变压器空载试验
1、变压器空载试验的电源容量的选择：
保证电源波形失真不超过5％，试品的空载容量应在电源容量的50％以下；采用调压器加压，空载容量应小于调压器容量的50％；采用发电机组试验时，空载容量应小于发电机容量的25％。
2、空载试验是测量额定电压下的空载损耗和空载电流，试验时高压侧开路，低压侧加压，试验电压是低压侧的额定电压，试验电压低，试验电流为额定电流百分之几或千分之几。
空载试验的试验电压是低压侧的额定电压，变压器空载试验主要测量空载损耗。空载损耗主要是铁损耗。铁损耗的大小可以认为与负载的大小无关，即空载时的损耗等于负载时的铁损耗，但这是指额定电压时的情况。如果电压偏离额定指，由于变压器铁芯中的磁感应强度处在磁化曲线的饱和段，空载损耗和空载电流都会急剧变化，因此，空载试验应在额定电压下进行。
注意：在测量大型变压器的空载或负载损耗时，因为功率因数很低，可达到cosφ小于和等于0.1。所以一定要求采用低功率因数的瓦特表。
3、通过空载试验可以发现变压器以下缺陷：
硅钢片间绝缘不良。铁芯极间、片间局部短路烧损。
穿芯螺栓或绑扎钢带、压板、上轭铁等的绝缘部分损坏、形成短路。 磁路中硅钢片松动、错位、气隙太大。
铁芯多点接地。
线圈有匝间、层间短路或并联支路匝数不等、安匝不平衡等。
误用了高耗劣质硅钢片或设计计算有误.
变压器的空载试验指的是通过变压器的空载运行来测定变压器的空载电流和空载损耗。一般说来，空载试验可以在变压器的任何一侧进行。通常将额定频率的正弦电压加在低压线圈上而高压侧开路。为了测出空载电流和空载损耗随电压变化的曲线，外施电压要能在一定范围内进行调节。
变压器空载时，铁芯中主磁通的大小是由绕组端电压决定的，当变压器施加额定电压时，铁芯中的主磁通达到了变压器额定工作时的数值，这时铁芯中的功率损耗也达到了变压器额定工作下的数值，因此变压器空载时输入功率可以认为全部是变压器的铁损。一般电力变压器在额定电压时，空载损耗约为额定容量的0.1%~1%。
变压器的短路试验通常是将高压线圈接至电源，而将低压线圈直接短接。由于一般电力变压器的短路阻抗很小，为了避免过大的短路电流损坏变压器的线圈，短
路试验应在降低电压的条件下进行。用自耦变压器调节外旋电压，使电流在0.1~1.3倍额定电流范围变化。原边电流达到额定值时，变压器的铜损相当于额定负载时的铜损，因外施电压较低，铁芯中的工作磁通比额定工作状态小得多，铁损可以忽略不计，所以短路试验的全部输入功率基本上都消耗在变压器绕组上，短路试验可测出铜损。通常电力变压器在额定电流下的短路损耗约为额定容量的0.4%~4%，其数值随变压器容量的增大而下降。
变压器空载试验和负载试验的目的和意义
变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量都是变压器的例行试验。
变压器的空载试验就是从变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示，即：
进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。
变压器的短路试验就是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的：
此时求得的阻抗为短路阻抗，同样以被加压线圈的额定阻抗百分数表示：
变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无功分量也对应相等。
进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。
变压器空载和负载试验的接线和试验方法
对于单相变压器，可采用接线进行空载试验。对于三相变压器，可采用两瓦特表法进行空载试验。直接测量法，适用于额定电压和电流较小，用电压表和电流表即可直接进行测量的变压器。当变压器额定电压和电流较大时，必须借助电压互感器和电流互感器进行间接测量，此时采用接线方式。
空载试验时，在变压器的一侧（可根据试验条件而定）施加额定电压，其余各绕组开路。
短路试验的接线方式和空载试验的接线基本相似，所不同的是要将非加压的线圈三相短接而不是开路。对于三线圈的变压器，每次试一对线圈（共试三次），非被试线圈应为开路。
短路试验时，在变压器的一侧施加工频交流电压，调整施加电压，使线圈中的电流等于额定值；有时由于现场条件的限制，也可以在较低电流下进行试验，但不应低于。
试验要求和注意事项
1、空载试验应在绝缘试验合格的基础上进行，被试变压器的分接开头应置于额定分接位置。
2、在额定电压下进行试验时，所需试验电源容量可按下式估算：SO=SeIo（千伏安）
式中：So—试验所需电源容量，Se—被试变压器额客容量，Io—被试变压变压器额定空载电流百分数。当电源容量大于5倍所需容量时，可不考虑波形对测量结果造成的影响，作大容量变压器试验时，推荐采用系统电压进行试验。
3、当用三相电源进行试验时，要求三相电压对称平衡，即负序分量不超过正序分量的5%，三相线电压相差不超过2%，试验中三相电压要保持稳定，三相电压稍有不平衡时，试验电压可取三相电压的算术平均值，也可以用a、c相的线电压代替。
4、测量用串联的电流互感器应考虑故障时动势稳容量不够可能造成的损坏保护措施。其外壳和低压绕组的接地一端必须可靠接地。测量仪表和测量回路对高压部分应保持足够的安全距离，载流引线必须有足够的通流容量。
5、测量仪表的准确度应不低于0.1级，互感器的准确度应不低于0.2级。对于较大容量变压器损耗功率的测量，应使用低功率因数瓦特表。
6、所测空载损耗是瓦特表指示的代数和，因此接线时必须注意瓦特表电流、电压线卷的极性，若使用互感器应同时注意互感器的极性。
7、利用电网高压电源进行试验时，应遵守有关的安全规程和现场运行规程。
8、试验中若发现表计指示异常或被试变压器有放电声、异常响声、冒烟、喷油等情况，应立即停止试验，断开电源，检查原因，在没有查明原因并予以恰当的处理之前，不得盲目再进行试验。
变压器空载试验为什么最好在额定电压下进行
