中试控股技术研究院鲁工为您讲解：箱式变压器短路阻抗测量仪

ZSCT-3900 变压器短路阻抗测试仪（三相）

零序阻抗的测量适用于高压侧星形接线带中性点的变压器
电压测量范围：20～1000V ，电流测量范围：0.1A～100A在仪器允许的测量范围可直接测量，超出测量范围可外接电压、电流互感器，仪器可设置外接电压、电流互感器的变比，直接显示施加的电压、电流的值

参考标准：GB1094.5-2003和IEC60076-5:2000 DL/T 1093—2008

ZSCT-3900 变压器短路阻抗测试仪低电压短路阻抗试验是鉴定运行中变压器受到短路电流的冲击，或变压器在运输和安装时受到机械力撞击后，检查其绕组是否变形的最直接方法，它对于判断变压器能否投入运行具有重要的意义；

也是判断变压器是否要求进行解体检查的依据之一，七寸高亮度触摸彩色液晶，强光下显示清晰，全触屏操作，中英文自由切；

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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。国际委员会 
(iec)和我国标准(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
1容量分类 ⅰ ＜3 150kva 同gb ＜2 500kva
ⅱ3 150～40 000kva 2 500～100 000kva
ⅲ＞40 000kva ＞100 000kva
2试验油温 0～40℃ 同gb 10～40℃
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)
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
6试验次数 ⅰ 采用三相时，共进行3次试验；采用单相电源时，共进行9次试验，每相 
进行3次试验，非对称短路电流一次100%，另两次不低于75% 采用三相电源时，共进行9次试验 
，采用单相电源时共9次，每相进行3次，但非对称电流3次都是100% 同iec 76-5：1976
ⅱ、ⅲ 制造厂和使用部门协商 同gb 同gb
7分接位置 ⅰ 最大、最小和额定 同gb 同gb
ⅱ、ⅲ 制造厂和使用部门协商
8绝缘试验
(复试)电压
原绝缘电压的85% 原绝缘电压的75% 原绝缘电压的100%
9系统短路表观容量 — 与gb不尽相同 与gb不尽相同
10非对称分量峰值
系数2k
x/r≥14时，2k=2.55
x/r＜14时查表

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。变压器短路阻抗测试仪可单相、三相测试（手动），适用于任意阻抗的试品，可外接调压器，对被 
测试品进行测量；仪器采用大屏幕彩色高分辨率触控液晶，自带打印、U盘存储、永久日历、时钟 功能；精度：电压，电流:0.2级，电压测量范围：15V～1000V，电流测量范围：0.1A～100A，仪器 
显示：5位数字变压器短路阻抗测试仪可单相、三相测试，适用于任意阻抗的试品，可外接调压器，对被测试品进 行测量；仪器采用大屏幕彩色高分辨率触控液晶，自带打印、U盘存储、永久日历、时钟功能；精 
度：电压，电流:0.2级，电压测量范围： AC15V～400V，电流测量范围： AC 0.1A～20A，仪器显 示：5位数字变压器低电压短路阻抗测试仪，适用于电力变压器（单相或三相）出厂、大修、预试以及交接试验 
中低电压负载阻抗测试。其原理是在现场对电力变压进行短路阻抗（%）测试，并与铭牌值或出厂 值进行比较，能发现出厂试验后经运输、安装和运行中严重故障电流等所造成的绕组位移、变形等 缺陷（ 《2000年中国供电国际会议》中规定超过± 3%的短路变化应视为显著变化）。
变压器低电压短路阻抗测试仪，不用外接调压器，一次接线，只需输入参数，便可自动进行三相测试并自动计算阻抗误差百分比，测试结果非常直观，是现场测试变压器有无绕组变形的快速测试仪器。

ZSCT-3900 变压器短路阻抗测试仪（三相）主要技术指标  
(1)基本量程（最大范围）  
1．电压(量程自动)：  15～500V       ±（读数×0.2%+3字） 
2．电流(量程自动)：  0.5A～20A    ±（读数×0.2%+3字） 
3．功率：          COSΦ ＞0.15       ±（读数×0.5% +3字） 
4．频率(工频)：    45～55(Hz)   测量精度：±0.1%   
5．短路阻抗：      0～100% 测量精度：±0.5%   
6. 仪器显示： 4位数字
7：内置2000W交流可调电源。0-220V    10A
(2)仪器其他参数 
1．环境温度： -10℃～40℃
2．相对湿度： ≤85%RH  
3．工作电源： AC 220V±10%   50Hz±1Hz
4．外形尺寸： 主机   360×290×170（mm）      线箱    360×290×170（mm）
5、重量    主机4.9KG        线箱  5.2KG 

