新型智能變壓器阻抗與容量測試儀在供電中的探討

葉正杰，陳 興，符富強(qiáng)，陳勇章，羅志榕，周 琨，賴振學(xué)

(1福建省壽寧供電有限公司2.福建省常山供電有限公司;3.福州億森電力設(shè)備有限公司)

1 引言

變壓器的額定容量與其對應(yīng)的阻抗電壓在GB1094.1、GB1094.5 和 GB6451 等標(biāo)準(zhǔn)中有相關(guān)的要求，是一個強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。變壓器廠家在變壓器出廠時測得的阻抗電壓值均在國標(biāo)容許的偏差內(nèi)。

國內(nèi)大多數(shù)城市對用戶的供電方式都是采用10KV電源到用戶端，通過10KV變壓器(配變)變低電壓為380V(220V)給用戶負(fù)荷供電的。所以，每個城市變壓器數(shù)量最多的也就是這些配變。在某城市給這些配變做負(fù)載試驗時，發(fā)現(xiàn)其中有一小部分變壓器的阻抗電壓值的偏差超出容許的范圍(配變的容許偏差≤±10%)，特別是一些地處較偏僻的中小企業(yè)用戶的變壓器。

進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時發(fā)現(xiàn)所測得的阻抗電壓值多數(shù)是偏小，這并非偶然。通過進(jìn)一步的試驗后發(fā)現(xiàn)，變壓器銘牌上的額定容量和變壓器的實際容量有出入，而且大多是小了一個等級。如銘牌上容量是400KVA的變壓器，實際容量是500KVA。負(fù)載試驗時，是把400KVA作為已知量輸入測試儀，而此變壓器的實際容量卻是500KVA，這樣就造成所測的阻抗電壓值偏小。如果不是進(jìn)行負(fù)載試驗的話，這種情況是很難發(fā)現(xiàn)的(配變在交接試驗是不要求做負(fù)載試驗的)。

這些企業(yè)用戶大多屬于大工業(yè)用戶，所以將直接反映在基本電費的減少，也即供電部門少收了電費。針對這種情況，根據(jù)變壓器的額定容量和阻抗電壓的對應(yīng)關(guān)系，在試驗現(xiàn)場可以通過簡單輕便的變壓器參數(shù)測試儀對變壓器進(jìn)行負(fù)載實驗，對測得的阻抗電壓值進(jìn)行分析，初步判斷變壓器銘牌容量和實際容量是否相符。關(guān)于變壓器實際出力還需進(jìn)一步試驗(如直接負(fù)荷法)。這種方法簡單易行，可以在供電部門和電力安裝企業(yè)推廣運用，對掛網(wǎng)運行中的配變進(jìn)行檢查和把住安裝的交接試驗關(guān)，這樣可以為供電部門和國家挽回一部分電費，從而得到很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 阻抗電壓的物理意義及測量

2.1 阻抗電壓的物理意義

阻抗電壓是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大。當(dāng)二次繞組的短路電流達(dá)到額定電流時，一次繞組所施加的電壓(短路電壓)與額定電壓的比值百分?jǐn)?shù)。阻抗電壓Uk(%)是涉及到變壓器成本、效率和運行的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和對變壓器進(jìn)行狀態(tài)診斷的主要參數(shù)依據(jù)之一。

同容量的變壓器，阻抗電壓小的成本低，效率高，價格便宜。另外，運行時的壓降及電壓變動率也小，電壓質(zhì)量容易得到控制和保證。因此，從電網(wǎng)的運行角度考慮，希望阻抗電壓小一些好。但是，從變壓器限制短路電流條件考慮，則希望阻抗電壓大一些好，以免電氣設(shè)備(如斷路器、隔離開關(guān)、電纜等)在運行中經(jīng)受不住短路電流的作用而損壞。不同容量的變壓器對應(yīng)的阻抗電壓值國標(biāo)是有相關(guān)規(guī)定的，而對于大容量的變壓器和變電站的變壓器不在本文探討的范圍內(nèi)。本文是針對大量的10KV等級(及以下)的用戶變壓器進(jìn)行探討的。

