变压器容量测试分析与试验

区建腾

（佛山市劲能电力工程有限公司，广东佛山528000）



变压器容量测试分析与试验

区建腾

（佛山市劲能电力工程有限公司，广东佛山528000）

摘要：从理论上探讨变压器容量的计算方法，在此基础上，介绍变压器容量测试的实用方法，阐述容量测试仪的实际测试方式，通过实例分析测试的结果，分析短路阻抗的变化对容量测试结果的影响。

关键词：变压器；容量；测试；阻抗电压

变压器的额定容量是输入到变压器的视在功率值，包括变压器本身吸收的有功功率和无功功率。判断变压器容量的方法包括：1）测量变压器直流电阻值判定变压器容量；2）用容量测试仪测量，是运用变压器容量测试仪通过低短路电流试验进行的。

在工作实践中，需要测定无铭牌或铭牌不符变压器的实际容量。测量方法有很多种，大多需要复杂的测试和计算，现场可操作性不强。本文将介绍两种目前可行的变压器容量测试的实用方法［1］。

1配电变压器容量测试电气原理

1.1用容量测试仪测量变压器容量的原理

1.1.1三相变压器的额定容量

三相变压器的额定容量计算公式为

式中，SN为变压器额定容量，单位为kVA；UN为变压器额定电压，单位为kV，降压变压器可选用6、10、20、35、66、110、220、330、500 kV［2］；IN为变压器额定电流，单位为A。

由式（1）可知，要计算出SN，只要得到IN的数据就可以。UN是已知值，因为UN与电力系统连接，变压器不可能大范围地偏离系统电压。

由变压器短路阻抗的定义［3］可知短路阻抗Uk的计算公式为

式中，Uk为短路阻抗，常见的1 600 kVA及以下油浸式变压器为4%或4. 5%［2］；U1为变压器一次侧加电压，二次侧短路且其短路电流达到额定值时的一次侧电压值；UN为变压器一次侧额定电压值。

1.1.2电流测试原理

下面来分析短路测试的原理，采用额定短路电流测试的原理如图1所示。图1中，I1N和I2N分别为额定短路试验的一次和二次额定电流。假设待测变压器为1 000 kVA，则I1N和I2N可分别达到57.7和1 448 A。可见额定条件下，短路试验的电流和电源容量都很大。

（1）采用额定电流进行短路试验时，试验电源容量Sk应按式（3）确定［4］，即

式中，Uk为阻抗电压百分数，1 000 kVA油浸式变压器为4.5%；Kk为试验电流容量因数，取0.062 5~1.0，一般尽量取1.0；Ka为变换因数，一般取1.2~1.3；Kb为安全因数，可取1.0~1.1；SN为被试变压器的额定容量。

由式（3）可知，对1 000 kVA变压器，短路试验时所需电源容量Sk=1 000×4.5%×1.0×1.2×1.1=59.4 kVA。经计算试验容量是很大的，在用户试验现场比较难取得这个条件。

（2）当变压器的电压和电流在额定范围内做短路试验，电压与电流成线性正比例关系，即电流随一次侧试验电压的增大而增大，可以采用低短路电流做短路试验，如图2所示。于是可得

式中，U1'为低短路电流试验的一次侧电压值，I1'为低短路电流试验的一次侧电流值。

图1采用额定短路电流测试的原理

图2采用低短路电流测试的原理

由式（4）可推算出额定短路电流试验的一次侧电流值为

由式（1）和（5）可推出额定容量公式为

由式（2）和（6）可推算出所求的变压器容量计算公式如下式中，UN为已知值，U1'、I1'可通过低短路电流试验求得，Uk为短路阻抗。

实例现采用低短路电流测试一台油浸式变压器，其Uk＝4.5%，UN＝10 kV。测量得到的数据为：U1'＝ 5.63 V（已考虑功率因数），I1'＝0.45 A，则容量。得到该变压器对应的标称额定容量应该为630 kVA。

