變壓器性能試驗(yàn)分析

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接影響系統(tǒng)的可靠性。本文主要介紹變壓器性能試驗(yàn)的內(nèi)容和方法，通過變比試驗(yàn)、極性試驗(yàn)、連接組別試驗(yàn)以及繞組直流電阻試驗(yàn)等方法，從試驗(yàn)原理、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)和試驗(yàn)步驟等方法進(jìn)行分析。結(jié)合本單位近期的某型號(hào)變壓器的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，幫助變壓器運(yùn)維人員與檢測(cè)人員理解與應(yīng)用性能檢測(cè)方法，提高檢驗(yàn)檢測(cè)人員的技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：變壓器，性能試驗(yàn)，試驗(yàn)原理，試驗(yàn)方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.14.030

0 引 言

變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備，其性能是否良好直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行[1-2 ]。為保證變壓器在實(shí)際運(yùn)行中能夠正常穩(wěn)定工作，需要對(duì)其進(jìn)行性能試驗(yàn)分析[ 3 - 4 ]。旨在對(duì)變壓器性能試驗(yàn)進(jìn)行深入分析，探討其在電力系統(tǒng)中的作用和重要性，以及試驗(yàn)結(jié)果在評(píng)估和改進(jìn)變壓器性能方面的應(yīng)用[5 -7 ]。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，探討變壓器的性能表現(xiàn)，為電力系統(tǒng)中變壓器的性能測(cè)試和評(píng)估提供理論依據(jù)和實(shí)際參考[8-10]。

1 變壓器性能試驗(yàn)內(nèi)容及其意義

1.1 變比試驗(yàn)

變比是指變壓器空載運(yùn)行時(shí)，原邊電壓與次邊電壓之比值。變比試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)變壓器能否達(dá)到設(shè)計(jì)的電壓變換效果，檢驗(yàn)各繞組的匝數(shù)比是否與設(shè)計(jì)一致，確定各分線的裝配是否準(zhǔn)確，以及在運(yùn)行中是否存在匝間短路等問題。特別是對(duì)于變壓器并聯(lián)運(yùn)行來說，變比試驗(yàn)顯得更為重要。

1.2 極性試驗(yàn)

極性標(biāo)志在同一時(shí)刻初級(jí)繞組與次級(jí)繞組線圈端頭之間的電位關(guān)系。由于電動(dòng)勢(shì)和方向隨時(shí)間變化，因此在某一時(shí)刻，變壓器的初級(jí)和次級(jí)線圈必定會(huì)同時(shí)出現(xiàn)高電位端或者同時(shí)出現(xiàn)低電位端，這種對(duì)應(yīng)端被稱為變壓器的同極性端。因此，變壓器的極性決定了線圈的繞組方向，改變繞向也會(huì)改變極性。在實(shí)際應(yīng)用中，變壓器的極性是確定變壓器并聯(lián)方式的依據(jù)，按照極性可以組合成多種電壓形式。如果極性連接錯(cuò)誤，很可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的短路電流損壞變壓器。因此，在使用變壓器時(shí)，需要特別注意其銘牌標(biāo)志。

1.3 連接組別試驗(yàn)

連接組別試驗(yàn)可以確認(rèn)變壓器的原邊線與次邊線電壓相位差的類型即連接組別，三相繞組連接方式的改變，原邊繞組和次邊繞組之間線電壓的相位差也會(huì)隨之改變。

1.4 繞組直流電阻試驗(yàn)

繞組直流電阻試驗(yàn)通常用于檢查繞組連接處的焊接質(zhì)量和是否存在匝間短路；同時(shí)，也可以驗(yàn)證分接開關(guān)在各個(gè)位置的接觸情況是否良好，以及實(shí)際位置是否與指示位置相符；此外，該測(cè)試還可以檢查引出線是否存在斷裂；檢查繞組中多股導(dǎo)線是否存在斷股的情況[11-13]。

這些性能參數(shù)的試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地檢驗(yàn)變壓器的制造是否符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)現(xiàn)安裝和使用過程中的問題，為變壓器正常運(yùn)行提供依據(jù)[14-15]。

2 變壓器性能試驗(yàn)方法

2.1 變比試驗(yàn)方法

常用的變比試驗(yàn)方法有雙電表法和變比電橋法兩種。雙電表法直接用電表測(cè)量原邊和次邊電壓，計(jì)算比值，受電壓穩(wěn)定性影響較大；變比電橋法利用電橋原理進(jìn)行零電流調(diào)節(jié)，不受電源影響，準(zhǔn)確度高，另外可以直接讀出誤差值。

對(duì)于雙電表法，采用三相電源測(cè)量變壓比是一種常用的方法。對(duì)于三相變壓器的變壓比測(cè)量，可以使用以下方法進(jìn)行操作。首先將變壓器的高壓側(cè)繞組連接到低壓電源上，然后利用電壓表直接測(cè)量高壓側(cè)和低壓側(cè)繞組的電壓值。為了防止出現(xiàn)三相電源電壓的不平衡并方便檢測(cè)故障相位，有時(shí)可以使用單相電源來測(cè)量變壓比。根據(jù)三相變壓器的不同連接方式，可以將單相電源通過單相調(diào)壓器連接到變壓器的低壓側(cè)，或者將變壓器的低壓繞組直接接在比其本身額定電壓更低的單相電源上。在這兩種連接方式下，高壓繞組的電壓可以經(jīng)由電壓互感器進(jìn)行測(cè)量。

