中试控股技术研究院鲁工为您讲解：干式配变变压器铝线代替铜线材质试验装置

ZSCZ-8900变压器材质分析仪

可无源、准确测量各种配电变压器的容量

全汉字菜单及图形操作提示实现友好的人机对话，触摸按键使操作更简便，可适应冬夏各季。

参考标准：T/CEC 228-2019

变压器材质分析仪：多功能测量仪器，相当于往常四种测试仪器：即有源变压器容量测试仪+变压器特性参数测试仪+变压器直流电阻测试仪+变压器材质分析仪。它可对多种变压器的材质、容量、型式、空载电流、空载损耗、负载损耗、阻抗电压、直流电阻等一系列工频参数进行精密的测量。
本产品具有体积小、重量轻、测量准确度高、稳定性好、操作简单等诸多优点。完全可以取代以往利用多表法测量变压器损耗和容量的方法，接线更简单，测试、记录更方便，使您的工作效率得到了大幅度的提升。

ZSCZ-8900变压器材质分析仪
容量参数设置
在主菜单界面选定“容量测试”项，进入容量测试前的参数设定界面。
一次电压：进行变压器容量的判定之前，需要正确输入变压器的工作电压，该项为变压器的一次额定电压值。单位为kV。
二次电压：进行变压器容量的判定之前，需要正确输入变压器的工作电压，该项为变压器的二次额定电压值。单位为kV。
一次电压、二次电压的可输入值不高于500kV，同时如果输入的数值不包括在下列电压等级时，仪器自动将“变压器类型”改变为“其他变压器”。测试“其他变压器”的容量时，需要输入被测变压器的“阻抗电压”，才能进行准确的变压器容量测量。
本仪器包含的变压器电压等级包括所有变压器（/前方为变压器的一次额定电压，/后为变压器的二次额定电压）。
变压器类型：设定被试变压器的类型。主要设定有“SJ（73）配变”、“S7.S9(及以上)配变”、“干式变压器”、“其他变压器”等四个备选项。其中，“其他变压器”的概念是指，所测变压器的额定电压未在上表所列出的电压等级范围之内的变压器、非配电变压器的特种变压器等等变压器。当选用“S7.S9(及以上)配变”项时，容量测试完毕后，系统将根据测得的被试品的负载损耗，来推定被试变压器究竟属于哪一种类型的变压器，以供工作人员参考。另外S9(11)配变与S9(11)电变的不同，请参考国标《JB/T 3837-2010变压器类产品型号编制方法》的规定。
阻抗电压：当测试“其他变压器”时，输入准确地阻抗电压，才能进行准确地容量测量。可以直接用数字键输入数据。当测试“其他变压器”以外的其他变压器时，该项将根据额定电压和变压器类型显示国标阻抗电压。一般情况下该项值无需修改，即可进行正常的容量测试。只有当试品变压器铭牌所标阻抗电压与该项所显示值相差较大时，则建议改变其值，使其更接近铭牌所标注的“阻抗电压”值，将更有助于变压器容量的测试。
当前温度：容量测试时需要进行温度校正，所以，需要在此输入当前温度。一般输入的值为被试变压器阴面的温度值再增加10℃。可以直接通过数字键输入温度值。
分接档位：被试变压器的分接开关的位置。配变通常都有三(或五)个分接档位，其中2档（3档）为标准分接。进行容量测量时，请保持被试变压器的分接开关位置与该项设置值相同。如被试变压器分接档位不是三(或五)个分接档位的情况，请将该项设定为额定分接档，同时变压器的分接开关接至标准分接档位，方可进行容量测试。
标称容量：作为测量结果的参照，此处请输入所测变压器的标称容量。以便于测得的容量形成对照。本项通过数字键直接输入即可。
变压器编号：共6位数的变压器编号。主要是为了便于变压器的管理、查阅。该项值通过数字键输入。
变压器用户：此项为拼音中文输入，可以最多输入7个中文汉字，进入该项输入后，仪器自动调出中文拼音输入法，先选拼音，“确定”拼音后，再选择汉字。本项主要是将被测变压器的用户录入，方便档案管理。
测试员：此项为拼音中文输入，可以最多输入7个中文汉字，进入该项输入后，仪器自动调出中文拼音输入法，先选拼音，“确定”拼音后，再选择汉字。本项内容是为了方便测试档案的存档、查阅。
以上各项均设定完毕，并正确接线后（参照后面详细说明），单击“确定”键既可进行容量测试。

