1、变压器试验 第三节 变 压比 试 验 变压器在空载状态下，高压绕组的电压U1与低压绕组电压U2之比称为变压比。三相变压器的变压比通常按线电压计算。 变压比试验是为了验证变压器能否达到预计的电压变换效果。该试验可以检查各绕组的匝数比是否与设计相符;各分接引线的装配是否正确;在运行中匝间是否发生短路等。因此，该项试验结果是判断电力变压器交接和大修后能否投入运行，特别是能否并联运行的重要依据。 常用变压比试验方法有双电压表法及变压比电桥法。 1.双电压表法 (1)用三相电源测量变压比。以三相电源测量三相变压器的变压比，可采用下列方法进行。1)在变压器高压侧绕组接入低压电源，用电压表直接测量其高、低压
2、侧绕组的电压，其接线如图7-8(a)所示。2）将变压器低压绕组接于比其本身额定电压低的电源上，而高压侧绕组的电压则经电压互感器进行测量，其接线如图7-8(b)所示。 对于一般配电变压器都采用图7-8(a)的接线，此时所用三相电源380V左右，有条件时最好通过三相调压器施加电压;当变压器变压比较大或容量较小时，可采用图7-8(b)的接线。 (2)用单相电源测量变压比。为了避免三相电源电压的不平衡和便于检查出故障相别，可以用单相电源测量变压比。 根据三相变压器的不同连接组别，将单相电源通过单相调压器接到变压器的低压侧，或者将变压器低压绕组直接接在比本身额定电压低的单相电源上;高压绕组的电压可以经电
3、压互感器进行测量。其接线、测量和计算方法如表7-9所示。 2变压比电桥法变压比电桥法具有如下优点:第一，不受电源稳定程度的限制;第二，准确度和灵敏度高 (都在千分之一以上);第三，试验电压较低，比较安全;第四，变比误差可以直接读数;第五，变比试验的同时，可进行接线组别的试验。因此，这种方法越来越受到现场广大试验人员的欢迎。目前，较常用的是35型变压比电桥，其变比测量范围为1.02111.12;误差范围为-2%一+2%;准确度等级为0.2级。电桥工作原理如图7-9所示。在被试变压器的一次侧加一低电压U1，则在变压器二次侧有一感应电压U2。调整R1的电阻值，可以使检流计为零。这时变压比可按下式计算
4、 为了直接读出误差值，可在Rl和R2之间串入一滑线电阻R3，并使检流计的一端在滑动点上，对应滑线电阻的不同电阻值在电桥面板上标以不同的变比误差，从而达到直读的目的。 4分析判断 (1)交接和预防性试验的判断标准是:各相相应分接头的变压比与铭牌值相比，不应有显著差别，且应符合按分接头位置变化的规律。规程要求:电压35kV以下、变压比小于3的变压器，变压比允许偏差为1%;其他所有变压器，额定分接头下的变压比允许偏差为05%，另外分接头下的变压比应在变压器阻抗电压值 (%)的以内，但不得超过士1%。 (2)变压比不合格，最常见的故障原因是分接头引线焊错，因此，变压比的故障检查应首先考虑分接头位置的引
5、线是否正确。另外，分接开关的指示位置与内部引线不一致也是常见故障之一，分析时应予注意。 (3)变压比试验在制造或修理工序间常发现的故障是匝数错误，在运行中常发现的故障是匝间或层间短路等。 第四节 极性和接线组别的试验如图7-10(a)所示，将单相变压器高压绕组的A端和低压绕组的a端连接起来，在间加电压，用电压表测量各点间电压。如果则称之为减极性，如图7-10(b)所示;反之，如果则称之为加极性，如图7-10(c)所示。我国生产的电力变压器一般都做成减极性。 对于三相电力变压器，应比较高压侧和低压侧线电压的相位，如果后者落后前者300角时，称为第1组接线，落后600角时，称为第2组接线，依此类推
