配电变压器抗短路能力抽检研究

李雪桓 吴明孝 周少珍 高超 杨涛 王震宇

摘 要：本研究对2020年配电变压器抽检情况进行统计分析，结果表明短路承受能力试验的合格率远低于其他试验项目。同时，对短路承受能力试验的数学模型进行简单介绍，并对试验中出现的各类不合格情形进行详细分类介绍，以期为配变供应商从设计制造等环节提升配变抗短路性能提供借鉴。

关键词：配电变压器;短路承受能力;抽检

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-00-04

Abstract： This study makes a statistical analysis on the sampling inspection of distribution transformers in 2020. The results show that the qualified rate of short-circuit withstand capacity test is much lower than that of other test items. At the same time， the mathematical model of short-circuit withstand capacity test is briefly introduced， and various unqualified situations in the test are introduced in detail， in order to provide reference for distribution transformer suppliers to improve the short-circuit resistance of distribution transformer from design and manufacturing.

Keywords： distribution transformers;short-circuit withstand ability;sampling inspection

為了加强对变压器中标供应商的质量管控，提升入网变压器产品质量，国网河南省电力公司物资质量检测中心自2012年起对入网配变开展质量检测工作[1]。近年来，检测中心持续提升检测能力，不断完善试验项目。2020年，检测中心建成配电变压器综合性能检测实验室，完善了配变短路承受试验检测能力，实现了配变的全项目检测，依据《电网物资质量检测能力标准化建设导则（试行）》，已具备配电变压器A级检测能力。

近年来，不少学者针对配电变压器的抽检工作开展了相关研究[2-4]。依据配电变压器抽检大数据分析，在所有试验项目中，短路承受能力试验的合格率远低于其他试验项目。国网公司针对配变抗短路能力不足这一典型质量问题，多次组织开展专项整治行动，以提高入网配变抗短路性能，切实促进设备行业水平进一步提升。本文对2020年配电变压器抽检情况进行简单介绍，而后针对检测不合格率最高的短路承受能力试验进行深入分析。

1 配电变压器抽检结果统计分析

2020年，河南省电力公司物资质量检测中心共完成341台配电变压器的质量检测工作，容量覆盖50～630 kVA，型号涉及叠铁心、立体卷铁心及非晶合金等多种类型，主要试验项目的检测合格率如图1所示。

统计发现，短路承受能力试验的合格率（79.7%）远低于其他试验项目，抗短路能力不足已成为配电变压器的典型质量问题。进一步分析发现，对于不同类型的铁心，短路承受能力试验合格率差别较大，其中非晶合金配电变压器的抗短路性能最差，检测合格率仅为55.5%，详见图2。

2 短路承受能力试验数学模型

为简化分析，下面以最简单的情况——单相变压器突发短路为例，采用简化等效电路，对短路承受能力试验的原理进行分析。单相变压器突发短路等效电路如图3所示[5]。

变压器高压侧施加电压，当t=0时，开关闭合时，低压侧突发短路，此时：

式中：α为t=0突发短路时电压u的初始相角;R和L分别为短路时变压器的等值电阻和电感。

求解可得：

式中：为短路电流的稳态分量;为短路电流的暂态分量;为稳态短路电流的有效值，X=ωL为漏电抗;为阻抗

分析可得，当初始相角α=0，即电压过零时开关闭合，短路电流可达到最大值，此时有：

经过半个周期即ωt=π时，短路电流ik达到最大值，此时有：

式中：为突发短路电流最大值与稳态短路电流最大值之比。

据此类推，对于三相变压器，如在某相绕组电压过零时合闸，经过半个周期后，可在该相绕组上得到最大的非对称短路电流。

3 短路承受能力试验不合格情况分析

依据《电力变压器 第5部分：承受短路的能力》（GB/T 1094.5—2008）[6]，被试变压器满足以下条件时，可认为该变压器短路承受能力试验合格。第一，短路试验的结果及短路试验期间的测量和检查没有发现故障迹象;第二，重复的绝缘试验和其他例行试验合格，雷电冲击试验（如果有）合格;第三，吊心检查没有发现诸如位移、铁心片移动、绕组及连接线和支撑结构变形等缺陷，或虽发现有缺陷，但不明显，不会危及变压器的安全运行;第四，没有发现内部放电的痕迹;第五，以欧姆表示的每相短路电抗值与初始值之差不大于规定值。