变压器空载试验为什么最好在额定电压下进行? 答：变压器的空载试验是用来测量空载损耗的。空载损耗 主要是铁耗。铁耗的大小可以认为与负载的大小无关，即空载 时的损耗等于负载时的铁损耗，但这是指额定电压时的情况。 如果电压偏离额定值，由于变压器铁芯中的磁感应强度处在磁 化曲线的饱和段，空载损耗和空载电流都会急剧变化，所以空 载试验应在额定电压下进行。 2、变压器负载损耗试验为什么最好在额定电流下进行? 答：变压器负载损耗试验的目的主要是测量变压器负载损 耗和阻抗电压。变压器负载损耗的大小和流过绕组的电流的平 方成正比，如果流过绕组的电流不是额定电流，那么测得的损 耗将会有较大误差。 3、阀式避雷器的作用和原理是什么? 答：阀式避雷器是用来保护发、变电设备的主要元件。在有较高幅值的雷电波侵入被保护装置时，避雷器中的间隙首先放电，限制了电气设备上的过电压幅值。在泄放雷电流的过程中，由于碳化硅阀片的非线性电阻值大大减小，又使避雷器上的残压限制在设备绝缘水平下。雷电波过后，放电间隙恢复碳化硅阀片非线性电阻值又大大增加，自动地将工频电流切断，保护了电气设备。 4、ZnO避雷器有什么特点? 答：ZnO避雷器的阀片具有极为优异的非线性伏安特性，采用这种无间隙的避雷器后，其保护水平不受间隙放电特性的限制，使之仅取决于雷电和操作放电电压时的残压特性，而这个特性与常规碳化硅阀片相比，要好得多，这就相对提高了输变电设备的绝缘水平，从而有可能使工程造价降低。 5、对变压器进行联结组别试验有何意义? 答：变压器联结组别必须相同是变压器并列运行的重要条件之一。若参加并列运行的变压器联结组别不一致，将出现不能允许的环流；同时由于运行，继电保护接线也必须知晓变压器的联结组别；联结组别是变压器的重要特性指标。因此在出厂、交接和绕组大修后都应测量绕组的联结组别。 6、 测量工频交流耐压试验电压有几种方法? 测量工频交流耐压试验电压有如下几种方法：答：(1)在试验变压器低压侧测量。对于一般瓷质绝缘、断路器、绝缘工具等，可测取试验变压器低压侧的电压，再通过电压比换算至高压侧电压。它只适用于负荷容量比电源容量小得多、测量准确要求不高的情况。 (2)用电压互感器测量。将电压互感器的一次侧并接在被试品的两端头上，在其二次侧测量电压，根据测得的电压和电压互感器的变压比计算出高压侧的电压。 (3)用高压静电电压表测量。用高压静电电压表直接测量工频高压的有效值，这种形式的表计多用于室内的测量。
(4)用铜球间隙测量。球间隙是测量工频高压的基本设备，其测量误差在3％的范围内。球隙测的是交流电压的峰值，如果所测电压为正弦波，则峰值除以√2即为有效值。 (5)用电容分压器或阻容分压器测量。由高压臂电容器C1与低压臂电容器C2串联组成的分压器，用电压表测量C2上的电压U2，然后按分压比
算出高压Ul。
7、发电机为什么要做直流耐压试验并测泄漏电流? 答：在直流耐压的试验过程
中，可以从电压和电流的对应关系中观察绝缘状态，大多数情况下，可以在绝缘尚未击穿之前就能发现缺陷，因直流电压是按照电阻分布的，因而对发电机定子
绕组做高压直流试验能比交流更有效地发现端部缺陷和 间隙性缺陷。
8、发电机的空载特性试验有什么意义?做发电机空载特性试验应注意哪些事项? 答：发电机的空载特性试验，也是发电机的基本试验项目。发电机空载特性是指发电机在额定转速下，定子绕组中电流为零时，绕组端电压Uo和转子激磁电流IL之间的关系曲线。发电机的空载特性试验就是实测这条特性曲线。从0到 1.3倍额定电压，一般取10～12点。在做发电机空载特性试验时应注意，发电机已处在运行状态，所以它的继电保护装置除强行激磁及自动电压调整装置外应全部投入运行。试验中三相线电压值应接近相等，相互之间的不对称应不大于3％，发电机的端电压超过额定值时，铁芯温度上升很快，所以此时应尽量缩短试验时间，在1.3倍额定电压下不得超过5min。试验中还应注意，当将激磁电流由大到小逐级递减或由小到大递升时，只能一个方向调节，中途不得有反方向来回升
降。否则，由于铁芯的磁滞现象，会影响测量的准确性。
9、变压器铁芯多点接地的主要原因及表现特征是什么? 答：统计资料表明，变压器铁芯多点接地故障在变压器总事故中占第三位，主要原因是变压器在现场装配及安装中不慎遗落金属异物，造成多点接地或铁轭与夹件短路、芯柱与夹件相碰等。变压器铁芯多点接地故障的表现特征有： (1)铁芯局部过热，使铁芯损耗增加，甚至烧坏； (2)过热造成的温升，使变压器油分解，产生的气体溶解于油中，引起变压器油性能下降，油中总烃大大超标； (3)油中气体不断增加并析出(电弧放电故障时，气体析出量较之更高、更快)，可能导致气体继电器动作发信号甚；便变压器跳闸。在实践中，可以根据上述表现特征进行判断，其中检测油中溶解气体色谱和空载损耗是判断变压器铁芯多点接地的重要依据。 10、保护间隙的工作原理是什么? 答：保护间隙是由一个带电极和一个接地极构成，两极之间相隔一定距离构成间隙。它平时并联在被保护设备旁，在过电压侵入时，间隙先行击穿，把雷电流引入大地，从而保护了设备。 11、简述测量球隙的工作原理。答：空气在一定电场强度的作用下才能发生碰撞游离，均匀或稍不均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离具有一定的关系，测量球隙就是利用间隙放电来进行电压测量的。测量球隙是由一对相同直径的金属球构成的，当球隙直径D大于球隙距离L时，球隙电场基本上属稍不均匀电场，用已知球隙在标准条件下的放电电压，乘以试验条件下的空气相对密度，便可求出已知试验条件下相同球隙的放电电压。放电电压仅决定于球隙的距离。 12、为了对试验结果作出正确的分析，必须考虑哪几个方面的情况? 答：为了对试验结果作出正确的判断，必须考虑下列几个方面的情况： (1)把试验结果和有关标准的规定值相比较，符
合标准要求的为合格，否则应查明原因，消除缺陷。但对那些标准中仅有参考值或未作规定的项目，不应作轻率的判断，而应参考其他项目制造厂规定和历史状况进行状态分析； (2)和过去的试验记录进行比较，这是一个比较有效的判断方法。如试验结果与历年记录相比无显著变化，或者历史记录本身有逐渐的微小变化，说明情况正常；如果和历史记录相比有突变，则应查明，找出故障加以排除；
(3)对三相设备进行三相之间试验数据的对比，不应有显著的差异； (4)和同类设备的试验结果相对比，不应有显著差异； (5)试验条件的可比性，气象条件和试验条件等对试验的 影响。最后必须指出，各种试验项目对不同设备和不同故障的有效性和灵敏度是不同的，这一点对分析试验结果、排除故障等具有重大意
义。
13、简述应用串并联谐振原理进行交流耐压试验方法? 答：对于长电缆线路、电容器、大型发电机和变压器等电容量较大的被试品的交流耐压试验，需要较大容量的试验设备和电源，现场往往难以办到。在此情况下，可根据具体情况，分别采用串联、并联谐振或串并联谐振(也称串并联补偿)的方法解决试验设备容量不足的问题。 (1)串联谐振(电压谐振)法，当试验变压器的额定电压不能满足所需试验电压，但电流能满足被试晶试验电流的情况下，可用串联谐振的方法来解决试验电压的不足。 (2)并联谐振(电流谐振)法，当试验变压器的额定电压能满足试验电压的要求，但电流达不到被试晶所需的试验电流时，可采用并联谐振对电流加以补偿，以解决试验电源容量不足的问题。其原理接线如图C-3所示。 (3)串并联谐振法，除了以上的串联、并联谐振外，当试验变压器的额定电压和额定电流都不能满足试验要求时，可同时运用串、并联谐振线路，亦称为串并联补偿
