变压器容量及阻抗电压的应用

一、引言变压器的额定容量与其对应的阻抗电压在GB1094.1、GB1094.5和GB6451等有相关的要求，是一个强制性标准。变压器厂家在变压器出厂时测得的阻抗电压值均在国标容许的偏差内。国内大多数城市对用户的供电方式都是采用10KV电源到用户端，通过10KV变压器（配变）变低电压为380V（220V）给用户负荷供电的。所以，每个城市变压器数量最多的也就是这些配变。在某城市给这些配变做负载试验时，发现当中一小部分变压器的阻抗电压值的偏差超出容许的范围（配变的容许偏差≤±10％），特别是一些地处较偏僻的中小企业用户的变压器。进行数据分析时发现所测得的阻抗电压值多数是偏小，这并非偶然，通过进一步的试验，发现变压器铭牌上的额定容量和变压器的实际容量有出入，而且大多是小一个等级。如铭牌上容量是400KVA的变压器，实际容量是500KVA，负载试验时，是把400KVA作为已知量输入测试仪，而此变压器的实际容量却是500KVA，这样就造成所测的阻抗电压值偏小，如果不是进行负载试验的话，这种情况是很难发现的（配变在交接试验是不要求做负载试验的）。这些企业用户大多属于大工业用户，所以将直接反映在基本电费的减少，也即供电部门少收了电费。针对这种情况，根据变压器的额定容量和阻抗电压的对应关系，在试验现场可以通过简单轻便的变压器参数测试仪对变压器进行负载实验，对测得的阻抗电压值进行分析，初步判断变压器铭牌容量和实际容量是否相符。关于变压器实际出力还需进一步试验（如直接负荷法）。这种方法简单易行，可以在供电部门和电力安装企业推广运用，对挂网运行中的配变进行检查和把住安装的交接试验关，这样可以为供电部门和国家挽回一部分电费，从而得到很好的经济效益。二、阻抗电压的物理意义及测量1、阻抗电压的物理意义阻抗电压是将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）与额定电压的比值百分数。阻抗电压Uk（%）是涉及到变压器成本、效率和运行的重要经济指标和对变压器进行状态诊断的主要参数依据之一。同容量的变压器，阻抗电压小的成本低，效率高，价格便宜，另外运行时的压降及电压变动率也小，电压质量容易得到控制和保证，因此从电网的运行角度考虑，希望阻抗电压小一些好。但从变压器限制短路电流条件考虑，则希望阻抗电压大一些好，以免电气设备（如断路器、隔离开关、电缆等）在运行中经受不住短路电流的作用而损坏。不同容量的变压器对应的阻抗电压值国标是有相关规定的，而对于大容量的变压器和变电站的变压器不在本文探讨的范围内。本文是针对大量的10KV等级（及以下）的用户变压器进行探讨的。2、阻抗电压的测量在实际现场中，阻抗电压可以通过变压器参数测试仪对变压器进行负载（短路）试验而测得。负载试验必须在额定频率（正弦波形）和给至线圈额定电流下进行，一般选择变压器一次侧绕组为试验绕组，二次侧（大电流侧）人工短路，当在一次侧（额定电压抽头）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，测得所加的电压和功率。注意二次侧短路连接所用的连接板（电缆）的截面积要足够大，不应小于变压器导线截面积，其长度要尽可能的短，以防止因连接板电阻大而影响测量的准确度。测得的电压占加压绕组额定电压的百分数即为阻抗电压，即所测得的有功功率换算至额定温度下的数值为负载（短路）损耗，这也是一个很重要的参数，但不在本文探讨的范围内。用变压器参数测试仪测量时，变压器的容量是作为一个已知量，通常是把待测的变压器铭牌的额定容量输入测试仪。三、阻抗电压与变压器容量的关系中小容量变压器的阻抗电压在GB1094.1、GB1094.5和GB6451有相关的规定，其中10KV电压等级的变压器额定容量和阻抗电压的对应关系整理汇总如表一所示。表一变压器容量和阻抗电压的关系当阻抗电压值＜10％时，其允许偏差为±10％。阻抗电压和变压器容量的关系对于同一台变压器来说，变压器的绕组电抗和额定电压是一定的，而额定容量在测试中也是作为已知量直接输入变压器参数测试仪的。在实际变压器的负载试验中，通常是把变压器铭牌或变压器出厂合格证上的额定容量作为已知量输入测试仪。