張東凌

摘要：變壓器容量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的關(guān)鍵是要獲取準(zhǔn)確的短路阻抗值。文中詳細(xì)說明了一種較直觀的短路阻抗估算方法，以方便缺少短路阻抗信息的變壓器進(jìn)行容量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，降低變壓器容量評(píng)估成本。

關(guān)鍵詞：變壓器；容量測(cè)試；短路阻抗

Research on Field Measurement Method of Transformer Capacity

ZHANG Dongling

（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou 350002， Fujian，China）

Absrtact： The key of transformer capacity field test is to obtain accurate short-circuit impedance value. In this paper， a more intuitive short-circuit impedance estimation method is described in detail to facilitate on-site capacity testing of transformers lacking short-circuit impedance information and reduce the cost of transformer capacity evaluation.

Key Words： Transformer; Capacity test; Short-circuit impedance

1 變壓器容量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

變壓器的額定容量是指變壓器額定工作狀態(tài)下的視在功率，對(duì)變壓器容量的準(zhǔn)確評(píng)估是保障電力可靠供應(yīng)的基礎(chǔ)。GB/T 35710-2017《35kV及以下電壓等級(jí)電力變壓器容量評(píng)詁導(dǎo)則》規(guī)定，進(jìn)行變壓器容量評(píng)估時(shí)，要先按電力變壓器類型，以相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)容量序列為基礎(chǔ)進(jìn)行多次預(yù)設(shè)容量假設(shè)[1]、參數(shù)計(jì)算和比較。若對(duì)評(píng)估結(jié)果存有爭(zhēng)議，還要進(jìn)行多次溫升試驗(yàn)才能得出結(jié)論。步驟繁鎖、成本高且對(duì)測(cè)試電源容量、測(cè)試環(huán)境等都有較高要求。目前，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中通常采用短路試驗(yàn)對(duì)變壓器容量進(jìn)行確認(rèn)。

變壓器短路試驗(yàn)通常是在額定頻率下，在變壓器的高壓側(cè)施加正弦電壓，低壓側(cè)短路。試驗(yàn)一般在較低電壓下進(jìn)行，這樣可以忽略勵(lì)磁電流同時(shí)控制短路電流不超過額定值。試驗(yàn)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)完成，故可以忽略繞組發(fā)熱。容量可通過公式（1）求得。該方法較為簡(jiǎn)便，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求也較低。

式中：

SN——變壓器容量（kVA）；

U1N——高壓側(cè)額定電壓（kV）；

Zk——參考溫度時(shí)的短路阻抗（%）；

I′1——短路試驗(yàn)測(cè)得的三相平均電流（A）；

U1——短路試驗(yàn)測(cè)得的三相平均電壓（kV）。

2 短路阻抗對(duì)變壓器容量測(cè)試的影響

通過短路試驗(yàn)確定變壓器容量，需要預(yù)知被測(cè)變壓器的準(zhǔn)確短路阻抗。短路阻抗是在額定頻率和參考溫度下，變壓器一側(cè)繞組通以正弦額定電流，另一繞組短路時(shí)的阻抗。短路阻抗是變壓器的重要參數(shù)，變壓器一般會(huì)在銘牌上標(biāo)注短路阻抗。由于變壓器的短路阻抗大小與變壓器額定電流相關(guān)。而變壓器的額定電流又是由變壓器的容量決定的。因此，短路阻抗、額定電流和容量三者相互關(guān)聯(lián)，只要改變其中任一項(xiàng)，其它兩項(xiàng)結(jié)果也會(huì)跟著改變。變壓器容量是電費(fèi)的計(jì)價(jià)依據(jù)，在實(shí)際工作中常有人為偷逃電費(fèi)故意破壞或修改變壓器銘牌參數(shù)以影響變壓器容量測(cè)試結(jié)果。對(duì)此類變壓器，因無法獲知準(zhǔn)確的短路阻抗信息，無法使用常規(guī)簡(jiǎn)便的容量測(cè)試方法。而若按GB/T 35710-2017標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行容量評(píng)估又會(huì)大大增加成本。因此，文中提出一種短路阻抗的估算方法，以方便在缺少信息的條件下進(jìn)行容量測(cè)試。

3? 短路阻抗的估算

考慮到短路阻抗對(duì)變壓器的運(yùn)行性能及制造成本等都有顯著影響，短路阻抗小有利于提高變壓器效率、降低制造成本等；短路阻抗大則有利于限制短路電流等。因此，變壓器的短路阻抗不會(huì)太大，也不會(huì)太小。為求在成本、性能等各方面取得平衡，通常以在標(biāo)準(zhǔn)的容差范圍內(nèi)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)值為佳。利用這一特點(diǎn)，就可以對(duì)短路阻抗進(jìn)行估算。

