變壓器容量測試儀在10 kV配電變壓器中的應(yīng)用效果分析＊

李紹棟

變壓器容量測試儀在10 kV配電變壓器中的應(yīng)用效果分析＊

李紹棟

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

變壓器容量測試儀越來越廣泛地用于配電變壓器的現(xiàn)場測試中，但是其準(zhǔn)確性一直是人們關(guān)心的問題。通過實測標(biāo)準(zhǔn)范疇的10 kV配電變壓器容量，將其測試結(jié)果與通過“三要素法”測得的變壓器容量進(jìn)行比較，從而判定現(xiàn)有變壓器容量測試儀的準(zhǔn)確性并提出相關(guān)建議。

配電變壓器；容量測試；三要素法；基本電價

1 引言

中國的居民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電實行單一制的電度電價，而變壓器容量在315 kVA及以上工商業(yè)及其他用戶實行兩部制電價，即一部分是與用電量對應(yīng)的電量電價，另一部分是與容量對應(yīng)的基本電價[1]。一些用戶通過購買不達(dá)標(biāo)或者改、換變壓器銘牌數(shù)據(jù)等弄虛作假手段以達(dá)到減少基本電價費用的目的。這不但給電力企業(yè)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還對用戶自身安全構(gòu)成了威脅。為了防止此類事情的發(fā)生，往往通過便攜式變壓器容量測試儀對變壓器進(jìn)行測試，通過測試結(jié)果判斷變壓器的實際容量與銘牌是否一致，防止用戶利用變壓器的實際容量與銘牌容量不符進(jìn)行竊電。作為現(xiàn)場測量變壓器容量的專用儀器，變壓器容量測試儀已經(jīng)是電力部門有效監(jiān)測變壓器容量，成為了防止用戶改、換變壓器銘牌、虛報變壓器容量的有效設(shè)備。

2 配電變壓器容量測試原理概述

變壓器容量反映了變壓器帶負(fù)載能力，在變壓器額定容量下運行的運行效益最好，此時的變壓器溫升值在國家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器》（GB/T 1094.1—2013）的規(guī)定范圍內(nèi)。換句話來說，通過型式試驗的溫升試驗可以判定每個定型規(guī)格的變壓器容量，但溫升試驗要在額定損耗下進(jìn)行，時間較長（10 h左右），這在現(xiàn)場條件下很難實現(xiàn)。

變壓器溫升是由變壓器損耗和散熱條件決定的，國標(biāo)《油浸式電力變壓器性能參數(shù)和要求》（GB/T 6451—2015）和《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》（GB/T 10228—2015）明確規(guī)定了不同容量變壓器的空載損耗、空載電流、負(fù)載損耗、阻抗電壓的標(biāo)準(zhǔn)值，如表1和表2所示，同時，國標(biāo)《電力變壓器》（GB/T 1094—2013）規(guī)定了變壓器損耗、阻抗電壓及空載電流的允許扁差范圍[2]。如果散熱條件不變，可以通過變壓器損耗值來間接判斷變壓器容量，因為如果損耗值符合要求，則變壓器的溫升也符合要求，因此，通過測量損耗值可以間接校定變壓器溫升是否達(dá)標(biāo)，達(dá)到判斷變壓器型式和容量的目的。

變壓器短路阻抗是變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它是變壓器繞組的漏電抗，用短路阻抗電壓占額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，由變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)、尺寸、繞組線圈匝數(shù)和線圈外形等決定。每臺變壓器定型后，其阻抗電壓也一定。國家標(biāo)準(zhǔn)對于不同容量的變壓器阻抗電壓有明確規(guī)定，同時允許有±10%的偏差[3-5]，比如10 kV等級額定容量為1 000 kVA配電變壓器阻抗電壓為4.5%，按照國標(biāo)，在允許偏差范圍內(nèi)，它的阻抗電壓范圍是4.05%～4.95%，如果按其他額定容量，比如500 kVA進(jìn)行負(fù)載試驗，其測量結(jié)果將超出偏差范圍，由此也可以判斷出變壓器的額定容量。

隨著新材料、新工藝的應(yīng)用以及變壓器制造水平的提高，變壓器的效率不斷提高，而損耗則不斷降低，更新?lián)Q代速度加快。變壓器損耗由空載損耗和負(fù)載損耗構(gòu)成，由鐵芯引起的損耗稱為空載損耗（鐵損），由繞組電阻損耗、附加損耗和雜散損耗組成的稱為負(fù)載損耗（銅損）。節(jié)能變壓器大幅度降低的是空載損耗，比如S9型節(jié)能電力變壓器比S7型電力變壓器空載損耗降低了38%，而負(fù)載損耗只降低了22%，由于S11采用了新的卷鐵心結(jié)構(gòu)，空載損耗較S9下降了30%，空載電流下降了70%，而負(fù)載損耗并沒有變化[6]。所以，可以通過測量空載損耗和負(fù)載損耗來判斷變壓器的型式和容量。