技术参数
1、内置电源输出范围
   电压：0～10V
   电流：0～10A
2、特性通道测试量程及精度
   电压量程：AC 750V。精度，±0.2%（F.S）±1个字
   电流量程：AC 100A。精度，±0.2%（F.S）±1个字
3、直阻测试量程
0.001Ω-0.1Ω        （10A）
0.03Ω-1Ω           （5A）
0.06Ω-5Ω           （1A）
0.1Ω-50Ω           （200mA）
0.3Ω-200Ω          （40mA）
100Ω-100kΩ         （<5mA)
4、直阻测试准确度
0.2%±2μΩ
5、分辨率
   0.1μΩ
6、功率及其他指标测量精度
   功率：   ±0.5%（F.S）（CosΦ>0.1）, 
±1.0%（F.S）（0.02<CosΦ<0.1）
   空（负）载损耗测量：±2%（0.1≤CosΦ≤1）
7、变压器容量测试范围
       6.3~125000KVA
8、工作温度
   -20℃～+60℃
9、充电器电源要求
    市电 AC160V～265V
10、绝缘度
  ⑴、容量测试、电压、电流输入点对机壳的绝缘电阻≥100MΩ
  ⑵、充电电源输入对机壳之间承受工频2KV（有效值），测试时长1分钟
11、体积
    40cm×30cm×19cm
12、重量
    5㎏      
单相电源对三相变压器的短路（负载）损耗测量及其接线方式
受电源条件（没有三相电源或电源容量较小）时，以及在制造过程中或运行中需逐相检查以确定故障相时，可以用单相电源进行短路损耗试验；试验方法是将变压器低压三相的出线端短接，在高压侧分别进行三相测量，本仪器的“短路测试”中的“单相测试”具备了在不退出程序，分别测量三相后再显示三相的总结果。
根据被测变压器的绕组连接方式可以分为两种情况:A.加压绕组为△型连接时，与之不同的是，非加压侧（一般为低压侧）的三相出线端需要人工短接。绕组中的电流要求应达到变压器的额定电流的 倍。B.加压绕组为Y型连接时，加压侧参照图三十二的方式接线，不同的是，非加压侧的三相出线端需要人工短接。
根据所测电压、电流与仪器的电压、电流测试量程也分为三种情况，基本与单相电源测量三相变压器空载损耗的三种情况相同，不同之处是，二次侧应全部短接。
两瓦特法（三相三线电源）法空载测试及接线方式
将变压器非测试端开路，当测试电压和电流都不超过仪器的测试范围时，当电压超过本仪器的测试范围时，当测试电流超过本仪器的测试范围而电压没有超过本仪器的测试范围时，空载损耗测试时，一般低压侧为测试端。高压侧为非测试端，非测试端开路。
注意：这里采用的方法相当于两功率表测试法，只测量Uab和Ucb两相电压值，结果为两相的平均值；同时空载损耗也只测量Pab和Pcb两相损耗，总损耗为两相损耗之和。
两瓦特法（三相三线电源）法负载损耗测试及接线方式
与两元件法空载损耗的接线方式基本相同，不同之处只是，短路损耗测试时，一般高压侧为测试端。低压侧为非测试端，此外，非测试端需要人工短接。如高压或中压侧出线套管装有环形电流互感器时，测试前务必将电流互感器的二次端进行良好短接。
三瓦特法（三相四线电源）空载损耗测试及接线方式
将变压器非测试端开路，当测试电压和电流都不超过仪器的测试范围时，当电压超过本仪器的测试范围时，当测试电流超过本仪器的测试范围而电压没有超过本仪器的测试范围时，空载损耗测试时，一般低压侧为测试端。高压侧为非测试端，非测试端开路。
三瓦特法（三相四线电源）负载损耗测试及接线方式
与三相空载损耗的接线方式基本相同，不同之处只是，负载损耗测试时，一般高压侧为测试端。低压侧为非测试端，此外，非测试端需要人工短接。如高压或中压侧出线套管装有环形电流互感器时，测试前务必将电流互感器的二次端进行良好短接。 
直阻测试及接线方式
将红色测试钳测试线末端的U型金属垫片和插头分别接入测试仪的直阻测试部分I+与U+端，然后将黑色测试钳测试线末端的U型金属垫片和插头分别接入测试仪的直阻测试部分I-与U-端。将红色测试钳和黑色测试钳夹在需要被测试的变压器接线柱上，打开设备电源开关，在主菜单中选择“直阻测试”，在设置界面输入变压器信息，点击确定进入测试界面。在测试前根据需要选择合适的电流大小进行测试，高压侧建议电流大小为5mA、40mA、200mA三档，低压侧建议电流大小为1A、5A、10A三档。
材质分析功能及接线方式
第一步，按照容量测试方式接线并测试，测试完成后进入下一步，进行线圈本体的直阻参数测试，最后进行线圈本体的材质分析。将双线测试钳的测试线末端的电流插头与电压插头插在一起分别接入测试仪的变比测试部分的A、B、C插孔上，然后将黄、绿、红三把测试钳分别夹在变压器高压侧的A、B、C接线柱上，拿出另外三个单线测试钳，将黄、绿、红三把测试钳分别夹在变压器低压测的a、b、c接线柱上，再分别对应接在测试仪的变比测试部分的a、b、c上，将辅助测试线圈住变压器一相的高低压包（必须是同一相），接上梯形口，将辅助测试线末端的红黑插头分别接在测试仪的变比测试红色“0”线插口和黑色“0”线插口上。打开电源开关，在主菜单中选择“材质分析”功能，根据变压器铭牌将设置界面数据信息补充完整，点击“确定”进入测试界面。

