干式电力变压器国标与美标解析

王忠波海南金盘电气有限公司

干式电力变压器国标与美标解析

王忠波
海南金盘电气有限公司

王忠波（1970-）男，辽宁省铁岭市人，海南金盘电气有限公司技术总监，主要从事干式变压器、电抗器等产品的技术管理与研发工作。

通过对比中国标准GB1094.11 和 美国标准ANSI/ IEEE C57.12.01干式电力变压器标准要求，来展示两国标准的差异。由于国标 GB1094.11 和美标 ANSI/IEEE C57.12.01已经详尽地描述了所有的技术条款，本文将不再赘述。本文列出了两个标准中最重要的参数和所对应的条款，供读者参考，并增加了尽可能简洁的参数描述与注释。由于两国标准中系统电压、雷电冲击水平等不同，那么选择试验电压水平和组件时，需要特别注意技术要求。本文将针对希望快速了解标准差异，而不希望了解过多细节的读者。同时将它作为GB1094.11 和 ANSI/IEEE C57.12.01 干式电力变压器标准不同条款的参考索引。在标准引用方面，本文基本上引用或摘录了标准文字，其中引用了ANSI/IEEE C57.12.01 的英文描述，有利于读者准确地理解标准的要求。

正文

本文以GB1094.11 电力变压器 第11部分：干式变压器（2007版）和ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers （2015） 为研究对象，进行对比研究，简洁地展示出标准要求的差异。

标准主要条款GB1094.11 电力变压器第11部分：干式变压器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers备注1.正常使用条件　GB1094.11 Clause 4.2　Clause 4.1 in ANSI/IEEE C57.12.01 1.1.海拔高度　海拔不超过1000m。　The altitude shall not exceed 1000 m（3300 ft）. 1.2.冷却空气温度The temperature of the cooling air （ambient temperature） shall not exceed 40 ºC，and the average temperature of the cooling air for any 24-hour period shall not exceed 30 ℃. The minimum ambient temperature shall not be lower than -30 ºC. For special ambient temperatures below -30 ℃，see 4.2.1 and 4.2.6. 1.3. 电源电压波形　电源电压波形应近似于正弦波。　Approximately sinusoidal. 1.4.负载电流　总谐波含量不大于5% ，偶次谐波含量不大于1%。最高温度40℃；最热月平均温度30℃；最高年平均温度20℃；最低温度-25℃（适用于户外式变压器）；最低温度-5℃（适用于户内式变压器） ；Approx. sinusoidal and symmetrical 5% harmonic factor. 1.5.降压运行方式Unless otherwise specified， dry-type transformers shall be designed for stepdown operation. GB 1094.11 虽然未明确降压运行，但是配电变压器默认为降压运行。