所以当出现铭牌或合格证上的额定容量和变压器实际的额定容量不符时，变压器参数测试仪测出来的阻抗电压值是有偏差的，这个偏差往往超出了国标允许的范围。下面分析一下把额定容量这个参数作为变量时，则其对应的阻抗电压的变化。1、输入容量比实际容量小，则阻抗电压偏小在（2）式的各参数中，额定电压UN是一定的，绕组的电抗XT对于同一台变压器来说也是一定的。在负载试验中，变压器容量作为已知量输入变压器参数测试仪，当输入的容量值比变压器的实际容量小时，根据（2）式可知，这时计算出来的阻抗电压值偏小。举例：待测变压器型号为S11-500KVA/10/0.4KV，用变压器参数测试仪对其进行负载试验，实测得绕组的电抗XT＝8.112Ω,计算得阻抗电压Uk＝4.057（折算至参考温度，下同），偏差在允许范围内。当把变压器额定容量由500KVA变为400KVA输入到测试仪，计算得阻抗电压Uk＝3.245。这个阻抗电压值比表一参考值4偏差了－18.875％，大大超出了允许偏差（±10％）。2、输入容量比实际容量大，则阻抗电压偏大相反，当输入的容量值比变压器的实际容量大时，根据（2）式可知，这时计算出来的阻抗电压值偏大。举例：如上例的待测变压器把变压器额定容量由500KVA变为630KVA输入到测试仪，计算得阻抗电压Uk＝5.111。这个阻抗电压值比表一参考值4.5偏差了＋13.578％，也超出了允许偏差（±10％）。本例刚好是临界值，由500KVA变为630KVA，其参考的标准阻抗电压值也由4变为4.5。即使这样，其偏差仍然超出允许值。其他情况大多偏差±15％以上。通过以上的分析和探讨，可以看出变压器的容量与其阻抗电压存在着对应关系。变压器厂家生产变压器（配变）时，每种型号的变压器基本上是批量生产的，变压器的参数都稳定在国家允许的范围内，就变压器本身而言大多是符合国家标准的。问题是实际试验当，却发现一小部分的配变存在铭牌容量和实际容量不符的现象，这是受利益的驱使，有人铤而走险篡改铭牌和合格证的非法行为造成的。所以，通过变压器参数测试仪对现场的变压器进行负载试验，测得阻抗电压值，和表一的标准参考值进行比较，对偏差大小进行分析比较，初步判断所测的变压器容量是否存在不符。这种方法简单、易行、快速。四、在电费计量上的应用探讨变压器容量和阻抗电压的关系，其最终是应用在电费计量方面，使产生经济效益，或者说挽回部分电费的损失。之所以会出现铭牌容量和实际容量不符的现象，对这些变压器进行分析，发现阻抗电压值绝大部分都是偏小，这个现象并非偶然，因为这些变压器的用电性质均属大工业用电。按国家有关规定，大工业用电的范围是指凡以电为原动力的一切工业生产，受电变压器总容量在315千伏安及以上的大工业用户。大工业用户的电费计算公式：电费金额=基本电费+电度电费+功率因数调整电费基本电费（按变压器容量）=计费容量×基本电价基本电费是按变压器容量来计算的，根据国务院颁发的《电价改革方案》精神，从2004年下半年开始，全国大工业用电中的基本电费大幅度提高，以广东省为例，大工业用电变压器容量电价从9元／千伏安·月调整为18元／千伏安·月。一个大工业用户如上例把实际容量为500KVA的变压器改为400KVA的变压器，那么它每个月可以少支付电费（基本电费）：（500－400）×18＝1800元，一年就1800×12＝21600元。这也就意味着供电部门每年损失21600元，如果象这样的变压器有一定数量的话，损失更大，每年将数以百万计，而且是一个长期的电费损失。为了少付电费，个别大工业用户和变压器厂家的部分人员串通，擅自更改变压器的参数和铭牌，为了掩人耳目，一般情况下只把变压器的铭牌容量降低一级，这样变压器的外形尺寸相差不大，一般人不易察觉。在国家规定的变压器交接试验中也没有哪一个试验项目可以测试出当中的猫腻。针对这种情况，本文通过对变压器容量和阻抗电压的关系进行分析探讨，提出一种简单易行的检测方法：用变压器参数测试仪（一般的电力企业都有）进行负载试验，测得变压器的阻抗电压，如果阻抗电压值超出允许的偏差±13％（国标规定允许偏差是±10％，考虑到测试过程和仪器本身的些许误差，实际操作可以取±13％～±15％），则初步判断该变压器存在容量不符或超出国标，然后在进一步检测（可用直接负载法），确认其是否存在问题。通过此法可以为供电企业挽回不少的电费，具有很好的经济效益，值得在各地推广使用。