变压器试验高级工教程

目录
第一部分变压器试验工高级工教程
第一章试验准备
1.1技术准备
1.1.1变压器温升试验的限值。

1.1.2变压器声级测量试验的数值要求。

1.1.3变压器的局部放电的试验要求。

1.1.4变压器损耗测量时补偿容量的计算。

1.1.5变压器空载、负载试验的试验方案的编制。

1.2设备准备
1.2.1工频试验变压器和工频高压分压器的选择。

1.2.2变压器负载试验补偿容量的接线。

第二章试验
2.1试验接线
2.1.1变压器工频耐压试验的试验接线。

2.1.2变压器负载试验补偿容量的接线。

2.1.3变压器温升试验的试验接线。

2.1.4变压器声级测量试验的接线。

2.1.5变压器三相零序阻抗测量试验的接线。

2.1.6变压器局部放电试验的接线。

2.1.7变压器感应耐压试验的试验接线。

2.1.8变压器雷电冲击全波试验的接线
2.2试验操作
2.2.1变压器工频耐压试验的结果判断。

2.2.2变压器温升试验时环境温度测量装置的布置和数据采集
2.2.3变压器声级测量试验时基本发射面绘制和测量点的布置。

2.2.4变压器三相零序阻数据采集。

第三章数据处理
3.1数据计算
3.1.1工频耐压试验电流的计算。

3.1.2三相零序阻抗的计算。

3.2数据分析
3.2.1变压器空载、负载试验中常见问题。

3.2.2变压器绝缘电阻测量、介质损耗角和电容测量试验中注意的问题。

第一章试验准备
1.1技术准备
1.1.1变压器温升试验的限值。

变压器的温升试验是型式试验，其试验过程需要电源容量教大，占用的时间较长。

温升试验的目的是检验规定状态下变压器绕组、铁心和变压器油的温升；油箱、结构件、引线和套管以及引线和分接开关的连接处有无局部过热；确定变压器在工作运行状态及超铭牌负载运行状态下的热状态以及有关参数。

变压器的温升与变压器的线圈结构以及其冷却方式有很大关系，下面我们简单介绍一下变压器冷却方式标示的含义：
对于油浸变压器，其冷却方式用四个字母来表示
第一个字母表示与绕组接触的内部冷却介质：
O 矿物油或燃点不大于300℃的合成绝缘液体；
K 燃点大于300℃的绝缘液体；
L 燃点不可测的绝缘液体。

第二个字母表示内部冷却介质的循环方式：
N 流经冷却设备和绕组内部油流是自然的热对流循环；
F 冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热
对流循环；
D 冷却设备中的油流是强迫循环，（至少）在主要绕组内的
油流是强迫导向循环。

第三个字母表示外部冷却介质：
A 空气
W 水
第四个字母表示外部冷却介质的循环方式：
N 自然对流
F 强迫循环
对于不同类型的变压器，在GB1094.2-1996《电力变压器第二部分温升》中规定了温升限值。

