变压器抗短路试验

电力变压器承受短路能力国家标准的几点理解和研究

摘要：文章主要是分析了短路试验与短路故障，在此基础上讲解了国家标准算法的理解与研究，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键字：电力变压器；国家标准；短路试验

1前言

外部突发短路是容易导致电力变压器出现故障的重要因素，其的影响程度与短路类型等的工况之间存在紧密的关联，是一个随机且难以解决的问题。变压器端丽故障中涉及到多个物理场，为此应当进行耦合分析。

2短路试验与短路故障

2.1短路试验与短路故障的对比

短路试验属于特殊试验，具有一定的破坏性，而且对于国标规定的Ⅲ类变压器短路容量要求非常高，必须在特定试验研究院才能完成。短路耐受试验的电源可从电力系统网络中取得，也可使用短路试验发电机供电能，但电源系统均是单侧供电，与运行变压器故障类型有明显区别。下面以一台三相180MVA/220kV为例，对短路试验与短路故障的差异进行对比短路耐受试验是模拟三相对称短路工况，并且在电压过零位置合闸，可保证峰值因数最大，满足“试验中所得到的电流峰值偏离规定值应不大于5%”的要求，试验条件是非常严格的。由于运行变压器的物理状态在故障前可能发生微小变化，如轴向压紧力降低，以往运行或故障的累积效应等，允许受力与许用应力都有所降低，即如下式中的许用值[A]在特定的运行状态时，是一个相对于出厂略有降低的确定值。对应运行中的故障电流，有效值受故障类型、故障阻抗等因素影响，暂态冲击电流又具有一定的随机性，电流峰值因数低于试验峰值因数，实际值A0是一个相对降低的不确定值。实践证明，凡是短路能力耐受试验合格的变压器，在运行中就有足够的抗短路电流冲击的耐受能力。K=[A]/A0式中，K为运行中变压器抗短路耐受能力安全系数；A0为实际短路工况下产生的力、应力和变形等参量；[A]为变压器在短路时刻的允许作用力、应力和变形等参量。

2.2保证运行变压器抗短路能力

如前所述，短路试验在多数情况下可以保证变压器的安全运行，但并非所有变压器都必须由短路试验来验证，如标准所述承受短路的动稳定能力有两种验证方式：试验验证和计算、设计和制造同步验证。当采用第二种验证方式时，应该注意几个要点：（1）参考变压器有参考意义。需对比已做过短路试验的类似变压器或在有代表性模型上的短路试验来证明，鉴别准则在国标1094.5附录C有明确定义。（2）短路校核工况应包含所有短路试验的工况，同时还应包括可能遇到的短路工况，例如单相对地短路、联合运行、并联运行等，并保证一定的安全裕度。（3）计算校核算法必须有自身体系判断依据。包括国家标准的判断方式也是推荐性的，所以必须结合制造水平和工艺控制能力进行判断，不同体系下安全系数的绝对值没有可比性。（4）必须理解到短路电流大并不意味着短路破坏性大的概念。即一味强调某一绕组的耐受电流值，而不关注其运行工况，是不合理的。此种观点以仿真计算数据为例进行说明。以上述三相180MVA/220kV三绕组为例，各工况短路电流及相应电流下中压的应力与安中压短路电流由5.91kA增加至7.72kA，电流增加30.6%，而安全系数仅增加了14.1%；中压短路电流由5.91kA增加至8.93kA，电流增加51.1%，而安全系数只减少了31.1%。分析原因是受力形式有所变化，耐受能力也相应地发生了变化。同理对比不同开关分接位置下高压短路电流、轴向受力与安全系数如表5所示。不难发现，中压在最负分接电流最大，高中运行时是最正分接的126.8%，但安全系数却仅增大了7.8%；额定分接电流并非最小，但安全系数远远大于极限分接。分析原因是分接绕组接入后改变了原有的安匝平衡，引起辐向漏磁和轴向受力的变化。仿真分析具备各种短路工况校核计算的条件，14需逐一进行计算验证。

