变压器容量现场测试方法研究

张东凌

摘要：变压器容量现场测试的关键是要获取准确的短路阻抗值。文中详细说明了一种较直观的短路阻抗估算方法，以方便缺少短路阻抗信息的变压器进行容量现场测试，降低变压器容量评估成本。

关键词：变压器；容量测试；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 變压器容量现场测试

变压器的额定容量是指变压器额定工作状态下的视在功率，对变压器容量的准确评估是保障电力可靠供应的基础。GB/T 35710-2017《35kV及以下电压等级电力变压器容量评诂导则》规定，进行变压器容量评估时，要先按电力变压器类型，以相应的国家标准规定的标准容量序列为基础进行多次预设容量假设[1]、参数计算和比较。若对评估结果存有争议，还要进行多次温升试验才能得出结论。步骤繁锁、成本高且对测试电源容量、测试环境等都有较高要求。目前，在现场测试中通常采用短路试验对变压器容量进行确认。

变压器短路试验通常是在额定频率下，在变压器的高压侧施加正弦电压，低压侧短路。试验一般在较低电压下进行，这样可以忽略励磁电流同时控制短路电流不超过额定值。试验会在短时间内完成，故可以忽略绕组发热。容量可通过公式（1）求得。该方法较为简便，对试验设备要求也较低。

式中：

SN——变压器容量（kVA）；

U1N——高压侧额定电压（kV）；

Zk——参考温度时的短路阻抗（%）；

I′1——短路试验测得的三相平均电流（A）；

U1——短路试验测得的三相平均电压（kV）。

2 短路阻抗对变压器容量测试的影响

通过短路试验确定变压器容量，需要预知被测变压器的准确短路阻抗。短路阻抗是在额定频率和参考温度下，变压器一侧绕组通以正弦额定电流，另一绕组短路时的阻抗。短路阻抗是变压器的重要参数，变压器一般会在铭牌上标注短路阻抗。由于变压器的短路阻抗大小与变压器额定电流相关。而变压器的额定电流又是由变压器的容量决定的。因此，短路阻抗、额定电流和容量三者相互关联，只要改变其中任一项，其它两项结果也会跟着改变。变压器容量是电费的计价依据，在实际工作中常有人为偷逃电费故意破坏或修改变压器铭牌参数以影响变压器容量测试结果。对此类变压器，因无法获知准确的短路阻抗信息，无法使用常规简便的容量测试方法。而若按GB/T 35710-2017标准规定的方法进行容量评估又会大大增加成本。因此，文中提出一种短路阻抗的估算方法，以方便在缺少信息的条件下进行容量测试。

3  短路阻抗的估算

考虑到短路阻抗对变压器的运行性能及制造成本等都有显著影响，短路阻抗小有利于提高变压器效率、降低制造成本等；短路阻抗大则有利于限制短路电流等。因此，变压器的短路阻抗不会太大，也不会太小。为求在成本、性能等各方面取得平衡，通常以在标准的容差范围内尽量接近标准值为佳。利用这一特点，就可以对短路阻抗进行估算。

下面以1台符合GB 20052-2020标准中3级能效等级的干式配电变压器为例对该方法进行详细说明。通过该配电变压器所连接的电网电压可知其额定电压为10kV/0.4kV，额定频率为50Hz，铁心材料为电工钢。先进行短路试验，将其低压侧短路，在高压侧施加额定频率的正弦电压。为降低电源容量，试验电压可以根据试验条件选取一个方便值，但为降低误差也不宜过低。根据经验，对于低压侧额定电压为0.4kV的变压器，建议试验电压不低于100V。本例中，试验电压为100V，50Hz，在环境温度30℃下测得电流为6.48A。将试验电压除以高压侧额定电压所得的数值的百分数就是试验电流下短路电压百分比。由于铁心存在饱和现象，在不同电压下进行试验时，变压器的实际阻抗会随电压增加而减小。但根据实际试验情况，只要试验电压不超过设计的短路电压，阻抗变化就不会很大，可以认为是一固定值。而阻抗等于电压除以电流，所以阻抗不变时短路电压百分比与短路电流成正比例关系，可以用一条直线表示，如图1所示。又由于短路阻抗在数值上与变压器短路电压百分比相等，所以图1直线也可以看成是短路电流与短路阻抗的关系直线。以此可以推断，被试变压器的实际短路阻抗值应落在图1的直线上。同理，若在试验中发现铭牌标注的短路阻抗值严重偏离该直线，则也可据此认为该铭牌标注的短路阻抗可能被人为修改过。

