三相變壓器的空載試驗

摘 要：變壓器空載損耗主要是鐵芯損耗，即由于鐵芯的磁化所引起的磁滯損耗和渦流損耗。變壓器空載試驗指從變壓器任意一側繞組（一般為低壓繞組）施加正弦波形、額定功率的額定電壓，在其他繞組開路的情況下測量變壓器空載損耗和空載電流。該試驗可以發現磁路中的鐵芯硅鋼片的局部絕緣不良或整體缺陷，如鐵芯多點接地、鐵芯硅鋼片整體老化等；根據交流耐壓試驗前后兩次空載試驗測得的空載損耗相比較、判斷繞組是否有匝間擊穿情況等。

關鍵詞：三相變壓器；空載試驗；分析

《規程》規定，對容量為3150kVA及以上的變壓器應進行此項試驗，測量得出的空載電流和空載損耗數值與出廠試驗值相比應無明顯變化。在電力系統10kV～330kV的范圍內，絕大多數使用三相共體變壓器，三相變壓器空載試驗在人們的工作中占有很大比例，故本文主要討論三相變壓器的空載試驗方法及注意事項。

1 試驗方法和接線

1.1 雙瓦特表法

1.1.1 當試驗電壓和電流不超出儀表的額定值時，可直接將測量儀表接入測量回路。

1.1.2 當試驗電壓和電流超過儀表的額定值時，可通過電壓互感器及電流互感器接入測量回路。

1.2 三瓦特表法

三相變壓器的損耗也可以用三瓦特表法測量，變壓器的損耗等于三個瓦特表之和。

2 三相變壓器的單相空載試驗

當現場沒有三相電源或變壓器三相空載試驗數據異常時，一般進行單相空載試驗，對各相空載損耗的比較，可了解空載損耗在各相的分布狀況，對發現繞組與鐵芯磁路有無局部缺陷，判斷鐵芯故障的部位較為有效。

進行三相變壓器單相空載試驗時，將三相變壓器中的一相依次短路，按照單相變壓器的空載試驗接線圖接好線，在其他兩相上施加電壓，測量空載損耗和空載電流。一相短路的目的是使該相沒有磁通過，因而也沒有損耗。

3 降低電壓下的空載試驗

受試驗條件的限制，現場常需要在低電壓（5～10%的額定電壓）下進行空載試驗。由于施加的試驗電壓較低，相應的空載損耗也很小，因此應注意選擇合適量程的儀表，以保證測量的準確度，并應考慮儀表、線路等附加損耗的影響。在低電壓下得到的空載試驗數據主要用于與歷次空載損耗數值比較，必要時可近似換算成額定電壓下的空載損耗。

4 直接用系統電源進行的空載試驗

由于設備及運輸方面的原因，電力系統運行部門在現場一般不用較大容量的調壓器和變壓器來進行空載試驗，而直接采用系統電源進行空載試驗。

用系統電源進行空載試驗時，由于沒有調壓過程，而是系統電壓直接加到變壓器上，相當于投空載變壓器，對系統有一定的影響。因此用這種方式試驗時，對變壓器、線路、測量儀器設備進行細致的檢查，確認無誤后方可進行。

實驗前先將測試儀表設備接好，將測試電流互感器用一組高壓隔離開關短路，然后在系統電壓下合電源開關，被試變壓器將承受很高的操作過電壓和很大的勵磁涌流，待涌流過后，用絕緣棒拉開短路用隔離開關再進行測試。現場沒有高壓隔離開關時應將測量電流互感器二次側用低壓開關短路，涌流過后再拉開二次側低壓開關，防止涌流對測量儀表的沖擊和損壞。