法。
14、电流对人体的伤害程度与通电时间的长短有何关系? 答：通电时间愈长，引起心室颤动的危险也愈大。这是因为通电时间越长，人体电阻因出汗等原因而降低，导致通过人体的电流增加，触电的危险性也随之增加。此外，心脏每搏动一次，中间约有0.1～0.2s的时间对电流最为敏感。通电时间越长，与心脏最敏感
瞬间重合的可能性也就越大，危险性也就越大。
15、用双电压表法测量变压器绕组连接组别应注意什么? 答：用双电压表法测量变压器绕组连接组别应注意以下两点： (1)三相试验电压应基本上是平衡的(不平衡度不应超过2％，否则测量误差过大，甚至造成无法判断绕组连接组别； (2)试验中所采用电压表要有足够的准确度，一般不应低于0.5级。 16、通过空载特性试验，可发现变压器的哪些缺陷? 答：通过空载试验可以发现变压器的以下缺陷： (1)硅钢片间绝缘不良。 (2)铁芯极间、片间局部短路烧损。 (3)穿心螺栓或绑扎钢带、压板、上轭铁等的绝缘部分损坏，形成短路。 (4)磁路中硅钢片
松动、错位、气隙太大。 (5)铁芯多点接地。 (6)线圈有匝、层问短路或并联支路匝数不等，安匝不平衡等。 (7)误用了高耗劣质硅钢片或设计计算有误。
17、通过负载特性试验，可发现变压器的哪些缺陷? 答：通过负载试验可以发现变压器的以下缺陷： (1)变压器各金属结构件(如电容环、压板、夹件等或油箱箱壁中，由于漏磁通所致的附加损耗过大。 (2)油箱盖或套管法兰等的涡流损耗
过大。 (3)其他附加损耗的增加。 (4)绕组的并绕导线有短路或错位。
18、电力变压器做负载试验时，多数从高压侧加电压；而空载试验时，又多数从低压侧加电压，为什么? 答：负载试验是测量额定电流下的负载损耗和阻抗电压，试验时，低压侧短路，高压侧加电压，试验电流为高压侧额定 电流，试验电流较小，现场容易做到，故负载试验一般都从高 压侧加电压。空载试验是测量额定电压下的空载损耗和空载电流，试验 时，高压侧开路，低压侧加压，试验电压是低压侧的额定电压，试验电压低，试验电流为额定电流百分之几或干分之几
时，现场容易进行测量，故空载试验一般都从低压侧加电压。
19、高压套管电气性能方面应满足哪些要求? 答：高压套管在电气性能方面通常要满足： (1)长期工作电压下不发生有害的局部放电； (2)1rain工频耐压试验下不发生滑闪放电； (3)工频干试或冲击试验电压下不击穿； (4)防污性能良好。
20、对35kV以上多油断路器进行tgδ值测量，为什么要比测主变压器的tgδ更有诊断意义? 答：当绝缘有局部缺陷或受潮时，这部分损耗将加大，整体的tgδ值也增大，这部分体积相对越大，就使总体积的tg8值增大越显著，所以，局部tgδ的变化对体积小的设备反应比较灵敏。多油断路器与变压器相比，体积小很多(即电容小)，因此测多油断路器的tgδ值比测变压器的tgδ值更有诊
断意义。
针对传统测量存在的诸多弊端，配合城乡电网改造工作，提出了一种变压器空载试验的微机化测量方法。通过相应的硬件设计与软件处理，有效的减少或消除各种误差，提高测量精度和效率，全部试验过程是在程序控制下自动进行，试验数据亦自动处理，即时打印结果，并可存入数据库，实现更高级的管理。基本上实现了空载试验的自动化。
1 测试原理分析 频率的测量采用周期法，只要测得瞬时值相邻的两个过零点之间的时间，即可算出频率。相位差只需测出电压、电流瞬时值过零点之间的时间差。一个周期内电流信号的有效值可表示为
其中I为电流信号有效值，T为电流信号波形周期，i为t时刻电流瞬时值。 将上式离散化，用一个周期内有限个采样的电流数字信号量代替一个周期内连续变化的电流函数，且设相邻两次采样时间间隔相等，则可以得到根据一个周
期内各瞬时值及采样点数计算电流有效值的公式
其中△T为相邻两次采样时间间隔，im为m－1的时间间隔的电流信号瞬时值，N为一个周期内的采样点数。
考虑到交流电流是有正负的，所以电流平均值为
同理可得，计算电压有效值、电压平均值和一相平均功率的公式
功率因数为
2 微机测试系统硬件原理框图 微机测试系统主回路在目前变压器空载试验所采用的电路的基础上，用微机系统取代了传统方法中的测量仪表。工作过程分为三步：
（1）采集到的三相电压和三相电流的瞬时值经A／D转换、I／O通道进入微机；
（2）在微机中实现数据处理；
（3）根据处理结果，微机发出控制信号（经I／O通道、D／A转换、功率放大）实现对空载试验电压调整与分压电路的选择，还可根据要求显示打印输出结果。
为满足功率计算的要求，应使三相电压与三相电流的信号同时采集。因常规的A／D卡每次只能采集一路信号并完成A／D转换，所以系统设计了一采样控制电路。输入电流经过精密互感器，然后由精密电阻将电流量转化为电阻分压后进入采样控制电路，输入电压直接经精密电阻分压后进入采样控制信号路。采样控制由软件完成。当控制电路收到采样控制信号后，各路信号同时被采集，采集的信号被暂时保存在采样保持器中，各路信号依次进行A／D转换。当其中的某一路信号在进行A／D转换时，其它的未被转换的信号在保持期间会有衰减，但由于衰减相当小，可以忽略不计，不影响最终的计算精度。
设计采用高性价比的12位、100ksps的A／D转换器AD1674。转换时间为10μs，为了提高采样速度，采用了锁存器同步锁存、分时读取的方法。两个锁存器用同一个控制信号控制。这样执行一条指令即可将A／D转换结果读出。 I／O提供了多路开关量输入输出，其作用由软件控制。I／O总线要求与计算机总线一致。功率放大器采用可控硅固态继电器，兼备光电隔离设备。
3 软件设计 软件编制应用Visual Basic、Visual C＋＋以及C语言。软件设计包括数据库的建立、软件界面的设计、试验信号采集、数据处理、以及电压控制、分压电路控制、试验数据管理和试验报表输出等。
输入数据用软件可变窗口数据平滑滤波技术处理，确保数据正确，在可能的情况下，增加采样点数，以提高计算准确性。
软件设计采用模块化结构，其结构框图如图2所示。
数据库（采用Access数据库）由多个表构成（可根据变压器型号、生产厂家和生产序号可以唯一确定一个变压器，所以将其一起设为主键）。
在试验前，可以从下拉文本框（与数据库实时动态交换）中选择正在进行试
验的变压器型号，如果存在，就说明在此以前进行过此型号的变压器试验，可以查询或打印以前试验的数据和结果。在做同类型变压器试验时，就可省去变压器铭牌参数的输入。如果不存在，说明这是一种新型的变压器，其铭牌参数需要手动输入，保存后可供下次进行同类型变压器试验时使用。