GB/T 1094.1-2013标准规定，短路阻抗容差为标准值的±10%[2]。在图1坐标中画出GB 20052-2020标准中规定的3级能效等级变压器的短路阻抗标准值并标出容差线。如表1所示，为GB/T 20052-2020标准中规定的10kV部分容量配电变压器的高压侧额定电流、空载损耗及其对应的短路阻抗标准值。其中高压侧电流可通过公式（2）计算求得。

式中：

S——容量（kVA）；

U1N——高压侧额定电压（kV）；

I1N——高压侧额定电流（A）。

由图1可以看出，直线穿过点A（23.1A，4%）和点B（36.4A，6%）的容差带，取其中更为接近直线的点进行估算。若无法判断其中哪点更加接近直线，则还可以通过比较空载损耗来进一步缩小判断范围。本例中的变压器，将其高压侧开路，低压侧施加400V，50Hz电压，测得其空载损耗为1114W。对照GB 20052-2020空载损耗标准值（计及+15%容差[1]）后发现，若要该变压器的空载损耗符合标准要求，则其容量应不低于630kVA。B点电流对应的容量处于该范围内，且空载损耗标准值与实测空载损耗最为接近。综合以上条件，可以推测B点所对应的电流最有可能是该变压器高压侧的额定电流，B点电流对应的容量最有可能是该变压器的设计容量。将B点电流作为高压侧额定电流，就可以直接在直线上读出短路阻抗为5.617%，再用公式（3）[4，5]折算到参考温度下为5.66%，该值就可以作为此变压器参考温度下短路阻抗的估算值。经确认，该变压器铭牌标注的短路阻抗值为5.61%，与估算結果十分接近。

式中：

Zk——参考温度时的短路阻抗（%）；

Zkt——绕组温度为t℃时估算的短路阻抗（%）；

Pkt——t℃时的负载损耗（W）；

SN ——变压器额定容量（可以由B点电流计算获得）（kVA）；

θ——参考温度，H级绝缘为145℃；

t——试验时的绕组温度（℃）；

K——电阻温度常数，对铜绕组为234.5，对铝绕组为225。

4 结语

变压器容量现场测试的关键是要获取准确的短路阻抗值，文中提出的方法可以较为直观地估算变压器的短路阻抗，在变压器容量测试中避免缺少短路阻抗值的尴尬，对于虚假的短路阻抗信息也有一定的判别效果。使用该方法的前提是已知被测变压器所依据的标准，且在其设计容量下的各项参数符合相关标准的要求。经验证，对于大多数按标准生产的配电变压器，利用该方法得到的结果与实测值是比较接近的。如果对利用该方法获得的短路阻抗值计算出的容量仍有疑问，可以再按照GB/T 35710-2017进一步进行评估，以得到更为可靠的容量值。在按评估导则进行评估时，结合上述方法也可提高预设容量假设的准确性，一定程度上避免反复进行温升试验，从而降低评估成本。

参考文献

[1]35kV及以下电压等级电力变压器容量评诂导则

GB/T 35710-2017[S].

[2]电力变压器第1部分：总则：GB/T 1094.1-2013[S].

[3]电力变压器能效限定值及能效等级：GB 20052-2020[S].

[4]电力变压器试验导则：JB/T 501-2006[S].

[5]胡启凡.变压器试验技术[M].北京：中国电力出版社，2010.