标准主要条款GB1094.11 电力变压器第11部分：干式变压器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers备注1.6.湿度　周围空气的相对湿度应低于93% 。线圈表面不应出现水滴。ANSI/IEEE C57.12.01 未明确要求湿度。2.特殊使用条件　GB1094.11 Clause 4.4　Clause 4.2 in ANSI/IEEE C57.12.01 2.1.特殊负载　Clause 4.4　C57.96 for dry type 2.2.特殊海拔高度　Clause 4.4 Clause 4.2.4 & 4.2.5 Altitude correction factor for dielectric strength Table 1 of C57.12.01 2.3.超过额定电压运行　Clause 4.4　Clause 4.1.6 2.4. 电磁兼容（EMC）　干式变压器应被看作是无源元件。GB 1094.11 和ANSI/IEEE C57.12.01 均未提出具体的电磁兼容（EMC）要求。2.5. 其它特殊使用条件　Clause 4.4　Clause 4.2.6 3. 额定值3.1.额定容量Clause 8.2 额定容量是指在连续负载下的值。它是负载损耗、温升及短路阻抗保证值和测试值的依据。Clause 5.4 of C57.12.01 Several rated kVA Impedance and load losses at base rating 3.2. 额定容量优先值从50kVA 起的变压器额定容量优先值，应符合GB 1094. 1 的规定。典型容量：50kVA 2000kVA 100kVA 2500kVA 125kVA 3150kVA 160kVA 4000kVA 200kVA 5000kVA 250kVA 6300kVA 315kVA 8000kVA 400kVA 10000kVA 500kVA 12500kVA 630kVA 16000kVA 800kVA 20000kVA 1000kVA 25000kVA 1250kVA 31500kVA 1600kVA Clause 5.4.2 of C57.12.01 Preferred continuous power rating， Table 3，e.g. 3 phase typical kVA 15kVA 2000kVA 30kVA 2500kVA 45kVA 3750kVA 75kVA 5000kVA 112.5kVA 7500kVA 150kVA 10000kVA 225kVA 12000kVA 300kVA 15000kVA 500kVA 20000kVA 750kVA 25000kVA 1000kVA 30000kVA 1500kVA GB 1094.11额定容量值应优先从R10 系列选取。ANSI/IEEE C57.12.01 的用户经常要求 3000kVA。3.3. 频率　50Hz　60Hz　电网频率差异。3.4. 额定电压等级（典型三相）kV 40.5 36 24 12 6 0.69 0.4 0.23 kV 69 46 34.5 27 23.9 15（12.47、13.2、13.8）8.7 4.16 2.4 0.48Y/ 0.277 0.208Y 0.120相对而言，GB 1094.11 的电压等级较少，有利于设备标准化。3.5. 联接组GB 1094.11 Clause 6 如用户无其他规定，变压器的联结组别建议为Dynll 或Dyn5。中性点的连接应能承载额定相电流。Clause 5.6 & 5.7 in ANSI/IEEE C57.12.01 Figure 1 ANSI/IEEE C57.12.01 的用户通常选用 Dyn1。3.6. 分接GB 1094.11 Clause 5 对分接的有关规定，按GB 1094.1分接范围的优先值如下：±5% 每级为2.5%（5个分接位置）；±5%（3个分接位置）。对于无励磁调压变压器，分接的选择应在无励磁状态下，采用连接片或无励磁分接开关来实现。Clause 5.5.3 in ANSI/IEEE C57.12.01 Whenever a transformer is provided with taps from a winding， the taps shall be full -capacity taps. When specified， taps other than full-capacity taps may be provided， and this shall be stated on the nameplate. ANSI/IEEE C57.12.01 的用户通常选择±5% 每级为2.5% （5 个分接位置）。ANSI/IEEE 要求每个分接具备满额定容量，即最小分接档位的电流最大，要求在此档位上进行温升试验。

标准主要条款GB1094.11 电力变压器第11部分：干式变压器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers备注3.7. 外壳防护等级外壳防护等级应按GB 4208的规定。干式变压器外壳常用防护等级为：IP20/IP21 户内型；IP23/IP33 户外型。C57.12.55 American National Standard for Transformers — Used in Unit Installations， Including Unit Substations —Conformance Standard ANSI/IEEE的用户通常要求外壳的防护等级为 NEMA 1（户内型）或者 NEMA 3R（户外型）3.8. 效率　GB/T 10228-2015干式电力变压器技术参数和要求。DOE 2016 Distribution Transformer Efficiency Standards for 500kVA ～2500kVA GB/T 10228 是推荐采用标准，厂商会依此申请变压器的型号证书，例如SCB11系列证书。Department Of Energy （DOE） 美国能源部DOE 2016是强制性标准。3.9. 噪声　GB 1094.11　Table 6， 7 & 8 in ANSI/IEEE C57.12.01 ANSI/IEEE C57.12.01 明确规定了变压器噪声限值，以升压级分贝为单位。GB 1094.11 未明确噪声限值，以声功率级分贝为单位。4. 端子标志　高压侧：A B C低压侧：a b c n高压侧：H1 H2 H3低压侧：X1 X2 X3 X0 5. 短路阻抗　GB 1094.5 表1 Table 4 of C57.12.51 1981 HV BIL LV VOLTAGE KV 〈 600 V 〉2400 V 〈 60 5.75 5.75 〉 60 By discussion between user and manufacturer GB 1094.5 中典型的短路阻抗是基于变压器容量。而ANSI 是根据高压的 BIL和低压的电压等级来确定。6.温升6.1. 冷却方式　空气自冷 AN　AA强迫风冷 AF　AFA　通常适用于风力发电升压变压器。自冷/强迫风冷 AN/AF　AA/FA　非常典型的要求。6.2. 温升限值　表2绕组温升限值Table 9 Limits of temperature rise for continuously rated dry-type transformer windings 6.2.1 绕组温升（电阻法）℃绝缘温度等级 绕组最高温升A（105） 60 E（120） 75 B（130） 80 F（155） 100 H（185） 125 200 135 220 150 Insulation Class Temp. rise 130 75 155 95 180 115 200 135 220 150 GB 1094.11 和 ANSI/IEEE C57.12.01 所定义的绝缘系统温度等级以及所对应的温升不尽相同，国内用户通常要求F（155） /100，而ANSI/IEEE的用户通常要求180/80 或者180/115。6.2.2 铁芯与其它部件　铁心、金属构件及其邻近处材料的温度，不应对变压器任何部分造成损害。Less than values that would impair the functional capability. 7. 偏差　偏差应按GB 1094.1 的规定，表1。　Clause 9， C57.12.01 With rated voltage impressed on one winding of a transformer， all other rated voltages at no load shall be correct within 0.5% of the nameplate markings. 7.2. 短路阻抗7.1. 空载电压比下列值中较低者：规定电压比的±0.5%；主分接上实际阻抗百分数的±1/10。7.2.1. 有两个独立绕组的变压器；或者多绕组变压器中规定的第一对独立绕组主分接当阻抗值≥10%，±7.5%；当阻抗值〈10%，±10%；其它分接当阻抗值≥10%，±10%；当阻抗值〈10%，±15%；±7.5%　相对而言，ANSI/IEEE 的短路阻抗偏差要求较严格。7.2.2. 自耦联接的一对绕组；或者多绕组变压器中规定的第二对独立绕组主分接：规定值的±10%；其它分接：设计值的±10%　±10% 7.2.3. 其它绕组对　按协议，但绝对值不小于15%

