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變壓器容量及其阻抗電壓關系的應用
時間：2022-02-16
一、引言
變壓器的額定容量與其對應的阻抗電壓在GB1094.1、GB1094.5和GB6451等有相關的要求，是一個強制性標準。變壓器廠家在變壓器出廠時測得的阻抗電壓值均在國標容許的偏差內。
國內大多數城市對用戶的供電方式都是采用10KV電源到用戶端，通過10KV變壓器（配變）變低電壓為380V（220V）給用戶負荷供電的。所以，每個城市變壓器數量也就是這些配變。在某城市給這些配變做負載試驗時，發現當中一小部分變壓器的阻抗電壓值的偏差超出容許的范圍（配變的容許偏差≤±10％），特別是一些地處較偏僻的中小企業用戶的變壓器。中試控股技術博士為您解答：變壓器變比組別測試儀適用于特種變壓器的變比及相位差測試及帶移相的整流變壓器的測量工作。
進行數據分析時發現所測得的阻抗電壓值多數是偏小，這并非偶然，通過進一步的試驗，發現變壓器銘牌上的額定容量和變壓器的實際容量有出入，而且大多是小一個等級。如銘牌上容量是400KVA的變壓器，實際容量是500KVA，負載試驗時，是把400KVA作為已知量輸入測試儀，而此變壓器的實際容量卻是500KVA，這樣就造成所測的阻抗電壓值偏小，如果不是進行負載試驗的話，這種情況是很難發現的（配變在交接試驗是不要求做負載試驗的）。
1、阻抗電壓的物理意義
阻抗電壓是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當二次繞組的短路電流達到額定電流時，一次繞組所施加的電壓（短路電壓）與額定電壓的比值百分數。阻抗電壓Uk（%）是涉及到變壓器成本、效率和運行的重要經濟指標和對變壓器進行狀態診斷的主要參數依據之一。
同容量的變壓器，阻抗電壓小的成本低，效率高，價格便宜，另外運行時的壓降及電壓變動率也小，電壓質量容易得到控制和保證，因此從電網的運行角度考慮，希望阻抗電壓小一些好。但從變壓器限制短路電流條件考慮，則希望阻抗電壓大一些好，以免電氣設備（如斷路器、隔離開關、電纜等）在運行中經受不住短路電流的作用而損壞。不同容量的變壓器對應的阻抗電壓值國標是有相關規定的，而對于大容量的變壓器和變電站的變壓器不在本文探討的范圍內。本文是針對大量的10KV等級（及以下）的用戶變壓器進行探討的。
2、阻抗電壓的測量
在實際現場中，阻抗電壓可以通過變壓器參數測試儀對變壓器進行負載（短路）試驗而測得。負載試驗必須在額定頻率（正弦波形）和給至線圈額定電流下進行，一般選擇變壓器一次側繞組為試驗繞組，二次側（大電流側）人工短路，當在一次側（額定電壓抽頭）加入額定頻率的交流電壓，使變壓器繞組內的電流為額定值，測得所加的電壓和功率。注意二次側短路連接所用的連接板（電纜）的截面積要足夠大，不應小于變壓器導線截面積，其長度要盡可能的短，以防止因連接板電阻大而影響測量的準確度。
測得的電壓占加壓繞組額定電壓的百分數即為阻抗電壓，即所測得的有功功率換算至額定溫度下的數值為負載（短路）損耗，這也是一個很重要的參數，但不在本文探討的范圍內。
用變壓器參數測試儀測量時，變壓器的容量是作為一個已知量，通常是把待測的變壓器銘牌的額定容量輸入測試儀。
三、阻抗電壓與變壓器容量的關系
中小容量變壓器的阻抗電壓在GB1094.1、GB1094.5和GB6451有相關的規定，其中10KV電壓等級的變壓器額定容量和阻抗電壓的對應關系整理匯總如表一所示。
中試控股技術博士為您解答：表一變壓器容量和阻抗電壓的關系
當阻抗電壓值＜10％時，其允許偏差為±10％。阻抗電壓和變壓器容量的關系
對于同一臺變壓器來說，變壓器的繞組電抗和額定電壓是一定的，而額定容量在測試中也是作為已知量直接輸入變壓器參數測試儀的。在實際變壓器的負載試驗中，通常是把變壓器銘牌或變壓器出廠合格證上的額定容量作為已知量輸入測試儀。所以當出現銘牌或合格證上的額定容量和變壓器實際的額定容量不符時，變壓器參數測試儀測出來的阻抗電壓值是有偏差的，這個偏差往往超出了國標允許的范圍。下面分析一下把額定容量這個參數作為變量時，則其對應的阻抗電壓的變化。
