李紹棟

變壓器容量測(cè)試儀在10 kV配電變壓器中的應(yīng)用效果分析＊

李紹棟

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

變壓器容量測(cè)試儀越來越廣泛地用于配電變壓器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，但是其準(zhǔn)確性一直是人們關(guān)心的問題。通過實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)范疇的10 kV配電變壓器容量，將其測(cè)試結(jié)果與通過“三要素法”測(cè)得的變壓器容量進(jìn)行比較，從而判定現(xiàn)有變壓器容量測(cè)試儀的準(zhǔn)確性并提出相關(guān)建議。

配電變壓器；容量測(cè)試；三要素法；基本電價(jià)

1 引言

中國(guó)的居民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電實(shí)行單一制的電度電價(jià)，而變壓器容量在315 kVA及以上工商業(yè)及其他用戶實(shí)行兩部制電價(jià)，即一部分是與用電量對(duì)應(yīng)的電量電價(jià)，另一部分是與容量對(duì)應(yīng)的基本電價(jià)[1]。一些用戶通過購(gòu)買不達(dá)標(biāo)或者改、換變壓器銘牌數(shù)據(jù)等弄虛作假手段以達(dá)到減少基本電價(jià)費(fèi)用的目的。這不但給電力企業(yè)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)用戶自身安全構(gòu)成了威脅。為了防止此類事情的發(fā)生，往往通過便攜式變壓器容量測(cè)試儀對(duì)變壓器進(jìn)行測(cè)試，通過測(cè)試結(jié)果判斷變壓器的實(shí)際容量與銘牌是否一致，防止用戶利用變壓器的實(shí)際容量與銘牌容量不符進(jìn)行竊電。作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變壓器容量的專用儀器，變壓器容量測(cè)試儀已經(jīng)是電力部門有效監(jiān)測(cè)變壓器容量，成為了防止用戶改、換變壓器銘牌、虛報(bào)變壓器容量的有效設(shè)備。

2 配電變壓器容量測(cè)試原理概述

變壓器容量反映了變壓器帶負(fù)載能力，在變壓器額定容量下運(yùn)行的運(yùn)行效益最好，此時(shí)的變壓器溫升值在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器》（GB/T 1094.1—2013）的規(guī)定范圍內(nèi)。換句話來說，通過型式試驗(yàn)的溫升試驗(yàn)可以判定每個(gè)定型規(guī)格的變壓器容量，但溫升試驗(yàn)要在額定損耗下進(jìn)行，時(shí)間較長(zhǎng)（10 h左右），這在現(xiàn)場(chǎng)條件下很難實(shí)現(xiàn)。

變壓器溫升是由變壓器損耗和散熱條件決定的，國(guó)標(biāo)《油浸式電力變壓器性能參數(shù)和要求》（GB/T 6451—2015）和《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》（GB/T 10228—2015）明確規(guī)定了不同容量變壓器的空載損耗、空載電流、負(fù)載損耗、阻抗電壓的標(biāo)準(zhǔn)值，如表1和表2所示，同時(shí)，國(guó)標(biāo)《電力變壓器》（GB/T 1094—2013）規(guī)定了變壓器損耗、阻抗電壓及空載電流的允許扁差范圍[2]。如果散熱條件不變，可以通過變壓器損耗值來間接判斷變壓器容量，因?yàn)槿绻麚p耗值符合要求，則變壓器的溫升也符合要求，因此，通過測(cè)量損耗值可以間接校定變壓器溫升是否達(dá)標(biāo)，達(dá)到判斷變壓器型式和容量的目的。

變壓器短路阻抗是變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它是變壓器繞組的漏電抗，用短路阻抗電壓占額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，由變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)、尺寸、繞組線圈匝數(shù)和線圈外形等決定。每臺(tái)變壓器定型后，其阻抗電壓也一定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不同容量的變壓器阻抗電壓有明確規(guī)定，同時(shí)允許有±10%的偏差[3-5]，比如10 kV等級(jí)額定容量為1 000 kVA配電變壓器阻抗電壓為4.5%，按照國(guó)標(biāo)，在允許偏差范圍內(nèi)，它的阻抗電壓范圍是4.05%～4.95%，如果按其他額定容量，比如500 kVA進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，其測(cè)量結(jié)果將超出偏差范圍，由此也可以判斷出變壓器的額定容量。

