新型智能變壓器阻抗與容量測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

1、新型智能變壓器阻抗與容量測(cè)試儀在供電中的探討葉正杰1陳興2，符富強(qiáng)2，陳勇章，2羅志榕2，周琨2，賴振學(xué)3（1福建省壽寧供電有限公司2福建省常山供電有限公司；3.福州億森電力設(shè)備有限公司） 摘要：本文通過(guò)對(duì)變壓器容量及其阻抗電壓關(guān)系的分析和探討，發(fā)現(xiàn)當(dāng)變壓器的銘牌容量比實(shí)際容量小時(shí)，測(cè)試的阻抗電壓值偏小，相反，則阻抗電壓值偏大，而且均超出國(guó)標(biāo)允許的偏差。提出一種簡(jiǎn)單易行的新方法來(lái)判斷變壓器容量與銘牌上的容量是否一致。而且介紹了這種新方法在電費(fèi)計(jì)量的應(yīng)用，可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：變壓器；阻抗電壓；負(fù)載試驗(yàn)；基本電費(fèi)一、引言變壓器的額定容量與其對(duì)應(yīng)的阻抗電壓在GB1094.1、GB109

2、4.5和GB6451等有相關(guān)的要求，是一個(gè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。變壓器廠家在變壓器出廠時(shí)測(cè)得的阻抗電壓值均在國(guó)標(biāo)容許的偏差內(nèi)。國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市對(duì)用戶的供電方式都是采用10KV電源到用戶端，通過(guò)10KV變壓器（配變）變低電壓為380V（220V）給用戶負(fù)荷供電的。所以，每個(gè)城市變壓器數(shù)量最多的也就是這些配變。在某城市給這些配變做負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)中一小部分變壓器的阻抗電壓值的偏差超出容許的范圍（配變的容許偏差10），特別是一些地處較偏僻的中小企業(yè)用戶的變壓器。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)所測(cè)得的阻抗電壓值多數(shù)是偏小，這并非偶然，通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)變壓器銘牌上的額定容量和變壓器的實(shí)際容量有出入，而且大多是小一個(gè)等級(jí)

3、。如銘牌上容量是400KVA的變壓器，實(shí)際容量是500KVA，負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，是把400KVA作為已知量輸入測(cè)試儀，而此變壓器的實(shí)際容量卻是500KVA，這樣就造成所測(cè)的阻抗電壓值偏小，如果不是進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)的話，這種情況是很難發(fā)現(xiàn)的（配變?cè)诮唤釉囼?yàn)是不要求做負(fù)載試驗(yàn)的）。這些企業(yè)用戶大多屬于大工業(yè)用戶，所以將直接反映在基本電費(fèi)的減少，也即供電部門(mén)少收了電費(fèi)。針對(duì)這種情況，根據(jù)變壓器的額定容量和阻抗電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)簡(jiǎn)單輕便的變壓器參數(shù)測(cè)試儀對(duì)變壓器進(jìn)行負(fù)載實(shí)驗(yàn)，對(duì)測(cè)得的阻抗電壓值進(jìn)行分析，初步判斷變壓器銘牌容量和實(shí)際容量是否相符。關(guān)于變壓器實(shí)際出力還需進(jìn)一步試驗(yàn)（如直接負(fù)荷法）。這

4、種方法簡(jiǎn)單易行，可以在供電部門(mén)和電力安裝企業(yè)推廣運(yùn)用，對(duì)掛網(wǎng)運(yùn)行中的配變進(jìn)行檢查和把住安裝的交接試驗(yàn)關(guān)，這樣可以為供電部門(mén)和國(guó)家挽回一部分電費(fèi)，從而得到很好的經(jīng)濟(jì)效益。二、阻抗電壓的物理意義及測(cè)量1、阻抗電壓的物理意義阻抗電壓是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當(dāng)二次繞組的短路電流達(dá)到額定電流時(shí)，一次繞組所施加的電壓（短路電壓）與額定電壓的比值百分?jǐn)?shù)。阻抗電壓Uk（%）是涉及到變壓器成本、效率和運(yùn)行的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)診斷的主要參數(shù)依據(jù)之一。同容量的變壓器，阻抗電壓小的成本低，效率高，價(jià)格便宜，另外運(yùn)行時(shí)的壓降及電壓變動(dòng)率也小，電壓質(zhì)量容易得到控制和保證，因此從電網(wǎng)的