1.2短路阻抗的测量原理

1.2.1变压器阻抗电压值的偏差容许范围

变压器阻抗电压值的偏差容许范围［3］如下表1所示。

表1电力变压器短路阻抗允许偏差

1.2.2变压器短路阻抗计算

根据式（7）可知，因受测试变压器的阻抗特性Uk固定，而且测试时施加的电压U1'较小，I1'/U1'=K1数值稳定，UN为已知数。所以得出SN与Uk成正比关系，即于是可以推出变压器短路阻抗为

2测量变压器直流电阻值判定变压器容量

变压器绕组直流电阻的测量是一个必不可少的变压器试验项目。通过直流电阻的测量，不仅可以知道变压器内部有没有发生相间或匝间短路，而且还能通过对比分析该变压器的容量大小。表2、3列出了一系列变压器直流电阻的大小，该数据源于笔者在佛山地区参与的多项变压器试验项目。

表2油浸式变压器直流电阻测量参考平均值

表3干式变压器直流电阻测量参考平均值

通过表2与3数据可知，变压器容量越大，其一次、二次直流电阻值就越小，成反比例关系。测试时，只需按规程测试出待测变压器的直流电阻值，取高压侧中间档位直流电阻值的平均值、低压侧直流电阻值的平均值与相应形式变压器的参考平均值进行比较，即可分析出该变压器的容量范围。

该方法现场操作简单方便，但也有一定的局限性。因为，现在变压器生产厂家众多，变压器规格种类多，同一容量，不同厂家，不同规格型号的变压器电阻值有一定的差距，变压器国标里没有对变压器的电阻值作严格的限制，要汇集各个厂家及型号的变压器电阻值相对困难。因此，用直流电阻值判定变压器容量的简单方法判断变压器的额定容量只能对常规配电变压器作额定容量的初步判断。

3变压器容量测试常出现的问题

目前推荐使用低短路电流原理配合变压器容量测试装置来测试变压器容量，有时会遇到变压器铭牌数据作假的问题，主要包括变压器额定容量作假及变压器额定容量和阻抗电压同时作假。（1）对于只是变压器额定容量作假的，可以直接用容量测试仪直接输入包括阻抗电压在内的数据来测量变压器的实测容量。（2）对于变压器和额定容量一起作假的，就要进一步分析阻抗电压。分析阻抗电压可以将变压器铭牌上包括额定容量和阻抗电压在内的数据输入容量测试仪，测量变压器的阻抗电压是否正常。根据变压器阻抗电压和额定容量的关系，如果测量出的阻抗电压和对应的变压器国标阻抗电压对比有10~15%的偏差，就可以推测出该变压器的额定容量标称和阻抗电压有问题。此时就引用国标的阻抗电压对变压器进行容量测试。而铭牌上的阻抗电压不予采用。

分析容量时无法确定铭牌上标称的阻抗电压是否真实，一般也应先用容量测试装置来测量变压器的负载损耗和阻抗电压值来比对。

4实际测量实例

电房名称为XX省XX钢业有限公司配电房变压器铭牌上所显示的数据为：型　　式：S11-3150/10　　运行编号：1#　　制造厂名：XX额定容量：3150 kVA　　出厂编号：XXXXXXXX　　极性组别：Dyn11额定电压：10000/600 V　　相　　数：三相　　周　　波：50 Hz额定电流：181.9/3031.1 A　　短路阻抗：5.44%　　出厂日期：2007.04现在来测试这台变压器铭牌上的额定容量值是否有造假现象。

（1）根据铭牌上的资料，测量变压器的负载损耗和阻抗电压，输入设备的接口及数据如图3所示，测量出的结果如图4所示。

图3输入设备的接口及数据

图4测量结果显示

由图3、4可知，测量出的结果显示的阻抗电压值为4.32%，明显低于国家标准的5.5%［2］，偏差达21.5%。因此可以初步认为该变压器铭牌上标称的额定容量有造假现象。根据上述方法理论，可以推测该变压器的额定容量应该大于3 150 kW。