标准主要条款GB1094.11 电力变压器第11部分：干式变压器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers备注7.3. 损耗偏差所有数量Number of units in one order 1 2 or more 2 or more 1 unit each Avg of all相对而言，ANSI/IEEE 的损耗偏差要求较严格。7.3.1. 空载损耗偏差+15% +10% +10% 0% 7.3.2. 负载损耗偏差+15% - -7.3.3. 总损耗偏差+10% +6% +6% 0% 7.4. 空载电流偏差设计值的+30% Not required. 8. 绝缘水平GB 1094.11 Clause 12 绝缘水平，表3. Clause 10 Insulation Level & Table 5 in ANSI/IEEE C57.12.01设备最高电压Um（方均根值）为40.5kV. Nominal L-L system voltages up to 69.0kV Basic lightning impulse insulation levels （BIL ratings） in common use up to 250kV， optional to 350kV全波（1.2 X 50 μs）Full wave （1.2 X 50 μs）截波（未要求）Crest wave相对而言，ANSI/IEEE 的雷电冲击要求较严格。极性：负极性Positive polarity 9. 试验的一般要求GB 1094.11 Clause 14试验的一般要求Clause 8.1 General in ANSI/IEEE C57.12.01 Unless otherwise specified， all tests are defined and shall be made in accordance with IEEE Std C57.12.91. Unless otherwise specified， tests shall be made at the factory or other approved testing facilities. 9.1 例行试验GB 1094.11 ANSI/IEEE C57.21.01最高额定雷电冲击耐受电压（峰值）为170kV. Clause 15绕组电阻测量Clause 16 电压比测量和联接组标号检定Clause 17 短路阻抗和负载损耗测量Clause 18 空载损耗和空载电流测量Clause 19 外施耐压试验Clause 20 感应耐压试验Clause 22 局部放电测量Table 16 in ANSI/IEEE C57.21.01例行试验项目是一致的。9.2. 型式试验GB 1094.11 Clause 21 雷电冲击试验Clause 23 温升试验Table 16 in ANSI/IEEE C57.21.01 ANSI/IEEE 要求雷电冲击波形为正极性，并且要求截波测试。ANSI/IEEE 要求在最大电流分接档位进行温升试验。ANSI/IEEE 短路试验要求1次时长1s的对称短路电流和2次非对称短路电流，比 GB 1094.11 更严格。ANSI/IEEE未要求环境等级、气候等级、燃烧性能等级。10. 铭牌GB 1094.11 Clause 9 铭牌Table 12 in ANSI/IEEE C57.12.01 GB要求铭牌上有环境等级、气候等级、燃烧性能等级。9.3. 特殊试验GB 1094.11 Clause 22 局部放电测量Clause 24 声级测定Clause 25 短路承受能力试验Clause 26 环境试验Clause 27 气候试验Clause 28 燃烧性能试验Table 16 in ANSI/IEEE C57.21.01

结语

本 研 究 得 出 结 论： GB1094.11和 ANSI/IEEE C57.12.01对于干式电力变压器带电部分（即铁心和线圈）的要求没有太多区别，使用条件基本一致，优选额定容量有些区别，频率分别为50Hz和60Hz，两个标志均规定了能效要求，ANSI/IEEE明确规定了噪声限值， ANSI/IEEE的额定电压种类较多。但是在试验要求和偏差方面存在差异，ANSI/IEEE的短路试验要求和雷电冲击试验要求更加严格，损耗和阻抗的偏差范围较小；ANSI/IEEE未要求环境等级、气候等级、燃烧性能等级。希望读者通过本文能够掌握标准的差异。