6．测试线长度：标配8米  长度可以定制

ZSCT-3900 变压器短路阻抗测试仪自动计算出变压器折算到额定温度、额定电流下的阻抗电压百分比，以及与铭牌阻抗的误差百分比。

ZSCT-3900 变压器短路阻抗测试仪中文菜单提示；配备高速热敏打印机，大容量内部存储器，方便数据的存储和打印；保存的数据可通过USB转存到U盘。

仪器体积小、重量轻，便于携带，现场使用极为方便，大大减轻了试验人员的劳动强度，提高工作效率。

ZSCT-3900 变压器短路阻抗测试仪本试仪是本公司自主研发的新一代变压器参数测试仪器。用于现场和试验室条件下对35KV级及以上主变压器进行低电压短路阻抗测量的仪器。

该仪器设计精巧，功能强大，内置2000W可调电源，采用先进的A/D同步交流采样和数字信号处理技术，测量数据准确；

通常Uz以额定电压的百分数表示，即uz=(Uz/U1n)*100%

匝电势：

u=4.44*f*B*At,V

其中：B—铁心中的磁密，T

At—铁心有效截面积，平方米

可以转化为变压器设计计算常用的公式：

当f=50Hz时：u=B*At/450*10^5,V

当f=60Hz时：u=B*At/375*10^5,V

如果你已知道相电压和匝数，匝电势等于相电压除以匝数变压器空载损耗计算-变压器的空载损耗组成。

空载损耗包括铁芯中磁滞和涡流损耗及空载电流在初级线圈电阻上的损耗，前者称为铁损后者称为铜损。由于空载电流很小，后者可以略去不计，因此，空载损耗基本上就是铁损。

影响变压器空载损耗铁损的因素很多，以数学式表示，则

式中Pn、Pw——表示磁滞损耗和涡流损耗

kn、kw——常数

f——变压器外施电压的频率赫

Bm——铁芯中最大磁通密度韦／米2

n——什捷因麦兹常数，对常用的硅钢片，当Bm=（1．0～1．6）韦／米2时，n≈2，对目前使用的方向性硅钢片，取2．5～3．5。

根据变压器的理论分析，假定初级感应电势为E1（伏），则：

E1=KfBm（2）

K为比例常数，由初级匝数及铁芯截面积而定，则铁损为：

由于初级漏阻抗压降很小，若忽略不计，

E1=U1（4）

可见，变压器空载损耗铁损与外施电压有很大关系如果电压V为一定值，则变压器空载损耗铁损不变，（因为f不变），又因为正常运行时U1=U1N，故空载损耗又称不变损耗．如果电压波动，则空载损耗即变化。变压器的铁损与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关。1研究背景

电力变压器是一种电能转换设备，其在电力系统中发挥着极为重要的作用，一旦出现故障，将会导致极为严重的大面积停电事故。引起电力变压器故障及事故的原因多种多样，如人员操作失误、负载量突变和绝缘受潮等都有可能造成变压器的停运。

据统计，2002年到2005年间，全国110 kV及以上电力变压器发生事故台次为131台，事故总容量为10 293.2 MVA，如按故障位置来划分事故台次，则由绕组变形故障引起的事故比例高，可达事故总量的60%。这是由于在短路电流的影响下，变压器绕组受强大电动力作用，会发生塌陷、整体扭曲和位移等机械性永久变形，长期运行会产生累积效应，并终造成变压器事故。

因此，及时发现和修复变压器绕组变形故障，能够延长变压器运行寿命，从而减少电力系统不必要的开支。

2论文解决问题及意义

目前检测变压器绕组变形的方法主要包括电容量变化法、振动信号分析法、短路阻抗法及频率响应分析法。其中，后两种方法由于测试设备简单易携、抗干扰能力强等优点，得到了广泛的应用和研究。

但在实际应用中，两者也具有一些缺点：频率响应分析法的测试结果不直观、无定量判断标准可用，需经验丰富的测试人员对历史数据进行横向与纵向比较；短路阻抗法虽判据明确，但无法定位绕组故障，且灵敏度较低。因此，为了有效减小对变压器绕组变形的误判，目前急需一种能够定量判断绕组变形故障的高灵敏度检测方法。