隨著新材料、新工藝的應(yīng)用以及變壓器制造水平的提高，變壓器的效率不斷提高，而損耗則不斷降低，更新?lián)Q代速度加快。變壓器損耗由空載損耗和負(fù)載損耗構(gòu)成，由鐵芯引起的損耗稱為空載損耗（鐵損），由繞組電阻損耗、附加損耗和雜散損耗組成的稱為負(fù)載損耗（銅損）。節(jié)能變壓器大幅度降低的是空載損耗，比如S9型節(jié)能電力變壓器比S7型電力變壓器空載損耗降低了38%，而負(fù)載損耗只降低了22%，由于S11采用了新的卷鐵心結(jié)構(gòu)，空載損耗較S9下降了30%，空載電流下降了70%，而負(fù)載損耗并沒有變化[6]。所以，可以通過測(cè)量空載損耗和負(fù)載損耗來判斷變壓器的型式和容量。

一臺(tái)變壓器的容量、變比、線圈直流電阻、鐵心材質(zhì)、截面以及額定電壓、額定電流、空載損耗、空載電流、負(fù)載損耗、阻抗電壓等是制造出來后就固有的，其中，空載損耗、負(fù)載損耗的數(shù)值因變壓器容量的不同而不同；一定容量區(qū)間內(nèi)的阻抗電壓（實(shí)際制造時(shí)允許在偏差范圍內(nèi)）、額定電壓是固定的，不隨容量變化而變化。變壓器部分允許偏差的部分要求如表3所示。

綜上所述，判斷電力變壓器額定容量可以先測(cè)量變壓器的阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗，然后根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)損耗數(shù)據(jù)比較來判斷其額定容量。這種通過阻抗電壓、空載損耗、負(fù)載損耗三者相結(jié)合來判斷變壓器容量的方法稱為“三要素法”。具體實(shí)施過程是將阻抗電壓、空載損耗、負(fù)載損耗三者與國(guó)標(biāo)規(guī)定值進(jìn)行比較，如果測(cè)量值在國(guó)標(biāo)允許的偏差范圍內(nèi)，則變壓器容量測(cè)量準(zhǔn)確；反之則不準(zhǔn)確，需要進(jìn)一步判斷。

表1 部分10 kV油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)

額定容量/kVA電壓組合空載損耗/kW負(fù)載損耗/kW空載電流/（%）短路阻抗/（%） 高壓/kV低壓/kV 250100.40.4003.20/3.050.904.0 3150.4803.83/3.650.90 4000.5704.52/4.300.80 5000.6805.41/5.150.80 6300.8106.200.604.5 8000.9807.500.60 1 0001.1510.300.60 1 2501.3612.000.50 1 6001.6414.50.50 2 0001.9418.30.405.0 2 5002.2921.20.40

表2 部分10 kV干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)

額定容量/kVA電壓組合空載損耗/kW不同絕緣系統(tǒng)溫度下的負(fù)載損耗/kW空載電流/（%）短路阻抗/（%） 高壓/kV低壓/kV130 ℃（B）（100 ℃）155 ℃（F）（120 ℃）180 ℃（H）（145 ℃） 250100.40.7202.592.762.961.14.0 3150.8803.273.473.731.0 4000.9803.753.994.281.0 5001.164.594.885.231.0 6301.345.535.886.290.85 6301.305.615.966.400.856.0 8001.526.556.967.460.85 1 0001.777.658.138.760.85 1 2502.099.109.6910.30.85 1 6002.4511.011.712.50.85 2 0003.0513.614.415.50.70 2 5003.6016.117.118.40.70 1 6002.4512.212.913.90.858.0 2 0003.0515.015.917.10.70 2 5003.6017.718.820.20.70

