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中試控股技術研究院魯工為您講解：變壓器空負載試驗儀

ZSRS-8000變壓器容量空負載損耗測試儀

用于變壓器容量、空載、負載等特性參數測量的高精密儀器
參考標準：DL/T 1256-2013

變壓器容量空負載損耗測試儀：變壓器容量及空載負載測試儀針對這種問題專門開發、研制的專門用于變壓器容量、損耗參數測量的高精度儀器。它自帶高效能充電電池，不用外接電源即可工作，充電一次可連續測量500臺次；

同時，內部數字合成三相標準正弦波信號（絕非簡單的逆變交流輸出，保證了非額定條件下各測試項目測試數據的準確性），經功率放大器可提供三相精密交流測試源；

在測量變壓器容量和變壓器的短路損耗時不需要外接三相測試電源及調壓器、升流等輔助設備，簡化了接線，大大提高了工作效率。

外接電源變壓器損耗測量部分

1．基本概念
空載試驗：從變壓器的某一繞組（一般從二次低壓側）施加正弦波額定頻率的額定電壓，其余繞組開路，測量空載電流和空載損耗。如果試驗條件有限，電源電壓達不到額定電壓，可在非額定電壓條件下試驗，這種試驗方法誤差較大，一般只用于檢查變壓器有無故障，只有試驗電壓達到額定電壓的80%以上才可用來測試空載損耗。
短路試驗：將變壓器低壓大電流側人工短接，從電壓高的一側線圈的額定分接頭處通入額定頻率的試驗電壓，使繞組中電流達到額定值，然后測量輸入功率和施加的電壓（即短路損耗和短路電壓）以及電流值。
2．測試方法
根據不同的測試項目以下分別進行介紹：
⑴．單相電源分相對三相變壓器空載損耗的測量（只試用Y/Yn0接線）：當現場試驗條件無法滿足用三相電源來做空載試驗時，可用單相電源（交流220V）來進行三相變壓器的空載試驗。分別對變壓器的每相加壓試驗，試驗結果自動折算到三相電源試驗的情況。具體接線（見附件三）。
利用儀器的Ua、Ub測量電壓，用A相電流回路測量電流，依次對被測變壓器的低壓側Ao、Bo、Co加電，進行測試。
⑵．三相電源測量變壓器的空載損耗：將變壓器的非測試端開路，按圖25方式接線：
圖25、三相電源測量變壓器空載損耗
⑶．測量單相變壓器短路損耗：
⑷．三相三線電源測量變壓器短路損耗：從變壓器高壓側施加三相測試電源，低壓側用專用短接線良好短接，如圖27接線：
電池維護及充電
儀器采用高性能鋰離子充電電池做為內部電源，操作人員不能隨意更換其他類型的電池，避免因電平不兼容而造成對儀器的損害。
儀器須及時充電，避免電池深度放電影響電池壽命，
正常使用的情況下盡可能每天充電（長期不用最好在一個月內充一次電），以免影響使用和電池壽命，每次充電時間應在4小時以上，因內部有充電保護功能，可以對儀器連續充電。

技術指標

1、 輸入特性
有源部分：
電壓測量范圍：0~10V
電流測量范圍：0~10A
無源部分：
電壓測量范圍：0~750V 寬量限。
電流測量范圍：0~5A~100A內部雙量程。
2、 準確度
電壓：±0.1%
電流：±0.1%
功率：±0.1%（CosΦ>0.2），±0.3%（0.02<CosΦ<0.2）
3、 工作溫度：－10℃~ +40℃
4、 充電電源：交流160V~260V
5、 絕緣：⑴、電壓、電流輸入端對機殼的絕緣電阻≥100M?。
         ⑵、工作電源輸入端對外殼之間承受工頻2kV（有效值），歷時1分鐘實驗。
6、 主機體積：32cm×24cm×13cm
7、 重量：3kg

為什么星形連接的自耦變壓器常帶有角接第三繞組?它的容量是如何確定的?

