摘要：10kV配电变压器外部突发短路引起的过电流不仅对变压器造成损伤，由于其在电力配电系统应用范围广、周围环境复杂，故障甚至引起二次灾害，10kV配电变压器短路承受能力越来越受到关注。本文主要结合试验室条件介绍10kV配电变压器短路承受能力试验的试验方法。
关键词：配电变压器；承受短路的能力；试验
0引言
变压器短路短路承受能力试验的国家标准为GB 1094.5-2008《电力变压器 第5部分：承受短路的能力》（等同于国际标准IEC 60076-5：2006，MOD），目前国内的变压器按GB 1094.5-2008进行试验。电力变压器的短路承受能力试验主要是考核其承受短路的动稳定能力的特殊试验，承受短路的耐热能力由计算验证，通常按照产品检测委托，试验室对前者，即短路承受的动稳定能力进行特殊试验。根据10kV配电变压器额定容量、额定频率、额定电压、额定电流、分接范围、短路阻抗百分比、负载损耗、联接组标号等参数，计算对称短路电流方均根值、峰值因数、非对称短路电流峰值等，并根据网络试验室回路设备计算阻抗、合闸开关合闸相位、通流时间等参数，最终完成符合标准要求的10kV配电变压器短路承受能力试验。
1试验回路
常见的10kV配电变压器为三相具有两个独立绕组的额定容量为200kVA/400kVA的变压器，属于标准中规定的Ι类变压器（额定容量25kVA~2500kVA），根据标准要求，这种类型的变压器通常只考虑三相短路试验，这种考虑实质上能充分满足其他可能包括在内的故障类型，而网络实验室能够方便地提供三相电源，因此试验回路接线选取的短路故障类型确定为三相短路。对双绕组变压器和不带第三绕组的自耦变压器，二次侧（低压侧）的短路能更好地反映系统的短路故障状态，因此应优先考虑二次侧（低压侧）短路。
标准规定，绕组的短路可在变压器另一绕组施加电压之后（后短路）进行，也可在施加电压之前（先短路）进行。先短路法：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，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。后短路法：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。根据网络实验室的布局、接线及试验便利性的条件，合闸开关位于网络试验室的电抗器室，经母线桥进入试品小室，试验方式选取先短路法。根据上述分析以10kV配电变压器常见的联接组标号为Dyn11的试品为例，试验接线原理见图1 变压器短路承受能力试验原理图。
图1 变压器短路承受能力试验原理图
2试验参数
对称短路电流方均根值I为：
，，，其中Zs为系统短路阻抗，单位每相Ω（等值星形联结），
，式中
为标称系统电压单位kV；S为系统短路视在容量，单位MVA，若用户无规定，则按标准规定10kV配电变压器系统短路视在容量取值500MVA；其中U为所考虑绕组的电压（额定电压或分接电压），单位kV；Zt为折算到所考虑绕组的变压器的短路阻抗，单位每相Ω（等值星形联结），对于主分接，
，其中zt为在参考温度、额定电流和额定频率下所测出的主分接的短路阻抗，用%表示；Ur为所考虑绕组额定电压，单位kV；Sr为变压器的额定容量，单位MVA；对其他分接，zt、Ur分别为相应分接的短路阻抗、分接电压；负载损耗
及
得变压器电阻
；由变压器等效串联阻抗
得变压器电抗
；试验电流峰值
，其中系数
为峰值因数，与
有关，X为变压器电抗与系统电抗之和，R为变压器电阻与系统电阻之和，通常实际计算时以
代替
，并由表1求得峰值因数
。
表1系数
的值
注：若
为1~14之间其他值，则
可用线性插值法求得。
3试验程序
