淺談單相變壓器空載試驗操作方法

摘 要：變壓器空載試驗是變壓器重要的試驗項目之一，空載試驗是在變壓器的一個繞組供給額定電壓，使鐵心中產生額定磁通，通過測量空載電壓、空載電流和空載損耗等可發現磁路中的局部或整體缺陷，可作為變壓器投入運行時勵磁損耗的衡量。另外，空載損耗使變壓器在投運后時時刻刻都在產生能源損失，因此通過試驗測定后，根據試驗結論對變壓器的制造、運行方式都具有非常重要的指導作用，把它控制在一定范圍內，對變壓器的經濟運行和節約能源都有重要意義。

關鍵詞：單相變壓器；空載試驗；變比；勵磁參數

1 概述

變壓器廣泛用于各種大型發電廠、變電所和負荷大小不同的用戶中，在電力系統中，用于升壓或降壓，以減少在電路中的電能損耗，并滿足用戶對各種電壓等級的要求。

空載試驗，其目的是檢查繞組是否存在匝間短路故障、鐵心疊片間的絕緣情況、鐵心本體是否有兩點接地以及穿心螺桿和壓板的絕緣情況，檢驗制造時采用的原材料。既是對變壓器制造情況評判的重要手段，也可以對使用中的變壓器做出正確的評估，是對變壓器整體做出評判、壽命預測的重要試驗之一?？蛰d試驗是出廠檢驗必不可少項目，也是制造廠家、安裝單位和用戶移交時的重要交接試驗，同時也是檢修后驗證試驗項目之一。

空載試驗的基本方法是，在低壓側加入額定電壓，使鐵心中產生磁通，根據儀表數據的測取，計算得到變壓器變比k以及勵磁參數Zm、Rm、Xm，從而根據空載試驗，制定變壓器空載特性曲線，得出試驗數據。

2 試驗設備規劃

變壓器空載試驗，其核心是通過使用交流電壓表，交流電流表，智能型功率、功率因數表，三相組式變壓器，從而對電壓，空載電流，空載功率進行測驗，接線時應注意在低壓側進行該試驗，使低壓側保持開路狀態，副邊不可短路，同時，在開始試驗之前，需保證電源電壓歸零，檢查試驗線路接線是否正確，以免接通線路時燒壞儀表。功率表的連接需保證電流表串接，電壓表并接，試驗時使用單相變壓器進行試驗，試驗具體步驟應如圖1所示。

圖1

3 試驗步驟設計

試驗時，應保證每個電路元件通電良好，接入電路前可檢查元件功能是否正常，同時了解每個儀表的量程，防止損壞或對試驗數據造成影響。接線如圖2所示。

圖2

（1）根據線路圖接線，完成電路，被測變壓器選擇三相組式變壓器中一只作為單相變壓器，其額定容量為PN，已知額定電壓U1N/U2N，額定電流I1N/I2N，變壓器的低壓線圈a、x接電源，高壓線圈A、X開路。

（2）選好所有測量儀表的量程，檢查調壓器旋鈕是否向逆時針方向旋轉到底，將其輸出電壓調至零的位置（即逆時針旋轉到底），防止在接通電路時毀壞測量儀表。電流、電壓表的準確度應不低于0.5級，電流、電壓互感器的準確度應不低于0.2級，以提高試驗的準確性。

（3）檢查電路接線是否正確，同時防止任何設備出現短路情況。功率表的連接必須使其電流線圈和電壓線圈兩點間的電位差最小。另外，接線時，還應注意電流線圈和電壓線圈的極性。必須注意互感器的極性，電流互感器的二次側不可開路，互感器的外殼及二次繞組一端必須牢固接地。

（4）注意剩磁的影響。一般情況下，鐵心中的剩磁對額定電壓下的空載損耗的測量不會帶來較大的影響。由于在額定電壓下，空載電流所產生的磁通能夠克服剩磁的作用，使鐵心中的剩磁通、隨外施空載電流的勵磁作用而進入正常的運行狀態。若進行空載試驗，在加壓的開始階段三相功率表及電流表會出現異常指示。遇到這種情況，施加電壓時可多持續一段時間，待電流功率表指示恢復正常后再讀數。

