一种变压器套管电流互感器试验的研究方法

江维臻

（广东威恒输变电工程有限公司，广东佛山 528000）

一种变压器套管电流互感器试验的研究方法

江维臻

（广东威恒输变电工程有限公司，广东佛山 528000）

由于变压器作为电力转化以及利用的基础，因而电力变压器的使用、测试已成为目前电力工作的重点。本论文主要围绕变压器套管电流互感器测试进行研讨，探讨研究一种新的变压器套管电流互感器测试方法——变压器短路试验法，在对电力变压器短路试验法概念进行概述的基础上，总结出变压器套管电流互感器测试的方法，以供参考。

电力 变压器 套管电流互感器 短路试验

变压器是变电站的核心设备，具有容量大、结构复杂、原理特殊等特点，因此成为了试验人员重点关注的对象，同时围绕其所展开的试验项目甚为关键。由于主变本身的感抗和容抗很大，部分试验项目受试验设备及技术能力的制约至今无法开展。对于主变压器的继保项目——套管电流互感器的极性、变比及二次回路检查试验，利用常规的方法无法在安装之后进行。以往只能在套管电流互感器安装前在场地进行本体试验，在安装后则利用二次升流的方式检查回路的正确性。传统方法存在试验不完整、需多次拆接线，调试效率低且容易出错等弊端。针对传统方法带来的弊端，本文提出了一种新的试验方法——变压器短路试验法，该方法有效克服了之前试验方法存在的各种问题，大大提高了试验的准确性和工作效率，达到了试验的价值与效益，确保变压器日后的安全运行；同时，对变压器进行短路试验时，可以对变压器套管电流互感器的变比、极性进行校验，减少后续试验工作。

1　电力变压器套管电流互感器试验概述

电力变压器套管电流互感器试验是变压器调试的一个重要组成部分，特别在测试变压器套管电流互感器变比、极性等方面有着重要的作用。在电力变压器的安装和检修的过程中，进行短路试验已经成为一个重要的工作。变压器短路试验是将变压器一侧绕组（通常是低压侧）短路，而从另一侧绕组加入额定频率的交流电压，使变压器绕组内产生较少的短路电流，进而测量短路电流的大少和相角，即为变压器短路试验。电力变压器短路试验的优势在于便捷，而且电力变压器短路试验较为精确，是调试工作中重要的一环。

另外，变压器短路损耗包括电流在电阻上的损耗与漏磁通引起的附加损耗。测量短路损耗和阻抗电压，以便确定变压器的效率、热稳定和动稳定、计算变压器二次侧的电压变动率以及确定变压器的温升。通过变压器短路试验，可以发现以下缺陷：变压器的各结构件（屏蔽、压环和电容环、轭铁梁板等）或油 箱壁中由于漏磁通所引起的附加损耗过大和局部过热、油箱箱盖或套管法兰等附件损耗过大和局部过热、带负载调压的电抗绕组匝间短路、大型电力变压器低压绕组中并联导线间短路或换位错误。

2　变压器的短路电流的计算

表1　

表2　

在过往的变压器短路试验中，由于缺乏理论计算支持，对变压器的短路电流大少通过估计和现场实际测量求得。同时，缺少理论计算比较，难以判定试验的正确性。本研究，通过教科书的理论分析与实际工作情况结合，推导出短路电流的计算公式，从而验证了试验的正确性。

如果将变压器二次侧短路，一次侧的电流和输入功率与外加电压之间的关系IK=f（U）和PK=f（U）称为短路变压器短路特性。

通过变压器的短路特性试验，可以得到变压器的一个重要数据：阻抗电压（短路阻抗）。它通常以百分数的形式标注在变压器的铭牌上。

短路试验时，短路电流Ik将取决于外加电压Uk和变压器的短路阻抗Zk所以：

将公式1.1整理得：

另外，如果在短路试验时，使短路电流Ik恰为额定电流In，这时，外施加电压很低，励磁电流可以忽略不计，即可以忽略铁心损耗，所以输入功率即为额定负载时的铜损耗，所施加的短路电压。用标幺值标示为下式：

将公式1.2和公式2.1整理求得短路电流Ik如下：

通过推导公式，可以计算出试验的短路一次电流，再根据套管电流互感器变比，计算出二次电流。

利用加入的工频380V电压A相作为参考基准，根据加压点和短路点的情况，可以分析到，变压器高压侧A、B、C三相短路电流对A相电压的相角差分别为：90°、210°、330°。对于变压器低压侧，由于低压侧处于三相短路状态，所以短路电流和电压相角差无法测量。

需指出，公式3.1只适合计算三相变压器进行三相短路时的短路电流。对于三组变压器的零序套管电流互感器加压试验或者进行单相变压器短路试验，需对3.1公式进行修改，才能满足实际计算要求。