VB不具备直接对硬件I／O端口进行访问的能力，为使计算机从现场获取实际数据或发出控制命令，需要计算机实现对I／O端口的访问能力，本文采用调用动态链接库的方法。首先用VC函数库中的inp、inpw、oup、oupw等函数创建动态链接库adio32．dll，它包括如下函数。
其中adr表示I／O端口地址：data表示I／O数据。在VB中调DLL时，先将DLL文件拷贝到Windows下的system目录下。部分数据采集程序如下（设I／O端口基地址为240H，在需要部分用declare语句对所需要的DLL中的函数进行了声明）。
由于程序比较庞大，不能一一列举说明，为使读者对这个系统有更全面的认识，在这列举了三相空载试验的部分计算程序
PO=P1+P2+P3’为代数和，P和I在前面程序中已经算出，并存入相关数据文件
’当额定电压不等于有效电压时，调用低电压修正函数
’当电压频率不等于额定频率时，调用频率修正函数
4 现场应用效果 本系统为AVO公司设计的变压器空载试验的微机化系统。测量电流和电压的平均值的误差为0．2％，测量功率的精度为0．5％，采样频率为10μs，完全可以满足变压器空载试验的要求，公司已经用上述方法对重庆ABB变压器厂和沈阳变压器有限公司生产的变压器进行多次空载试验，实践证明效果很好。
下面是公司为重庆ABB变压器厂生产的一变压器前后分别采用传统的人工计算方法和改进后微机化测试方法的结果对比。该变压器型号为SFPZ9－120000／220，电压为220±8×1．5％／121／10．5 kV，联结组别为YN，YnO，dn，额定容量为120／120／60 MVA， 额定电流为314．92／572．58／3299．14 A，测试环境温度24℃，测试地点为重庆黄角桠。
首先采用传统人工测量方法，测量数据如表1。
不清 经上述数据计算（换算到10．5 kW）得到
空载电流：I0＝5．66 A，空载电流百分数：I0％＝0．086％，空载损耗：P0＝53．08 kW采用本系统测得
空载电流百分数：I0％＝0．083％，空载损耗：P0＝54．66 kW
5 结束语
（1）本次设计的变压器空载试验的微机化系统采用数字采样技术，利用微机进行数字滤波、数据处理、数值计算，减少或排除了各种误差，避免了繁琐的人为读表和计算，提高了测试精度和效率。
（2）采用微机系统代替了传统的测量控制仪表，使测量硬件电路大大简化，大大降低了仪表成本，并且在空载试验中操作方便简单，软件用户界面友好。
（3）由于负载试验和空载试验的电源和测量线路一样，所不同的是非电源侧的绕组要人为短路，所以上述系统也可用于负载试验特性的测试。
可见，用变压器空载试验的微机系统代替传统的人为常规空载试验方法有无可比拟的优越性，值得大力推广和应用。
参考文献
［1］ 变压器制造技术丛书编审委员会．变压器试验［M］．北京：机械工业出版社，1985，P81～98．
［2］ 邵钟武等．数据采集系统［M］．北京：石油大学出版社，1998．
Tags: 空载试验,变压器,计算机
1、变压器空载试验和负载试验的目的和意义
变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量都是变压器的例行试验。
变压器的空载试验就是从变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示，即：
进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。
变压器的短路试验就是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的：
此时求得的阻抗为短路阻抗，同样以被加压线圈的额定阻抗百分数表示：
变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无
功分量也对应相等。
进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运
行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压
器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。
2、变压器空载和负载试验的接线和试验方法
对于单相变压器，可采用图1所示的接线进行空载试验。对于三相变压器，
可采用图2和图3所示的两瓦特表法进行空载试验。图2为直接测量法，适用于
额定电压和电流较小，用电压表和电流表即可直接进行测量的变压器。当变压器
额定电压和电流较大时，必须借助电压互感器和电流互感器进行间接测量，此时
采用图3接线方式。
图1 单相变压器空载试验接线 图2 三相变压器空载
试验的直接测量
空载试验时，在变压器的一侧（可根据试验条件而定）施加额定电压，其余
各绕组开路。
短路试验的接线方式和空载试验的接线基本相似，所不同的是要将非加压的
线圈三相短接而不是开路。对于三线圈的变压器，每次试一对线圈（共试三次），
非被试线圈应为开路。
短路试验时，在变压器的一侧施加工频交流电压，调整施加电压，使线圈中
的电流等于额定值；有时由于现场条件的限制，也可以在较低电流下进行试验，
但不应低于。
图3 三相变压器空载试验的间接测量
3、试验要求和注意事项
试验电压一般应为额定频率、正弦波形，并使用一定准确等级的仪表和互
感器。如果施加电压的线圈有分接，则应在额定分接位置。
试验中所有接入系统的一次设备都要按要求试验合格，设备外壳和二次回
路应可靠接地，与试验有关的保护应投入，保护的动作电流与时间要进行校核。
三相变压器，当试验用电源有足够容量，在试验过程中保持电压稳定。并
为实际上的三相对称正弦波形时，其电流和电压的数值，应以三相仪表的平均值
为准。
联结短路用的导线必须有足够的截面，并尽可能的短，连接处接触良好。
4、试验结果的计算
1、空载试验结果的计算
三相变压器用上述三瓦特表法测量时，其空载电流和空载损耗可按下式进
行计算：
式中：、、分别是CT的变比；、、分别是PT的变比；
、、是三相空载电流的实测值；、、是三相施加试验电压；
空载电流实测平均值； 试验施加线电压平均值；
、被试线圈额定线电压和额定电流；
、、是电流、电压、瓦特表本身的倍数；
、两个瓦特表测得的损耗功率；算得的空载电流百分数；
算得的空载损耗；
、 幂次，决定于磁路硅钢片的种类，可从专门的表格中查出。
2、短路试验结果的计算
三相变压器用上述三瓦特表法测量时，其负载损耗和短路电压可按下式进
行计算：
式中：、、是三相短路电流实测值；
、、三相CT的变流比；