5、運(yùn)行角度考慮，希望阻抗電壓小一些好。但從變壓器限制短路電流條件考慮，則希望阻抗電壓大一些好，以免電氣設(shè)備（如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電纜等）在運(yùn)行中經(jīng)受不住短路電流的作用而損壞。不同容量的變壓器對(duì)應(yīng)的阻抗電壓值國(guó)標(biāo)是有相關(guān)規(guī)定的，而對(duì)于大容量的變壓器和變電站的變壓器不在本文探討的范圍內(nèi)。本文是針對(duì)大量的10KV等級(jí)（及以下）的用戶變壓器進(jìn)行探討的。2、阻抗電壓的測(cè)量在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，阻抗電壓可以通過(guò)變壓器參數(shù)測(cè)試儀對(duì)變壓器進(jìn)行負(fù)載（短路）試驗(yàn)而測(cè)得。負(fù)載試驗(yàn)必須在額定頻率（正弦波形）和給至線圈額定電流下進(jìn)行，一般選擇變壓器一次側(cè)繞組為試驗(yàn)繞組，二次側(cè)（大電流側(cè)）人工短路，當(dāng)在一次側(cè)（額定電壓抽頭）加入額

6、定頻率的交流電壓，使變壓器繞組內(nèi)的電流為額定值，測(cè)得所加的電壓和功率。注意二次側(cè)短路連接所用的連接板（電纜）的截面積要足夠大，不應(yīng)小于變壓器導(dǎo)線截面積，其長(zhǎng)度要盡可能的短，以防止因連接板電阻大而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。測(cè)得的電壓占加壓繞組額定電壓的百分?jǐn)?shù)即為阻抗電壓，即所測(cè)得的有功功率換算至額定溫度下的數(shù)值為負(fù)載（短路）損耗，這也是一個(gè)很重要的參數(shù)，但不在本文探討的范圍內(nèi)。用變壓器參數(shù)測(cè)試儀測(cè)量時(shí)，變壓器的容量是作為一個(gè)已知量，通常是把待測(cè)的變壓器銘牌的額定容量輸入測(cè)試儀。三、阻抗電壓與變壓器容量的關(guān)系中小容量變壓器的阻抗電壓在GB1094.1、GB1094.5和GB6451有相關(guān)的規(guī)定，其中10K

7、V電壓等級(jí)的變壓器額定容量和阻抗電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系整理匯總?cè)绫硪凰?。表一變壓器容量和阻抗電壓的關(guān)系當(dāng)阻抗電壓值10時(shí)，其允許偏差為10。阻抗電壓和變壓器容量的關(guān)系如下式所示：對(duì)于同一臺(tái)變壓器來(lái)說(shuō)，變壓器的繞組電抗和額定電壓是一定的，而額定容量在測(cè)試中也是作為已知量直接輸入變壓器參數(shù)測(cè)試儀的。在實(shí)際變壓器的負(fù)載試驗(yàn)中，通常是把變壓器銘牌或變壓器出廠合格證上的額定容量作為已知量輸入測(cè)試儀。所以當(dāng)出現(xiàn)銘牌或合格證上的額定容量和變壓器實(shí)際的額定容量不符時(shí)，變壓器參數(shù)測(cè)試儀測(cè)出來(lái)的阻抗電壓值是有偏差的，這個(gè)偏差往往超出了國(guó)標(biāo)允許的范圍。下面分析一下把額定容量這個(gè)參數(shù)作為變量時(shí)，則其對(duì)應(yīng)的阻抗電壓的變化。1

8、、輸入容量比實(shí)際容量小，則阻抗電壓偏小在（2）式的各參數(shù)中，額定電壓UN是一定的，繞組的電抗XT對(duì)于同一臺(tái)變壓器來(lái)說(shuō)也是一定的。在負(fù)載試驗(yàn)中，變壓器容量作為已知量輸入變壓器參數(shù)測(cè)試儀，當(dāng)輸入的容量值比變壓器的實(shí)際容量小時(shí)，根據(jù)（2）式可知，這時(shí)計(jì)算出來(lái)的阻抗電壓值偏小。舉例：待測(cè)變壓器型號(hào)為S11-500KVA/10/0.4KV，用變壓器參數(shù)測(cè)試儀對(duì)其進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)得繞組的電抗XT8.112,計(jì)算得阻抗電壓Uk4.057（折算至參考溫度，下同），偏差在允許范圍內(nèi)。當(dāng)把變壓器額定容量由500KVA變?yōu)?00KVA輸入到測(cè)試儀，計(jì)算得阻抗電壓Uk3.245。這個(gè)阻抗電壓值比表一參考值4偏差了1