（2）通过低短路电流方法用容量测试仪测量变压器的容量，输入接口及数据如图5所示，其测量出的结果显示如图6所示。

图5输入接口及数据

图6测量结果显示

由图5、6可以发现，当按铭牌相关数据输入到容量测试装置测量变压器容量时，得出的测试结果明显大于铭牌上的额定容量值。根据GB/T 6451—2008，把阻抗电压改为5.5%时，容量测量值变为4 033.1 kVA。当阻抗电压分别为5.8%和6.0%，容量测量值分别为4 220.0 kVA和4 367.7 kVA。测试结论是该变压器铭牌上的额定容量为造假数据，铭牌上的短路阻抗值正常。

5影响容量结果的数据分析

根据上述变压器阻抗电压和额定容量的分析发现，该变压器铭牌上的额定容量3 150 kVA为造假的数据。用容量测试仪测试得出的实测容量为3 996 kVA。根据广东省佛山地区用电计量的标准，大工业用户要收取基本容量电费为每月18元/ kVA。该变压器于2007年6月投入运行，截至2010年12月，该用户向供电部门少交付的费用为：（3 996-3 150）×18= 15 228元/月。期间为42个月，即一共少交付15 228×42= 654 804元。给供电部门造成了重大损失，显失社会公平。

此外，进一步测量变压器外形尺寸，对比同型号的变压器也不相符。因此这也从另一方面证明了该变压器有做假窃电现象。在测试时，对被输入参数阻抗电压值选出了多个量进行测量，如图7所示。

图7阻抗电压和变压器容量关系

由图7可以发现，变压器容量测试值随输入阻抗值的增加而增大，且成正比关系。这就从实验上证明了式（7）的正确性和实用性。

6大容量特种变压器的容量测试

对于大容量特种变压器，容量测试的难点主要是阻抗电压值的判断问题，在没有国标标准的阻抗电压值的情况下，以变压器铭牌上标称的阻抗电压值作为测试值也存在很大的问题：1）变压器铭牌上的标称阻抗电压值可能是造假值；2）当以经验判断变压器铭牌上标称的阻抗电压值时也会存在很大风险。所以对于大容量特种变压器的测试需根据实际情况，可采取先用容量测试仪测试变压器的阻抗电压值，再运用测试出的阻抗电压值作为输入数据之一，用变压器容量测试仪测试特种变压器容量的大小。

7　小结

变压器容量测试是近年来开展的新业务之一，在珠三角地区还处于初步阶段。用经验电阻值判定变压器容量的简单方法可以判断常规小容量变压器的容量。如需更科学地判断，推荐使用基于短路阻抗的配电变压器容量测试装置来测试。当遇到特殊情况时，如大容量或特种变压器的容量测试，除了运用现有的容量测试仪，还要运用各方面信息进行辅助判断，包括变压器体积的大小、有没有人证支持变压器造假信息等进行综合判断。在条件许可的情况下，还需有变压器制造厂家的参与支持。

参考文献：

［1］中华人民共和国质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB/T 17468- 2008电力变压器选用导则［S］.北京:中国标准出版社, 2008: 5.

［2］中华人民共和国质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB/T6451- 2008油浸式电力变压器技术参数和要求［S］.北京:中国标准出版社, 2008: 2- 3.

［3］国家技术监督局. GB1094.1- 1996电力变压器第1部分总则［S］.北京:中国标准出版社, 1996: 15.

［4］陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术［M］.北京:中国水利水电出版社, 2009: 368- 373.

【责任编辑：任小平renxp90@163.com】

Transformer capacity test analysis and test

OUJian- teng
（Foshan Jinneng Electric Power Engineering Co. Ltd., Foshan 528000, China）

Abstract:This paper analyzes the calculation method of transformer capacity. And on this basis, this article introduces the practical method of transformer capacity testing. Focuses on the actual test capacity tester. The results of the test are analyzed through experimental examples, the impact of change on the capacity of short circuit impedance test results are studied. Finally, the capacity test of the large capacity special transformer is introduced.

Keywords:transformer; capacity; test; impedance voltage

文章编号：1008- 0171（2016）01- 0078- 05

作者简介：区建腾（1982-），男，广东佛山人，佛山市劲能电力工程有限公司工程师。

收稿日期：2015-05-27

中图分类号：TM4

文献标志码：A