由标准规定，对10kV配电变压器的试验次数应为9次，每相应进行3次短路承受能力试验，且在不同分接位置上进行。（1）直接控制系统：按变压器短路承受能力试验原理图搭建回路，并根据对称短路电流方均根值、试验电压及折算到所考虑绕组的变压器的短路阻抗计算试验回路实际投入阻抗。（2）时序控制系统：通过选相合闸开关MS选择某一相电压过零合闸来得到该相最大的非对称短路电流的第一峰值，另两相可以调整合闸角度来达到非对称短路电流的第一峰值不低于70%，选相合闸开关MS合闸与操作开关OB的分闸指令配合则保证通流时间满足0.5s的要求，该相进行3次试验之后，调整分接位置及选相合闸开关MS合闸角度，依次进行其余两相试验。（3）测量系统：被试变压器的高压侧的电压信号通过分压器-测量系统测量，短路电流采用罗氏线圈-测量系统，在被试变压器的每一相上进行电流信号测量。（4）保护整定：由网络试验室GSP-823微机线路保护测控装置对12.5kV和40.5kV线路配备过流保护及后备保护参数值及试验参数，保护I段过流速断保护不做调整，保护II段时限保护由短路开合试验的百毫秒级整定为十毫秒级。
4试验结果
以某抽检试验10kV配电变压器为例，其主要参数为：额定容量：200kVA；额定频率：50Hz；额定电压：10/0.4kV；额定电流：11.55/288.7A；冷却方式：ONAN；分接范围：±2×2.5%；短路阻抗百分比：1分接：4.46%、3分接：3.97%、5分接：3.53%；负载损耗：1分接：2.811kW、3分接：2.630kW、5分接：2.488kW；联接组标号：Dyn11。
试验参数：1分接：变压器短路阻抗24.59Ω、试验回路投入阻抗4.92Ω、对称电流值245A、峰值因数1.95、峰值电流值477A；3分接：变压器短路阻抗19.85Ω、试验回路投入阻抗5.15Ω、对称电流值288A、峰值因数1.92、峰值电流值553A；5分接：变压器短路阻抗15.93Ω、试验回路投入阻抗5.25Ω、对称电流值340A、峰值因数1.88、峰值电流值641A。
试验数据：1分接：对称电流值A/B/C：236A/236A/234A、峰值电流值A/B/C：492A/418A/415A、持续时间：0.502s；3分接：对称电流值A/B/C：261A/262A/261A、峰值电流值A/B/C：448A/559A/458A、持续时间：0.506s；5分接：对称电流值A/B/C：320A/322A/323A、峰值电流值A/B/C：546A/526A/656A、持续时间：0.500s；注：每分接进行3次试验，产生3组数据，这里每分接给出1组数据示例。以3分接为例，典型试验示波图如图2所示。
图2典型试验示波图
试验结果分析：抽检试验依据标准及试验委托书要求，每相试验
3次，持续时间满足0.5s（1±10%），试验波形无异常，峰值电流偏离规定值不大于5%，对称电流偏离规定值不大于10%，试验前后测量相电抗差（%）满足要求值（≤7.5），吊心检查没有明显变化，试验后线圈、引线和支撑结构等无明显位移、变形，器身表面没有放电痕迹，短路后复试例行试验合格，则此次抽检变压器短路试验符合要求，试品通过试验。
5结束语
国内配电变压器厂家众多，生产制造工艺参差不齐，短路承受能力不足导致配电变压器发生严重损坏引起事故的情况时有发生，造成较大的经济损失。厂家只有通过不断研究配电变压器短路承受能力影响因素，如电磁参数、绕组的支撑结构、夹紧装置及制造工艺等提升设计制造技术水平，才能最终提高配电变压器短路承受能力，在运行中降低短路故障的发生概率。
参考文献：
［1］ GB 1094.5-2008 电力变压器 第5部分：承受短路的能力
［2］ GB 1094.1-2013 电力变压器 第1部分：总则
论文作者:马兆鑫,王献才,付二顺,黄帅印,李言中,赵新阳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：变压器论文; 电流论文; 峰值论文; 阻抗论文; 绕组论文; 承受能力论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第33期论文;