答：Yn，yn聯接的自耦變壓器，為了改善電動勢波刀常設置一個獨立的接成三角形的第三組繞組，它與其他繞組電磁感應關系但沒有電的聯系。第三組繞組除了補償三次諧外，還可以作為帶負荷的繞組，其容量等于自耦變壓器的電容量。

如僅用于改善電動勢波形，則其容量等于電磁容量25％一30％。 我國電力系統實行兩部制電價：除了收取計量裝置所計量的費用外，還要根據變壓器容量收取基本電費；對于較大用戶在投運變壓器時還要一次性交納增容費。

隨著電力行業的發展，用電量的增大，自有變壓器和私人承包變壓器已漸漸占據了配變中相當的份額，隨之而來的就是個人為了達到少交費、多用電的目的而采取的各種弄虛作假的手段；有些用戶年偷電費額達數十萬之，電力部門苦于沒有有效的控制手段。

可自動進行波形畸變校正，溫度校正（提供簡單的溫度校正和附加損耗分別校正兩種方式），電壓校正（非額定電壓下的空載試驗），電流校正（非額定電流條件下的短路試驗），非常適合沒有做稍大容量變壓器短路試驗條件的單位

一種設備相當于四種設備：變壓器容量及空載負載測試儀+變壓器損耗參數測試儀+諧波分析儀+示波器。

0 前言

 

目前，檢測變壓器繞組變形一是阻抗法，二是頻響法和低壓脈沖法。從目前的技術成熟度看，頻響法用于現場要比低壓脈沖法易于實施，測得的圖譜較穩定，重復性好，不易受試驗接線、外界干擾的影響。因此，頻響法的應用比較普遍。相對阻抗法，頻響圖譜包含的繞組特征信息豐富得多，對繞組變形的反映較靈敏。阻抗法則實施更簡單，有標準可循，仍不失為一種普測和互補的手段，尤其是對量大面廣的中低電壓等級的變壓器而言。

由于實際的變壓器種類繁多，結構多樣，導致變壓器繞組的數學建模相當困難，而簡單的模型計算與實測的數據還相差甚遠。為此，本文以試驗研究的方法，摸索綜合應用阻抗法和頻響法診斷電力變壓器繞組變形的依據和規律。通過選擇實際的變壓器，借助比較成熟的測試技術和手段，建立變壓器繞組的物理模型進行分析。推動該測試技術的成熟和完善，促進變壓器繞組的理論研究。

 

  1 阻抗法和頻響法的測試原理和接線

 

阻抗法是通過測量工頻電壓下變壓器繞組的短路阻抗或漏抗來反映繞組的變形和移位及匝間開路和短路等缺陷。漏抗實質上是散布在變壓器繞組與繞組之間，繞組內部及繞組與油箱之間的漏磁通形成的感應磁勢的反映，因此對漏磁磁路的變化比較靈敏;短路阻抗則是漏抗和繞組電阻的平方和開方。由于一般大型變壓器繞組電阻比漏抗要小很多，因此阻抗可以反映漏抗的變化，而且，測量阻抗比測漏抗易于實現。在現場測試中，建議在低電壓下實施阻抗測量，電壓根據被測變壓器容量的大小一般取幾百V，為避開鐵芯非線性的影響，所加電流應>2A。被測變壓器低壓側短路，高壓側施壓，測量接線如圖1所示(以兩繞組變壓器為例)。

 

 

 

圖1 阻抗法測量接線示意圖

 

當所加電源的頻率逐步增高時，變壓器繞組分布參數的特性逐漸體現出來。實質上，變壓器繞組在高頻下是一個由分布電感和電容構成的線性無源兩端網絡，如圖2所示。圖中，Ls為線匝自感;M為匝間互感;Cs為匝間電容;Cg為線匝對地電容(忽略了損耗因素)。

 

 

 

