[摘 要] 變壓器是電力系統(tǒng)特別是發(fā)電站、變電站的最重要的設備，變壓器如果產生故障很有可能影響到大面積的中斷供電，所以，變壓器的試驗在設備投運前具有十分重要的意義。文章主要分析變壓器空載試驗及負載試驗的技術研究，給現(xiàn)場變壓器的試驗提供一些技術支持。

[關鍵詞] 變壓器；空載及負載；技術

[作者簡介] 蔣海平， 廣西送變電建設公司助理工程師，研究方向：變電站高壓試驗技術及變電站工程施工管理，廣西 南寧，530031

[中圖分類號] TM406 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）06-0025-0005

近十年來，電力的迅猛發(fā)展，使得我們對電力設備的要求越來越高，因此，為保證變壓器的安全運行，就要把缺陷排除在運行之前。通過對變壓器的各種生產試驗、出廠試驗及現(xiàn)場交接試驗，大部分的變壓器缺陷都能在運行之前排除，特別是大型特殊試驗如：耐壓試驗、局部放電試驗、繞組變形試驗、空負載試驗對變壓器的考核甚為重要。因此，一套合適準確的試驗技術在變壓器的空負載試驗中能準確判斷出變壓器的實際缺陷，同時綜合其他試驗項目，能夠準確判斷變壓器本身的缺陷和問題，進而使得整個電網的運行更加穩(wěn)定。

一、試驗內容及關鍵技術

變壓器的空載試驗，是從變壓器的任一側繞組施加正弦波額定頻率的交流電壓，其他側繞組開路，測量變壓器的空載損耗和空載電流的試驗；短路試驗是將變壓器一側繞組（通常是低壓側）短路，而從另一側繞組（分接頭在額定電壓位置上）加入額定頻率的交流電壓，變壓器繞組內的電流為額定值，測量變壓器的短路阻抗和負載損耗。試驗的關鍵問題是試驗電源，特別是短路試驗，試驗時由于施加的電壓高、電流大、功率因素低，這兩項試驗均要求大容量的試驗電源及試驗設備，現(xiàn)場條件難以解決，廣西中試所在芙蓉變和雷村變對主變進行試驗時向供電局借用了400kVA的所用變才解決電源容量的問題。變壓器的空載試驗和短路試驗可采用三相或單相電源進行試驗，變壓器經過三相空載試驗和短路試驗后，如發(fā)現(xiàn)有異常，應采用單相試驗，通過對各相試驗參數(shù)的對比，觀察損耗在各相的分布情況，以檢查各相繞組或磁路中有無局部缺陷，確定故障相?，F(xiàn)場試驗可用三相或單相試驗電源進行；空載試驗時電壓可用額定電壓或較低電壓（如5%），短路試驗時電流可加較低電流（如10%）。為了節(jié)約經費開支，提高試驗設備的利用率，現(xiàn)根據廣西送變電建設公司具有變壓器局部放電試驗所用的300kVA的BPD-300型試驗電源，用電容器組對試品進行無功補償，降低試驗容量的單相試驗方法。

二、三相變壓器采用單相電源變壓器空載試驗和短路試驗方案

（一）技術方案

1. 三相變壓器的單相電源的短路試驗

試驗方法是將低壓側三相的線端短路連接，在高壓側加單相電源進行三次測量，對于常用Y/d和Y/y接線的變壓器，將低壓側短路，在高壓側的一對線端上依次加壓，當施加的電流為額定值時，測得的數(shù)值按下式換算成三相短路損耗Pk和阻抗電壓Uk。

式中， P■、P■、P■——每次測得的兩相短路損耗；

U■、U■、U■——每次測得的阻抗電壓。

如施加的電流小于額定值，可先按下式換算成額定電流下的數(shù)值：

式中，Pk——在電流I'下測得的短路損耗；

Uk——在電流I'下測得的短路電壓。

2. 三相變壓器的單相電源的空載試驗

（1）加壓繞組為 連接（a-y，b-z，c-x）

采用單相電源，依次在ab、bc、ca相加壓，非加壓繞組應依次短路。測得的損耗按下式計算：

式中，Poab、P0bc、Poca——ab、bc、ca三次測得的損耗。

空載電流按下式計算：

（2）加壓繞組為Y連接

采用單相電源，依次在ab、bc、ca相加壓，非加壓繞組應依次短路，若無法對非加壓繞組短路時，則必須將二次繞組的相應相短路，施加的電壓為二倍相電壓。測得的損耗仍上式計算。

