基于常见变压器容量测试的方法概述

荆铮+张曦妍

摘 要：电能是一种商品，在市场经济条件下，国家有关文件规定：居民生活、农业生产用电，实行单一制电度电价；工商业及其他用户中受电变压器容量在100kVA或用电设备装接容量为100kW及以上的用户，实行两部制电价，即基本电价和电度电价。在两部制电价中，基本电价是由变压器的容量大小决定的。但其现有的一些变压器容量测试方法得出常规变压器容量的检测方法是各种不同的，文章对其进行综合讨论。

关键词：变压器；容量；测试

中图分类号：TM42 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0065-02

1 概述

从变压器的整体构造来讲，其主要构成部件有：变压器高压侧绕组、变压器低压侧绕组及铁芯。由于绕组的选择、铁芯构成以及制造手段的差异，会使各种变压器之间存在差异。就算是同一台变压器，由于使用的条件不同，其也会产生不一样的参数，变压器基本参数：I0、P0、Uk、Pk。其数值大小是由变压器的制造技术、使用材料、工作效率、运行方式、电力系统稳定性、电能质量等决定的。油浸式变压器和干式变压器的基本参数在变压器国家标准GBT6451-1999和GBT10228-1997中都规定了相应的标准。主要有以下几个参数：

（1）空载电流I0

当变压器低压侧绕组开路，高压侧加上UN时，在高压侧绕组中的电流大小即空载电流。习惯用其绕组的额定电流百分数表示。

（2）空载损耗P0

变压器的空载损耗主要是铁芯损耗，当变压器一侧绕组开路，另一侧加上50Hz的UN时，变压器吸收的有功功率。由变压器原理：E1=KfBm，K是比例常数，E1是原边感应电动势。可得到铁耗：

（3）短路电压Uk

变压器短路电压又称为阻抗电压。即将变压器二次侧绕组短接，在一次侧绕组加上50Hz的电压直到二次侧绕组中的电流达到额定值，此时以一侧所加的电压。

（4）短路损耗PK

变压器的短路损耗主要是铜耗PCU，当变压器一次侧绕组短路，二次侧绕组流过IN时变压器消耗的有功功率。PCU为直流电阻损耗，表示为：

P0和Pk是变压器的两个重要的性能指标，不仅代表变压器的使用效率，还表示变压器的工作标准。国家对空载损耗和短路损耗有着明确的标准要求如GB6451-2008。对于出厂的变压器必须要做短路试验和空载试验得到变压器的参数，严格制止不符合国家标准的变压器出厂。而运行中的变压器，每隔一定的时间，相关单位就会对其进行性能测试保证其工作在安全条件下。

2 损耗比较法

损耗比较法是利用实测空载损耗和短路损耗的值与国标中损耗的规定值对比核查以判断被测变压器的容量。其检测原理来源于常规变压器的容量是由变压器内部铁芯粗细与铁芯上的绕组匝数相关，由于铁芯粗细和绕组匝数不能够直接测量，但是它们的值直接决定了变压器的P0、Pk、Uk及I0的值。空载损耗是指铁耗PFe，绝大部分发生在铁心内。依据空载损耗和其额定容量之间的关系，并得出了其相应关系的曲线图。故空载损耗P0值的大小也是判定变压器容量S的辅助判据。空载试验通常从电压较低一侧绕组施加额定电压、额定频率的正弦波形。在其他绕组开路的条件下，检测变压器的空载电流和空载损耗。

变压器短路试验就是从变压器高压侧绕组中，加入正选波形、额定频率的额定电流，在另一侧绕组短路的条件下，检测得到负载损耗Pk和短路电压Uk。短路试验主要是为了检测变压器的负载损耗Pk和短路电压Uk。通过对试验结果的分析能够准确判别标准变压器容量。短路损耗Pk和铜耗Pcu存在如下关系式：

其中：β为负载系数，是变压器实际的负载电流值与其额定值的比值。

变压器在进行短路试验时，其主磁通很小，激磁电流和铁耗都极小均可忽略掉，所以可以得到短路损耗实际是两次绕组的电阻损耗，令β=1，即可得到铜耗Pcu，也就是短路损耗Pk。

3 阻抗电压法

3.1 阻抗电压法原理

阻抗电压Uk（%）指使变压器低压侧短路，对高压侧加压使低压側的Ik达到额定值时，高压侧所加电压与UN的比，数值是短路阻抗的百分数。在国标中，明确规定变压器阻抗电压与容量的大小一致。阻抗电压的大小表示变压器额定负载时其内部压降的大小，变压器额定电流IN与额定容量成正比，并且与阻抗电压Uk（%）也成正比。所以给定阻抗电压Uk（%）的大小，通过正比关系，在短路试验中能够确定变压器的容量。

式中：SN-变压器的额定容量；U1N-变压器额定线电压；I1N -变压器额定电流。

上式中，U1N通常可以根据所使用的变压器得出，故想要得到变压器的额定容量值，就必须先要得到变压器的额定电流值I1N。

变压器阻抗电压即为二次侧短路电流达到额定电流时一次侧所加的电压的标幺值即：UK=U1/U1N

其中：U1为副边短路时，当短路电流达到额定值时，原边电压大小。

上式中UK为已知的阻抗电压，按照国家标准GB6451.1-5-86和GB10228-1997的规定来取值。

3.2 阻抗电压法变压器容量测试标准

变压器的额定容量与其对应的阻抗电压在GBT6451、GBT10228等有相关的要求，变压器在出厂时所测得的阻抗电压值均应在国标允许的范围内：当变压器阻抗电压值<10%时，其允许偏差为±10%。用户在篡改变压器容量时，一般不会改变阻抗电压，因为阻抗电压和变压器的保护定值有关联，且对于标准变压器，阻抗电压有的标准可查。如果待测变压器是标准容量的变压器，由公式得到的值应该先与国标中的标准容量校对，然后给出变压器的容量值；如果待测变压器是非标准变压器，则由公式得到的值就是变压器容量的大小。

4 三元素法

三元素法就是由阻抗电压、空载损耗、短路损耗相结合来判断变压器的容量，也就是先利用阻抗电压法来计算得到待测变压器的容量，再根据该容量下的待测变压器的空载损耗值和短路损耗值与国标进行比较，最后依据损耗是否在国标允许的误差范围内来判定变压器的容量。

阻抗电压法检测变压器容量时，不仅要知道一次侧电压还要知道铭牌上的阻抗电压。变压器在电网中正常运行时，其一次侧的电压一般是与之相连的系统电压基本稳定，而阻抗电压在铭牌上的值一般是变压器出厂时依据国标给的，其实和实际值有所不同，差值一般在国标误差范围内（10%以下），所以计算变压器的容量时是依据铭牌上的阻抗电压值，将会与实际值就有误差，误差较大时得到的容量就会不准确，所以提出三元素法来判定变压器容量，即将阻抗电压法和损耗比较法相结合对变压器容量进行综合判定。三元素法与单独的损耗比较法或者阻抗电压法相比，增加了准确度，减少了误判率。

5 结束语

电力是关系到国计民生的重要资源，是国民经济不可或缺的一部分，而电力系统核心心脏的变压器具有不可替代性作用，本文通过述相关讨论，我们对变压器的常见容量进行讨论，得出经常使用的几种常见变压器容量测试方法，对实践工作具有一定参考意义。

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