圖2 繞組分布參數網絡的等效電路圖

 

頻響法即是從繞組一端對地注入掃頻信號源，測量繞組兩端的端口特性參數，如輸入阻抗、輸出阻抗、電壓傳輸比和電流傳輸比的頻域函數。通過分析端口參數的頻域圖譜特性，判斷繞組的結構特征。如果繞組發生變形，就會使繞組的分布電容和電感改變，反映到端口參數的頻譜發生變化。為了簡化，通常只測量一種端口參數。電壓傳輸比反映了等效網絡的衰減特性，是常測的參數之一[1]，測量接線實現如圖3所示。入端施加正弦掃頻電壓信號Ui，并測量輸出電流在采樣電阻R上的壓降U0，并計算U0/Ui，得到傳輸比隨頻率變化的圖譜。如果輸出電流I0很小，U0也很小，則U0/Ui很小，表明繞組內部發生了并聯諧振，頻譜曲線上出現頻谷;反之，則表明發生串聯諧振，頻譜曲線上出現頻峰。理論計算表明，在頻峰處，繞組上的駐波分布將呈現為整個半正弦波的分布;而在頻谷處，駐波呈現為奇數個1/4正弦波分布。

 

 

 

 

圖3 變壓器繞組頻譜的測量接線圖

顯然，繞組的結構、大小、位置和引線不同，頻峰和頻谷的位置和高低也不同，頻譜也就不同，因此，不同繞組的頻譜圖譜肯定不同。但是，對于同類型的變壓器繞組，由于繞組結構的類似性，其測到的頻譜曲線必然有可比性。可用來幫助判斷和確定繞組的變形故障。

 

2 變壓器繞組變形故障模擬研究

 

選取1臺變壓器進行變形故障的模擬試驗研究，一種是局部的匝間壓縮，即軸向壓縮變形;一種是局部凹坑，屬幅向變形。并分別采用阻抗法和頻響法對兩種變形進行測量，目的是比較兩種方法對不同變形故障的靈敏性和有效性。變壓器為三相兩繞組，所測繞組為連續式。測試均在變壓器吊罩后進行，測試結果見表1。

測試方法為：

——阻抗法測低壓短路阻抗;

——電橋法測繞組漏感;

——BRTC變壓器繞組特征測試儀(即頻響測試儀)測繞組頻譜。

 

1) 測試工況1

變形前，測錄低壓短路阻抗，漏感和高壓三相繞組頻譜曲線，如圖4所示。

阻抗及電感測試工況1測試工況2測試工況3

C相短路阻抗/%8.088.086.96

阻抗變化率*/%/沒有變化-13.86

C相漏感/H0.01930.01940.0168

漏感變化率*/%/0.52-12.95

 

 

 

圖4 變形前高壓三相繞組頻譜(1～500kHz)

 

2) 測試工況2

軸向局部變形。在C相高壓線圈頂部抽掉匝間墊塊(見圖5中的標示圈)，壓緊頭5匝線圈。高壓繞組共80匝，因此，可認為有5%的變形。測錄低壓短路阻抗，漏感和高壓三相繞組頻譜曲線(見圖6)。

 

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圖5 軸向變形實物照片

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圖6 軸向變形后高壓三相繞組頻譜(1～500kHz)

3) 測試工況3

幅向變形。在C相高壓線圈底部用力敲兩處，凹坑深達1 cm左右(見圖7中的標示圈)，測錄低壓短路阻抗，漏感和高壓三相繞組頻譜曲線(見圖8)。

 

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圖7 幅向變形實物照片

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圖8 幅向變形后高壓三相繞組頻譜(1～500 kHz)

