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变压器短路试验

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  • 发布时间:2015/4/13 15:06:03
  • 作者:ly_yinhe

  变压器短路试验是为了测量短路损耗和阻抗电压等数据,以便对变压器效率、热稳定、动稳定、温升等电气性能考核。国际电工委员会(IEC)和我国国家标准(GB)都对变压器承受短路的能力进行了明确的规定,并且对短路承受能力试验的方法和要求进行了阐述。下面就对变压器短路试验的相关知识作详细介绍。

变压器短路试验相关标准

  变压器短路试验的标准有:《GB 1094.5-2003 电力变压器 第5部分:承受短路的能力》,《IEC 60076-5-2006 电力变压器 第5部分:承受短路的能力》。目前国内的变压器主要按GB 1094.5-2003这一标准进行试验,出口变压器则按IEC 60076-5-2006或与其他相应的国家标准进行试验。

变压器短路试验

  变压器短路属于异常情况,但是在电力变压器运行中短路是不可避免的,对于要求高可靠性的电力电网中,必须考虑电力变压器短路时对电网及电力变压器自身的影响。运行中的电力变压器相当于一个电压源,对于理想电压源而言,其短路电流无穷大,因此,决不允许短路。变压器的短路试验将变压器的一侧绕组(通常是低压侧)短路,而从另一侧绕组(分接头在额定电压位置上)加入额定频率的交流电压,使变压器绕组内的电流为额定值,此时所测得的损耗为短路损耗,所加的电压为短路电压,短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的。

01变压器短路试验方式

  常用变压器短路试验方式有两种,预先短路法和后短路法:
  (1)预先短路法:也称对预先短路的变压器施加电压的短路试验,即在变压器的二次侧预先短路或合上断路器,然后在一次侧进行励磁。这种方法要求离铁心柱最远的绕组接电源,目的是为了尽可能地避免铁心饱和以及在最初的几个周期内的磁化涌流叠加到短路电流上。
  (2)后短路法:也称对预先励磁变压器进行短接的短路试验,即变压器一次绕组施加励磁电压,二次绕组利用短路装置进行短路的方式。这种方式更接近实际运行状态。

02变压器短路试验分析

 单相变压器短路试验原理图
图1示:单相变压器短路试验原理图


 三相变压器短路试验原理图
图2示:三相变压器短路试验原理图

  变压器短路试验通常在高压侧绕组中通过额定频率、正弦波形的额定电流,低压侧绕组短路(如图1、图2所示,单相、三相变压器短路试验原理图,在受到试验设备限制时,可以施加不小于50%额定电流)。由于一般电力变压器的短路阻抗很小,为了避免过大的短路电流损坏变压器的线圈,短路试验应在降低电压的条件下进行。用自耦变压器调节外旋电压,使电流在0.1~1.3倍额定电流范围变化。由于短路测试时原边电流幅值变化范围宽,所以必须选择宽范围准确测量或多量程测量仪器。
  当原边电流达到额定值时,变压器的铜损相当于额定负载时的铜损,此时输入电压较低,铁芯中的工作磁通比额定工作状态小得多,铁损可以忽略不计,所以短路试验的全部输入功率基本上都消耗在变压器绕组上,此时短路试验输入功率就是变压器铜损,即负载损耗,通过计算可得出短路阻抗。
  变压器短路阻抗由短路电阻和短路电抗构成,短路电阻越大,铜损越大,因此,必须限制短路电阻,这样就只能提高短路电抗。也就是说,相同短路阻抗时,电路电阻越小,就要求短路电抗越大,结果就导致电力变压器短路运行功率因数非常低,大型电力变压器的短路功率因数通常在0.01~0.05之间。
  电力变压器短路试验的功率约等于变压器的铜损,是计算变压器铜损的重要参数,功率测量不准确,变压器的铜损就不准确,变压器的效率计算也就不准确。因此,低功率因数下有功功率测量准确度是电力变压器短路试验的重要技术指标。电力变压器短路试验通常采用功率表和电压、电流互感器构成的测试系统测量变压器的原边输入功率。低功率因数下有功功率测量准确度主要取决于测试系统的角差,而测试系统的角差取决于功率表角差和电压、电流互感器角差。功率因数为0.01时,0.2级电流互感器的角差(10′)将导致功率测量误差高达30%!因此,电力变压器短路试验除了采用低角差功率表之外,还应采用低角差的电压、电流传感器。
  变压器短路功率因数(PFD)不是指电力变压器实际短路的功率因数,而是变压器短路试验时的功率因数。变压器产品铭牌上标称的电力变压器负载损耗就是短路试验时的损耗,也就是短路试验时的输入有功功率(PD)。短路试验时,输入电流为额定电流(IN),电力变压器的短路视在功率(S)与短路电压(UD)成正比,而短路阻抗(ZK)正好是短路电压与额定电压(UN)的百分比。
短路阻抗:

  ZK=UD/UN

短路试验视在功率:

  S=ZK*IN

短路功率因数:

  PFD=PD/(ZK*IN)。