2.2 極性試驗(yàn)方法

極性試驗(yàn)方法可以采用直流試驗(yàn)法或交流試驗(yàn)法。直流試驗(yàn)法將一節(jié)干電池連接到變壓器的高壓端，然后將一毫安表或微安表連接到變壓器的次級(jí)側(cè)。通過觀察電池開關(guān)閉合時(shí)表針的擺動(dòng)方向，可以確定變壓器的極性情況。交流試驗(yàn)法是將同一相高壓和低壓繞組的首端連接在一起，然后，在高壓邊兩端施加一不超過250 V的交流電壓，分別測(cè)量高壓邊和低壓邊的電壓，以及高壓繞組末端和低壓繞組末端之間的電壓。如果高壓繞組末端和低壓繞組末端之間的電壓等于高壓邊電壓減去低壓邊電壓的差值，那么就說明高壓繞組的首端和低壓繞組的首端是同極性端?；蛘撸绻邏豪@組末端和低壓繞組末端之間的電壓等于高壓邊電壓和低壓邊電壓的總和，那么就說明高壓繞組的首端和低壓繞組的首端不是同極性端。因測(cè)試方法的新增與變更，需要測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商基于測(cè)試原理研發(fā)、更新測(cè)試設(shè)備。因開通損耗、關(guān)斷損耗、開關(guān)時(shí)間都涉及時(shí)間參數(shù)測(cè)量和電流電壓參數(shù)測(cè)量，而中小功率晶體管和高頻晶體管的應(yīng)用場(chǎng)景體現(xiàn)的電學(xué)特征是小電流、高帶寬，這對(duì)電流采樣精度、測(cè)試設(shè)備帶寬提出了更高的要求。

2.3 連接組別試驗(yàn)方法

常用的連接組別試驗(yàn)方法有直流法、交流法、計(jì)算法、相量圖法和相位表法等。其中直流法操作簡(jiǎn)單，成本較低，適用于簡(jiǎn)單的組別測(cè)試，但不適用于大功率系統(tǒng)。交流法適用于各種電流和功率范圍的系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，但設(shè)備成本較高，測(cè)試過程相對(duì)復(fù)雜。相量圖法和相位表法能夠清晰地展示系統(tǒng)的相位關(guān)系和電流分布，但耗時(shí)較長(zhǎng)。

對(duì)于相位表法，當(dāng)將三相380 V交流電源接入測(cè)試變壓器的高壓側(cè)時(shí)，電壓表的電壓線圈（需要注意極性）應(yīng)連接到電源線上的電壓，而電流線圈（需要注意極性）則通過可變電阻連接到對(duì)應(yīng)的低壓側(cè)線路電壓上。在高壓側(cè)通電后，可在低壓側(cè)感應(yīng)出一定相位的電壓。由于存在一個(gè)電阻負(fù)載，使得低壓側(cè)的電流和電壓具有相同的相位。通過將測(cè)得的相位角除以30，可以確定測(cè)試變壓器的接線組別。應(yīng)施加的電壓和電流值需在儀表和可變電阻的允許范圍內(nèi)，但又不能過小，應(yīng)當(dāng)連接電壓表和電流表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于三相變壓器，至少在兩對(duì)對(duì)應(yīng)端頭上進(jìn)行測(cè)量，以確保測(cè)量結(jié)果一致，在使用相位表之前，應(yīng)首先在已知接線組別的變壓器上進(jìn)行校驗(yàn)。

2.4 繞組電阻試驗(yàn)方法

使用電橋平衡原理測(cè)量繞組直流電阻的方法被稱為電橋法。常見的直流電橋包括單臂電橋和雙臂電橋。單臂電橋通常用于測(cè)量1 Ω以上的電阻，而雙臂電橋適用于測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高的小電阻。

對(duì)于雙臂電橋法，在進(jìn)行測(cè)量之前，首先需要調(diào)節(jié)電橋檢流計(jì)機(jī)械零位旋鈕，將檢流計(jì)指針置于零位。接通測(cè)量?jī)x器電源后，若檢流計(jì)帶有放大器，則應(yīng)操作調(diào)節(jié)電橋電氣零位旋鈕，將檢流計(jì)指針置于零位。在連接被測(cè)電阻時(shí)，雙臂電橋的電壓端子所引出的接線應(yīng)比由電流端子所引出的接線更靠近被測(cè)電阻。在進(jìn)行測(cè)量之前，需估計(jì)被測(cè)電阻的數(shù)值，并根據(jù)估計(jì)的電阻值選擇電橋的標(biāo)準(zhǔn)電阻RN 以及適當(dāng)?shù)谋堵蔬M(jìn)行測(cè)量，以確?！氨容^臂”可調(diào)電阻各檔充分被利用，以提高讀數(shù)的精度。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先接通電流回路，待電流達(dá)到穩(wěn)定值后，再接通檢流計(jì)。通過調(diào)節(jié)讀數(shù)臂阻值來使檢流計(jì)指針指向零位。