6、，共有12个接线组。电力系统中常用的变压器大都是第11组和第12组接线。 单相变压器绕组的极性测定是为了进行串联或并联的正确连接;三相变压器接线组别的测定是为了判断变压器能否并联运行。测定极性或接线组别的方法有下列几种。1.直流法对单相变压器，如图711所示，在高压侧加1.53V直流电压，一般用干电池，并用一开关SA控制，低压侧接一磁电系毫伏表或检流计。当电池和仪表的正极接在变压器的同名端子 (A与a，或者X与x)上时，若在合上SA的瞬间表针向右 (正的方向)偏转，则被试变压器为减极性;如向左偏转即为加极性。注意在开关SA断开瞬间，上述偏转方向刚好相反。对三相变压器，测定三相变压器的极性，也就
7、是确定它的接线组别。先在高压侧A、B端头 (套管)上经开关SA加1.53V直流电压，A接正极，B接负极，而在低压侧a与b，b与c，c与a端头上各接一只磁电系毫伏表或检流计。注意三只表分别按图7-12所示接线，a接仪表的正极，b接负极;b接正极，c接负极;c接正极，a接负极。在接通开关SA的瞬间记下3只表偏转的方向，向右 (正方向)偏转记作 +，向左偏转记作 -，指针不动则记作0。依次将直流电源加在B、C端头和C、A端头，同样记下仪表偏转方向，然后将所测结果与表7-10比较，即可决定被试变压器的接线组别。 直流法测定三相变压器的接线组别时，应注意以下情况: (1)同时接入的3只直流表，应是同型式
8、、同规格，因而灵敏度相同，利于比较。一般总是用一只表分别接至ab、bc和ca端头，开关需操作3次 (指示不清楚时需数次)，依次记下读数情况，但应注意开关的合闸速度要大致相同。 (2)由表7-10可看出，有6种接线组使仪表出现，0指示。但由于变压器的磁路不完全对称，应该指零时表针并非完全不动，可能向左或向右稍作偏转，特别当仪表灵敏度较高时，这种虚假的偏转可能和应有的偏转相混淆;另一方面，因低压侧感应电势不同，表针应有的偏转角度也有大有小。表7-10考虑了以上情况。 (3)操作时，为了测量可靠，确保人身和仪表安全，应先接通测量回路，再合开关SA，待看清仪表指示后，再拉开关SA注意拉合开关瞬间不能用
9、手触及绕组的端头，以防触电。 2相量图法 以相量图判别单相变压器极性的方法可参看图7-10。当则为减极性;反之，当则为加极性。测定三相变压器的接线组别时，先将高压侧和低压侧任意两个对应的出线头 (指同名端，如A与a)用导线连起来，然后在高压侧通入三相380V交流电源 (见图7-13)，并分别测量AB、BC、CA、Bb、c、Cc、Cb间的电压，取一定比例，依下法作相量图(例如图7-14): (1)以UAB、为边长，绘出电压三角形ABC。 (2)因A与a已短接，故在相量图上A和a点是重合的。 (3)以B为圆心、Ub为半径画弧，再以C为圆心、UCb为半径画弧，此两弧交于b点。 (4)以B为圆心、UB
10、C为半径画弧，再以C为圆心、UCc为半径画弧，此两弧交于C点。 (5)连接a、b、c三点即得三角形abc。 比较相位关系，即量出三角形ABC和abc对应的线电压 (UAB与Uab或UAC与Uac)的相差角度，然后除以300,便是该变压器的接线组别。例如在图7-14中，Uab落后UAB约3300，故变压器的组别应是3300/300=11组。 3比较电压法 仍按照图7-13将三相变压器高压侧出线端A和低压侧出线端a用导线连起，在高压侧通入三相380V电源，然后用电压表分别测量UBb、UBc、UCb、UCc，将所测的电压与U作比较，按照表7-11即可确定接线组别。U值按下式计算式中2低压侧线电压；变