对于油浸变压器，在连续额定容量下，其温升限值如下表所示：
此外，还指出对于铁心、绕组外部的电气连接线或油箱中的结构件，不规定温升限值，但一般不超过80K。

对于干式电力变压器，在GB6450—86《干式电力变压器》中规定其温升限值，如下表所示：
变压器的声级测量试验属于变压器的特殊试验。

变压器的噪声与其电气性能和机械性能一样，都是变压器及其重要的技术参数，而且近年来随着环保要求的提高，对变压器的声级水平有了更高的要求。

我们首先明确几个基本概念：
①声压
有声波时，媒质中压力与静压的差值。

单位为帕斯卡（Pa）
②声压级
声压平方与基准声压（P0=20×10-6Pa）平方之比的以10为底的对数乘以10。

单位为分贝（dB）。

③声强
表示通过某一指定位置处的净声能大小和方向的矢量。

单位为W/m2。

④法向声强级
法向声强与基准声强（I0=1×10-12W/m2）之比的以10为底的对数乘以10。

单位为分贝（dB）。

⑤声功率
单位时间内通过某一面积的声能。

单位为瓦（W）。

⑥声功率级
给出的声功率与基准声功率（ W0=1×10-12W）之比的以10为底的对数乘以10。

单位为分贝（dB）。

⑦基准发射面
围绕试品的假象表面，认为声音是从该表面发生的。

⑧规定轮廓线
与基准发射面相距某一规定水平距离（即测量距离）的水平线，各测量点位于此线上。

⑨背景噪音
试品不运行时的A计权声压级。

变压器的声级测量在GB1094-10《电力变压器第10部分：声级测定》，中规定了两种发法，即：声压法和声强法。

此外对于某些变压器除测量其空载状态下的噪音外还要测量其在负载运行状态下的噪音。

1.1.3变压器的局部放电的试验要求。

变压器在长期运行的过程中，如果内部绝缘的某些部分在高场强作用下会发生局部放电，会使变压器的绝缘性能下降，影响变压器的使用寿命。

下面我们先明确几个关于局部放电的基本概念：
① 起始电压和熄灭电压
当外施电压逐步升高时，达到能观察到局部放电时的最低电压，即为放电
起始电压；当外施电压逐步降低达到观察不到局部放电时，外施电压的最高值即为熄灭电压。

②实际放电量和视在放电量
放电过程中介质内部移动的电荷量成为实际放电量；在施加电压的介质两端出现的脉动电荷称为视在放电量。

前者无法测量，后者可以测量，因此，目前国内外有关标准将视在放电量作为局部放电测量的直接控制参数。

③放电重复率
每秒钟出现的放电次数的平均值称为放电重复率，单位为“次/s ”。

④放电能量
局部放电发生时，每一次放电发生电荷交换所消耗的能量称为放电能量。

单位用μJ 表示。

⑤平均放电流和放电电功率
设在测量时间T 内出现n 次放电，每次放电对应的视在放电量为q a1、q a2、q a3、…、q an ，外施电压的瞬时值为u 1、u 2、u 3、…、u n ,则：
平均放电电流
放电功率
1.1.4变压器损耗测量时补偿容量的计算。

变压器的损耗测量包括空载损耗测量和负载损耗测量。

对于空载损耗测量来说，所需要的电源容量较小，一般不存在容量的补偿问题。

下面我们主要以负载损耗测量为例，通过一台变压器的负载试验的实例简单介绍一下容量补偿问题。

一台变压器的技术数据如下：
型号：SFP —380000/220, 额定电压：242±2×2.5%/20 kV, 设计的阻抗电压Uk=14.4%。

∑==n i ai
q T I 1
1∑-=n i i ai u q T P 11
A
I 3.4536.906%50=⨯=V U 0.17424%4.14242000%50=⨯⨯=
1.1.5变压器空载、负载试验的试验方案的编制。