根据变压器短路阻抗Zk不变的性质，将公式2.1整理得

表3　

表4　

由公式1.1和4.1整理得

所以得：

将公式5.1整理得：

3　实际应用分析

根据上述的推论，我们对江苏华鹏的SZ11-63000/110型号变压器进行三相短路试验和单相零序套管电流互感器短路试验，得出各套管电流互感器试验数据进行分析。

3.1变压器三相短路试验

由变压器铭牌资料得出的参数，本试验变压器的短路电压百分比U%=16.10%，高压侧额定电压、电流为：Un1=96800V，In1=375.8A，低压侧额定电压、电流为：Un2=10500V，In1=3464.1A，套管电流互感器变比n=400/1。根据已知参数和公式3.1求得理论数据，汇总如表1所示。

现场试验时，先将变压器低压侧套管母线短接，在变压器高压侧套管A、B、C三相分别加入交流工频380V电压，试验接线如下图1所示。对现场变压器进行试验，测量得出测试数据。

测试结果汇总如表2所示。

在测试过程中，利用加入的交流工频电压A相作为参考基准，测试出变压器高压侧A、B、C三相短路电流对A相电压的相角差分别为：85°、208°、323°，与前文分析的相角差数据相近。

通过表1和表2比对，试验结果和理论结果相符合，差别在正常范围内，理论计算正确。

3.2变压器零序套管电流互感器短路试验

与变压器三相短路试验方法相似，通过变压器铭牌得出参数，变压器零序电流互感器变比n=100/1。根据参数和公式6.1求得理论数据。需要指出的是，由于变压器低压侧还是处于三相短路状态，计算时应使用公式3.1计算。汇总如表3所示。

现场试验时，先将变压器低压侧套管母线短接，在变压器高压侧套管A相和零序套管O相加入交流工频380V电压，试验接线如下图2所示。对现场变压器进行试验，测量得出测试数据。

测试结果汇总如表4所示。

由于实际应用中对变压器零序套管互感器的极性没有要求，所以本试验不作测量。

通过表3和表4比对，试验结果和理论结果相符合，差别在正常范围内，理论计算正确。

4　电力变压器短路试验的技术要点

4.1电力变压器短路试验电源控制

电力变压器短路试验电源的应用与短路试验的型式有关，也与电力变压器的结构有直接的关系。一般来说，三相电源可以进行三相变压器的三相短路和单相短路试验，同时应该注意电力变压器短路试验的接线方式。单相电源可以模拟三相变压器的三相短路，也可以进行单相变压器的单相短路，但进行模拟三相变压器的三相短路试验时，试验结果影响较大，同时操作步骤也复杂很多，因此，不建议使用该方法。对于电力变压器联结绕组，是在一相与其余两相之间施加电源或短路，应该注意电压的控制。对于电力变压器D联结绕组，在两相之间时应该注意连接的方式，要避免因电流强度过大而对仪器的影响，同时要避免错误电路的连接，以确保电力变压器的试验安全。

4.2电力变压器短路试验时控制短路电流的方法

调试电力变压器短路电流可以采用串联电抗器和调整电源电压两种方式，应在降低短路电流的前提下进行试验。控制最大非对称短路电流除控制选相合闸开关的合闸相角外，还可以通过调整电源电压、电路中的总阻抗以及X/R比值来控制。通常有如下几种调整方法：一种是采用电源变压器的分接开关来控制电力变压器电源电压。这种方式效率高、精确度高。二时利用发电机、母线、线路的布置及联结方式来产生可以利用的试验回路短路容量，这样方便与电力变压器短路试验精确性的提高。三是利用电源电压的合闸相位角来控制短路的开始瞬间，这样能够提高电力变压器短路试验的可控性。四是在电力变压器短路线路接入附加电抗，以电抗来补偿电路中的总电抗，改变试验回路的X/R比值。五是选择变压器故障分接接线方式。

5　结语

为了维护变压器的性能，维持电力供应的安全局面，应该重视对变压器套管电流互感器的测试试验，要将人员技能培养、试验重点等各主要环节加以观念、技术上的加强，给变压器试验提供稳定的环境和充分的保证。这样才能发挥出变压器套管电流互感器试验的价值与功能。在稳定变压器性能的基础上，达到电力网的功能与运行的安全，为电力事业发展打造技术、技能、管理和体系方面的基础。

［1］四川电力试验研究院编.高压电气设备试验方法［M］.中国电力出版社，2014.

［2］程保权.电力变压器的检修策略［J］.现代企业教育，2012（06）.

［3］胡虔生，胡敏强编著.电机学（第二版）.中国电力出版社，2009.