ZSCZ-8900变压器材质分析仪可现场测量多种配变、电变变压器容量，无需另配电源，检测更方便、更快捷

ZSCZ-8900变压器材质分析仪变压器特性测试时，电压、电流量程均可以非常灵活、简便的进行扩展，只需简单的通过外接电压互感器、电流互感器即可，大大加宽了仪器的测试范围

ZSCZ-8900变压器材质分析仪直阻测试提供6档输出电流选择，最大可以输出10A电流。

变压器缩比准则

变压器缩比模型不同于简单的缩尺模型，需要确定各个物理量的缩比关系。确立缩比准则的关键是缩比系数的选取，原则上缩比模型和原模型物理特性常数相同。即缩比模型的介电常数、电导率、磁导率和电阻率ρ和原模型一致，即这些物理量的缩比系数都为1。同时假设电场强度E保持不变，即缩比系数kE为1。根据电流密度J和电场强度E的本构关系，得到kJ=kE=1。说明缩比模型和原模型的绕组电流密度保持不变。在制作缩比模型时，长度、宽度和半径按照缩比系数k等比例缩小，因此矩形和圆形的面积S等二维参量的缩比系数都为k2。时间t的缩比系数kt为1。电压和电流等参数的缩比系数就可按照物理量间的关系确定。

变压器缩比模型设计

变压器缩比模型设计主要包括变压器铁芯结构设计、变压器绕组匝数设计和绕组抽头结构设计。本文采用的电力变压器原模型容量为80 MVA，缩比模型容量为10 kVA，根据缩比准则，最终设计的变压器缩比模型铁芯采用硅钢片叠压而成，且为口字型结构，铁芯上下柱为方柱，左右柱大约为圆柱。绕组位于铁芯外，铁芯直径为105 mm，变压器高低压绕组位于直径116 mm外，中间为环氧布和环氧管。变压器高压绕组共有960匝，分为两个部分，每部分480匝，位于铁芯左右两个圆柱。绕组每48匝作为一层，连续绕在铁芯外。且每48匝引出一个抽头，共有20个抽头。变压器低压绕组共有176匝，平均分布在铁芯左右两个圆柱上