（5）線路檢查完畢之后，合上交流電源總開關，按下“啟動”按鈕，接通三相交流電源。此時調節三相調壓器旋鈕，使變壓器空載電壓U0=1.2UN，然后逐次降低電壓電源，在1.2-0.3UN的范圍之內，測取變壓器的U0、I0、P0。

（6）測取數據時，U=UN點必須測，因為變壓器空載試驗是用來測量空載損耗的參數的，而空載損耗主要是鐵耗，而鐵耗大小由變壓器自身的性質決定，與負載大小無關，即空載時的損耗等于負載時的鐵損耗，但這是在額定電壓狀態下，如果電壓偏離額定值，根據磁化曲線，如圖3所示。

圖3

由圖可知，由于變壓器鐵心中的磁感應強度處在磁化曲線的飽和段，此時，空載損耗和空載電流都會急劇變化，此時的測量值會與真實值有較大偏差，所以在額定電壓下的值必須測，在UN處，選擇較為密集的數據，進行測量，提高準確性。

（7）為了計算變比k，在UN下測取的同時，測出高壓側電壓數據，進行記錄。

注意事項：在單相變壓器空載試驗中，應注意電壓表，電流表，功率表的合理布局，以便接線方便，同時注意各個儀表量程的選擇。

4 試驗數據分析

4.1 變比計算

由空載試驗測變壓器高壓側，低壓側電壓數據，分別計算出變比，然后取其平均值作為變壓器的變比k。

K=UAX/Uax

4.2 繪制出空載特性曲線（圖4）

空載特性曲線U0=f（I0），P0=f（U0）

所以，我們可以根據空載特性曲線，通過對應的電壓，得知其對應的空載電流與鐵心損耗值。

4.3 計算勵磁參數

從空載特性曲線上查出對應于U0=UN時的I0和P0值，并由下式算出激磁參數

Rm=P0/I02

Zm=U0/I0

5 試驗誤差因素分析

5.1 調壓器因素

空載試驗要求電源有較好的調壓特性，在試驗中，一般由外部電源通過調壓器輸出進行空載試驗，試驗基本上從零開始升壓，若電壓未調至零，在啟動電路時，儀表會因勵磁涌動造成一定程度的損壞，造成試驗數據的偏差。

5.2 儀表讀數

因儀表的制作精準度不同，不同規格的儀表與量程會造成不同的測取數值，在結果計算中造成一定誤差。

5.3 元件電阻

測量時，各個儀表，連接導線等都不會是理想狀態，所以，其內部有一定的阻值，會對數據造成一定的影響。

6 試驗結論

通過空載試驗，我們可以得知變壓器自身勵磁參數的大小，通過數據的分析，得知變壓器投入運行時自身損耗的數據，我們所測得的數據應符合有關標準規定所標的數據和規定的偏差。經驗告訴我們，各個空載數據偏差應不超過10%，勵磁損耗的大小決定于鐵心材質的好壞和磁感應強度的大小，在空載試驗中，勵磁損耗（即勵磁參數）是最為重要的，引起勵磁損耗增大的原因可能是變壓器制造材質不良，片間絕緣不好，鐵心中某一部分短等等，此時只需找到引起空載損耗增大的原因即可采取一定措施，進行控制或減少。變壓器內部的勵磁損耗是影響變壓器效率的重要因素，因此，我們必須將其控制在一定范圍內，才會實現變壓器效益最大化，對變壓器經濟運行與能源的充分利用都具有重大意義。

根據試驗數據，制定變壓器空載特性曲線，整理出試驗報告，進行縱向和橫向的比較分析，對變壓器內部絕緣情況、材質情況、制造工藝和技術水平，可以得出基本的評判；對變壓器是否可以繼續使用提供指導；對使用壽命和年限做出預測；對損耗做到心中有數；對檢修維護起到指導作用；對變壓器如何經濟運行提供參考；對制造工藝的提高、選用原材料的要求都有重要的指導意義。

參考文獻

[1]張秀閣，張玲.電機設備運行與維護[M].中國電力出版社，2012.

[2]魏春華，王顯文，王承志.變壓器試驗[M].機械工業出版社，1998.