下面以1臺(tái)符合GB 20052-2020標(biāo)準(zhǔn)中3級(jí)能效等級(jí)的干式配電變壓器為例對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)說明。通過該配電變壓器所連接的電網(wǎng)電壓可知其額定電壓為10kV/0.4kV，額定頻率為50Hz，鐵心材料為電工鋼。先進(jìn)行短路試驗(yàn)，將其低壓側(cè)短路，在高壓側(cè)施加額定頻率的正弦電壓。為降低電源容量，試驗(yàn)電壓可以根據(jù)試驗(yàn)條件選取一個(gè)方便值，但為降低誤差也不宜過低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于低壓側(cè)額定電壓為0.4kV的變壓器，建議試驗(yàn)電壓不低于100V。本例中，試驗(yàn)電壓為100V，50Hz，在環(huán)境溫度30℃下測(cè)得電流為6.48A。將試驗(yàn)電壓除以高壓側(cè)額定電壓所得的數(shù)值的百分?jǐn)?shù)就是試驗(yàn)電流下短路電壓百分比。由于鐵心存在飽和現(xiàn)象，在不同電壓下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，變壓器的實(shí)際阻抗會(huì)隨電壓增加而減小。但根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)情況，只要試驗(yàn)電壓不超過設(shè)計(jì)的短路電壓，阻抗變化就不會(huì)很大，可以認(rèn)為是一固定值。而阻抗等于電壓除以電流，所以阻抗不變時(shí)短路電壓百分比與短路電流成正比例關(guān)系，可以用一條直線表示，如圖1所示。又由于短路阻抗在數(shù)值上與變壓器短路電壓百分比相等，所以圖1直線也可以看成是短路電流與短路阻抗的關(guān)系直線。以此可以推斷，被試變壓器的實(shí)際短路阻抗值應(yīng)落在圖1的直線上。同理，若在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)銘牌標(biāo)注的短路阻抗值嚴(yán)重偏離該直線，則也可據(jù)此認(rèn)為該銘牌標(biāo)注的短路阻抗可能被人為修改過。

GB/T 1094.1-2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，短路阻抗容差為標(biāo)準(zhǔn)值的±10%[2]。在圖1坐標(biāo)中畫出GB 20052-2020標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的3級(jí)能效等級(jí)變壓器的短路阻抗標(biāo)準(zhǔn)值并標(biāo)出容差線。如表1所示，為GB/T 20052-2020標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的10kV部分容量配電變壓器的高壓側(cè)額定電流、空載損耗及其對(duì)應(yīng)的短路阻抗標(biāo)準(zhǔn)值。其中高壓側(cè)電流可通過公式（2）計(jì)算求得。

式中：

S——容量（kVA）；

U1N——高壓側(cè)額定電壓（kV）；

I1N——高壓側(cè)額定電流（A）。

由圖1可以看出，直線穿過點(diǎn)A（23.1A，4%）和點(diǎn)B（36.4A，6%）的容差帶，取其中更為接近直線的點(diǎn)進(jìn)行估算。若無法判斷其中哪點(diǎn)更加接近直線，則還可以通過比較空載損耗來進(jìn)一步縮小判斷范圍。本例中的變壓器，將其高壓側(cè)開路，低壓側(cè)施加400V，50Hz電壓，測(cè)得其空載損耗為1114W。對(duì)照GB 20052-2020空載損耗標(biāo)準(zhǔn)值（計(jì)及+15%容差[1]）后發(fā)現(xiàn)，若要該變壓器的空載損耗符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則其容量應(yīng)不低于630kVA。B點(diǎn)電流對(duì)應(yīng)的容量處于該范圍內(nèi)，且空載損耗標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測(cè)空載損耗最為接近。綜合以上條件，可以推測(cè)B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流最有可能是該變壓器高壓側(cè)的額定電流，B點(diǎn)電流對(duì)應(yīng)的容量最有可能是該變壓器的設(shè)計(jì)容量。將B點(diǎn)電流作為高壓側(cè)額定電流，就可以直接在直線上讀出短路阻抗為5.617%，再用公式（3）[4，5]折算到參考溫度下為5.66%，該值就可以作為此變壓器參考溫度下短路阻抗的估算值。經(jīng)確認(rèn)，該變壓器銘牌標(biāo)注的短路阻抗值為5.61%，與估算結(jié)果十分接近。

式中：

Zk——參考溫度時(shí)的短路阻抗（%）；

Zkt——繞組溫度為t℃時(shí)估算的短路阻抗（%）；

Pkt——t℃時(shí)的負(fù)載損耗（W）；

SN ——變壓器額定容量（可以由B點(diǎn)電流計(jì)算獲得）（kVA）；

θ——參考溫度，H級(jí)絕緣為145℃；

t——試驗(yàn)時(shí)的繞組溫度（℃）；

K——電阻溫度常數(shù)，對(duì)銅繞組為234.5，對(duì)鋁繞組為225。

4 結(jié)語

變壓器容量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的關(guān)鍵是要獲取準(zhǔn)確的短路阻抗值，文中提出的方法可以較為直觀地估算變壓器的短路阻抗，在變壓器容量測(cè)試中避免缺少短路阻抗值的尷尬，對(duì)于虛假的短路阻抗信息也有一定的判別效果。使用該方法的前提是已知被測(cè)變壓器所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，且在其設(shè)計(jì)容量下的各項(xiàng)參數(shù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。經(jīng)驗(yàn)證，對(duì)于大多數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的配電變壓器，利用該方法得到的結(jié)果與實(shí)測(cè)值是比較接近的。如果對(duì)利用該方法獲得的短路阻抗值計(jì)算出的容量仍有疑問，可以再按照GB/T 35710-2017進(jìn)一步進(jìn)行評(píng)估，以得到更為可靠的容量值。在按評(píng)估導(dǎo)則進(jìn)行評(píng)估時(shí)，結(jié)合上述方法也可提高預(yù)設(shè)容量假設(shè)的準(zhǔn)確性，一定程度上避免反復(fù)進(jìn)行溫升試驗(yàn)，從而降低評(píng)估成本。

參考文獻(xiàn)

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