3 某型號(hào)變壓器試驗(yàn)結(jié)果分析

本單位近期對(duì)兩臺(tái)10 kVA，10/0.4 kV型號(hào)的變壓器進(jìn)行了變比、極性、連接組別和繞組電阻試驗(yàn)，主要結(jié)果如下：

變壓器1、2變比測(cè)量值分別為25.02和25.01，與設(shè)計(jì)變比25相符，誤差在1%內(nèi)，合格。兩臺(tái)變壓器極性均為減極，與銘牌標(biāo)示一致。使用直流法，測(cè)得兩臺(tái)變壓器繞組連接組別均為5組，符合設(shè)計(jì)要求。變壓器1、2高壓繞組電阻測(cè)量值為1.724 Ω和1.727 Ω，次邊繞組電阻測(cè)量值為2.437 mΩ和2.439 mΩ，且溫差小于2°C，表明繞組結(jié)構(gòu)完好，無問題。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，兩臺(tái)變壓器四項(xiàng)主要性能試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)參數(shù)，表明變壓器質(zhì)量達(dá)標(biāo)，可以安全投入使用。

4 結(jié) 論

從變壓器性能試驗(yàn)的含義和方法兩個(gè)層面進(jìn)行介紹與分析。變壓器性能試驗(yàn)可以全面檢驗(yàn)變壓器是否按設(shè)計(jì)要求制作，有利于找出問題并采取改進(jìn)措施，保證變壓器的可靠運(yùn)行。本單位試驗(yàn)兩臺(tái)變壓器性能均達(dá)標(biāo)，為其安全運(yùn)行提供依據(jù)。同時(shí)注意各項(xiàng)試驗(yàn)條件的選擇與操作，以保證結(jié)果的可靠性。總體來說，完善的性能試驗(yàn)工作對(duì)變壓器管理具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]丁恒.變壓器繞組試驗(yàn)與性能分析[ J ] . 廣西電業(yè)，2023（6）：61-65.

[2]王志飛.一臺(tái)110kV變壓器出口三相短路電氣試驗(yàn)分析[C]//江蘇省電機(jī)工程青年科技論壇.江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2013.

[3]周才康，鄭文莉，王偉.帶Z-聯(lián)結(jié)繞組的三相變壓器變比試驗(yàn)方法分析[J].變壓器，2010，47（7）：36-40.

[4]丁恒.變壓器繞組試驗(yàn)與性能分析[ J ] . 廣西電業(yè)，2023（6）：61-65.

[5]樊戰(zhàn)亭.基于Simulink的三相變壓器連接組別仿真與分析[J].價(jià)值工程，2022，41（31）：148-151.

[6]張亮.中壓電力系統(tǒng)電力變壓器連接組別差異化共用的技術(shù)可行性研究[J].電力系統(tǒng)裝備， 2022（7）：78-80.

[7]石定中， 黃笛， 劉紅文，等. 基于三序電流分量分析的變壓器聯(lián)結(jié)組別和檔位識(shí)別方法[ J ] .自動(dòng)化應(yīng)用，2023，64（16）：125-128.

[8]馬華.110 kV變壓器繞組直流電阻不平衡原因與應(yīng)對(duì)措施分析[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（6）：104-105.

[9]陳瀟一，歐陽(yáng)秀爽，李朋.電力變壓器繞組直流電阻測(cè)試影響因素及抑制措施研究[J].陜西電力，2010，38（12）：31-34.

[10]劉中凱，韓凱，劉仁磊，等.對(duì)軸向雙分裂變壓器進(jìn)行低壓直流電阻試驗(yàn)的方法[J].電工技術(shù)，2023（11）：163-164.

[11]劉大源.大容量變壓器繞組直流電阻測(cè)量接線極性探究[J].今日自動(dòng)化，2022（7）：29-31.

[12]熊國(guó)璽，李培健，譚尚仁.大型變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻不平衡率超標(biāo)原因分析[J ].云南水力發(fā)電， 2 0 23，39（3）：262-265.

[13]李科云蔣超偉柴毅趙輝崔巍.一起330 kV變壓器繞組電阻異常原因分析及處理[J].電工電氣，2022（12）：47-50.

[14]陳文聯(lián)，黎賢鈦，張龍波，等.一例變壓器跳閘故障原因分析[J].變壓器，2023，60（2）：74-75.

[15]張亞冰，孫奇，蒙志強(qiáng)，等.一起變壓器直流電阻不平衡故障的分析處理[J].電力設(shè)備管理，2023（18）：273-275.

作者簡(jiǎn)介

劉亞，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檩斉潆娫O(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

郭乃天，通信作者，本科，助理工程師，研究方向?yàn)檩斉潆娫O(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）

基金項(xiàng)目：本文受山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院儲(chǔ)備項(xiàng)目“變壓器試驗(yàn)系統(tǒng)無功補(bǔ)償方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2023ZJKY002）資助。