén)造成了重大損失，顯失社會(huì)公平。

此外，進(jìn)一步測(cè)量變壓器外形尺寸，對(duì)比同型號(hào)的變壓器也不相符。因此這也從另一方面證明了該變壓器有做假竊電現(xiàn)象。在測(cè)試時(shí)，對(duì)被輸入?yún)?shù)阻抗電壓值選出了多個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，如圖7所示。

圖7阻抗電壓和變壓器容量關(guān)系

由圖7可以發(fā)現(xiàn)，變壓器容量測(cè)試值隨輸入阻抗值的增加而增大，且成正比關(guān)系。這就從實(shí)驗(yàn)上證明了式（7）的正確性和實(shí)用性。

6大容量特種變壓器的容量測(cè)試

對(duì)于大容量特種變壓器，容量測(cè)試的難點(diǎn)主要是阻抗電壓值的判斷問(wèn)題，在沒(méi)有國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的阻抗電壓值的情況下，以變壓器銘牌上標(biāo)稱(chēng)的阻抗電壓值作為測(cè)試值也存在很大的問(wèn)題：1）變壓器銘牌上的標(biāo)稱(chēng)阻抗電壓值可能是造假值；2）當(dāng)以經(jīng)驗(yàn)判斷變壓器銘牌上標(biāo)稱(chēng)的阻抗電壓值時(shí)也會(huì)存在很大風(fēng)險(xiǎn)。所以對(duì)于大容量特種變壓器的測(cè)試需根據(jù)實(shí)際情況，可采取先用容量測(cè)試儀測(cè)試變壓器的阻抗電壓值，再運(yùn)用測(cè)試出的阻抗電壓值作為輸入數(shù)據(jù)之一，用變壓器容量測(cè)試儀測(cè)試特種變壓器容量的大小。

7　小結(jié)

變壓器容量測(cè)試是近年來(lái)開(kāi)展的新業(yè)務(wù)之一，在珠三角地區(qū)還處于初步階段。用經(jīng)驗(yàn)電阻值判定變壓器容量的簡(jiǎn)單方法可以判斷常規(guī)小容量變壓器的容量。如需更科學(xué)地判斷，推薦使用基于短路阻抗的配電變壓器容量測(cè)試裝置來(lái)測(cè)試。當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，如大容量或特種變壓器的容量測(cè)試，除了運(yùn)用現(xiàn)有的容量測(cè)試儀，還要運(yùn)用各方面信息進(jìn)行輔助判斷，包括變壓器體積的大小、有沒(méi)有人證支持變壓器造假信息等進(jìn)行綜合判斷。在條件許可的情況下，還需有變壓器制造廠(chǎng)家的參與支持。

參考文獻(xiàn)：

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【責(zé)任編輯：任小平renxp90@163.com】

Transformer capacity test analysis and test

OUJian- teng
（Foshan Jinneng Electric Power Engineering Co. Ltd., Foshan 528000, China）

Abstract:This paper analyzes the calculation method of transformer capacity. And on this basis, this article introduces the practical method of transformer capacity testing. Focuses on the actual test capacity tester. The results of the test are analyzed through experimental examples, the impact of change on the capacity of short circuit impedance test results are studied. Finally, the capacity test of the large capacity special transformer is introduced.

Keywords:transformer; capacity; test; impedance voltage

文章編號(hào)：1008- 0171（2016）01- 0078- 05

作者簡(jiǎn)介：區(qū)建騰（1982-），男，廣東佛山人，佛山市勁能電力工程有限公司工程師。

收稿日期：2015-05-27

中圖分類(lèi)號(hào)：TM4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A