干式電力變壓器國標與美標解析

王忠波海南金盤電氣有限公司

干式電力變壓器國標與美標解析

王忠波
海南金盤電氣有限公司

王忠波（1970-）男，遼寧省鐵嶺市人，海南金盤電氣有限公司技術總監，主要從事干式變壓器、電抗器等產品的技術管理與研發工作。

通過對比中國標準GB1094.11 和 美國標準ANSI/ IEEE C57.12.01干式電力變壓器標準要求，來展示兩國標準的差異。由于國標 GB1094.11 和美標 ANSI/IEEE C57.12.01已經詳盡地描述了所有的技術條款，本文將不再贅述。本文列出了兩個標準中最重要的參數和所對應的條款，供讀者參考，并增加了盡可能簡潔的參數描述與注釋。由于兩國標準中系統電壓、雷電沖擊水平等不同，那么選擇試驗電壓水平和組件時，需要特別注意技術要求。本文將針對希望快速了解標準差異，而不希望了解過多細節的讀者。同時將它作為GB1094.11 和 ANSI/IEEE C57.12.01 干式電力變壓器標準不同條款的參考索引。在標準引用方面，本文基本上引用或摘錄了標準文字，其中引用了ANSI/IEEE C57.12.01 的英文描述，有利于讀者準確地理解標準的要求。

正文

本文以GB1094.11 電力變壓器 第11部分：干式變壓器（2007版）和ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers （2015） 為研究對象，進行對比研究，簡潔地展示出標準要求的差異。

標準主要條款GB1094.11 電力變壓器第11部分：干式變壓器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers備注1.正常使用條件　GB1094.11 Clause 4.2　Clause 4.1 in ANSI/IEEE C57.12.01 1.1.海拔高度　海拔不超過1000m。　The altitude shall not exceed 1000 m（3300 ft）. 1.2.冷卻空氣溫度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. 電源電壓波形　電源電壓波形應近似于正弦波。　Approximately sinusoidal. 1.4.負載電流　總諧波含量不大于5% ，偶次諧波含量不大于1%。最高溫度40℃；最熱月平均溫度30℃；最高年平均溫度20℃；最低溫度-25℃（適用于戶外式變壓器）；最低溫度-5℃（適用于戶內式變壓器） ；Approx. sinusoidal and symmetrical 5% harmonic factor. 1.5.降壓運行方式Unless otherwise specified， dry-type transformers shall be designed for stepdown operation. GB 1094.11 雖然未明確降壓運行，但是配電變壓器默認為降壓運行。

標準主要條款GB1094.11 電力變壓器第11部分：干式變壓器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers備注1.6.濕度　周圍空氣的相對濕度應低于93% 。線圈表面不應出現水滴。ANSI/IEEE C57.12.01 未明確要求濕度。2.特殊使用條件　GB1094.11 Clause 4.4　Clause 4.2 in ANSI/IEEE C57.12.01 2.1.特殊負載　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.超過額定電壓運行　Clause 4.4　Clause 4.1.6 2.4. 電磁兼容（EMC）　干式變壓器應被看作是無源元件。GB 1094.11 和ANSI/IEEE C57.12.01 均未提出具體的電磁兼容（EMC）要求。2.5. 其它特殊使用條件　Clause 4.4　Clause 4.2.6 3. 額定值3.1.額定容量Clause 8.2 額定容量是指在連續負載下的值。它是負載損耗、溫升及短路阻抗保證值和測試值的依據。Clause 5.4 of C57.12.01 Several rated kVA Impedance and load losses at base rating 3.2. 額定容量優先值從50kVA 起的變壓器額定容量優先值，應符合GB 1094. 1 的規定。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額定容量值應優先從R10 系列選取。ANSI/IEEE C57.12.01 的用戶經常要求 3000kVA。3.3. 頻率　50Hz　60Hz　電網頻率差異。3.4. 額定電壓等級（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相對而言，GB 1094.11 的電壓等級較少，有利于設備標準化。3.5. 聯接組GB 1094.11 Clause 6 如用戶無其他規定，變壓器的聯結組別建議為Dynll 或Dyn5。中性點的連接應能承載額定相電流。Clause 5.6 & 5.7 in ANSI/IEEE C57.12.01 Figure 1 ANSI/IEEE C57.12.01 的用戶通常選用 Dyn1。3.6. 分接GB 1094.11 Clause 5 對分接的有關規定，按GB 1094.1分接范圍的優先值如下：±5% 每級為2.5%（5個分接位置）；±5%（3個分接位置）。對于無勵磁調壓變壓器，分接的選擇應在無勵磁狀態下，采用連接片或無勵磁分接開關來實現。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 的用戶通常選擇±5% 每級為2.5% （5 個分接位置）。ANSI/IEEE 要求每個分接具備滿額定容量，即最小分接檔位的電流最大，要求在此檔位上進行溫升試驗。