1、輸入容量比實際容量小，則阻抗電壓偏小
在（2）式的各參數中，額定電壓UN是一定的，繞組的電抗XT對于同一臺變壓器來說也是一定的。在負載試驗中，變壓器容量作為已知量輸入變壓器參數測試儀，當輸入的容量值比變壓器的實際容量小時，根據（2）式可知，這時計算出來的阻抗電壓值偏小。
舉例：待測變壓器型號為S11-500KVA/10/0.4KV，用變壓器參數測試儀對其進行負載試驗，實測得繞組的電抗XT＝8.112Ω,計算得阻抗電壓Uk＝4.057（折算至參考溫度，下同），偏差在允許范圍內。當把變壓器額定容量由500KVA變為400KVA輸入到測試儀，計算得阻抗電壓Uk＝3.245。這個阻抗電壓值比表一參考值4偏差了－18.875％，大大超出了允許偏差（±10％）。
2、輸入容量比實際容量大，則阻抗電壓偏大
相反，當輸入的容量值比變壓器的實際容量大時，根據（2）式可知，這時計算出來的阻抗電壓值偏大。
舉例：如上例的待測變壓器把變壓器額定容量由500KVA變為630KVA輸入到測試儀，計算得阻抗電壓Uk＝5.111。這個阻抗電壓值比表一參考值4.5偏差了＋13.578％，也超出了允許偏差（±10％）。本例剛好是臨界值，由500KVA變為630KVA，其參考的標準阻抗電壓值也由4變為4.5。即使這樣，其偏差仍然超出允許值。其他情況大多偏差±15％以上。
中試控股技術博士為您解答：探討變壓器容量和阻抗電壓的關系，是應用在電費計量方面，使產生經濟效益，或者說挽回部分電費的損失。之所以會出現銘牌容量和實際容量不符的現象，對這些變壓器進行分析，發現阻抗電壓值絕大部分都是偏小，這個現象并非偶然，因為這些變壓器的用電性質均屬大工業用電。
按國家有關規定，大工業用電的范圍是指凡以電為原動力的一切工業生產，受電變壓器總容量在315千伏安及以上的大工業用戶。
大工業用戶的電費計算公式：
電費金額=基本電費+電度電費+功率因數調整電費
基本電費（按變壓器容量）=計費容量×基本電價
基本電費是按變壓器容量來計算的，根據國務院頒發的《電價改革方案》精神，從2004年下半年開始，全國大工業用電中的基本電費大幅度提高，以廣東省為例，大工業用電變壓器容量電價從9元／千伏安?月調整為18元／千伏安?月。一個大工業用戶如上例把實際容量為500KVA的變壓器改為400KVA的變壓器，那么它每個月可以少支付電費（基本電費）：（500－400）×18＝1800元，一年就1800×12＝21600元。這也就意味著供電部門每年損失21600元，如果象這樣的變壓器有一定數量的話，損失更大，每年將數以百萬計，而且是一個長期的電費損失。
為了少付電費，個別大工業用戶和變壓器廠家的部分人員串通，擅自更改變壓器的參數和銘牌，為了掩人耳目，一般情況下只把變壓器的銘牌容量降低一級，這樣變壓器的外形尺寸相差不大，一般人不易察覺。在國家規定的變壓器交接試驗中也沒有哪一個試驗項目可以測試出當中的貓膩。中試控股技術博士為您解答：針對這種情況，本文通過對變壓器容量和阻抗電壓的關系進行分析探討，提出一種簡單易行的檢測方法：用變壓器參數測試儀（一般的電力企業都有）進行負載試驗，測得變壓器的阻抗電壓，如果阻抗電壓值超出允許的偏差±13％（國標規定允許偏差是±10％，考慮到測試過程和儀器本身的些許誤差，實際操作可以取±13％～±15％），則初步判斷該變壓器存在容量不符或超出國標，然后在進一步檢測（可用直接負載法），確認其是否存在問題。通過此法可以為供電企業挽回不少的電費，具有很好的經濟效益，值得在各地推廣使用。
變壓器的額定容量與其對應的阻抗電壓在GB1094.1、GB1094.5和GB6451等有相關的要求，是一個強制性標準。變壓器廠家在變壓器出廠時測得的阻抗電壓值均在國標容許的偏差內。
國內大多數城市對用戶的供電方式都是采用10KV電源到用戶端，通過10KV變壓器（配變）變低電壓為380V（220V）給用戶負荷供電的。所以，每個城市變壓器數量也就是這些配變。在某城市給這些配變做負載試驗時，發現當中一小部分變壓器的阻抗電壓值的偏差超出容許的范圍（配變的容許偏差≤±10％），特別是一些地處較偏僻的中小企業用戶的變壓器。中試控股技術博士為您解答：變壓器變比組別測試儀適用于特種變壓器的變比及相位差測試及帶移相的整流變壓器的測量工作。