变压器空载、负载损耗的试验方案的编制主要包括以下主要几个方面：
①根据产品的容量选择相应所需的试验容量、选择合适的试验电源和相应的补偿容量。

②根据产品的技术数据计算试验所需的电压和电流值。

③根据计算值选择合适的电压和电流互感器。

④确定试验时的接线图
⑤明确试验时的注意事项，设立相应的现场监护措施。

1.2设备准备
1.2.1工频试验变压器和工频高压分压器的选择。

变压器在进行外施耐压和感应耐压试验时，都要用到工频试验变压器和工频高压分压器，下面我们分别介绍一下。

试验变压器相对于普通的电力变压器，其由于运行条件不同，而具有其自身的特点：
①试验变压器在大多数情况下，工作在电容性负荷下，而电力变压器一般工作在感性负荷下。

②试验变压器的试验所需功率不大，所以试验变压器的容量不很大，而电力变压器的容量都很大。

③试验变压器在工作时经常放电；电力变压器在正常工作时，发生事故短路的机会不多，而即使发生，继电保护装置会立即断开电源。

④试验变压器的工作时间一般都很短，而电力变压器一般都会持续运行。

⑤电力变压器在工作过程中有可能受到大气过电压和操作过电压的侵袭，而试验变压器并不会受到这些侵袭，它在工作过程中也可能在绕组上产生梯度过电压。

⑥试验变压器由于工作时间短，工作温度较低，而电力变压器温升较高。

总之，试验变压器在运行方面比电力变压器有利，而重要性方面则不如电力变压器，所以试验变压器设计时采用较低的安全系数。

试验变压器的主要参数是电压和容量，但随着电压的提高，试验变压器的体积和重量会集聚增加，因此单个的试验变压器的电压一般都在1000kV 以下。

对于试验过程中，试验变压器的选择主要是根据试品的电容选择试验容量和试验电流，例如某一试品电容量为C ，试验电压为U ，试验施加电压的角频率为ω，则试验所需的容量和电流为：
试验容量 P=ωCU 2× 10-9 kVA 试验电流 I= ωCU × 10-9 A
下面是国产的某些型号的试验变压器的额定电压和额定容量以及一些常见试品的电容量。

在实际中，我们常按下式来选择工频试验变压器的容量
而对于工频高压分压器，其是将高电压波形转化成低电压，而便于测量，它由高压臂和低压臂构成，如图1-1所示，图中Z1表示高压臂阻抗，Z2
.
.kVA UU C f S N x N 9
102-⨯≥π
表示低压臂，高压臂阻抗远大于低压臂阻抗，故电压主要降落在高压臂上，低压臂只分得电压降的一小部分，图中 分压比
对于纯电阻分压器，分压比 k=(R 1+R 2)/R 2 对于纯电容分压器，分压比 k=(C 1+C 2)/C 1
对于我们选择分压器来说，主要要注意以下几点：
①分压器接入被测电路应基本上不影响被测电压的幅值和波形。

②分压器所消耗的电能、应不大。

在一定的冷却条件下，分压器消耗的电能所形成的温升不应引起分压比的改变。

③由分压器低压臂所测得的电压波形应与被测电压波形相同，分压比在一定的频带内应与被测电压的频率和幅值无关。

④分压比与大气条件（气压、气温、湿度等）无关或基本无关。

⑤分压器中应无电晕及绝缘之泄露电流，或者说即使有极其微量的电流和泄露，他们对分压比影响很小。

⑥分压器应当采取适当的屏蔽措施，使它的测量结果基本上或完全不受周围环境（如对周围物体的距离）的影响。

1.2.2变压器负载试验时试验电源和补偿容量的选择。

变压器的负载损耗测量和温升试验在试验线路上基本一样，其均需要较大的电源容量，可以按下式选择：
S k =0.01U k S N
式中：S k -----负载试验需要的电源容量（kV.A ） U k -----变压器的短路阻抗（%） S N -----变压器的额定容量（kV.A ）
由于试验需要的的是落后无功，因此可以用电容器来进行补偿，最佳的方案是进行全补偿，试验电源只出有功。

但在实际应用时，应根据实际的情况来选择补偿的容量。

1.2.3变压器局部放电设备的选用。

变压器局部放电测量试验
变压器局部放电试验中测量仪器的选择主要要根据变压器的本体电容和耦合电容的大小，以及测量所需的准确程度来选择。

下面我们简单列举几个常见的国内外局部测量设备
2212.
1./)(/Z Z Z U U k +==
第二章试验2.1试验接线
2.1.1变压器外施耐压试验的试验接线。

在图中：Ts为试验变压器
Cd为电容分压器
R 为保护电阻（一般为0.1U N Ω，Un为试验变压器高压侧
的额定电压，单位V ）
2.1.2变压器负载试验补偿容量的接线。