標準主要條款GB1094.11 電力變壓器第11部分：干式變壓器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers備注3.7. 外殼防護等級外殼防護等級應按GB 4208的規定。干式變壓器外殼常用防護等級為：IP20/IP21 戶內型；IP23/IP33 戶外型。C57.12.55 American National Standard for Transformers — Used in Unit Installations， Including Unit Substations —Conformance Standard ANSI/IEEE的用戶通常要求外殼的防護等級為 NEMA 1（戶內型）或者 NEMA 3R（戶外型）3.8. 效率　GB/T 10228-2015干式電力變壓器技術參數和要求。DOE 2016 Distribution Transformer Efficiency Standards for 500kVA ～2500kVA GB/T 10228 是推薦采用標準，廠商會依此申請變壓器的型號證書，例如SCB11系列證書。Department Of Energy （DOE） 美國能源部DOE 2016是強制性標準。3.9. 噪聲　GB 1094.11　Table 6， 7 & 8 in ANSI/IEEE C57.12.01 ANSI/IEEE C57.12.01 明確規定了變壓器噪聲限值，以升壓級分貝為單位。GB 1094.11 未明確噪聲限值，以聲功率級分貝為單位。4. 端子標志　高壓側：A B C低壓側：a b c n高壓側：H1 H2 H3低壓側：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變壓器容量。而ANSI 是根據高壓的 BIL和低壓的電壓等級來確定。6.溫升6.1. 冷卻方式　空氣自冷 AN　AA強迫風冷 AF　AFA　通常適用于風力發電升壓變壓器。自冷/強迫風冷 AN/AF　AA/FA　非常典型的要求。6.2. 溫升限值　表2繞組溫升限值Table 9 Limits of temperature rise for continuously rated dry-type transformer windings 6.2.1 繞組溫升（電阻法）℃絕緣溫度等級 繞組最高溫升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 所定義的絕緣系統溫度等級以及所對應的溫升不盡相同，國內用戶通常要求F（155） /100，而ANSI/IEEE的用戶通常要求180/80 或者180/115。6.2.2 鐵芯與其它部件　鐵心、金屬構件及其鄰近處材料的溫度，不應對變壓器任何部分造成損害。Less than values that would impair the functional capability. 7. 偏差　偏差應按GB 1094.1 的規定，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. 空載電壓比下列值中較低者：規定電壓比的±0.5%；主分接上實際阻抗百分數的±1/10。7.2.1. 有兩個獨立繞組的變壓器；或者多繞組變壓器中規定的第一對獨立繞組主分接當阻抗值≥10%，±7.5%；當阻抗值〈10%，±10%；其它分接當阻抗值≥10%，±10%；當阻抗值〈10%，±15%；±7.5%　相對而言，ANSI/IEEE 的短路阻抗偏差要求較嚴格。7.2.2. 自耦聯接的一對繞組；或者多繞組變壓器中規定的第二對獨立繞組主分接：規定值的±10%；其它分接：設計值的±10%　±10% 7.2.3. 其它繞組對　按協議，但絕對值不小于15%

標準主要條款GB1094.11 電力變壓器第11部分：干式變壓器ANSI/IEEE C57.12.01 IEEE Standard for General Requirements for Dry-Type Distribution and Power Transformers備注7.3. 損耗偏差所有數量Number of units in one order 1 2 or more 2 or more 1 unit each Avg of all相對而言，ANSI/IEEE 的損耗偏差要求較嚴格。7.3.1. 空載損耗偏差+15% +10% +10% 0% 7.3.2. 負載損耗偏差+15% - -7.3.3. 總損耗偏差+10% +6% +6% 0% 7.4. 空載電流偏差設計值的+30% Not required. 8. 絕緣水平GB 1094.11 Clause 12 絕緣水平，表3. Clause 10 Insulation Level & Table 5 in ANSI/IEEE C57.12.01設備最高電壓Um（方均根值）為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相對而言，ANSI/IEEE 的雷電沖擊要求較嚴格。極性：負極性Positive polarity 9. 試驗的一般要求GB 1094.11 Clause 14試驗的一般要求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 例行試驗GB 1094.11 ANSI/IEEE C57.21.01最高額定雷電沖擊耐受電壓（峰值）為170kV. Clause 15繞組電阻測量Clause 16 電壓比測量和聯接組標號檢定Clause 17 短路阻抗和負載損耗測量Clause 18 空載損耗和空載電流測量Clause 19 外施耐壓試驗Clause 20 感應耐壓試驗Clause 22 局部放電測量Table 16 in ANSI/IEEE C57.21.01例行試驗項目是一致的。9.2. 型式試驗GB 1094.11 Clause 21 雷電沖擊試驗Clause 23 溫升試驗Table 16 in ANSI/IEEE C57.21.01 ANSI/IEEE 要求雷電沖擊波形為正極性，并且要求截波測試。ANSI/IEEE 要求在最大電流分接檔位進行溫升試驗。ANSI/IEEE 短路試驗要求1次時長1s的對稱短路電流和2次非對稱短路電流，比 GB 1094.11 更嚴格。ANSI/IEEE未要求環境等級、氣候等級、燃燒性能等級。10. 銘牌GB 1094.11 Clause 9 銘牌Table 12 in ANSI/IEEE C57.12.01 GB要求銘牌上有環境等級、氣候等級、燃燒性能等級。9.3. 特殊試驗GB 1094.11 Clause 22 局部放電測量Clause 24 聲級測定Clause 25 短路承受能力試驗Clause 26 環境試驗Clause 27 氣候試驗Clause 28 燃燒性能試驗Table 16 in ANSI/IEEE C57.21.01

結語

本 研 究 得 出 結 論： GB1094.11和 ANSI/IEEE C57.12.01對于干式電力變壓器帶電部分（即鐵心和線圈）的要求沒有太多區別，使用條件基本一致，優選額定容量有些區別，頻率分別為50Hz和60Hz，兩個標志均規定了能效要求，ANSI/IEEE明確規定了噪聲限值， ANSI/IEEE的額定電壓種類較多。但是在試驗要求和偏差方面存在差異，ANSI/IEEE的短路試驗要求和雷電沖擊試驗要求更加嚴格，損耗和阻抗的偏差范圍較小；ANSI/IEEE未要求環境等級、氣候等級、燃燒性能等級。希望讀者通過本文能夠掌握標準的差異。