第３０卷第１期　２０１１年３月　青海电力　ＱＩＮＧＨＡＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．，２０１１　新建变电站变压器模拟短路试验　许国安　，石径　，魏君晓　，龙晓华　，申　梅　（１．青海送变电工程公司调试所，青海西宁８１０００１；２．青海电力科学试验研究院，青海西宁８１０００８）　摘要：变电站电流互感器二次回路接线正确与否，直接影响变电站的投运和安全稳定运行。文章介绍了变　压器模拟短路试验，可检查电流互感器极性、变比及二次回路接线的正确性。　关键词：变压器；　电流互感器；接线；极性；变比　中图分类号：ＴＭ４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—８１９８（２０１１）Ｏ１—００４１—０４　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｈｏｒｔ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　Ｎｅｗ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ＸＵ　Ｇｕｏ－ａｎ　，ＳＨＩ　Ｊｉｎｇ　，ＷＥＩ　Ｊｕｎ－ｘｉａｏ　，ＬＯＮＧ　Ｘｉａｏ－ｈｕａ　，ＳＨＥＮ　Ｍｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗｉｒｉｎｇ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｃｏｍ—　ｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏａ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｅｓｔ，　ｉｔ　ｃａｎ　ｃｈｅｃｋ　ｔｈｅ　ｐｏｌａｒｉｔｙ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｖａｒｉａｂｌｅ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｒｉｎｇ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；　ｗｉｒｉｎｇ；ｐｏｌａｒｉｔｙ；　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｒａｔｉｏ　１　概述　２试验前满足条件和计算　电流互感器接线正确是保证变电站各种保　护、测量、计量装置工作的基础，在以往变电站投　运中，由于没有合理有效的方法检查变电站投运　前电流回路，投运时经常出现电流互感器二次回　路开路，极性、变比错误现象，保护装置误动、烧毁　事故屡有发生。　近年来，经过不断努力、创新，总结出一套可　消除上述错误的方法——新建变电站变压器模拟　短路试验。此试验是通过模拟变压器一次短路，　测出二次短路电流，根据二次电流相位、大小来确　定各电流互感器二次回路的正确性，有效解决了　电流互感器投运过程中出现的问题，为变电站的　一次投运成功提供了可靠保障。　文章以投运的７５０　ｋＶ变电站为例，介绍变压　器短路试验的过程和测试数据结果分析。　２．１试验前满足条件　１）要求电流回路查线工作结束，保护传动完　毕，电流互感器变比满足继电保护定值要求，所有　电流回路的电流端子连片处于合位；　２）全站电流互感器保护级的变比试验和测　量级的角比差试验结束，且在合格范围内；　３）提前编制变压器短路模拟试验专项方案，　并经过审核、批准程序，试验过程中严格按方案进　行；　４）做六角图测试用的钳型相位表应达到一　定精度，不影响测试效果；　５）保证试验用３８０　Ｖ交流电源相序正确（试　验接线时应与变压器相序一致），根据计算的短　路电流数据，配置适当容量的三相交流空开；　６）六角图测试用基准电压与户外用试验电　源Ａ、Ｂ、Ｃ三相中的Ａ相为同相，且要求相线接入　作者简介：许国安（１９７３一），男，青海乐都人，助理工程师，从事电气调试工作。　

变压器试验方法及过程

1.绝缘电阻测验

绝缘电阻测验用于检验变压器的绝缘性能。试验中将低压侧和高压侧各相的绕组分别与地绝缘，并施加一定的直流电压，测量绝缘电阻值。该试验通常在变压器制造完成后进行。

2.短路阻抗测定试验

短路阻抗测定试验用于测定变压器的短路阻抗。试验时，将低压侧绕组短路，施加一定电压在高压侧绕组上，测量高压侧电流和电压的比值，即为短路阻抗的测量值。该试验用于评估变压器的负荷能力和短路能力。

3.空载试验

空载试验用于测量变压器的空载电流、空载损耗和功率因数。试验时，将变压器的低压侧绕组开路，施加额定电压在高压侧绕组上，测量高压侧的电流、电压和功率因数。

4.负载试验

负载试验用于测量变压器在额定负载下的电压调整能力、负载损耗和温升。试验时，将变压器连接到额定负载上，施加额定电压，持续一定时间，测量各相的电流、电压、负载损耗和温度变化。

5.相差试验

相差试验用于测量变压器各相之间的电压差，以验证变压器的电压分配是否均匀。试验时，将变压器的低压侧绕组短路，高压侧绕组接入额定电压，测量各相的电压差。 6.过渡特性试验

过渡特性试验用于测量变压器的响应速度和稳定性，以评估变压器在瞬态工况下的性能。试验时，施加电压脉冲或正弦波在变压器的高压侧绕组上，测量低压侧的电压响应时间和稳定性。

上述试验方法是常见的变压器试验方法，不同类型和规模的变压器可能需要进行不同的试验，以确保其性能与要求相符。在试验过程中，要严格遵守相关标准和安全操作规程，做好试验记录和数据分析，及时发现和解决问题，确保变压器的运行安全和可靠性。

1 变压器短路试验的方法

变压器的短路承受能力试验主要是考核其承受短路的机械力，并不能验证其热特征(在标准中明确规定承受短路的耐热能力由计算验证)。短路承受能力试验通常是在试验室完成的。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。下面就试验中有关的具体问题作进一步的分析。

1 短路试验的标准

变压器短路试验的标准有国标GB 1094.5—1985、国际标准IEC 76-5：1976和1996年修改稿(IEC 14/268CD，现未正式采用)。GB

1094.5—1985和IEC 76-5：1976基本等效。目前国内的变压器均按GB

1094.5—1985这一标准进行试验，出口变压器则按IEC 76-5：1976或与其相应的国家标准试验。它们之间的差异见表1。

表1 短路试验标准比较

序号

项 目

GB 1094.5—85 2 IEC 76-5：1976

IEC 14/346/FDIS

1

容量分类

Ⅰ

＜3 150kVA

同GB

＜2 500kVA

Ⅱ

3 150～40 000kVA

2 500～100 000kVA

Ⅲ

＞40 000kVA

＞100 000kVA

2

试验油温

0～40℃

同GB

10～40℃ 3 3

持续时间

Ⅰ

0.5s±10%

同GB

同GB

Ⅱ、Ⅲ

制造厂和使用部门协商

0.25s±10%

4

电抗变化

Ⅰ

≤2%(同心式)

≤4%(箔式和短路阻抗为3%以上)

同GB

同GB

Ⅱ、Ⅲ

制造厂与使用部门协商

≤1%或1%～2%(双方协商) 4 5

电流幅值及偏差

每相至少有一次100%最大非对称电流，其他两次不低于75%最大非对称电流

每相至少有3次100%最大非对称电流

同IEC 76-5：1976

对称电流≤±10% 非对称电流≤±5%

同GB

同GB