一臺變壓器的容量、變比、線圈直流電阻、鐵心材質(zhì)、截面以及額定電壓、額定電流、空載損耗、空載電流、負(fù)載損耗、阻抗電壓等是制造出來后就固有的，其中，空載損耗、負(fù)載損耗的數(shù)值因變壓器容量的不同而不同；一定容量區(qū)間內(nèi)的阻抗電壓（實際制造時允許在偏差范圍內(nèi)）、額定電壓是固定的，不隨容量變化而變化。變壓器部分允許偏差的部分要求如表3所示。

綜上所述，判斷電力變壓器額定容量可以先測量變壓器的阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗，然后根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)損耗數(shù)據(jù)比較來判斷其額定容量。這種通過阻抗電壓、空載損耗、負(fù)載損耗三者相結(jié)合來判斷變壓器容量的方法稱為“三要素法”。具體實施過程是將阻抗電壓、空載損耗、負(fù)載損耗三者與國標(biāo)規(guī)定值進(jìn)行比較，如果測量值在國標(biāo)允許的偏差范圍內(nèi)，則變壓器容量測量準(zhǔn)確；反之則不準(zhǔn)確，需要進(jìn)一步判斷。

表1 部分10 kV油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)

額定容量/kVA電壓組合空載損耗/kW負(fù)載損耗/kW空載電流/（%）短路阻抗/（%） 高壓/kV低壓/kV 250100.40.4003.20/3.050.904.0 3150.4803.83/3.650.90 4000.5704.52/4.300.80 5000.6805.41/5.150.80 6300.8106.200.604.5 8000.9807.500.60 1 0001.1510.300.60 1 2501.3612.000.50 1 6001.6414.50.50 2 0001.9418.30.405.0 2 5002.2921.20.40

表2 部分10 kV干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)

額定容量/kVA電壓組合空載損耗/kW不同絕緣系統(tǒng)溫度下的負(fù)載損耗/kW空載電流/（%）短路阻抗/（%） 高壓/kV低壓/kV130 ℃（B）（100 ℃）155 ℃（F）（120 ℃）180 ℃（H）（145 ℃） 250100.40.7202.592.762.961.14.0 3150.8803.273.473.731.0 4000.9803.753.994.281.0 5001.164.594.885.231.0 6301.345.535.886.290.85 6301.305.615.966.400.856.0 8001.526.556.967.460.85 1 0001.777.658.138.760.85 1 2502.099.109.6910.30.85 1 6002.4511.011.712.50.85 2 0003.0513.614.415.50.70 2 5003.6016.117.118.40.70 1 6002.4512.212.913.90.858.0 2 0003.0515.015.917.10.70 2 5003.6017.718.820.20.70

表3 變壓器部分允許偏差的部分要求

序號項目偏差 1總損耗+10% 空載損耗和負(fù)載損耗+15%，且總損耗不超過10% 2短路阻抗有兩個獨立繞組的變壓器，或多繞組變壓器中規(guī)定的第一對獨立繞組主分接當(dāng)阻抗值≥10%時，±7.5%；當(dāng)阻抗值≤10%時，±10% 其他分接當(dāng)阻抗值≥10%時，±10%；當(dāng)阻抗值≤10%時，±15% 自耦聯(lián)結(jié)的一對繞組，或者多繞組變壓器中跪地的第二對繞組主分接規(guī)定值的±10% 其他分接設(shè)計值的±10% 其他繞組對按協(xié)議，但絕對值不小于15%

3 實測對比分析

3.1 實測變壓器基本參數(shù)

分別選取1臺油浸式和1臺干式10 kV配電變壓器作為檢測對象，被10 kV配電變壓器的部分銘牌參數(shù)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 檢測對象變壓器的部分銘牌數(shù)據(jù)

序號變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV短路阻抗/（%） 1S11-500/10-0.4500.0010/0.44.0 2SCB11-1600/10-0.41 600.0010/0.46.28

3.2 測試儀數(shù)據(jù)輸入要求

按照ERS-908變壓器容量測試儀說明要求，需要準(zhǔn)確輸入以下參數(shù)：被試變壓器高低壓側(cè)電壓數(shù)值、變壓器類型、阻抗電壓、分接檔位位置、聯(lián)結(jié)組別、銘牌標(biāo)稱容量和當(dāng)前溫度等參數(shù)。

3.3 變壓器容量測試儀測試結(jié)果

表4中的油浸式配電變壓器S11-500/10-0.4的短路阻抗為4.0%，與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值相同；干式配電變壓器SCB11-1600/10-0.4的短路阻抗為6.28%，與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值不同，因此，在測試的時候分別設(shè)置進(jìn)行測量，測試結(jié)果如表5所示。從結(jié)果上看，輸入的短路阻抗值如果與國標(biāo)相同，測試出的變壓器容量跟銘牌標(biāo)注容量吻合；輸入的短路阻抗值如果為非國家標(biāo)準(zhǔn)值，測試結(jié)果存在偏差，但是偏差值均未超過10%。