用系統電壓做空載試驗時，為避免涌流和磁滯等的影響，合閘后應待涌流過后儀表讀數非常穩定后方可讀取測試數據，不應合閘后馬上讀取。

系統電壓一般很少恰好與視頻電壓相等，但相差不會太大，因此，要根據系統的實測電壓與試品額定電壓的差異，來分析測量數據與出廠數據的差別，判斷產品是否有故障。

由于系統電源的容量足夠，系統電壓與額定電壓接近，試驗時可利用系統現有設備，不需要大容量的實驗設備，試驗電壓波形無畸變，因而這種試驗方法現場經常采用。

5 空載試驗的注意事項

5.1 為測量準確，變壓器空載試驗所使用的測量用互感器、儀器儀表的準確度不應低于0.5級。

5.2 空載試驗使用的功率表應選用cosφ=0.1、準確度不低于0.5級的低功率因數功率表。這是因為在交流電路中，功率P=UIcosφ。變壓器空載試驗時，cosφ很低，用普通的功率因數功率表，會造成電壓、電流隨都達到功率表的標準值，而讀數卻很小，造成測量不準確。例如用cosφ=1、倍數為5、滿刻度為150格的功率表（電壓量程150V，電流5A）去測量cosφ=0.2的大型變壓器的空載損耗，當電壓為100V，電流為5A時，表讀數卻只有100×5×0.02=10格，即讀數很小，不易讀準確。如果電壓互感器的變比為100，電流互感器的變比為30，那么，上述表的讀數每差0.1格（例如10.1讀成10）的誤差為0.1×30×100×5=1.5（Kw），即誤差百分數為（0.1/10）×100%=1%。當改用倍數為0.5、cosφ=0.1，滿刻度為150格的同樣兩成檔的低功率因數功率表去測量時，讀數可提高到100格，每差0.1格時的誤差百分數僅為0.1/100×100%=0.1%了。所以現場空載試驗時一般采用cosφ=0.1，準確度為0.2、0.5級的低功率因數功率表。

5.3 接線時必須使功率表的電流線圈和電壓線圈兩端子間的電位差最小，并注意電流線圈和電壓線圈的極性。極性連接正確無誤后，測量出的功率是兩只功率表或三只功率表讀數的代數和。功率表的指示可能是正值也可能是負值。

5.4 空載試驗使用的互感器的極性必須正確連接，一、二次連接相對應，二次端子與表計極性的連接相對應，不可隨意。還須注意，互感器的二次端子中有一個應安全接地，對三相互感器或三只單相互感器，應是同名端、同一接地點接地。

5.5 對大型變壓器進行現場空載試驗時，應有事先經過上級同意的試驗方案；了解變壓器出廠試驗時的銘牌空載損耗和空載電流百分數數值；選用合適變比和量程的互感器和儀表。直接用系統電壓進行空載試驗時，對有關繼電保護、運行方式應予以計算調整，防止發生事故。試驗時，試驗現場應設圍欄，做好各項安全措施，指定專人負責，保證試驗時人身和設備的安全。

5.6 精度要求較高的空載試驗或對小容量變壓器進行空載試驗和大容量變壓器在低電壓下進行空載試驗時，應考慮排除附加損耗的影響。

實際測量的損耗中包含有功率表電壓線圈、電壓表本身和電纜線的損耗，對于中、小型變壓器，這個損耗占空載損耗的1.5%～5%，因此必須進行校正。校正公式為P0=P'0-P'

式中，P'0-包括儀表及電纜線的損耗在內的空載損耗實測值；

P'-儀表及電纜線的損耗。

P'可以在被試變壓器斷開的情況下，施加試驗電壓，直接從瓦特表上讀出來，也可按照下式估算，即

式中，U-施加試驗電壓，V；

rW、rad、rv-分別為功率表電壓線圈電阻、附加電阻和電壓表線圈電阻，Ω。

5.7 進行空載試驗時，試驗電源應有足夠的容量。試驗電源容量估算式為S=SN×I0%

式中：S-試驗所需的電源容量，KvA；SN-被試變壓器額定容量，Kva；I0-被試變壓器空載電流占額定電流的百分數。

為保證獲得不畸變的正弦波電壓，實際選擇容量時英盡量大于上式估算結果。

另外，試驗時還應特別注意安全，避免麻痹大意，造成的試驗誤差過大或者是出現事故。