本文提出一种新型变压器绕组变形检测方法——扫频阻抗法，并基于其基本原理建立一套试验室测试系统，在深入研究该系统的测试重复性、稳定性、抗干扰能力和激励电压影响后，探讨该法与频响法及短路阻抗法的异同，分析变压器绕组短路与凹陷故障时的测试情况，从而验证该法对变压器绕组变形故障检测的可行性，后通过现场实测证明了该方法的有效性。

3论文重点内容

本文提出了一种新型变压器绕组变形检测方法——扫频阻抗法，如图1所示。

首先通过对该法测试结果表现形式的转变，优化了其判定轻微变压器绕组故障的效果。随后研究了该法测试系统的重复性及准确性，确定了利用其判断变压器绕组变形故障的可行性。接着探讨了该法抗干扰能力及其激励电压的影响，进一步确立了该法的测试优势。同时，通过与频率响应分析法的比较，建立了两种测试方法间的联系。

而且，对正常和发生短路故障及局部凹陷故障的变压器进行了测量及分析，进一步证明了扫频阻抗法用于变压器绕组变形检测的可行性。后通过现场测试，验证了扫频阻抗法的有效性，现场被测变压器如图2所示。

扫频阻抗法测试系统

 图 1  扫频阻抗法测试系统

某变电站220 kV电力变压器

图2  某变电站220 kV电力变压器

4结论

1）扫频阻抗法具有较高的测试重复性与稳定性，其在相同检测环境下的25次测试结果的标准偏差小于0.17 dBΩ，且50 Hz处阻抗值吻合极好，同时间隔24 h的2次测试结果也基本相同。

2）通过50 Hz处扫频阻抗值与变压器短路阻抗值的比较，验证了扫频阻抗法的低频电路等效于短路阻抗法。

3）较高的激励电压能够有效抑制空间噪声干扰，提高响应电压的信噪比，减少因噪声引起的变压器绕组变形误判。

4）通过与频响法的比较，证明了扫频阻抗法在低频段时具有更优的测试稳定性与抗干扰能力，在中高频段时具有和频率响应分析法相同的测试灵敏度，且频率越高，扫频阻抗曲线与频响曲线关于直线10×lg50互为轴对称图形的趋势越明显，因此中高频段的扫频阻抗曲线具有和频响曲线相同的测试特点。

5）在本文设置的变压器短路故障条件下，扫频阻抗曲线50 Hz处的偏差为 -19.28%，大于 ±2%的标准范围，可判断为绕组故障，且利用相关系数判据也能得到变压器绕组严重变形的结论；对于绕组局部凹陷故障而言，由于故障与正常时50 Hz阻抗值基本相同，因此无法利用阻抗偏差对绕组故障进行判定，但故障后的阻抗曲线却有明显变化，引入相关系数判据，则低频段数据已接近轻微绕组变形的判定范围，故对于引起绕组轻微变形的凹陷故障，利用扫频阻抗曲线的变化依然能够有效检出。

6）通过对变电站内一台220 kV变压器的测试，验证了扫频阻抗法应用于大型变压器的可行性，且确定了较高电压的扫频阻抗测试系统，能够更为有效地抑制空间电磁噪声。接地阻抗除了满足接地阻抗要求外，与交接验收测试值比较不应有明显增大，否则应考虑在技术经济合理的前提下，提出接地网降阻目标值，并通过仿真计算推荐科学的降阻措施。

一接地网电位升高和场区电位差

1.1评估接地故障状态卜，接地网电位升高水平和接地网电位差能否满足lOkV及以下无间隙金属氧氧化锌避雷器、二次电缆和二次设备，以及电缆外护套过电压保护器绝缘的安全运行要求，对存在安全隐患者，结合仿真计算提出合理的降阻或均压等整改措施。

1.2接地故障状态下，评估是否存在接地网导体高电位引外的风险，对存在安全隐患者，提出完善的防风险措施。

二跨步电位差和接触电位差

评估接地故障状态下，是否存在部分区域跨步电位差和变电站内设备场区接触电位差超标或偏高的风险，对存在安全隐患者，通过仿真计算提出局部加密水平接地网的措施。

三接地网电气完整性

设备接地引下线与接地网连接情况和接地同网电气完整性测试结果应满足要求。

四接地网和接地引下线导体腐蚀状况

综合接地网和接地引下线导体腐蚀性开挖和取样，以及腐蚀性诊断结果，评估接地网和接地引下线导体腐蚀性指标是否满足全寿命周期内的运行要求。

五接地网和接地引下线导体热稳定

考虑导体腐蚀的因素，评估接地网和设备接地引下线导体截面是否满足Zui大接接地方式下的热稳定要求，以及剩余寿命的校核。