表5 變壓器容量測試儀測試結(jié)果

序號變壓器型號銘牌容量/kVA輸入的短路阻抗/（%）測試儀判定容量/kVA 1S11-500/10-0.4500.004.0500.00 2SCB11-1600/10-0.41 600.006.01 600.00 3SCB11-1600/10-0.41 600.006.281 529.40

3.4 “三要素法”測試結(jié)果

通過變壓器空負(fù)載測試儀測量以上2臺變壓器的阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗，然后對比表1和表2的數(shù)據(jù)來判斷其額定容量，結(jié)果如表6所示。將測試的阻抗電壓、空載損耗以負(fù)載損耗與表1和表2的數(shù)據(jù)比較可知，變壓器實際容量與銘牌標(biāo)注容量吻合。

表6 “三要素法”測試結(jié)果

序號變壓器型號短路阻抗/（%）空載損耗/kW負(fù)載損耗/kW比較判定變壓器容量/kVA 1S11-500/10-0.44.00.6775.13500.00 2SCB11-1600/10-0.46.262.3910.931 600.00

3.5 結(jié)果分析與注意事項

通過表5和表6可以發(fā)現(xiàn)，對于國家標(biāo)準(zhǔn)范疇的變壓器，現(xiàn)行變壓器容量測試儀準(zhǔn)確率還是相當(dāng)高的，測試結(jié)果與銘牌數(shù)值相吻合。對于非標(biāo)準(zhǔn)變壓器的容量測試本文未作探討。在測試過程中為了保證測試準(zhǔn)確，還需要注意以下問題。

3.5.1 低壓側(cè)必須短接良好

短接的質(zhì)量會直接影響到負(fù)載損耗的測量，即直接影響到容量的測量。測量時，必須用螺母把短接電纜擰緊，以保證接觸電阻最小。特別注意的是，一些便攜式的變壓器容量儀器配帶的短接線，只適用1 600 kVA以下的變壓器，如果測量的變壓器大于1 600 kVA，就必須改用銅排短接。

3.5.2 正確地設(shè)置儀器參數(shù)

阻抗電壓作為現(xiàn)場測試變壓器容量必不可少的關(guān)鍵參數(shù)之一，必須錄入正確，錯誤的錄入阻抗電壓就會直接導(dǎo)致錯誤的測量結(jié)果。被測變壓器是標(biāo)準(zhǔn)的變壓器時，可以直接在儀器參數(shù)的變壓器類型中選中對應(yīng)的變壓器類型，測試儀即可自動調(diào)出被測變壓器對應(yīng)的國標(biāo)阻抗電壓值用于容量計算；被測變壓器是非標(biāo)的變壓器或在標(biāo)準(zhǔn)的變壓器類型里找不到對應(yīng)的變壓器型號時，需要選擇非標(biāo)類型，然后手工錄入對應(yīng)的變壓器標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓值。

此外，還要注意測量時調(diào)壓分接檔位必須在額定檔、環(huán)境溫度要正確輸入等事項。

4 結(jié)束語

由于國標(biāo)對配電變壓器的阻抗有±10%允許偏差，如果變壓器容量測試儀是基于阻抗法原理測試會因容許偏差而折算產(chǎn)生一定的誤差。現(xiàn)場使用變壓器容量測試儀進(jìn)行容量測定只作為一種篩選手段，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓容量可疑時，需要在多方面確認(rèn)，比如實測出變壓器的阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗，判斷與銘牌標(biāo)記是否相符。當(dāng)阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗都沒問題時，一般可以認(rèn)為變壓器容量合格，如果需要進(jìn)一步確認(rèn)，就必須得采用溫升試驗才能最終確定。

［1］張磊.完善中國兩部制電價的策略研究［J］.中國電力教育，2013（8）：162-164．

［2］吳喜紅.配電變壓器損耗和容量在線檢測方法研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2010.

［3］沈陽變壓器研究股份有限公司，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，保定天威保變電氣股份有限公司，等.GB/T 1094.1—2013電力變壓器第一部分：總則［S］.出版社不 詳，2013.

［4］沈陽變壓器研究股份有限公司，華東電網(wǎng)有限公司，特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司，等.GB/T 6451—2015油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

［5］沈陽變壓器研究股份有限公司，順特電氣設(shè)備有限公司，明珠電氣設(shè)備有限公司，等.GB/T 10228—2015干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版 社，2015.

［6］宋志勇，趙淑芬.節(jié)能型變壓器的運行分析［J］.山西電力，2009（2）：20-22.

TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.073

2095－6835（2019）17－0155－03

李紹棟（1982—），男，碩士，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、英國工程技術(shù)學(xué)會（IET，The Institution of Engineering and Technology）注冊主任工程師（Incorporated Engineer - IEng），研究方向為高壓絕緣技術(shù)、電氣設(shè)備試驗技術(shù)。

2017年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目“高職高?！陡唠妷杭夹g(shù)》課程立體化教學(xué)體系建設(shè)的研究”（編號：GXGZJG2017B059）

〔編輯：張思楠〕