2.2 阻抗電壓的測量

在實際現(xiàn)場中，阻抗電壓可以通過變壓器參數(shù)測試儀對變壓器進(jìn)行負(fù)載(短路)試驗而測得。負(fù)載試驗必須在額定頻率(正弦波形)和給至線圈額定電流下進(jìn)行。一般選擇變壓器一次側(cè)繞組為試驗繞組，二次側(cè)(大電流側(cè))人工短路。當(dāng)在一次側(cè)(額定電壓抽頭)加入額定頻率的交流電壓，使變壓器繞組內(nèi)的電流為額定值，測得所加的電壓和功率。注意，二次側(cè)短路連接所用的連接板(電纜)的截面積要足夠大，不應(yīng)小于變壓器導(dǎo)線截面積，其長度要盡可能的短，以防止因連接板電阻大而影響測量的準(zhǔn)確性。

測得的電壓占加壓繞組額定電壓的百分?jǐn)?shù)即為阻抗電壓，即

所測得的有功功率換算至額定溫度下的數(shù)值為負(fù)載(短路)損耗。這也是一個很重要的參數(shù)，但不在本文探討的范圍內(nèi)。

用變壓器參數(shù)測試儀測量時，變壓器的容量是作為一個已知量，通常是把待測的變壓器銘牌的額定容量輸入測試儀。

3 阻抗電壓與變壓器容量的關(guān)系

中小容量變壓器的阻抗電壓在 GB1094.1、GB1094.5和GB6451標(biāo)準(zhǔn)中有相關(guān)的規(guī)定。其中，10KV電壓等級的變壓器額定容量和阻抗電壓的對應(yīng)關(guān)系整理匯總?cè)绫?所示。

表1 變壓器容量和阻抗電壓的關(guān)系

當(dāng)阻抗電壓值＜10%時，其允許偏差為±10%。阻抗電壓和變壓器容量的關(guān)系如下式所示:

其中:Uk(%)——變壓器的阻抗電壓

SN——變壓器額定容量

XT——變壓器的繞組電抗

UN——一次側(cè)的額定電壓

對于同一臺變壓器來說，變壓器的繞組電抗和額定電壓是一定的，而額定容量在測試中也是作為已知量直接輸入變壓器參數(shù)測試儀的。在實際變壓器的負(fù)載試驗中，通常是把變壓器銘牌或變壓器出廠合格證上的額定容量作為已知量輸入測試儀。所以，當(dāng)出現(xiàn)銘牌或合格證上的額定容量和變壓器實際的額定容量不符時，變壓器參數(shù)測試儀測出來的阻抗電壓值是有偏差的，這個偏差往往超出了國標(biāo)允許的范圍。下面分析一下把額定容量這個參數(shù)作為變量時，則其對應(yīng)的阻抗電壓的變化。

3.1 輸入容量比實際容量小，則阻抗電壓偏小

在(2)式的各參數(shù)中，額定電壓UN是一定的，繞組的電抗XT對于同一臺變壓器來說也是一定的。在負(fù)載試驗中，變壓器容量作為已知量輸入變壓器參數(shù)測試儀。當(dāng)輸入的容量值比變壓器的實際容量小時，根據(jù)(2)式可知，這時計算出來的阻抗電壓值偏小。

舉例來說，待測變壓器型號為S11－500KVA/10/0.4KV，用變壓器參數(shù)測試儀對其進(jìn)行負(fù)載試驗，實測得繞組的電抗XT=8.112Ω，計算得阻抗電壓Uk=4.057(折算至參考溫度，下同)，偏差在允許范圍內(nèi)。當(dāng)把變壓器額定容量由500KVA變?yōu)?00KVA輸入到測試儀，計算得阻抗電壓Uk=3.245。這個阻抗電壓值比表1參考值4偏差了－18.875%，大大超出了允許偏差(±10%)。

3.2 輸入容量比實際容量大，則阻抗電壓偏大

相反，當(dāng)輸入的容量值比變壓器的實際容量大時，根據(jù)(2)式可知，這時計算出來的阻抗電壓值偏大。

舉例來說，如上例的待測變壓器把變壓器額定容量由500KVA變?yōu)?30KVA輸入到測試儀，計算得阻抗電壓Uk=5.111。這個阻抗電壓值比表1參考值4.5偏差了+13.578%，也超出了允許偏差 (±10%)。本例剛好是臨界值，由500KVA變?yōu)?30KVA，其參考的標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓值也由4變?yōu)?.5。即使這樣，其偏差仍然超出允許值。其他情況大多偏差±15%以上。