11、压器的变压比。 将变压器的实际变比代入上两式，即可证明表7-11中所示关系。 当以相量图和比较电压法测定变压器的极性及组别时，试验电源的电压要求稳定，三相电压要平衡，使用的电压表的准确度应不低于05级，最大量程应不小于电源线电压与变压器二次侧感应出的线电压之和。用相量图法时，由于测量和绘图的误差，应根据是奇数组别 (高、低侧接线方式不同)还是偶数组别 (高、低侧接线方式相同)来确定小数点的取舍，例如作图结果等于5.5，则对于奇数组别应取第5组，而对偶数组别应取第6组。 4相位表法使用相位表测定三相变压器的接线组别时，按照图7-15接线。将三相380v交流电源接入被试变压器高压侧，相位表的电压线
12、圈 (注意极性)接在电源线电压上，电流线圈(注意极性)通过可变电阻接在对应的低压侧线电压上。高压侧通电后，在低压侧感应出一个一定相位的电压，由于接入了一个电阻负载，使低压侧的电流与电压同相位。以测定的相位角除以30。，可确定被试变压器的接线组别。 试验中应注意:施加的电压、电流值不应超过仪表及可变电阻的允许值，但又不宜过小，最好能接入电压表和电流表进行监视;对于三相变压器，至少在两对对应端头上进行测量，其结果应一致;相位表使用前，应在已知接线组别的变压器上校验。 5变压比电桥法 用变压比电桥在试验变压比的同时，测量接线组别的方法，称为变压比电桥法。 6组别表法组别表是一种试验变压器的相序、组别
13、、极性的专用仪表。该表具有反映直观、使用简便、指示正确等优点，适合在一切有三相交流电源的条件下使用。组别表的结构与电磁系同步表相似，只是在制造上需满足测定变压器接线组别的要求。组别表盘上所注电压数值系A、B、C三相所加之额定电压值，共有11O、220、380V三种规格。为了适应不同变压比变压器接线组别的测试要求，在a、b电压输入线路装有转换开关S，使用时应根据a、b间的电压值，将S置于适当位置。通电后指针开始旋转而指示相序，当指针旋转方向为正相序时，按下按钮开关，指针便立刻指在某一刻度点上，其所指示的数值即为被试变压器的接线组别。用组别表测定三相变压器接线组别的接线，如图 7-16所示.对于以
14、上介绍的6种测定方法，应根据条件，优先采用后3种为好。因为直流法仅对单相变压器和三相变压器的第12或第6组别较为合适;相量图法和比较电压法测量麻烦，且要求高，易出差错。规程规定:测定后的接线组别，必须与变压器的标志 (铭牌和顶盖上的符号)相一致。 第五节 空 载 试 验 规程规定:测量容量为315OkVA及以上变压器的空载试验，就是从变压器任意一侧的绕组 (一般为低压绕组)施加正弦波形、额定频率的额定电压，在其他绕组开路的情况下测量其空载电流和空载损耗的试验。 空载试验的主要目的是测量变压器的空载电流和空载损耗;发现磁路中的局部或整体缺陷;检查绕缉匝间、层间及铁芯硅钢片间的绝缘状况和装配质量等
15、。 1三相变压器的空载试验方法 一般采用三相电源法，若因条件限制 (如缺乏三相试验电源或三相电压的负序分量超过正序分量的5%等)或寻找故障部位时也可以用单相全电压试验。 (1)试验接线。三相电源法试验接线有两种:直接接入测量仪表的试验接线如图7-17所示;通过互感器间接接入测量仪表的试验接线如图7-18所示。试验时可根据实际条件选用。 (2)试验电源的确定。在额定电压下进行空载试验时，可根据被试变压器铭牌所标的容量和空载电流百分数，按下式进行估算 (3)测量仪表的选择和连接。测量仪表的准确度应在05级以上，互感器的准确度应在02级以上，对于容量较大的变压器，应使用低功率因数的功率表。 测量仪表