变压器缩比模型电磁场分布计算

为对比原变压器和缩比模型的电场分布和磁场分布，按照相似性原则对原模型和缩比模型的电场分布和磁场分布进行了有限元仿真计算，原模型和缩比模型施加相似边界条件。当电场和磁场共同作用在变压器上时，变压器原模型和缩比模型的电磁场分布结果表明：缩比模型的电位分布、磁通密度分布等与原模型一致。

基于变压器缩比模型，搭建试验平台测量变压器高压绕组冲击电压分布。基于变压器缩比模型冲击电压分布试验平台，由纳秒脉冲发生器产生脉宽为1 400 ns，不同电压幅值的电压分别施加在绕组高压侧、串接的低压绕组和并接的低压绕组，并通过测量高压绕组各抽头电压波形获取不同外施电压下的绕组电压分布。由试验结果可见：冲击电压作用下绕组电压分布极不均匀，不同电压下的电压分布趋势基本相同，且高压绕组首端承受的电压较大。主要是因为绕组间杂散电容的存在使得绕组电压分布极不均匀，其分流作用使得高压绕组电压分布极不均匀且高压绕组首端承受较大电压。

结论

1）考虑趋肤深度相同的条件下，缩比模型频率为原模型的400倍，磁通密度B为原模型的1/20。

2）基于设计的变压器缩比模型，按照本文缩比准则的要求设计参数，变压器原模型和缩比模型用COMSOL进行电磁场仿真，验证了本文缩比准则的正确性。

3）施加冲击电压时，绕组电压分布极不均匀，且首端承受的电压较大，本文所提出的缩比准则可在测量变压器绕组电压分布试验中应用。1、轴向失稳。这种损坏主要是在辐向漏磁产生的轴向电磁力作用下，导致变压器绕组轴向变形。

2、线饼上下弯曲变形。这种损坏是由于两个轴向垫块间的导线在轴向电磁力作用下，因弯矩过大产生永久性变形，通常两饼间的变形是对称的。

3、绕组或线饼倒塌。这种损坏是由于导线在轴向力作用下，相互挤压或撞击，导致倾斜变形。如果导线原始稍有倾斜，则轴向力促使倾斜增加，严重时就倒塌；导线高宽比例大，就愈容易引起倒塌。端部漏磁场除轴向分量外，还存在辐向分量，二个方向的漏磁所产生的合成电磁力致使内绕组导线向内翻转，外绕组向外翻转。

4、绕组升起将压板撑开。这种损坏往往是因为轴向力过大或存在其端部支撑件强度、刚度不够或装配有缺陷。

5、辐向失稳。这种损坏主要是在轴向漏磁产生的辐向电磁力作用下，导致变压器绕组辐向变形。

6、外绕组导线伸长导致绝缘破损。辐向电磁力企图使外绕组直径变大，当作用在导线的拉应力过大会产生永久性变形。这种变形通常伴随导线绝缘破损而造成匝间短路，严重时会引起线圈嵌进、乱圈而倒塌，甚至断裂。

7、绕组端部翻转变形。端部漏磁场除轴向分量外，还存在辐向分量，二个方向的漏磁所产生的合成电磁力致使绕组导线向内翻转，外绕组向外翻转。

8、内绕组导线弯曲或曲翘。辐向电磁力使内绕组直径变小，弯曲是由两个支撑（内撑条）间导线弯矩过大而产生永久性变形的结果。如果铁心绑扎足够紧实及绕组辐向撑条有效支撑，并且辐向电动力沿圆周方向均布的话，这种变形是对称的，整个绕组为多边星形。然而，由于铁芯受压变形，撑条受支撑情况不相同，沿绕组圆周受力是不均匀的，实际上常常发生局部失稳形成曲翘变形。

9、引线固定失稳。这种损坏主要由于引线间的电磁力作用下，造成引线振动，导致引线间短路。