、是反映A和C相电流测得的损耗功率；
、、是AB、BC和CA的PT变比；
、是瓦特表本身的倍数；
变压器空载试验微机化测试方法
周洪煜，朱 珍，闵建军
（重庆大学动力工程学院，重庆 400044）
摘 要：分析了传统变压器空载试验的主要弊端，提出了一种变压器空载试
验微机化测试的新方法，并给出了相应的软、硬件设计。实践表明，该法方便、
快捷和具有较高的精度。
关键词：空载试验；变压器；计算机
变压器空载试验是变压器出厂试验的重要项目之一，在制造过程中需要重复
多次，同时也是经大修投运前的交接项目之一。当前城乡电网改造中，低损耗变
压器将全部取代高损耗变压器，空载损耗是检验变压器损耗指标的重要手段。原
AVO公司的变压器空载试验采用传统方法，用电流表、电压表、功率表、功能因
数表进行测试，测试与计算过程繁琐，同时测试数据受到诸如电源调压特性、电
压波形非正弦、频率偏离额定值、三相电源不对称产生的负序电压、电感器误差
等因素的影响，这样操作者读取各种测试数据，通过手工计算得到的试验结果精
度不高、效率低下，难免引入各种系统测量和人为误差。
针对传统测量存在的诸多弊端，配合城乡电网改造工作，提出了一种变压器
空载试验的微机化测量方法。通过相应的硬件设计与软件处理，有效的减少或消
除各种误差，提高测量精度和效率，全部试验过程是在程序控制下自动进行，试
验数据亦自动处理，即时打印结果，并可存入数据库，实现更高级的管理。基本
上实现了空载试验的自动化。
1 测试原理分析
频率的测量采用周期法，只要测得瞬时值相邻的两个过零点之间的时间，即
可算出频率。相位差只需测出电压、电流瞬时值过零点之间的时间差。一个周期
内电流信号的有效值可表示为
其中I为电流信号有效值，T为电流信号波形周期，i为t时刻电流瞬时值。
将上式离散化，用一个周期内有限个采样的电流数字信号量代替一个周期内
连续变化的电流函数，且设相邻两次采样时间间隔相等，则可以得到根据一个周
期内各瞬时值及采样点数计算电流有效值的公式
其中△T为相邻两次采样时间间隔，im为m－1的时间间隔的电流信号瞬时
值，N为一个周期内的采样点数。
考虑到交流电流是有正负的，所以电流平均值为
同理可得，计算电压有效值、电压平均值和一相平均功率的公式
功率因数为
2 微机测试系统硬件原理框图
微机测试系统主回路在目前变压器空载试验所采用的电路的基础上，用微机
系统取代了传统方法中的测量仪表。工作过程分为三步：
（1）采集到的三相电压和三相电流的瞬时值经A／D转换、I／O通道进入
微机；
（2）在微机中实现数据处理；
（3）根据处理结果，微机发出控制信号（经I／O通道、D／A转换、功率
放大）实现对空载试验电压调整与分压电路的选择，还可根据要求显示打印输出
结果。
为满足功率计算的要求，应使三相电压与三相电流的信号同时采集。因常规
的A／D卡每次只能采集一路信号并完成A／D转换，所以系统设计了一采样控制
电路。输入电流经过精密互感器，然后由精密电阻将电流量转化为电阻分压后进
入采样控制电路，输入电压直接经精密电阻分压后进入采样控制信号路。采样控
制由软件完成。当控制电路收到采样控制信号后，各路信号同时被采集，采集的
信号被暂时保存在采样保持器中，各路信号依次进行A／D转换。当其中的某一
路信号在进行A／D转换时，其它的未被转换的信号在保持期间会有衰减，但由
于衰减相当小，可以忽略不计，不影响最终的计算精度。
设计采用高性价比的12位、100ksps的A／D转换器AD1674。转换时间为
10μs，为了提高采样速度，采用了锁存器同步锁存、分时读取的方法。两个锁
存器用同一个控制信号控制。这样执行一条指令即可将A／D转换结果读出。
I／O提供了多路开关量输入输出，其作用由软件控制。I／O总线要求与计
算机总线一致。功率放大器采用可控硅固态继电器，兼备光电隔离设备。
3 软件设计
软件编制应用Visual Basic、Visual C＋＋以及C语言。软件设计包括数
据库的建立、软件界面的设计、试验信号采集、数据处理、以及电压控制、分压
电路控制、试验数据管理和试验报表输出等。
输入数据用软件可变窗口数据平滑滤波技术处理，确保数据正确，在可能的
情况下，增加采样点数，以提高计算准确性。
软件设计采用模块化结构，其结构框图如图2所示。
数据库（采用Access数据库）由多个表构成（可根据变压器型号、生产厂
家和生产序号可以唯一确定一个变压器，所以将其一起设为主键）。
在试验前，可以从下拉文本框（与数据库实时动态交换）中选择正在进行试
验的变压器型号，如果存在，就说明在此以前进行过此型号的变压器试验，可以
查询或打印以前试验的数据和结果。在做同类型变压器试验时，就可省去变压器
铭牌参数的输入。如果不存在，说明这是一种新型的变压器，其铭牌参数需要手
动输入，保存后可供下次进行同类型变压器试验时使用。
VB不具备直接对硬件I／O端口进行访问的能力，为使计算机从现场获取实
际数据或发出控制命令，需要计算机实现对I／O端口的访问能力，本文采用调
用动态链接库的方法。首先用VC函数库中的inp、inpw、oup、oupw等函数创建
动态链接库
adio32．dll，它包括如下函数。
其中adr表示I／O端口地址：data表示I／O数据。在VB中调DLL时，先
将DLL文件拷贝到Windows下的system目录下。部分数据采集程序如下（设I
／O端口基地址为240H，在需要部分用declare语句对所需要的DLL中的函数进
行了声明）。
由于程序比较庞大，不能一一列举说明，为使读者对这个系统有更全面的认
识，在这列举了三相空载试验的部分计算程序
PO=P1+P2+P3’为代数和，P和I
在前面程序中已经算出，并存入相关数据文件
’当额定电压不等于有效电压时，调用低电压修正函数
’当电压频率不等于额定频率时，调用频率修正函数
4 现场应用效果
本系统为AVO公司设计的变压器空载试验的微机化系统。测量电流和电压的
平均值的误差为0．2％，测量功率的精度为0．5％，采样频率为10μs，完全
可以满足变压器空载试验的要求，公司已经用上述方法对重庆ABB变压器厂和沈
阳变压器有限公司生产的变压器进行多次空载试验，实践证明效果很好。
下面是公司为重庆ABB变压器厂生产的一变压器前后分别采用传统的人工
计算方法和改进后微机化测试方法的结果对比。该变压器型号为SFPZ9－120000
／220，电压为220±8×1．5％／121／10．5 kV，联结组别为YN，YnO，dn，额
定容量为120／120／60 MVA， 额定电流为314．92／572．58／3299．14 A，
测试环境温度24℃，测试地点为重庆黄角桠。
首先采用传统人工测量方法，测量数据如表1。