16、的量程选择，应力求指示值为满刻度的70% 以上。 功率表接线时必须使其电流线圈和电压线圈间的电位差最小。另外还要注意功率表电流、电压线圈的极性。若使用互感器时，还应注意互感器的极性。 (4)试验步骤。试验线路接好后，经检查无误才可给上电源缓慢升高电压 (最好是从零起升压)，当无异常时，将电压升至额定值，同时读取电流表和功率表的数值。 (5)测量结果的整理。 1)空载电流的计算。三相变压器的空载电流应为三相电流的算术平均值，即 2)空载损耗的计算。应根据选用的量限把两功率表的指示格数换算出指示瓦数。如果两表接线正确，应根据功率 表上极性开关的+或 -的位置确定其读数的正值或负值。三相变压器的空载
17、损耗就是两个功率表读数的代数和，即 P0=P01+02 式中 P0三相变压器的空载损耗，W; P0l、P02两功率表的读数，W。 如果测量仪表是通过互感器间接接入的，应将仪表读数 乘以互感器的变比。 2空载试验的注意事项 (1)试验应在变压器额定分接头下进行，施加电压要求为正弦波形、额定频率的额定电压 (三相电压稍有不平衡时，试验电压可取三相线电压的算术平均值)。 (2)对低压绕组的额定电压为6kv及以上的变压器进行空载试验时，往往需要直接利用运行设备和系统电源，因而必须全面考虑，列出具体的试验方案。除了考虑试验操作及安全措施外，还应遵守高压试验规程和现场运行规程的有关规定。 (3)试验过程中
18、若发现表计指示异常、被试变压器有放电声、异响、冒烟或喷油等情况时，应立即断开电源，停止试验，查明原因并加以处理，否则不能进行重复试验。(4)当被试变压器本身损耗较小时，为了使测量结果准确，应将测得的损耗值减去试验仪表本身的损耗。对于中小型变压器，试验仪表的损耗约占被试变压器空载损耗的1.5%一5%，故必须进行校正。按图7-17直接接入的一只功率表的损耗值，可以由计算求得 3空载试验结果的分析判断 (1)电力变压器空载试验时，在额定条件下，空载电流的允许偏差为+30%;空载损耗的允许偏差为+15%。若超过时，必须找出产生差异的原因。对于三相变压器，一般是再进行单相全电压试验以找出缺陷部位。其方法
19、是将变压器三相绕组中的一相顺次短路，在其他两相上施加电压，进行空载电流和空载损耗的测量。一相短路的目的是使该相没有磁通通过，因而也就没有任何损耗。 空载损耗和空载电流增大主要有以下几个原因。 1)硅钢片之间绝缘不良，或部分硅钢片之间短路。 2）穿芯螺栓或压板的绝缘损坏，上轭铁和其他部分绝缘不良，造成铁芯的局部短路。 3)绕组缺陷，如匝间短路、层间短路、并联支路短路或并联支路匝数不同。 4)硅钢片松动，中小型变压器铁芯接缝不严密。 5)其他原因，如磁路接地不正确等。 (2)三相变压器测得的三相空载电流略有差别，这是因为各相磁路长度不同，各相磁阻也就不同所引起的。由于两边相的磁路对称且相等，中间相
20、磁路较短，因此中间相空载电流约要比两边相的小20%一35%，这是正常现象。同理，在判断应用单相电源法测得的三相变压器的空载试验结果时，P0ab和P0bc应相等，或相差在3%以内;而P0ca应比P0ab或P0bc大30%50%。如果测量结果与此不符时，说明有局部缺陷。 (3)测得的空载电流和空载损耗与出厂试验值相比应无明显变化。 第六节 短 路 试 验 短路试验就是将变压器一侧绕组短路，从另一侧施加额定频率交流电压的试验。现场试验时，一般是将低压侧短路，从高压侧施加电压，当电压调整到额定电流值时，记录功率和电压值，此值换算到参考温度下便是变压器的短路损耗和短路电压 (亦称阻抗电压)。 短路试验所