通過以上的分析和探討，可以看出變壓器的容量與其阻抗電壓存在著對應(yīng)關(guān)系。變壓器廠家生產(chǎn)變壓器 (配變)時，每種型號的變壓器基本上是批量生產(chǎn)的，變壓器的參數(shù)都穩(wěn)定在國家允許的范圍內(nèi)，就變壓器本身而言大多是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的。問題是實際試驗當(dāng)，卻發(fā)現(xiàn)一小部分的配變存在銘牌容量和實際容量不符的現(xiàn)象。這正是有人受到了利益的驅(qū)動，鋌而走險篡改銘牌和合格證的非法行為造成的。所以，通過變壓器參數(shù)測試儀對現(xiàn)場的變壓器進(jìn)行負(fù)載試驗，測得阻抗電壓值，和表1的標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行比較，對偏差大小進(jìn)行分析比較，初步判斷所測的變壓器容量是否存在不符。這種方法簡單，易行，而且快捷。

4 在電費計量上的應(yīng)用

探討變壓器容量和阻抗電壓的關(guān)系，其最終是應(yīng)用在電費計量方面，使產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，或者說挽回部分電費的損失。之所以會出現(xiàn)銘牌容量和實際容量不符的現(xiàn)象，對這些變壓器進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)阻抗電壓值絕大部分都是偏小。這個現(xiàn)象并非偶然，因為這些變壓器的用電性質(zhì)均屬大工業(yè)用電。

按國家有關(guān)規(guī)定，大工業(yè)用電的范圍是指凡以電為原動力的一切工業(yè)生產(chǎn)，受電變壓器總?cè)萘吭?15千伏安及以上的大工業(yè)用戶。大工業(yè)用戶的電費計算公式:電費金額=基本電費+電度電費+功率因數(shù)調(diào)整電費

基本電費 (按變壓器容量)=計費容量×基本電價

基本電費是按變壓器容量來計算的，根據(jù)國務(wù)院頒發(fā)的《電價改革方案》精神，從2004年下半年開始，全國大工業(yè)用電中的基本電費大幅度提高。以廣東省為例，大工業(yè)用電變壓器容量電價從9元/千伏安·月調(diào)整為18元/千伏安·月。一個大工業(yè)用戶如上例把實際容量為500KVA的變壓器改為400KVA的變壓器，那么，它每個月可以少支付電費 (基本電費):(500－400)×18=1800元，一年就1800×12=21600元。這也就意味著供電部門每年損失21600元，如果像這樣的變壓器有一定數(shù)量的話，那么損失就更大，每年將數(shù)以百萬計，而且是一個長期的電費損失。

為了少付電費，個別大工業(yè)用戶和變壓器廠家的部分人員串通，擅自更改變壓器的參數(shù)和銘牌，為了掩人耳目，一般情況下只把變壓器的銘牌容量降低一級，這樣變壓器的外形尺寸相差不大，一般人不易察覺。在國家規(guī)定的變壓器交接試驗中，也沒有哪一個試驗項目可以測試出當(dāng)中的貓膩。針對這種情況，本文通過對變壓器容量和阻抗電壓的關(guān)系進(jìn)行分析探討，提出一種簡單易行的檢測方法:用變壓器參數(shù)測試儀(一般的電力企業(yè)都有)進(jìn)行負(fù)載試驗，測得變壓器的阻抗電壓。如果阻抗電壓值超出允許的偏差±13%(國標(biāo)規(guī)定允許偏差是±10%，考慮到測試過程和儀器本身的些許誤差，實際操作可以取±13% ～±15%)，則初步判斷該變壓器存在容量不符或超出國標(biāo)，然后在進(jìn)一步檢測(可用直接負(fù)載法)，確認(rèn)其是否存在問題。通過此法可以為供電企業(yè)挽回不少的電費，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，值得在各地推廣使用。

［1］劉應(yīng)增，陳興，劉鏡豐，游克清，賴振學(xué).電纜故障測試方法的探討.［J］現(xiàn)代建筑電氣2011年第11期.