表3 變壓器部分允許偏差的部分要求

序號(hào)項(xiàng)目偏差 1總損耗+10% 空載損耗和負(fù)載損耗+15%，且總損耗不超過10% 2短路阻抗有兩個(gè)獨(dú)立繞組的變壓器，或多繞組變壓器中規(guī)定的第一對(duì)獨(dú)立繞組主分接當(dāng)阻抗值≥10%時(shí)，±7.5%；當(dāng)阻抗值≤10%時(shí)，±10% 其他分接當(dāng)阻抗值≥10%時(shí)，±10%；當(dāng)阻抗值≤10%時(shí)，±15% 自耦聯(lián)結(jié)的一對(duì)繞組，或者多繞組變壓器中跪地的第二對(duì)繞組主分接規(guī)定值的±10% 其他分接設(shè)計(jì)值的±10% 其他繞組對(duì)按協(xié)議，但絕對(duì)值不小于15%

3 實(shí)測(cè)對(duì)比分析

3.1 實(shí)測(cè)變壓器基本參數(shù)

分別選取1臺(tái)油浸式和1臺(tái)干式10 kV配電變壓器作為檢測(cè)對(duì)象，被10 kV配電變壓器的部分銘牌參數(shù)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 檢測(cè)對(duì)象變壓器的部分銘牌數(shù)據(jù)

序號(hào)變壓器型號(hào)額定容量/kVA額定電壓/kV短路阻抗/（%） 1S11-500/10-0.4500.0010/0.44.0 2SCB11-1600/10-0.41 600.0010/0.46.28

3.2 測(cè)試儀數(shù)據(jù)輸入要求

按照ERS-908變壓器容量測(cè)試儀說明要求，需要準(zhǔn)確輸入以下參數(shù)：被試變壓器高低壓側(cè)電壓數(shù)值、變壓器類型、阻抗電壓、分接檔位位置、聯(lián)結(jié)組別、銘牌標(biāo)稱容量和當(dāng)前溫度等參數(shù)。

3.3 變壓器容量測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果

表4中的油浸式配電變壓器S11-500/10-0.4的短路阻抗為4.0%，與國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值相同；干式配電變壓器SCB11-1600/10-0.4的短路阻抗為6.28%，與國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值不同，因此，在測(cè)試的時(shí)候分別設(shè)置進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表5所示。從結(jié)果上看，輸入的短路阻抗值如果與國(guó)標(biāo)相同，測(cè)試出的變壓器容量跟銘牌標(biāo)注容量吻合；輸入的短路阻抗值如果為非國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)試結(jié)果存在偏差，但是偏差值均未超過10%。

表5 變壓器容量測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果

序號(hào)變壓器型號(hào)銘牌容量/kVA輸入的短路阻抗/（%）測(cè)試儀判定容量/kVA 1S11-500/10-0.4500.004.0500.00 2SCB11-1600/10-0.41 600.006.01 600.00 3SCB11-1600/10-0.41 600.006.281 529.40

3.4 “三要素法”測(cè)試結(jié)果

通過變壓器空負(fù)載測(cè)試儀測(cè)量以上2臺(tái)變壓器的阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗，然后對(duì)比表1和表2的數(shù)據(jù)來判斷其額定容量，結(jié)果如表6所示。將測(cè)試的阻抗電壓、空載損耗以負(fù)載損耗與表1和表2的數(shù)據(jù)比較可知，變壓器實(shí)際容量與銘牌標(biāo)注容量吻合。

表6 “三要素法”測(cè)試結(jié)果

序號(hào)變壓器型號(hào)短路阻抗/（%）空載損耗/kW負(fù)載損耗/kW比較判定變壓器容量/kVA 1S11-500/10-0.44.00.6775.13500.00 2SCB11-1600/10-0.46.262.3910.931 600.00

3.5 結(jié)果分析與注意事項(xiàng)

通過表5和表6可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范疇的變壓器，現(xiàn)行變壓器容量測(cè)試儀準(zhǔn)確率還是相當(dāng)高的，測(cè)試結(jié)果與銘牌數(shù)值相吻合。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)變壓器的容量測(cè)試本文未作探討。在測(cè)試過程中為了保證測(cè)試準(zhǔn)確，還需要注意以下問題。