進行數據分析時發現所測得的阻抗電壓值多數是偏小，這并非偶然，通過進一步的試驗，發現變壓器銘牌上的額定容量和變壓器的實際容量有出入，而且大多是小一個等級。如銘牌上容量是400KVA的變壓器，實際容量是500KVA，負載試驗時，是把400KVA作為已知量輸入測試儀，而此變壓器的實際容量卻是500KVA，這樣就造成所測的阻抗電壓值偏小，如果不是進行負載試驗的話，這種情況是很難發現的（配變在交接試驗是不要求做負載試驗的）。
這些企業用戶大多屬于大工業用戶，所以將直接反映在基本電費的減少，也即供電部門少收了電費。針對這種情況，根據變壓器的額定容量和阻抗電壓的對應關系，在試驗現場可以通過簡單輕便的變壓器參數測試儀對變壓器進行負載實驗，對測得的阻抗電壓值進行分析，初步判斷變壓器銘牌容量和實際容量是否相符。關于變壓器實際出力還需進一步試驗（如直接負荷法）。這種方法簡單易行，可以在供電部門和電力安裝企業推廣運用，對掛網運行中的配變進行檢查和把住安裝的交接試驗關，這樣可以為供電部門和國家挽回一部分電費，從而得到很好的經濟效益。
1、阻抗電壓的物理意義
阻抗電壓是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當二次繞組的短路電流達到額定電流時，一次繞組所施加的電壓（短路電壓）與額定電壓的比值百分數。阻抗電壓Uk（%）是涉及到變壓器成本、效率和運行的重要經濟指標和對變壓器進行狀態診斷的主要參數依據之一。
同容量的變壓器，阻抗電壓小的成本低，效率高，價格便宜，另外運行時的壓降及電壓變動率也小，電壓質量容易得到控制和保證，因此從電網的運行角度考慮，希望阻抗電壓小一些好。但從變壓器限制短路電流條件考慮，則希望阻抗電壓大一些好，以免電氣設備（如斷路器、隔離開關、電纜等）在運行中經受不住短路電流的作用而損壞。不同容量的變壓器對應的阻抗電壓值國標是有相關規定的，而對于大容量的變壓器和變電站的變壓器不在本文探討的范圍內。本文是針對大量的10KV等級（及以下）的用戶變壓器進行探討的。
2、阻抗電壓的測量
在實際現場中，阻抗電壓可以通過變壓器參數測試儀對變壓器進行負載（短路）試驗而測得。負載試驗必須在額定頻率（正弦波形）和給至線圈額定電流下進行，一般選擇變壓器一次側繞組為試驗繞組，二次側（大電流側）人工短路，當在一次側（額定電壓抽頭）加入額定頻率的交流電壓，使變壓器繞組內的電流為額定值，測得所加的電壓和功率。注意二次側短路連接所用的連接板（電纜）的截面積要足夠大，不應小于變壓器導線截面積，其長度要盡可能的短，以防止因連接板電阻大而影響測量的準確度。
測得的電壓占加壓繞組額定電壓的百分數即為阻抗電壓，即所測得的有功功率換算至額定溫度下的數值為負載（短路）損耗，這也是一個很重要的參數，但不在本文探討的范圍內。
用變壓器參數測試儀測量時，變壓器的容量是作為一個已知量，通常是把待測的變壓器銘牌的額定容量輸入測試儀。
三、阻抗電壓與變壓器容量的關系
中小容量變壓器的阻抗電壓在GB1094.1、GB1094.5和GB6451有相關的規定，其中10KV電壓等級的變壓器額定容量和阻抗電壓的對應關系整理匯總如表一所示。
中試控股技術博士為您解答：表一變壓器容量和阻抗電壓的關系
當阻抗電壓值＜10％時，其允許偏差為±10％。阻抗電壓和變壓器容量的關系
對于同一臺變壓器來說，變壓器的繞組電抗和額定電壓是一定的，而額定容量在測試中也是作為已知量直接輸入變壓器參數測試儀的。在實際變壓器的負載試驗中，通常是把變壓器銘牌或變壓器出廠合格證上的額定容量作為已知量輸入測試儀。所以當出現銘牌或合格證上的額定容量和變壓器實際的額定容量不符時，變壓器參數測試儀測出來的阻抗電壓值是有偏差的，這個偏差往往超出了國標允許的范圍。下面分析一下把額定容量這個參數作為變量時，則其對應的阻抗電壓的變化。
1、輸入容量比實際容量小，則阻抗電壓偏小
