基于常見變壓器容量測(cè)試的方法概述

荊錚+張曦妍

摘 要：電能是一種商品，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，國(guó)家有關(guān)文件規(guī)定：居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電，實(shí)行單一制電度電價(jià)；工商業(yè)及其他用戶中受電變壓器容量在100kVA或用電設(shè)備裝接容量為100kW及以上的用戶，實(shí)行兩部制電價(jià)，即基本電價(jià)和電度電價(jià)。在兩部制電價(jià)中，基本電價(jià)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(cè)試方法得出常規(guī)變壓器容量的檢測(cè)方法是各種不同的，文章對(duì)其進(jìn)行綜合討論。

關(guān)鍵詞：變壓器；容量；測(cè)試

中圖分類號(hào)：TM42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0065-02

1 概述

從變壓器的整體構(gòu)造來講，其主要構(gòu)成部件有：變壓器高壓側(cè)繞組、變壓器低壓側(cè)繞組及鐵芯。由于繞組的選擇、鐵芯構(gòu)成以及制造手段的差異，會(huì)使各種變壓器之間存在差異。就算是同一臺(tái)變壓器，由于使用的條件不同，其也會(huì)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(shù)、使用材料、工作效率、運(yùn)行方式、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT6451-1999和GBT10228-1997中都規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。主要有以下幾個(gè)參數(shù)：

（1）空載電流I0

當(dāng)變壓器低壓側(cè)繞組開路，高壓側(cè)加上UN時(shí)，在高壓側(cè)繞組中的電流大小即空載電流。習(xí)慣用其繞組的額定電流百分?jǐn)?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(dāng)變壓器一側(cè)繞組開路，另一側(cè)加上50Hz的UN時(shí)，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(yīng)電動(dòng)勢(shì)?？傻玫借F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(cè)繞組短接，在一次側(cè)繞組加上50Hz的電壓直到二次側(cè)繞組中的電流達(dá)到額定值，此時(shí)以一側(cè)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(dāng)變壓器一次側(cè)繞組短路，二次側(cè)繞組流過IN時(shí)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(gè)重要的性能指標(biāo)，不僅代表變壓器的使用效率，還表示變壓器的工作標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家對(duì)空載損耗和短路損耗有著明確的標(biāo)準(zhǔn)要求如GB6451-2008。對(duì)于出廠的變壓器必須要做短路試驗(yàn)和空載試驗(yàn)得到變壓器的參數(shù)，嚴(yán)格制止不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的變壓器出廠。而運(yùn)行中的變壓器，每隔一定的時(shí)間，相關(guān)單位就會(huì)對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)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(shí)測(cè)空載損耗和短路損耗的值與國(guó)標(biāo)中損耗的規(guī)定值對(duì)比核查以判斷被測(cè)變壓器的容量。其檢測(cè)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(xì)與鐵芯上的繞組匝數(shù)相關(guān)，由于鐵芯粗細(xì)和繞組匝數(shù)不能夠直接測(cè)量，但是它們的值直接決定了變壓器的P0、Pk、Uk及I0的值?？蛰d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(guān)系，并得出了其相應(yīng)關(guān)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)?？蛰d試驗(yàn)通常從電壓較低一側(cè)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(cè)變壓器的空載電流和空載損耗。

變壓器短路試驗(yàn)就是從變壓器高壓側(cè)繞組中，加入正選波形、額定頻率的額定電流，在另一側(cè)繞組短路的條件下，檢測(cè)得到負(fù)載損耗Pk和短路電壓Uk。短路試驗(yàn)主要是為了檢測(cè)變壓器的負(fù)載損耗Pk和短路電壓Uk。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析能夠準(zhǔn)確判別標(biāo)準(zhǔn)變壓器容量。短路損耗Pk和銅耗Pcu存在如下關(guān)系式：

其中：β為負(fù)載系數(shù)，是變壓器實(shí)際的負(fù)載電流值與其額定值的比值。

變壓器在進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，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(shí)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(cè)短路，對(duì)高壓側(cè)加壓使低壓側(cè)的Ik達(dá)到額定值時(shí)，高壓側(cè)所加電壓與UN的比，數(shù)值是短路阻抗的百分?jǐn)?shù)。在國(guó)標(biāo)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(fù)載時(shí)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(guān)系，在短路試驗(yàn)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(cè)短路電流達(dá)到額定電流時(shí)一次側(cè)所加的電壓的標(biāo)幺值即：UK=U1/U1N

其中：U1為副邊短路時(shí)，當(dāng)短路電流達(dá)到額定值時(shí)，原邊電壓大小。

上式中UK為已知的阻抗電壓，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

變壓器的額定容量與其對(duì)應(yīng)的阻抗電壓在GBT6451、GBT10228等有相關(guān)的要求，變壓器在出廠時(shí)所測(cè)得的阻抗電壓值均應(yīng)在國(guó)標(biāo)允許的范圍內(nèi)：當(dāng)變壓器阻抗電壓值<10%時(shí)，其允許偏差為±10%。用戶在篡改變壓器容量時(shí)，一般不會(huì)改變阻抗電壓，因?yàn)樽杩闺妷汉妥儔浩鞯谋Ｗo(hù)定值有關(guān)聯(lián)，且對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)變壓器，阻抗電壓有的標(biāo)準(zhǔn)可查。如果待測(cè)變壓器是標(biāo)準(zhǔn)容量的變壓器，由公式得到的值應(yīng)該先與國(guó)標(biāo)中的標(biāo)準(zhǔn)容量校對(duì)，然后給出變壓器的容量值；如果待測(cè)變壓器是非標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合來判斷變壓器的容量，也就是先利用阻抗電壓法來計(jì)算得到待測(cè)變壓器的容量，再根據(jù)該容量下的待測(cè)變壓器的空載損耗值和短路損耗值與國(guó)標(biāo)進(jìn)行比較，最后依據(jù)損耗是否在國(guó)標(biāo)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(cè)變壓器容量時(shí)，不僅要知道一次側(cè)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(yùn)行時(shí)，其一次側(cè)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(shí)依據(jù)國(guó)標(biāo)給的，其實(shí)和實(shí)際值有所不同，差值一般在國(guó)標(biāo)誤差范圍內(nèi)（10%以下），所以計(jì)算變壓器的容量時(shí)是依據(jù)銘牌上的阻抗電壓值，將會(huì)與實(shí)際值就有誤差，誤差較大時(shí)得到的容量就會(huì)不準(zhǔn)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(jié)合對(duì)變壓器容量進(jìn)行綜合判定。三元素法與單獨(dú)的損耗比較法或者阻抗電壓法相比，增加了準(zhǔn)確度，減少了誤判率。

5 結(jié)束語

電力是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要資源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guān)討論，我們對(duì)變壓器的常見容量進(jìn)行討論，得出經(jīng)常使用的幾種常見變壓器容量測(cè)試方法，對(duì)實(shí)踐工作具有一定參考意義。

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