3.5.1 低壓側(cè)必須短接良好

短接的質(zhì)量會(huì)直接影響到負(fù)載損耗的測(cè)量，即直接影響到容量的測(cè)量。測(cè)量時(shí)，必須用螺母把短接電纜擰緊，以保證接觸電阻最小。特別注意的是，一些便攜式的變壓器容量?jī)x器配帶的短接線，只適用1 600 kVA以下的變壓器，如果測(cè)量的變壓器大于1 600 kVA，就必須改用銅排短接。

3.5.2 正確地設(shè)置儀器參數(shù)

阻抗電壓作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試變壓器容量必不可少的關(guān)鍵參數(shù)之一，必須錄入正確，錯(cuò)誤的錄入阻抗電壓就會(huì)直接導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。被測(cè)變壓器是標(biāo)準(zhǔn)的變壓器時(shí)，可以直接在儀器參數(shù)的變壓器類型中選中對(duì)應(yīng)的變壓器類型，測(cè)試儀即可自動(dòng)調(diào)出被測(cè)變壓器對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)阻抗電壓值用于容量計(jì)算；被測(cè)變壓器是非標(biāo)的變壓器或在標(biāo)準(zhǔn)的變壓器類型里找不到對(duì)應(yīng)的變壓器型號(hào)時(shí)，需要選擇非標(biāo)類型，然后手工錄入對(duì)應(yīng)的變壓器標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓值。

此外，還要注意測(cè)量時(shí)調(diào)壓分接檔位必須在額定檔、環(huán)境溫度要正確輸入等事項(xiàng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于國(guó)標(biāo)對(duì)配電變壓器的阻抗有±10%允許偏差，如果變壓器容量測(cè)試儀是基于阻抗法原理測(cè)試會(huì)因容許偏差而折算產(chǎn)生一定的誤差?，F(xiàn)場(chǎng)使用變壓器容量測(cè)試儀進(jìn)行容量測(cè)定只作為一種篩選手段，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓容量可疑時(shí)，需要在多方面確認(rèn)，比如實(shí)測(cè)出變壓器的阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗，判斷與銘牌標(biāo)記是否相符。當(dāng)阻抗電壓、空載損耗和負(fù)載損耗都沒問題時(shí)，一般可以認(rèn)為變壓器容量合格，如果需要進(jìn)一步確認(rèn)，就必須得采用溫升試驗(yàn)才能最終確定。

［1］張磊.完善中國(guó)兩部制電價(jià)的策略研究［J］.中國(guó)電力教育，2013（8）：162-164．

［2］吳喜紅.配電變壓器損耗和容量在線檢測(cè)方法研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2010.

［3］沈陽(yáng)變壓器研究股份有限公司，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，保定天威保變電氣股份有限公司，等.GB/T 1094.1—2013電力變壓器第一部分：總則［S］.出版社不 詳，2013.

［4］沈陽(yáng)變壓器研究股份有限公司，華東電網(wǎng)有限公司，特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司，等.GB/T 6451—2015油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

［5］沈陽(yáng)變壓器研究股份有限公司，順特電氣設(shè)備有限公司，明珠電氣設(shè)備有限公司，等.GB/T 10228—2015干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版 社，2015.

［6］宋志勇，趙淑芬.節(jié)能型變壓器的運(yùn)行分析［J］.山西電力，2009（2）：20-22.

TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.073

2095－6835（2019）17－0155－03

李紹棟（1982—），男，碩士，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、英國(guó)工程技術(shù)學(xué)會(huì)（IET，The Institution of Engineering and Technology）注冊(cè)主任工程師（Incorporated Engineer - IEng），研究方向?yàn)楦邏航^緣技術(shù)、電氣設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)。

2017年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“高職高專《高電壓技術(shù)》課程立體化教學(xué)體系建設(shè)的研究”（編號(hào)：GXGZJG2017B059）

〔編輯：張思楠〕