在（2）式的各參數中，額定電壓UN是一定的，繞組的電抗XT對于同一臺變壓器來說也是一定的。在負載試驗中，變壓器容量作為已知量輸入變壓器參數測試儀，當輸入的容量值比變壓器的實際容量小時，根據（2）式可知，這時計算出來的阻抗電壓值偏小。
舉例：待測變壓器型號為S11-500KVA/10/0.4KV，用變壓器參數測試儀對其進行負載試驗，實測得繞組的電抗XT＝8.112Ω,計算得阻抗電壓Uk＝4.057（折算至參考溫度，下同），偏差在允許范圍內。當把變壓器額定容量由500KVA變為400KVA輸入到測試儀，計算得阻抗電壓Uk＝3.245。這個阻抗電壓值比表一參考值4偏差了－18.875％，大大超出了允許偏差（±10％）。
2、輸入容量比實際容量大，則阻抗電壓偏大
相反，當輸入的容量值比變壓器的實際容量大時，根據（2）式可知，這時計算出來的阻抗電壓值偏大。
舉例：如上例的待測變壓器把變壓器額定容量由500KVA變為630KVA輸入到測試儀，計算得阻抗電壓Uk＝5.111。這個阻抗電壓值比表一參考值4.5偏差了＋13.578％，也超出了允許偏差（±10％）。本例剛好是臨界值，由500KVA變為630KVA，其參考的標準阻抗電壓值也由4變為4.5。即使這樣，其偏差仍然超出允許值。其他情況大多偏差±15％以上。
通過以上的分析和探討，可以看出變壓器的容量與其阻抗電壓存在著對應關系。變壓器廠家生產變壓器（配變）時，每種型號的變壓器基本上是批量生產的，變壓器的參數都穩定在國家允許的范圍內，就變壓器本身而言大多是符合國家標準的。問題是實際試驗當，卻發現一小部分的配變存在銘牌容量和實際容量不符的現象，這是受利益的驅使，有人鋌而走險篡改銘牌和合格證的非法行為造成的。所以，通過變壓器參數測試儀對現場的變壓器進行負載試驗，測得阻抗電壓值，和表一的標準參考值進行比較，對偏差大小進行分析比較，初步判斷所測的變壓器容量是否存在不符。這種方法簡單、易行、快速。
中試控股技術博士為您解答：探討變壓器容量和阻抗電壓的關系，是應用在電費計量方面，使產生經濟效益，或者說挽回部分電費的損失。之所以會出現銘牌容量和實際容量不符的現象，對這些變壓器進行分析，發現阻抗電壓值絕大部分都是偏小，這個現象并非偶然，因為這些變壓器的用電性質均屬大工業用電。
按國家有關規定，大工業用電的范圍是指凡以電為原動力的一切工業生產，受電變壓器總容量在315千伏安及以上的大工業用戶。
大工業用戶的電費計算公式：
電費金額=基本電費+電度電費+功率因數調整電費
基本電費（按變壓器容量）=計費容量×基本電價
基本電費是按變壓器容量來計算的，根據國務院頒發的《電價改革方案》精神，從2004年下半年開始，全國大工業用電中的基本電費大幅度提高，以廣東省為例，大工業用電變壓器容量電價從9元／千伏安?月調整為18元／千伏安?月。一個大工業用戶如上例把實際容量為500KVA的變壓器改為400KVA的變壓器，那么它每個月可以少支付電費（基本電費）：（500－400）×18＝1800元，一年就1800×12＝21600元。這也就意味著供電部門每年損失21600元，如果象這樣的變壓器有一定數量的話，損失更大，每年將數以百萬計，而且是一個長期的電費損失。
為了少付電費，個別大工業用戶和變壓器廠家的部分人員串通，擅自更改變壓器的參數和銘牌，為了掩人耳目，一般情況下只把變壓器的銘牌容量降低一級，這樣變壓器的外形尺寸相差不大，一般人不易察覺。在國家規定的變壓器交接試驗中也沒有哪一個試驗項目可以測試出當中的貓膩。中試控股技術博士為您解答：針對這種情況，本文通過對變壓器容量和阻抗電壓的關系進行分析探討，提出一種簡單易行的檢測方法：用變壓器參數測試儀（一般的電力企業都有）進行負載試驗，測得變壓器的阻抗電壓，如果阻抗電壓值超出允許的偏差±13％（國標規定允許偏差是±10％，考慮到測試過程和儀器本身的些許誤差，實際操作可以取±13％～±15％），則初步判斷該變壓器存在容量不符或超出國標，然后在進一步檢測（可用直接負載法），確認其是否存在問題。通過此法可以為供電企業挽回不少的電費，具有很好的經濟效益，值得在各地推廣使用。
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