对于配电变压器，具体规定如下：如线圈为圆形同心式，试验前后相电抗偏差应不超过2%（如低压绕组为金属箔绕制，且短路阻抗大于3%，则相电抗偏差允许有较大的值，但不大于4%）;如线圈为非圆形同心式且短路阻抗大于3%，则相电抗偏差应不大于7.5%。

实际检测发现，变压器短路承受能力试验不合格，主要涉及5种不合格情形，依据2020年抽检统计，各类不合格情形发生占比如表1所示，下面分别进行简单介绍。

需要注意的是，同一台不合格变压器试验过程中可能出现两种或以上不合格情形。例如，出现试验波形畸变时，相电抗偏差通常都已超出允许值。

①短路试验前后，相电抗偏差超出允许值。检测过程中，每台变压器共需开展9次突发短路试验，每次试验后均需测量计算相电抗，以确定内部绕组是否有较大变形。如某次试验后相电抗偏差超过允许值，应立即停止试验，并进行吊心检查等故障排查工作。

以某台型号为SBH15-M-400/10（非圆形同心式）的配电变压器为例，该变压器在1分接突发短路试验进行到第2次时，试验前后相电抗测量如表2所示。

其中，A相相电抗偏差达到7.81%，超出允许偏差（7.5%），由此可判定该变压器短路承受能力试验不合格。

试验前后相电抗超差是短路承受能力试验中出现频次最高的不合格情形。大多数情况下，相电抗超差后的吊心检查并不能发现明显故障缺陷。这是因為同心式变压器低压绕组在高压绕组内部，而吊心检查只能观测到高压绕组外部，无法观测到低压绕组的具体变形情况。电压电流波形一般也不会有明显畸变，但电流有效值通常情况下已发生较大偏移。

②试验过程中，试验波形异常。此种情况下，变压器内部通常已发生短路等严重故障，复测相电抗时，相电抗偏差通常已严重超标。

如图4所示，以某台型号为SBH15-M-400/10的配电变压器为例，该变压器在3分接突发短路试验进行到第1次时，试验波形异常，B、C相电流骤增。

相电抗复测时已达到兆欧级，如表3所示。初步判断，变压器内部B、C相已发生相间短路。

③短路试验后，复测例行试验不通过。此种情况下出现最多的是外施耐压试验不合格。

④短路试验后，吊心检查发现明显缺陷。常见情形有铁心移位、散落、绕组及连接线移位、断裂等，如图5、图6所示。

⑤短路试验后，变压器出现渗漏油等现象，如图7所示。

4 结论

①抽检统计发现，短路承受能力试验是目前配电变压器不合格率最高的试验项目，而在各类产品型号中，非晶合金变压器的抗短路性能最差。

②数学建模理论分析发现，在电压过零时合闸，经过半个周期后，可得到最大的非对称短路电流。

③抽检结果统计分析发现，短路承受能力试验不通过，主要有5类不合格情形。其中，相电抗偏差超出允许值是出现频次最高的情形。

配变供应商可借鉴本文中所述相关问题，从设计、制造等环节对产品加以改进，以切实提升配变的抗短路性能，提高供货质量。

参考文献：

[1]马德英，蒲兵舰，王天，等.配电设备抽检及主要质量问题述评[J].河南科技，2018（8）：131-133.

[2]徐振乙，刘晓丽，涂超.基于试验数据的配电变压器质量评估方法研究[J].变压器，2015（5）：43-46.

[3]张锦，付超，应斯，等.配电变压器产品的国家监督抽查结果和质量问题分析[J].变压器，2017（3）：64-69.

[4]魏彩霞，孙业荣，陈朋，等.提高油浸式配电变压器抗短路能力的研究[J].变压器，2017（7）：19-24.

[5]何东升.基于变压器突发短路试验探讨提高抗短路能力[J].电气传动，2012（3）：62-65.

[6]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.电力变压器 第5部分：承受短路的能力：GB 1094.5—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

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