21、确定的短路损耗和短路电压是变压器运行的主要参数。通过对短路损耗的分析，可以检查出变压器在结构或制造上的缺陷。因此，变压器的短路试验，除制造厂应进行外，运行单位在更换绕组等大修后或必要的验收试验中都要进行此项试验。 1三相变压器的短路试验方法 一般都采用三相电源法，若因条件限制或寻找故障时可以用单相电源法。 (1)试验接线。三相电源法试验接线有两种 (与空载试验相似):直接接入测量仪表的试验接线如图7-19所示;通过互感器间接接入测量仪表的试验接线如图7-20所示。试验时可根据实际条件选用。 (2)试验电源的确定。短路试验所加电流允许低于额定电流，但一般不应低于额定电流的25%。这样，试验时所需
22、的电源容量可按下式进行估算式中 Sk 短路试验所需电源容量，kVA; SN 被试变压器的额定容量，kVA; uk(%) 被试变压器的铭牌短路电压百分数; k试验施加的电流，A; N 被试变压器的额定电流，A; Uk短路试验所需电压，kV; UN 被试变压器的额定电压，kV。 (3)试验步骤。测量仪表的选择和连接同空载试验。试验线路接好后，经检查无误才可给上电源，缓慢升高电压 (最好是从零起升压)，当无异常时，将电压升至预定电流值，同时读取电压表和功率表的数值。 (4)测量结果的整理。试验时的三相短路损耗，应为两功率表测定值的代数和，还应换算到额定电流值下的损耗，即式中 Pk 换算到额定电流下的
23、短路损耗，W; Pk1、Pk2-试验电流下两功率表分别测得的损耗值， W，间接测量时应乘上互感器的变比; IN-被试变压器的额定电流，A; Ik -试验施加的电流，A。短路电压是3个线电压的平均值，还应换算到额定电流下的短路电压百分数，即 2短路试验的注意事项 (1)试验时，被试绕组应在额定分接头上。对三绕组变压器的短路试验，应分3次进行，每次试一对绕组，非被试绕组开路。而当绕组容量不相等时，应注意以下两点: 1)施加电压时，电流应不超过一个较小容量绕组的额定电流。 2)短路损耗应换算到较小容量下的数值，而阻抗电压应换算到较大容量下的数值。 (2)试验用导线，尤其是短路用导线，必须有足够的截面
24、 (一般取电流密度为2.5A/mm2)，而且应尽可能短，连接处必须接触良好。 (3)试验时读表要迅速，以免绕组发热影响测量准确度。 (4)试验要求在额定频率、额定电流下进行，若不能满足要求，则试验后应将结果换算至额定值。 (5)用三相电源法试验时，电流和电压值应以三相仪表读数的算术平均值为准。 (6)短路试验时温度的测量必须准确。另外，试验一般在冷态下进行，刚退出运行的变压器，必须待绕组温度降低至油温时才能进行，但试验后均应将结果换算到参考温度。对容量为6300kVA及以下的中小型变压器，短路损耗中的附加损耗所占比重较少，当不超过额定电阻损耗的10%时，短路损耗可按下式进行温度换算上两式中 P
25、k75 -换算到75C时的短路损耗，W; Pkt-试验温度时的短路损耗，W; K75-750C的温度系数; t-试验时的温度，C; T-电阻温度系数，铜为235，铝为225。 SN-被试变压器的额定容量，kVA; K75-750C的温度系数。 3短路试验结果的分析判断 测得的短路电压和短路损耗应符合出厂试验值，并无明显变化。 国家标准规定变压器允许短路损耗偏差为+10%，短路电压为10%。当试验结果偏差较大时，应分别查明原因 (也可以用单相电源法寻找故障相别)并消除缺陷。短路损耗包括电阻损耗和附加损耗，在短路试验中，由于电阻损耗增加使短路损耗不合格的情况甚少，大部分原因是附加损耗增大而引起的。