空載電流按下式計算：

3. 試驗接線

圖1是對Y /Yn/yn接線的變壓器高對低壓繞組的短路阻抗及負載損耗試驗接線圖，被試變壓器的加壓方法可根據變壓器結構形式和測試項目更換試驗接線。

（二）試驗設備方案

圖1中各設備的參數(shù)選擇如下：

1. BPD-變頻電源（現(xiàn)有）

額定輸出容量：300kVA 輸出電壓：0～380V 輸出電流：0～800A

電源輸入：三相380V 輸出電源頻率：30～100Hz連續(xù)可調。

2. 移圈式調壓器操作電源（現(xiàn)有）：

額定容量：250kVA 額定輸出電壓：兩相380V

3. 中間試驗變壓器1#（現(xiàn)有）

低壓繞組額定電壓：2×380V 高壓繞組額定電壓：2×37000V

低壓繞組額定電流：395A 高壓繞組額定電流：4A

額定容量：300kVA

變壓比：（1）高壓串聯(lián)，低壓并聯(lián)：2×37000V /380V

（2）高壓串聯(lián)，低壓串聯(lián)：2×37000V /2×380V

（3）高壓并聯(lián)，低壓串聯(lián)：37000V /2×380V

（4）高壓并聯(lián)，低壓并聯(lián)：37000V /380V

4. 中間試驗變壓器2#

高低壓側均采用雙繞組，可通過串聯(lián)、并聯(lián)接線得到三種不同的變比。

低壓繞組額定電壓：2×400V 高壓繞組額定電壓：2×6500V

低壓繞組額定電流：375A 高壓繞組額定電流：25A

額定容量：300kVA

變壓比：（1）高壓串聯(lián)，低壓并聯(lián)：2×6500V /400V

（2）高壓串聯(lián)，低壓串聯(lián)：2×6500V /2×400V

（3）高壓并聯(lián)，低壓串聯(lián)：6500V /2×400V

（4）高壓并聯(lián)，低壓并聯(lián)：6500V /400V

5. 電容器組

電容器單元件：

電容器組在5.5kV時的最大電容量組合為272？滋F，在11kV時的最大電容量組合為68？滋F，在22kV時的最大電容量組合為17？滋F。

（1）電流互感器：額定電壓：35kV，變比：5、10、50、100、200A/5 A 準確級：0.2級以上

（2）電壓互感器：額定一次電壓：35kV 額定二次電壓：100V 準確級：0.01級

（3）數(shù)字式功率分析儀：選用適合于大容量變 壓器損耗測量用的功率分析儀，在極低功率因素（0.02）下仍有較高的準確度。

（三）試驗方案論證

1. 武鳴雷村變主變壓器

（1）變壓器技術參數(shù)

型號：SFSZ9-120000/220 額定電壓：220 81.25%/121/10.5kV

聯(lián)接組別：YN. yno.d11 額定電流：314.9/572.6/3299.1A

空載電流：0.06% 空載損耗：53.6kW

短路阻抗及負載損耗：

（2）空載試驗

空載設備選擇從低壓側加壓，依次在ab、bc、ca相加壓，非加壓繞組應依次短路（即bc、ca、ab）。

單相試驗時空載電流按下式計算：

Io%=0.289（Ioab+Iobc+Ioca）/In 100%

假設試驗時Ioab=Iobc=Ioca，則單相試驗時的空載電流為：

Ioab=Iobc=Ioca=（In×Io%）/（0.289×3×100）=（3299.1×0.06）/（0.289×3×100）=2.28A

試驗電源容量為：S=10.5×2.28=24kVA

試驗方案中的變頻電源容量為300kVA，調壓器操作電源容量為250kVA，電源容量為試驗容量的10～12倍，滿足試驗的要求。

（3）短路試驗

高壓對中壓：

假設試驗時變壓器分接檔為9B檔，試驗時阻抗電壓UkAB=UkBC=UkCA ，則單相試驗時在In=314.9A下施加的電壓為：UkAB=UkBC=UkCA =（2×220×40.55）/（100×1.732）=36.68kV

下表3是單相試驗時所施加的電壓電流對應表。

由于短路試驗的功率因率很?。ù笮妥儔浩骷s為0.05以下），忽略短路損耗的影響，采用電容器組進行全補償?shù)碾娙萘繛椋篊=314.9/（3.14 2 50 36680）=27.34 ？滋F。試驗時電容器組采用4只20？滋F，4只5 ？滋F，4只2？滋F的電容器組成電容量為27？滋F、額定電壓為11kV電容器組進行補償，中間變壓器2#采用高壓串聯(lián)，低壓并聯(lián)，變壓比為2×6500V /400V，可施加25%至30%額定電流的短路試驗。

高壓對低壓：

假設試驗時變壓器分接檔為9B檔，試驗時阻抗電壓UkAB=UkBC=UkCA ，則單相試驗時在In= 157.45A（額定容量為60000kVA）下施加的電壓為：UkAB=UkBC=UkCA =（2×220×40.55）/（100×1.732×2）=51.5kV

下表4是單相試驗時所施加的電壓電流對應表。

忽略短路有功損耗的影響，采用電容器組進行全補償?shù)碾娙萘繛椋篊=157.45/（314 51500）= 9.74？滋F。試驗時電容器組采用4只10 ？滋F和4只30？滋F電容器組成電容量為10？滋F的22kV電容器組進行補償，中間變壓器1#采用高壓并聯(lián)，低壓串聯(lián)，變壓比為37000V /760V，可施加30%至40%額定電流的短路試驗。