不清 经上述数据计算（换算到10．5 kW）得到
空载电流：I0＝5．66 A，空载电流百分数：I0％＝0．086％，空载损耗：
P0＝53．08 kW采用本系统测得
空载电流百分数：I0％＝0．083％，空载损耗：P0＝54．66 kW
5 结束语
（1）本次设计的变压器空载试验的微机化系统采用数字采样技术，利用微
机进行数字滤波、数据处理、数值计算，减少或排除了各种误差，避免了繁琐的
人为读表和计算，提高了测试精度和效率。
（2）采用微机系统代替了传统的测量控制仪表，使测量硬件电路大大简化，
大大降低了仪表成本，并且在空载试验中操作方便简单，软件用户界面友好。
（3）由于负载试验和空载试验的电源和测量线路一样，所不同的是非电源
侧的绕组要人为短路，所以上述系统也可用于负载试验特性的测试。
可见，用变压器空载试验的微机系统代替传统的人为常规空载试验方法有无
可比拟的优越性，值得大力推广和应用。
参考文献
［1］ 变压器制造技术丛书编审委员会．变压器试验［M］．北京：机械工业出
版社，1985，P81～98．
［2］ 邵钟武等．数据采集系统［M］．北京：石油大学出版社，1998．
第三章 变压器故障典型案例
第一节 短路故障案例
一、老厂主变压器多次过流重合动作绕组变形
(1)案例。我厂老厂＃7机31.5MVA、110kV变压器(SFSZ 8—31500/110)发生短路事故，重瓦斯保护动作，跳开主变压器三侧开关。返厂吊罩检查，发现C相高压绕组失团，C相中压绕组严重变形，并挤破囚扳造成中、低压绕组短路；C相低压绕组被烧断二股；B相低压、中压绕组严重变形；所有绕组匝间散布很多细小铜珠、铜末；上部铁芯、变压器底座有锈迹。
事故发生的当天有雷雨。事故发生前，曾多次发生10kV、35kV侧线路单相接地。13点40分35kV侧过流动作，重合成功；18点44分35kV侧再次过流动作，重合闸动作，同时主变压器重瓦斯保护跳主变压器三侧开关。经查35kV距变电站不远处B、C相间有放电烧损痕迹。
(2)原因分析。根据国家标准GBl094．5—日5规定110kV电力变压器的短路表观容量为800MVA，应能承受最大非对称短路电流系数约为2．55。该变压器编制的运行方式下：
电网最大运行方式110kV三相出口短路的短路容量为1844MVA；
35kV三相出口短路为365MVA；
10kV三相出口短路为225．5MVA；
事故发生时，实际短路容量尚小于上述数值。据此计算变压器应能承受此次短路冲击。事故当时损坏的变压器正与另一台31500／110变压器并列运行，经受同样短路冲击而另一台变压器却未损坏。因此事故分析认为导致变压器B、C相绕组在电动力作用下严重变形并烧毁，由于该变压器存在以下问题：
1)变压器绕组松散。高压绕组辐向用手可摇动5mm左右。从理论分析可知，短路电流产生的电动力可分为辐向力和轴向力。外侧高压绕组受的辐向电磁力，从内层至外层三线性递减，最内层受的辐向电磁力最大，两倍于绕组所受的平均圆周力。当绕组卷紧芝内层导线受力后将一部分力转移到外层，结果造成内层导线应力趋向减小，而外层导绞受力增大，内应力关系使导线上的作用力趋于均衡。内侧中压绕组受力方向相反，但均§七用的原理和要求一致。绕组如果松散，就起不到均衡作用，从而降低了变压器的抗短路充击的能力。
外侧高压绕组所受的辐向电动力是使绕组导线沿径向向外胀大，受到的是拉张力，表观为向外撑开；内侧中压绕组所受的辐向电动力是使绕组导线沿径向向内压缩，受到的是压力，表现为向内挤压。这与该变压器的B、C相高、中压绕组在事故中的结果一致。
2)经吊罩检查发现该变压器撑条不齐且有移位、垫块有松动位移。这样大大降低了内侧中压绕组承受辐向力和轴向力的能力，使绕组稳定性降低。从事故中的C相中压绕组辐向失稳向内弯曲的情况，可以考虑适当增加撑条数目，以减小导线所受辐向弯曲应力。
3)绝缘结构的强度不高。由于该变压器中、低压绕组采用的是围板结构，而围板本身较软，经真空于燥收缩后，高、中、低绕组之间呈空松的格局，为了提高承受短路的能力，宜在内侧绕组选用硬纸筒绝缘结构。
(3)措施。这是一起典型的因变压器动稳定性能差而造成的变压器绕组损坏事故，应吸取的教训和相应措施
包括：
1)在设计上应进一步寻求更合理的机械强度动态计算方式；适当放宽设计安全裕度；内绕组的内衬，采用硬纸筒绝缘结构；合理安排分接位置，尽量减小安匝不平衡。
2)制造工艺上可从加强辐向和轴向强度两方面进行，措施主要有：采用女式绕线机绕制绕组，采用先进自动拉紧装置卷紧绕组；牢固撑紧绕组与铁心之间的定位，采用整产套装方式；采用垫块预密化处理、绕组恒压干燥方式；绕组整体保证高度一致和结构完整；强化绕组端部绝缘；保证铁轭及夹件紧固。
3)要加强对大中型变压器的质量监制管理，在订货协议中应强调对中、小容量的变压器在型式试验中作突发短路试验，大型变压器要作缩小模型试验，提高变压器的抗短路能力，同时加强变电站10kV及35kV系统维护，减少变压器遭受出口短路冲击机率。
第二节 过热故障案例
一、新厂＃3机变压器绝缘受潮过热
(1)案例。我厂＃3机200MVA、220kV主变压器(SFP7—240000／220)在周期性油色谱分析中发现氢气、乙炔含量有增大趋势。经跟踪监测，氢气含量为30．1uL几，而乙炔含量为5．2uL/L，已超过正常注意值。两天后停电检修，检修前氢气含量达43．6uL/L，乙炔含量达10．9uL/L，色谱变化情况如表3—13所示，绝缘介质损耗tgs％变化如表3—14所示。
表3－13 色谱试验数据 UL/L
氢气 乙炔 甲烷 乙烷 乙烯 总 一氧化碳 二氧化碳
前五天 30.1 5.2 17.1 2.2 5.5 30 596 1186
前两天 49.9 10.2 23.6 2.8 6.2 42.8 654 1393
检修前 43.6 10.9 20.1 3.2 7.2 41.4 668 1424
检修后 0 0.17 1.2 0.1 0.11 1.58 26 62
测试绕组 正常时 色谱异常时 检修后
高压
中压
低压
停电检修放油后的重点检查项目是：绕组压板、压钉有无松动，位置是否正常；铁芯夹件是否碰主变压器油箱顶部或油位计座套；有无金属件悬浮高电位放电；临近高电场的接地体有无高电位放电；引线和油箱升高座外壳距离是否符合要求，焊接是否良好㈠由箱内壁的磁屏蔽绝缘有无过热；申压侧分接开关接触是否良好。
检查中发现：中压侧油箱上的磁屏蔽板绝缘多块脱落；中压侧B相引线靠近升高座处白布带脱落且绝缘有轻微破损；B相分接开关操作杆与分接开关连接处有许多炭黑。
(2)原因分析。规程规定220kV变压器20℃时tg8％不得大于0．8，且一般要求相对 变化量不得大于30％，根据表3—14数据反映变压器绝缘受潮.