26、引起附加损耗增大的原因，一方面可能是绕组附加损耗增加，如绕组导线的涡流损耗增大、并绕导线的不完全换位、股间短路等;另一方面可能是金属结构件中附加损耗增加，如铁梁、油箱壁由于漏磁引起附加损耗增大、油箱顶盖或引线端子附件过热等。 第七节 定 相 试 验 具有电磁联系的同一系统并列或环接，需要检查相位，这称为定相 (或称核相)。其目的是使即将投入的变压器高、低压侧 (或母线)的相位与被并列系统的变压器 (或母线)的相位一致，以防止运行时造成短路或出现不能允许的环流。 1定相的方法 (1)在三相电压互感器的低压侧定相。利用变电所中双母线或分段母线的每段母线上装设的三相电压互感器，在二次侧用电压表依次测
27、量两组电压互感器各对应端子间的电压，同名相端子间的电压应接近零，异名相端子间的电压应是线电压，借此可判断一次侧的相位是否相同。 定相时，应注意以下情况: 1)两组电压互感器的变比和接线组别必须一致，外壳及二次侧要有良好接地; 2)两段母线电压 (可在电压互感器二次侧测量)要求基本一致，其差不应大于10%; 3）对初次用电压互感器定相的变电所，还应先把两组电压互感器通以同一电源，测量同名端子间的电压，以鉴定端子名称标志的正确性; 4)为了消除电压互感器引起的铁磁谐振过电压，应在电压互感器的开口三角绕组接入220V、500W的灯泡，或临时将电压互感器一次侧中性点不接地。(2)用单相电压互感器直接在
28、高压侧定相。在确实没有直接电联系 (两台需并列运行的变压器或变电所并入系统运行)的系统中，用外接单相电压互感器在高压侧以绝缘操作棒直接定相，其定相现场的布置和接线如图7-21所示。为了避免因被试电网对地电容很小而与电压互感器发生铁磁谐振产生过电压，定相中应先将某一同名相联通 (称为联通线)，如A和A连接 (若被定相的两个高压电网的电源变压器中性点可以引出，则定相前用导线联通或同时接地，其效果相同)。定相时在电压互感器低压侧测量bb、cc、bc、cb端的4个电压值，可判断其相位。 定相前应注意:选用一个全绝缘的高一个电压等级的电压互感器或用两个同电压等级电压互感器串联使用;电压互感器的外壳及二次
29、侧要有良好的接地。 (3)用电阻定相杆定相。由于用电压互感器定相易引起事故，使设备损坏，目前在1035kv电网多采用电阻定相杆定相。 电阻定相杆的原理接线如图7-22所示。10kv的合成电阻杆由4支25M、20W的电阻组成，共2根;35kv的合成电阻杆由6支30M、30W的电阻组成，共2根。桥式整流电路用4只锗二极管和0.1一5滤波电容C1(也可以不用)组成。平衡电阻R1和R2应相等，其值为0.1一1M，保证在最高测量电压下，流过微安表的电流不超过满刻度。微安表可采用50100的磁电系表头，并配合R1、R2的电阻值刻上电压指示标尺，标尺可分010kv和035kv两行。引线需用屏蔽线，其屏蔽层及
30、仪表外壳必须接地。目前厂家生产的RS-1035kv定相器即按以上原理制成，价廉、简便、安全，优于电压互感器。 定相时，将定相杆分别接到两侧电网导线上，若仪表指示为零，则为同名相;若仪表指示为线电压值，则为异名相。 操作时应将电阻杆上导电钩同时分别接触带电导线，且接触良好;应按带电作业考虑有关安全问题，如操作棒的绝缘强度、安全距离等。 2各种定相方法的评价 (1)利用母线上原有电压互感器，在其低压侧进行定相的方法，必须在确保不会产生铁磁谐振过电压的条件下，方可采用。 (2)利用电压互感器直接在高压电网中定相时，必须注意使电网中性点直接接地，消弧线圈过补偿运行等。如果这些措施实现起来有困难，则可以使用非饱和电压互感器或专用的定相工具电阻定相杆进行定相。 总之，从安全、方便上考虑，应该是优先选择电阻定相杆定相。 复习思考题 6何谓单相变压器的减极性和加极性? 7测定三相变压器的接线组别的方法有哪些?如果所有方法的条件都具备，你准备选哪一种?为什么? 8变压比试验的意义是什么?35型变压比电桥是怎样测定变压比的？