中壓對低壓：

假設試驗時變壓器阻抗電壓UkAB=UkBC=UkCA ，則單相試驗時在In=286.3A（額定容量為60000kVA）下施加的電壓為：UkAB=UkBC=UkCA =（2×121×25.63）/（100×1.732×2）=17.9kV

下表5是單相試驗時所施加的電壓電流對應表。

忽略短路有功損耗的影響，采用電容器組進行全補償?shù)碾娙萘繛椋篊=286.3/（314 17.9）=50.94？F。試驗時電容器組采用1只30？滋F、1只20？滋F、1只1？滋F電容器組成電容量為51？滋F的11/2kV電容器組進行補償，中間變壓器2#采用高壓并聯(lián)，低壓并聯(lián)，變壓比為2×6500V /2×400V，可施加30%至40%額定電流的短路試驗。

（4）結論：上述方案可滿足大型220kV三相三繞組變壓器100%空載試驗和20%至40%額定電流的短路試驗。

2. 百色變500kV變壓器

（1）變壓器參數(shù)及試驗數(shù)據

型號：SFSZ9-250000/500 額定電壓：525√3/230√3∕36kV

相數(shù)：單相 額定電流：824.8/1882.7/2222.2A

空載電流：0.06% 空載損耗：53.6kW

（2）空載試驗

當?shù)蛪簜仁┘?00%試驗電壓時，低壓側施加的試驗容量為：

S=36 1.642 2=118.224kVA

試驗方案中的變頻電源容量為300kVA，調壓器操作電源容量為250kVA，在沒有采用補償?shù)那闆r下電源容量為試驗容量的2倍，可滿足試驗的要求。

（3）短路試驗

由廠家出廠試驗時的試驗數(shù)據，根據所施加電壓電流的線性關系可列出在不同電流下的試驗數(shù)據，如表6所示：

高壓-中壓

當?shù)蛪簜仁┘釉囼炿娏鳛?0%的In時（162.8A），忽略短路有功損耗的影響，采用電容器組進行全補償?shù)碾娙萘繛椋篊=162.8/（314 5048）=102.7？滋F。試驗時中間試驗變壓器采用變壓比為6500V/400V，電容器組為2個30？滋F電容器，2個20？F電容器，1個2？滋F的電容器并聯(lián)，可進行20%In電流的試驗。

高壓-低壓

當?shù)蛪簜仁┘釉囼炿娏鳛?0%的In時（78.6A），采用電容器組進行全補償?shù)碾娙萘繛椋篊=78.6/（314 13278）=18.85？滋F。試驗時中間試驗變壓器采用變壓比為13000V/400V，電容器組為4個10？滋F電容器，4個5？滋F電容器，4個2？滋F的電容器， 4個1？滋F的電容器組成額定電壓為11kV、電容量為18？滋F的電容器組，可施加約25%In電流的試驗。

中壓-低壓

當?shù)蛪簜仁┘釉囼炿娏鳛?0%的In時（180.72A），采用電容器組進行全補償?shù)碾娙萘繛椋篊=180.72/（314 3539.4）=162？滋F。試驗時中間試驗變壓器采用變壓比為6500V/400V，電容器組為4個30？滋F電容器，2個20？滋F電容器，1個2？滋F的電容器， 4個1？滋F的電容器組成額定電壓為11/2kV、電容量為162？滋F的電容器組，可施加約40%In電流的試驗。

（4）結論

上述方案可滿足大型500kV單相變壓器100%空載試驗和20%至40%額定電流的短路試驗。

三、最終成果及性能指標

項目的技術成果、經濟、質量、無形效率等指標主要表現(xiàn)在如下幾方面：

1. 本項目成功實施后，在變電分公司原有試驗設備的基礎上配套，廣西送變電建設公司將能夠按廣西電力有限公司企業(yè)標準《電力設備交接和預防性試驗規(guī)程》對大型電力變壓器進行現(xiàn)場空載試驗及短路試驗，也是廣西第二家能進行此項目試驗的單位，有利于開拓電力設備交接試驗及預防性試驗市場。

2. 整套試驗裝置的技術指標（表7）

（三）項目的經濟指標

本試驗技術研發(fā)項目的經費成本約35萬元，項目完成投入使用后，按目前電力建設的形勢估算，每年應有不低于5臺的變壓器進行試驗，每臺變壓器的試驗費用參照《電力建設工程預算定額 調試工程（2006年版）》每臺共計4萬元，每臺變壓器試驗的成本支出約為：運輸費用（4500元）+吊車費用（1600元）+試驗人員工資（4人 3天 250元） 1萬元，每臺變壓器試驗的利潤為3萬元，年收益就有15萬元，也就是只需兩年多的時間項目的經費成本即可回收。

四、結 語

通過技術開發(fā)項目活動，可提高廣西送變電建設公司在變壓器試驗的技術水平，同時希望能夠激發(fā)調試人員的創(chuàng)造性及思維性，在以后的工作中不斷探討新的試驗方法，新的試驗技術，取得新的技術成果。

[參考文獻]

[1]李建明，朱康.高壓電氣設備試驗方法（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2001.