按照GB7252--87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法：C2H2／C2H4=10，5／7=1．5；编码为1;CH4／H2=21／32．6；0．644；编码为0；C2H4/C2H6=7／3=2．33；编码为1。组合编码为1，0，1，对应的故障性质为主变压器内部有绝缘过热或低能放电现象。
氢气、乙炔含量高的可能原因：
1)主绝缘慢性受潮。主绝缘受潮后，绝缘材料含有气泡，在高电压强电场作用下将引起电晕而发生局部放电，从而产生Hz；在高电场强度作用下，水和铁的化学反应也能产生大量的H2，使在在总烃含量中所占比重大。主绝缘受潮后，不但电导损耗增大，同时还会产生夹层极化，因而介质损耗大大增加。
2)磁屏蔽绝缘脱落后的影响。正常时，高、中压绕组的漏磁通主要有三条路径：一是经高、中压绕组一磁屏蔽板闭合；二是经高、中压绕组一油箱一高、中压绕组闭合；三是经高、中压绕组一油箱一磁屏蔽板一高、中压绕组闭合，并在箱壳和磁屏蔽板中感应电势。磁屏蔽板的绝缘脱落后，将使磁屏蔽一点或多点接地，从而形成感应电流闭合回路导致发热，如果绝缘脱落后，磁屏蔽板和箱壳的接触不好，还有可能形成间隙放电
或火花放电。
3)B相引线的白布带脱落和绝缘有碰伤痕迹，可能发生对套管升高座放电。
4)中压侧B相分接开关与操动杆接触不良，可能会产生悬浮电位放电.变压器运行时出现内部故障的原因往往不是单一的，在存在热点的同时，有可能还存在着局部放电，而且热点故障在不断地发展成局部放电，由此又加剧了高温过热，形成恶性循环。
(3)处理。对B相引线绝缘加固，加强磁屏蔽绝缘，检修调整分接开关，同时对主变压器本体主绝缘加热抽真空干燥。具体措施是用覆带式加热器在主变压器底部加热，主变压器顶部及侧面用硅酸铝保温材料保温，主变压器四周用尼龙布拉成围屏，以保证主变压器底部不通风，以达到进一步保温的目的。加热器加热时，使主变压器外壁温度保持在60℃～70℃：左右，加热72h后，采用负压抽真空(抽真空时加热不中断)，抽真空后，继续加热24h，再抽真空，这样反复3--4次以后，再做介质损耗试验，试验结果合格。同时，进油时对油中气体经真空脱气，色谱分析正常，各项试验数据全部合格，变压器投入后运行正常。
变压器空载试验
1、变压器空载试验的电源容量的选择：
保证电源波形失真不超过5％，试品的空载容量应在电源容量的50％以下；采用调压器加压，空载容量应小于调压器容量的50％；采用发电机组试验时，空载容量应小于发电机容量的25％。
2、空载试验是测量额定电压下的空载损耗和空载电流，试验时高压侧开路，低压侧加压，试验电压是低压侧的额定电压，试验电压低，试验电流为额定电流百分之几或千分之几。
空载试验的试验电压是低压侧的额定电压，变压器空载试验主要测量空载损耗。空载损耗主要是铁损耗。铁损耗的大小可以认为与负载的大小无关，即空载时的损耗等于负载时的铁损耗，但这是指额定电压时的情况。如果电压偏离额定指，由于变压器铁芯中的磁感应强度处在磁化曲线的饱和段，空载损耗和空载电流都会急剧变化，因此，空载试验应在额定电压下进行。
注意：在测量大型变压器的空载或负载损耗时，因为功率因数很低，可达到cosφ小于和等于0.1。所以一定要求采用低功率因数的瓦特表。
3、通过空载试验可以发现变压器以下缺陷：
硅钢片间绝缘不良。铁芯极间、片间局部短路烧损。
穿芯螺栓或绑扎钢带、压板、上轭铁等的绝缘部分损坏、形成短路。 磁路中硅钢片松动、错位、气隙太大。
铁芯多点接地。
线圈有匝间、层间短路或并联支路匝数不等、安匝不平衡等。
误用了高耗劣质硅钢片或设计计算有误.
变压器的空载试验指的是通过变压器的空载运行来测定变压器的空载电流和空载损耗。一般说来，空载试验可以在变压器的任何一侧进行。通常将额定频率的正弦电压加在低压线圈上而高压侧开路。为了测出空载电流和空载损耗随电压变化的曲线，外施电压要能在一定范围内进行调节。
变压器空载时，铁芯中主磁通的大小是由绕组端电压决定的，当变压器施加额定电压时，铁芯中的主磁通达到了变压器额定工作时的数值，这时铁芯中的功率损耗也达到了变压器额定工作下的数值，因此变压器空载时输入功率可以认为全部是变压器的铁损。一般电力变压器在额定电压时，空载损耗约为额定容量的0.1%~1%。
变压器的短路试验通常是将高压线圈接至电源，而将低压线圈直接短接。由于一般电力变压器的短路阻抗很小，为了避免过大的短路电流损坏变压器的线圈，短
路试验应在降低电压的条件下进行。用自耦变压器调节外旋电压，使电流在0.1~1.3倍额定电流范围变化。原边电流达到额定值时，变压器的铜损相当于额定负载时的铜损，因外施电压较低，铁芯中的工作磁通比额定工作状态小得多，铁损可以忽略不计，所以短路试验的全部输入功率基本上都消耗在变压器绕组上，短路试验可测出铜损。通常电力变压器在额定电流下的短路损耗约为额定容量的0.4%~4%，其数值随变压器容量的增大而下降。
变压器空载试验和负载试验的目的和意义
变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量都是变压器的例行试验。
变压器的空载试验就是从变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示，即：
进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。
变压器的短路试验就是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的：
此时求得的阻抗为短路阻抗，同样以被加压线圈的额定阻抗百分数表示：
变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无功分量也对应相等。
进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。
变压器空载和负载试验的接线和试验方法
对于单相变压器，可采用接线进行空载试验。对于三相变压器，可采用两瓦特表法进行空载试验。直接测量法，适用于额定电压和电流较小，用电压表和电流表即可直接进行测量的变压器。当变压器额定电压和电流较大时，必须借助电压互感器和电流互感器进行间接测量，此时采用接线方式。
空载试验时，在变压器的一侧（可根据试验条件而定）施加额定电压，其余各绕组开路。
短路试验的接线方式和空载试验的接线基本相似，所不同的是要将非加压的线圈三相短接而不是开路。对于三线圈的变压器，每次试一对线圈（共试三次），非被试线圈应为开路。