9、8.875，大大超出了允許偏差（10）。2、輸入容量比實(shí)際容量大，則阻抗電壓偏大相反，當(dāng)輸入的容量值比變壓器的實(shí)際容量大時(shí)，根據(jù)（2）式可知，這時(shí)計(jì)算出來(lái)的阻抗電壓值偏大。舉例：如上例的待測(cè)變壓器把變壓器額定容量由500KVA變?yōu)?30KVA輸入到測(cè)試儀，計(jì)算得阻抗電壓Uk5.111。這個(gè)阻抗電壓值比表一參考值4.5偏差了13.578，也超出了允許偏差（10）。本例剛好是臨界值，由500KVA變?yōu)?30KVA，其參考的標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓值也由4變?yōu)?.5。即使這樣，其偏差仍然超出允許值。其他情況大多偏差15以上。通過(guò)以上的分析和探討，可以看出變壓器的容量與其阻抗電壓存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。變壓器廠家生產(chǎn)變壓

10、器（配變）時(shí)，每種型號(hào)的變壓器基本上是批量生產(chǎn)的，變壓器的參數(shù)都穩(wěn)定在國(guó)家允許的范圍內(nèi)，就變壓器本身而言大多是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的。問(wèn)題是實(shí)際試驗(yàn)當(dāng)，卻發(fā)現(xiàn)一小部分的配變存在銘牌容量和實(shí)際容量不符的現(xiàn)象，這是受利益的驅(qū)使，有人鋌而走險(xiǎn)篡改銘牌和合格證的非法行為造成的。所以，通過(guò)變壓器參數(shù)測(cè)試儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的變壓器進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，測(cè)得阻抗電壓值，和表一的標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行比較，對(duì)偏差大小進(jìn)行分析比較，初步判斷所測(cè)的變壓器容量是否存在不符。這種方法簡(jiǎn)單、易行、快速。四、在電費(fèi)計(jì)量上的應(yīng)用探討變壓器容量和阻抗電壓的關(guān)系，其最終是應(yīng)用在電費(fèi)計(jì)量方面，使產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，或者說(shuō)挽回部分電費(fèi)的損失。之所以會(huì)出現(xiàn)銘牌容量和實(shí)際容

11、量不符的現(xiàn)象，對(duì)這些變壓器進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)阻抗電壓值絕大部分都是偏小，這個(gè)現(xiàn)象并非偶然，因?yàn)檫@些變壓器的用電性質(zhì)均屬大工業(yè)用電。按國(guó)家有關(guān)規(guī)定，大工業(yè)用電的范圍是指凡以電為原動(dòng)力的一切工業(yè)生產(chǎn)，受電變壓器總?cè)萘吭?15千伏安及以上的大工業(yè)用戶。大工業(yè)用戶的電費(fèi)計(jì)算公式：電費(fèi)金額=基本電費(fèi)+電度電費(fèi)+功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)基本電費(fèi)（按變壓器容量）=計(jì)費(fèi)容量基本電價(jià)基本電費(fèi)是按變壓器容量來(lái)計(jì)算的，根據(jù)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的電價(jià)改革方案精神，從2004年下半年開(kāi)始，全國(guó)大工業(yè)用電中的基本電費(fèi)大幅度提高，以廣東省為例，大工業(yè)用電變壓器容量電價(jià)從9元千伏安月調(diào)整為18元千伏安月。一個(gè)大工業(yè)用戶如上例把實(shí)際容量為500KV

12、A的變壓器改為400KVA的變壓器，那么它每個(gè)月可以少支付電費(fèi)（基本電費(fèi)）：（500400）181800元，一年。這也就意味著供電部門(mén)每年損失21600元，如果象這樣的變壓器有一定數(shù)量的話，損失更大，每年將數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，而且是一個(gè)長(zhǎng)期的電費(fèi)損失。為了少付電費(fèi)，個(gè)別大工業(yè)用戶和變壓器廠家的部分人員串通，擅自更改變壓器的參數(shù)和銘牌，為了掩人耳目，一般情況下只把變壓器的銘牌容量降低一級(jí)，這樣變壓器的外形尺寸相差不大，一般人不易察覺(jué)。在國(guó)家規(guī)定的變壓器交接試驗(yàn)中也沒(méi)有哪一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目可以測(cè)試出當(dāng)中的貓膩。針對(duì)這種情況，本文通過(guò)對(duì)變壓器容量和阻抗電壓的關(guān)系進(jìn)行分析探討，提出一種簡(jiǎn)單易行的檢測(cè)方法：用變壓器參數(shù)測(cè)試儀（一般的電力企業(yè)都有）進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，測(cè)得變壓器的阻抗電壓，如果阻抗電壓值超出允許的偏差13（國(guó)標(biāo)規(guī)定允許偏差是10，考慮到測(cè)試過(guò)程和儀器本身的些許誤差，實(shí)際操作可以取1315），則初步判斷該變壓器存在容量不符或超出國(guó)標(biāo)，然后在進(jìn)一步檢測(cè)（可用直接負(fù)載法），確認(rèn)其是