針對上述3種測試工況分析為：

a) 軸向變形后C相的頻譜曲線在第4個頻峰發生了較明顯的改變(箭頭指處)，頻峰向高頻方向偏移約40 kHz，幅值變化約4 dB，A和B相的頻譜基本不變。偏移頻峰位于300～400 kHz的中高頻域。根據頻率諧振峰與變形面積的關系，第1個頻峰發生改變，說明有整體變形;第4個頻峰發生改變，說明線圈可能存在1/4面積以下的局部變形;頻峰向高頻方向偏移，說明部分分布電感減小或分布電容減小。

b) 幅向變形對頻譜曲線的影響頗為顯著。第1個頻峰向高頻方向偏移約6 kHz，表明整體電感有較明顯的變化;中頻域的頻峰向中部發生大面積的擠壓，說明局部的變形相當顯著(箭頭指處)，導致了整體特性的變化。

c) 阻抗法對影響整體電感的變形較為靈敏，如幅向變形、軸向扭曲、匝間開路、短路等，但對匝、餅間的局部拉伸壓縮，線圈整體位移，分接開關觸頭燒蝕等不靈敏。頻響法對影響線圈電容和電感的變形都很靈敏，因此后者具有顯著的優越性。當然，阻抗法在長期的生產實踐中已建立嚴格的規范和標準，便于實施，易于判斷。建議在實際運用中，靈活結合兩種方法，作出準確的分析和判斷。

 

3 阻抗法和頻響法分析實例解析

 

以變壓器型號SFPSZ3—180 000/220，231/38.5/15.75為例，變壓器低壓出口側發生對地閃絡。常規試驗項目檢測發現：C2H2偏高，示內部有高能量放電;直流電阻測試表明低壓繞組b相偏大2倍，有斷股發生;低壓短路阻抗測試發現高壓加壓，低壓短路，測量短路阻抗發現b相相對其它相變化12.38%;低壓加壓，中壓短路，測量短路阻抗發現b相相對其它相變化-18.68%;高壓加壓，中壓短路，測量短路阻抗發現b相相對其它相變化-2.22%，說明漏感有較大變化。為了確認哪相繞組發生變形及可能變形的部位和程度，對低壓繞組進行了頻響實測，如圖9所示。

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圖9 變壓器故障低壓繞組三相繞組頻譜

 

圖譜分析表明，a相和c相頻譜曲線嚴格吻合，b相頻譜第一個頻峰左移約4 kHz(箭頭指處)，說明整體電感增大，與阻抗法的判斷相符。中高頻段頻響幅值略有升高，頻峰向高頻方向略有偏移(箭頭指處)，說明分布電感略有減小，對地電容可能改變，判斷可能性較大的是幅向變形。因此診斷建議僅更換b相線圈。

后更換線圈解體發現，線圈由兩根銅線并繞，共3段，每段22匝，線圈受力向內收縮，導致幅向扭曲，有一凸緣擠出約20 cm，61～62匝處開路有數股。更換b相線圈后復測低壓繞組三相頻譜如圖10所示，基本吻合。

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圖10 變壓器更換線圈后低壓繞組三相繞組頻譜

 

 

 

a.頻譜測試技術的應用為電力變壓器繞組變形的不解體檢測和診斷提供了新的思路和方法。

b.模擬變壓器的試驗研究表明，頻響法測試診斷變壓器繞組變形比阻抗和漏抗法更為靈敏，能反映出影響繞組整體電感及對整體電感影響不大的變形，同時包含了變形故障類型、程度、部位等多種信息。阻抗法只能反映對繞組整體電感影響較大的變形，但由于長期的應用趨于成熟，并有標準可循。

c.頻譜的分析診斷技術目前仍停留在物理概念分析和測試實踐經驗的總結上，有待診斷理論上的突破。一般而言，低頻段頻率諧振峰的改變表明線圈有整體變形，中頻段諧振峰的改變表明有局部變形，而高頻段的變化表明線圈引線位置變化或整體位移。但更多的情形是復合變形。因此，在現場測試診斷時，建議綜合應用阻抗法和頻響法，并參考相關的試驗數據，以作出迅速而準確全面的分析和判斷。