变压器负载损耗测量时电容补偿装置一般按接入位置可以分成两种：一种直接接在发电机出口处，一种接在中间变压器的高压侧，如图1-3所示。

如果按照电容补偿装置的联接方式，可以分成三角形接法和星形接法，如图1-4所示。

变压器的温升试验方法按照JB/T 501—91《电力变压器试验导则》中规定一般有：直接负载法、相互负载法、循环电流法、零序电流法和短路法等。

①直接负载法。

直接负载法是在变压器的一侧施加额定电压励磁，另一侧加负载阻抗，使变压器绕组中通过最大负载电流，原理图如下如图1-4。

这种试验方法最为简单，但需要和被试变压器有相同容量的负载，因此只适用于容量较小的变压器
负载，两台变压器处于空载状态。

当U2T4由0逐步升高时，变压器T1和
变压器T2中将有电流通过，电流值I为
I=U2T4/（Z1+Z2）其中：Z1为T1变压器的每相阻抗，单位Ω
Z2为T2变压器的每相阻抗，单位Ω
当变压器T1的一次侧是额定电压，二次侧是额定电流时，达到额定的温升试验状态。

③循环电流法
循环电流法的基本原理同于相互负载法，只是利用变压器T1和变压器T2的电压比不同代替相互负载法中的变压器T4，利用T1和T2的电压差的得到额定电流，而满足温升试验的要求。

原理土如图1-6所示，由于变压器T2和试品T1的电压比不同，两台变压器见存在电压差△U，增大它们之间的变比差，从而增大电流，而达到额定电流。

但此时辅助变压器T2的容量应该大于试品T1的容量，而且它们的联结组别应该相同。

④零序电流法
零序电流法试验线路如图1-7所示，图中T1是被试变压器，T2、T3、T4是辅助变压器。

G1、G2是电源。

T1的电压逐渐升高，在变压器T1的开口三角形绕组内的单相电流将逐渐升高，这一电流相当于三相系统中的零序电流，在变压器T1的YN联结绕组中感应出零序电流，此零序电流通过变压器T2的YN联结绕组，最后在变压器T2的d联结绕组中也感应出零序电流，在两台变压器中形成零序电流系统，此电流在变压器T2的绕组中循环流通，不影响变压器T3，所以变压器中无零序电流。

⑤短路法
短路法适用于油浸电力变压器，其接线方法简单，需要的试验设备也比较少。

其接线方式同于负载试验。

接线图如图2-8所示，图中T1为中间变压器，T2为被试变压器。

短路法测量变压器绕组温升，由于变压器在试验过程中铁心绕组内没有励磁，只能通过施加多余的“负载损耗”方式来施加空载损耗。

c)变压器供电，冷却设备不运行，油泵投入运行；
d)变压器不供电，冷却设备及油泵投入运行。

我们还要根据供电组合的要求，完成相应的变压器附机接线。

2.1.5变压器三相零序阻抗测量试验的接线。

变压器在不对称运行状态（如单相短路、两相短路等）时，可利
用叠加原理分解成正序、负序和零序三个对称分量，如图1-10所示。

相对与正序、负序和零序三个对称系统，三相变压器的阻抗也可以分为正序阻抗、负序
的磁通也是同相的，对于三相铁心，其不能通过铁心内形成通路，只能通过变压器的铁轭，油隙和油箱等闭合；而对于五柱铁心，其可以通过旁轭闭合。

三相零序阻抗测量，对于不同的联结组别的变压器，其测量的绕组组合是不一样的。

对于YNd联结的变压器
2.1.6
感应耐压试验在GB14094.3《电力变压器第3部分绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》中规定：
对于ACSD试验：
⑴高压绕组为全绝缘的三相变压器：
使用三相对称电源进行试验，如果变压器有中性点端子，试验过程中应将其接地。

对于具有全绝缘绕组的变压器，只进行相间试验
①对于Um＜72.5kV和Um=72.5kV且额定容量小于10000kVA的全绝缘变压器，在试验过程中不进行局部放电测量。

②对于Um=72.5kV且额定容量为10000kVA及以上的变压器，如无其它协议，在试验过程中要进行局部放电测量。

局部放电的测试电压U2应为
相对地：
相间：1.3Um
⑵高压绕组为分级绝缘的变压器：
对于三相变压器要求两种试验，即：
a)带局部放电测量的相对地试验，局部放电的测试电压U2=1.5 Um/√3
b)带局部放电测量的中性点接地的相间试验局部放电的测试电压U2=1.3
Um。

