变压器温升试验一次回路的确定与分析*

杨生泽

(甘肃电器科学研究院，甘肃 天水 741018 )

0 引 言

随着输配电设备自动化水平的不断提高，对电力变压器输送电力的可靠性要求越来越高。变压器作为输配电中不可缺少的设备，它的好坏直接关系到电网的运行质量。而检测变压器质量的手段就是通过变压器试验。目前，大多数的变压器试验自动化程度不高，测量误差大，不能有效地检测出变压器存在的故障。因此，提高电力变压器试验的自动化水平显得非常重要[1]。

笔者以10 kV，630 kVA及以下电力变压器的温升试验为研究对象，通过计算，确定了试验一次回路中各执行元件的参数，根据参数确定了试验电路。

1 变压器试验一次回路的确定

测定稳态温升的标准方法是采用短路接线的等效试验法，是目前所有变压器温升试验方法中，所需电源容量最小、电压最低的方法，因此是目前电力变压器温升试验的最常用方法[3-4]。文中分析的主要对象就是采用短路法测定变压器温升一次回路的确定方法。如图1所示，该图中电源推荐选用发电机(G)，由于发电机成本昂贵，而且占地大，控制复杂，但是考虑到本次设计目标为10 kV，630 kVA及以下的变压器，试验容量较小，所以本次电源选用调压器来实现。

断路器QF1、QF2分别实现调压器的输入和输出保护，KM1、KM2分别实现调压器的输入和输出控制，QS2实现隔离功能，作为试验间歇的可见断口，TU与TA4作为电压、电流互感器为变压器试验提供试验数据。并联电容器组提供补偿用，可以有效降低调压器容量。

2 变压器试验一次回路参数计算

对于10 kV/630 kVA变压器产品，根据GB/T6451-2015,变压器分为三相双绕组无励磁调压配电变压器、三相双绕组无励磁调压电力变压器、三相双绕组有载调压配电变压器考虑其容量，而变压器温升(负载)试验容量取决于变压器短路阻抗。

10 kV/630 kVA变压器无论三相双绕组无励磁调压配电变压器、三相双绕组无励磁调压电力变压器、三相双绕组有载调压配电变压器短路阻抗Uk%最大数值为4.5%，其余为4%；其系统容量按照10 kV/630 kVA变压器产品，考虑其Uk%最大为4.5%。因此全容量负载试验的试验容量可由下式确定：

Sd=Sn×Uk%

式中：Sd为变压器负载试验容量，kVA；Sn为变压器额定容量；Uk%为变压器阻抗电压；综合考虑被试变压器产品全容量负载试验的最大试验容量为630 kVA。

2.1 变压器温升试验容量的确定

变压器温升试验容量可由下式确定：

St=Sn×Uk%×k1[1]

式中：St为变压器温升试验容量，kVA；Sn为变压器额定容量，kVA；Uk%为变压器阻抗电压；k1为变压器施加总损耗与负载损耗时电流的比值，设计取1.15。

综合考虑被试变压器产品温升试验的最大试验容量为32.602 5 kVA。

2.2 变压器试验系统最高试验电压的确定

当10 kV/630 kVA产品进行温升试验时，试验系统具有最高的试验电压。变压器温升试验电压可由下式确定：

Ut=Un×Uk%×k1

式中：Ut为变压器温升试验电压，kV；Un为变压器额定电压，kV；Uk%为变压器阻抗电压；k1为变压器施加总损耗与负载损耗时电流的比值，设计取1.15。

因此，10 kV/630 kVA变压器产品温升试验时，最高试验电压Ut=0.517 5 kV。

2.3 调压器参数的确定

试验用调压器是变压器空载试验、负载试验和温升试验的供电电源。根据以上计算结果，温升试验的最大容量为32.6025 kVA。最高试验电压Ut=0.517 5 kV。

根据常见三相调压器规格，三相调压器输入电压为380 V±10 V，输出电压一般为430 V、500 V、650 V、750 V等，而我们要求的517.5V只能选用档的三相调压器，要不500 V及以下不能满足要求，电压太高又不太经济，如果专门定制380 V/520 V的变压器价格又十分昂贵。

温升试验的最大容量为32.602 5 kVA。但是要求电压为0.517 5 kV，而我们选用电压为650 V，所以考虑高电压降容，SY=32.6025 kVA×650 V/0.517 5 kV=37.8 kVA,故选用满足要求的现有三相调压器的最小规格40 kVA。

2.4 中间变压器及补偿电容器的考虑

中间变压器作为发电机输出和被试变压器之间的电压转换，一是要求它的额定容量满足输入容量的要求，二是其输出电压满足试验电压的要求。由于本次设计容量较小，电压较低，三相调压器能够满足试验要求，所以本设计不考虑选用中间变压器也能够满足变压器试验的电压及容量要求。

由于变压器产品温升试验其大部分为无功，功率因数很低，如果容量较大，单纯靠发电机来输出试验容量容量是十分不经济的。试验系统选用配补偿电容器的形式来满足试验要求。但是，考虑此次设计容量较小，增加补偿电容器成本较高，而且回路较复杂，而且增加电容器需要在试验后放电，增加了试验的安全隐患以及操作复杂性，所以此设计不考虑电容器组补偿的方式。

图2 三相变压器温升试验接线示意图[2]

3 主回路元件的确定

变压器试验一次回路为主要控制保护对象为40 kVA三相调压器，根据其技术参数，其过载系数为1.2倍60 min，基于安全考虑，此次容量按照1.15倍计算。那么回路电流：

In=40 kVA×1.15/380 V/1.732=69.89 A

那么QF1、QF3选用100 A框架，80 A电流的塑壳断路器，隔离开关QS1选用100 A隔离开关。

考虑到此次主要为感性负载，电流冲击较大，所以本次选用接触器为160 A的接触器。

基于成本及可靠性考虑，此次选用断路器为CM1-100/3320(Ie=80 A)系列塑壳断路器，隔离开关选用HD11-100/31系列开启式刀开关，接触器选用CJX4-160/3系列交流接触器。选用BH-0.66 75/5系列空心电流互感器,电压互感器选用JDZ-3 1 000/100系列环氧树脂浇注绝缘电压互感器。

4 试验验证

选取了1台完好的变压器进行了上面系统的验证，试验采用短路法。被试变压器是型号为SCB -630/10的油浸式变压器，额定电压为10/0.4 kV，额定电流为36.4/909.4 A，在额定位置时的测试相关数据如表1所列，试验按照图2的原理接路图。

表1 试验数据

依据上面数据可算出变压器施加总损耗时的电流为37.5 A，此台变压器温升试验所需要的容量St为：

St=630×0.0447×(37.5/36.4)=29.01 kVA

通过上面的验证，所有数据都在此设计的范围之内，该系统能够满足10 kV/630 kVA及以下变压器的温升试验。

5 结 语

结合国内变压器厂的生产现状，在查阅大量资料的基础上重点针对变压器短路法温升试验第一阶段回路的确定。由于时间和能力所限，文中将研究范围仅仅局限在了10 kV/630 kVA及以下电力变压器，并且存在很多的不足，在今后的变压器温升试验中，我们也将继续致力于系统自动化的更新，充分准备好试验方案、精心测试，认真分析，力求取得准确的试验结果。