对于单相变压器只进行相对地试验，而且通常在中性点端子接地的情况下，局部放电的测试电压一般为U2=1.5 Um/√3。

对于分级绝缘变压器的单相感应接线，如下图2-12和图2-13所示：
这种连接也适用与一台套有绕组磁回路且其中性点绝缘小于1/3。

图中 Gg 发生器电容
C L 符荷电容 Rsi 波尾电容 Rse 波头电阻
Gj 截断球隙 Z 1 分压器高压阻抗 Z 2 分压器低压阻抗
21U U U U U U t
X
t -=-212
1U U U U U U U x
t -⨯-⨯=
2.2
2.2.1
工频耐压试验应当在1/3试验电压下合闸，然后与测量相配合尽快升到试验电压，维持其电压恒定，保持60秒，然后将电压迅速降至到1/3以下的试验电压，最后切掉电源。

如果在试验过程中，电压不突然下降，电流表指示不摆动，没有放电声，则认为试验结果合格；如果有轻微的放电声，在重复试验中消失，也视为为试验合格；如果出现较大的放电声，在重复试验的过程中消失，需要吊心检查，寻找放电部位，采取必要的措施，根据放电部位决定是否复试。

2.2.2变压器温升试验时环境温度测量装置的布置和数据采集
对于风冷变压器来说，温升试验的过程中，冷却空气温度变化应当尽可能的小，特别是在试验的后期，接近稳态的时候，应当采取有效的措施，防止空气湍流引起环境温度的剧烈变化，因此，环境温度的测量装置布置时应当注意这种情况。

试验的过程中应当至少设置三个环境温度的测量点，以取平均值进行评估。

每隔一段时间要记录读数，或采用自动连续记录。

对于水冷变压器，冷却水的温度变化也应当尽量小，在冷却器入口处测量其温度，同时应定期记录冷却水的温度和流量，或采取自动连续记录。

对于风冷油浸变压器，我们还要定期记录变压器冷却装置的进口和出口的温度，以及油顶层的温度。

2.2.3变压器声级测量试验时基本发射面绘制和测量点的布置。

变压器声级测量时基本发射面的确定应当遵循以下原则：
①由变压器油箱顶盖部（不包括高于顶盖的套管、生高座和其它突出
物）到油箱底部的垂直投影线以及环绕变压器轮廓和弦线形成的平面。

②基本发射面包括固定在油箱上的冷却设备、箱壁加强铁以及诸如电缆
盒、分接开关等附属设备。

③基本发射面不包括吹风装置的辅助件和套管、油管路、储油柜、油箱
底座、阀门以及其它次要部件。

对于测量点的布置，它与规定轮廓线有一定的关系：
2.2.4变压器三相零序阻数据采集。

变压器零序阻抗测量时施加的测量电流应当遵循以下原则：
①有平衡安匝的变压器，测量电流应当尽量接近额定电流，如果达不到额定电流时，测量电流不应小于额定电流的25%。

②没有平衡安匝的变压器，其零序阻抗为非线形的，每个测量组合均应测量4～5
个点，电流应当尽量接近额定，但应控制电压不应超过额定。

注：绕组中有一个封闭三角形联结的变压器均是有平衡安匝。

同时要根据需要测量的电压和电流选择适当的测量设备。

例如：一台变压器的型号为SFP —370000/220，联结组别为YNd11,铁心为五柱铁心，额定电压为242±2×2.5/20 kV ，额定电流为883/10681A ，设计阻抗为13.8%，现在我们要测量其零序阻抗。

对于其零序阻抗基本等于正序阻抗。

试验电流：I=（883/4）=220.8A 试验电压：
U=(242000/√3×0.138/883)/3×220.8=1607.1V
第三章 数据处理 3.1数据计算
3.1.1呈容性。

图2-14示意图，C 1
程中，由于铁心和油箱均接地，故C 1为零；C 2为高低压绕组间的等效电容；C 3为高压绕组对油箱壁的电容,则在高压绕组施加频率为ω的正弦交流电压，则试验电流为
对于电容C 2和C 3的并联值，我们可以用试验的方法测得。

例如一台变压器的型号为SFP-370000/220的高压工频耐压试验，测的高压绕组对低压和箱壁的电容为16.47nF,试验电压为200kV,试验电压频率为50HZ ，则试验电流为
3.1.2
的3倍，即
测量电流为238.0A 3.2数据分析
3.2.1
U C
C C C I ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=23
2
3ωI 14.32⨯⨯=Z =0Z
如下:
加电端子短接端子施加电压测量电流测量损耗
ab bc 220V 0.01A 76.5W
76.5W,但由于
,我们可以得到瓦特
,为测量损耗的
变压器负载损耗试验，第一种线路的损耗在测量损耗中所占的比例很小（主要是瓦特表电压表和测量用电压互感器的内阻引起的损耗）。

另外，测量系统的角差也能引起很大的测量误差，特别是测量用电压互感器和电流互感器的角差。

计算公式如下：
ß =0.0291δtanØ（%）
式中ß为测量误差，δ为测量系统的角差，Ø为试品的功率因数角。

下面举例说明：
一三相变压器负载损耗测量数据如下：
试验电压U=16.6KV,试验电流I=223A,负载损耗W=119.2KW,测量用电压电流互感器的准确级为0.1级，其最大角差为±5分，试计算由互感器角差引起的测量误差。

解：互感器的角差δ=552⨯⨯=7.07分
cosØ=322316*********
⨯⨯=0.01859 tanØ=53.8
ß=0.0291×7.07×53.8=11%
由上例可见，在试品的功率因数很低的情况下，互感器的角差引起的测量误差 是相当大的。

下面我们再分析一下下面的情况。

如图所示，对于变压器负载试
间由于电磁感应将会出现环流，将会使变压器的“负载损耗”增加很多，故通过负载试验可以诊断变压器部分股间短路。

而在这种情况下，空载试验时，引起的空载损耗和空载电流的增加值不是很明显。

而如果匝间存在短路时，将会形成一个短路环，此时空载损耗和空载电流将会大幅度增加，故通过空载试验能够发现变压器的匝间短路故障。

3.2.2变压器绝缘电阻测量、介质损耗角和电容测量试验中注意的问题。

在绝缘电阻测量时，应注意以下问题：
1.应按照仪表的使用说明书的要求，正确连接仪表端子与被试线端，避免由于连线错误造成测量结果的较大误差；
2.高压测试连线应当尽量保持架空，确需要使用支撑时，要保证支撑物的绝缘绝缘状态和绝缘距离，必要时要加以确认，以保证测量结果的可信性；
3.一般的绝缘电阻表均设有屏蔽端子，当测量环境条件污染严重或相对湿度较大时，被试品的外绝缘表面泄露电流会对绝缘电阻的测量结果产生较大的影响。

在这种情况下，应利用绝缘电阻表的屏蔽端子采取相应的屏蔽措施。

试验时应记录环境温度和湿度。

4.如果所使用的仪表本身不具备自动放电功能，那么每次测量结束后，应首先断开绝缘电阻表的高压端，并对地放电，以避免由于被试品向绝缘电阻表放电而引起仪表损坏。

5.变压器的高压绕组、中压绕组、低压绕组应连同其中性点将各绕组线端分别连接在一起进行测试，当绕组线端U、V、W未同中性点端子连接在一起时，通过绕组的电流会影响绝缘电阻值。

6.测量绝缘电阻时应同时准确测量被试品的温度，对油浸式变压器可在油的温度稳定，油箱上下部的温差很小时，将油顶层温度作为绝缘测量系统的温度；否则应当在绝缘电阻测量前根据绕组的直流电阻算出绝缘系统的温度。

介质损耗角测量时，试验电源的频率应为产品的额定频率，其偏差不大于5%。

试验电源电压波形应为正弦波。

在测量中应该注意非正弦波的高次谐波对tanδ的影响，同时也应注意高压引线可能的支撑物及产品绝缘污秽、受潮等因素引起的测量结果的较大误差。