短路试验时，在变压器的一侧施加工频交流电压，调整施加电压，使线圈中的电流等于额定值；有时由于现场条件的限制，也可以在较低电流下进行试验，但不应低于。
试验要求和注意事项
1、空载试验应在绝缘试验合格的基础上进行，被试变压器的分接开头应置于额定分接位置。
2、在额定电压下进行试验时，所需试验电源容量可按下式估算：SO=SeIo（千伏安）
式中：So—试验所需电源容量，Se—被试变压器额客容量，Io—被试变压变压器额定空载电流百分数。当电源容量大于5倍所需容量时，可不考虑波形对测量结果造成的影响，作大容量变压器试验时，推荐采用系统电压进行试验。
3、当用三相电源进行试验时，要求三相电压对称平衡，即负序分量不超过正序分量的5%，三相线电压相差不超过2%，试验中三相电压要保持稳定，三相电压稍有不平衡时，试验电压可取三相电压的算术平均值，也可以用a、c相的线电压代替。
4、测量用串联的电流互感器应考虑故障时动势稳容量不够可能造成的损坏保护措施。其外壳和低压绕组的接地一端必须可靠接地。测量仪表和测量回路对高压部分应保持足够的安全距离，载流引线必须有足够的通流容量。
5、测量仪表的准确度应不低于0.1级，互感器的准确度应不低于0.2级。对于较大容量变压器损耗功率的测量，应使用低功率因数瓦特表。
6、所测空载损耗是瓦特表指示的代数和，因此接线时必须注意瓦特表电流、电压线卷的极性，若使用互感器应同时注意互感器的极性。
7、利用电网高压电源进行试验时，应遵守有关的安全规程和现场运行规程。
8、试验中若发现表计指示异常或被试变压器有放电声、异常响声、冒烟、喷油等情况，应立即停止试验，断开电源，检查原因，在没有查明原因并予以恰当的处理之前，不得盲目再进行试验。
变压器空载试验为什么最好在额定电压下进行
变压器空载试验为什么最好在额定电压下进行? 答：变压器的空载试验是用来测量空载损耗的。空载损耗 主要是铁耗。铁耗的大小可以认为与负载的大小无关，即空载 时的损耗等于负载时的铁损耗，但这是指额定电压时的情况。 如果电压偏离额定值，由于变压器铁芯中的磁感应强度处在磁 化曲线的饱和段，空载损耗和空载电流都会急剧变化，所以空 载试验应在额定电压下进行。 2、变压器负载损耗试验为什么最好在额定电流下进行? 答：变压器负载损耗试验的目的主要是测量变压器负载损 耗和阻抗电压。变压器负载损耗的大小和流过绕组的电流的平 方成正比，如果流过绕组的电流不是额定电流，那么测得的损 耗将会有较大误差。 3、阀式避雷器的作用和原理是什么? 答：阀式避雷器是用来保护发、变电设备的主要元件。在有较高幅值的雷电波侵入被保护装置时，避雷器中的间隙首先放电，限制了电气设备上的过电压幅值。在泄放雷电流的过程中，由于碳化硅阀片的非线性电阻值大大减小，又使避雷器上的残压限制在设备绝缘水平下。雷电波过后，放电间隙恢复碳化硅阀片非线性电阻值又大大增加，自动地将工频电流切断，保护了电气设备。 4、ZnO避雷器有什么特点? 答：ZnO避雷器的阀片具有极为优异的非线性伏安特性，采用这种无间隙的避雷器后，其保护水平不受间隙放电特性的限制，使之仅取决于雷电和操作放电电压时的残压特性，而这个特性与常规碳化硅阀片相比，要好得多，这就相对提高了输变电设备的绝缘水平，从而有可能使工程造价降低。 5、对变压器进行联结组别试验有何意义? 答：变压器联结组别必须相同是变压器并列运行的重要条件之一。若参加并列运行的变压器联结组别不一致，将出现不能允许的环流；同时由于运行，继电保护接线也必须知晓变压器的联结组别；联结组别是变压器的重要特性指标。因此在出厂、交接和绕组大修后都应测量绕组的联结组别。 6、 测量工频交流耐压试验电压有几种方法? 测量工频交流耐压试验电压有如下几种方法：答：(1)在试验变压器低压侧测量。对于一般瓷质绝缘、断路器、绝缘工具等，可测取试验变压器低压侧的电压，再通过电压比换算至高压侧电压。它只适用于负荷容量比电源容量小得多、测量准确要求不高的情况。 (2)用电压互感器测量。将电压互感器的一次侧并接在被试品的两端头上，在其二次侧测量电压，根据测得的电压和电压互感器的变压比计算出高压侧的电压。 (3)用高压静电电压表测量。用高压静电电压表直接测量工频高压的有效值，这种形式的表计多用于室内的测量。
(4)用铜球间隙测量。球间隙是测量工频高压的基本设备，其测量误差在3％的范围内。球隙测的是交流电压的峰值，如果所测电压为正弦波，则峰值除以√2即为有效值。 (5)用电容分压器或阻容分压器测量。由高压臂电容器C1与低压臂电容器C2串联组成的分压器，用电压表测量C2上的电压U2，然后按分压比
算出高压Ul。
7、发电机为什么要做直流耐压试验并测泄漏电流? 答：在直流耐压的试验过程
中，可以从电压和电流的对应关系中观察绝缘状态，大多数情况下，可以在绝缘尚未击穿之前就能发现缺陷，因直流电压是按照电阻分布的，因而对发电机定子
绕组做高压直流试验能比交流更有效地发现端部缺陷和 间隙性缺陷。
8、发电机的空载特性试验有什么意义?做发电机空载特性试验应注意哪些事项? 答：发电机的空载特性试验，也是发电机的基本试验项目。发电机空载特性是指发电机在额定转速下，定子绕组中电流为零时，绕组端电压Uo和转子激磁电流IL之间的关系曲线。发电机的空载特性试验就是实测这条特性曲线。从0到 1.3倍额定电压，一般取10～12点。在做发电机空载特性试验时应注意，发电机已处在运行状态，所以它的继电保护装置除强行激磁及自动电压调整装置外应全部投入运行。试验中三相线电压值应接近相等，相互之间的不对称应不大于3％，发电机的端电压超过额定值时，铁芯温度上升很快，所以此时应尽量缩短试验时间，在1.3倍额定电压下不得超过5min。试验中还应注意，当将激磁电流由大到小逐级递减或由小到大递升时，只能一个方向调节，中途不得有反方向来回升
降。否则，由于铁芯的磁滞现象，会影响测量的准确性。
9、变压器铁芯多点接地的主要原因及表现特征是什么? 答：统计资料表明，变压器铁芯多点接地故障在变压器总事故中占第三位，主要原因是变压器在现场装配及安装中不慎遗落金属异物，造成多点接地或铁轭与夹件短路、芯柱与夹件相碰等。变压器铁芯多点接地故障的表现特征有： (1)铁芯局部过热，使铁芯损耗增加，甚至烧坏； (2)过热造成的温升，使变压器油分解，产生的气体溶解于油中，引起变压器油性能下降，油中总烃大大超标； (3)油中气体不断增加并析出(电弧放电故障时，气体析出量较之更高、更快)，可能导致气体继电器动作发信号甚；便变压器跳闸。在实践中，可以根据上述表现特征进行判断，其中检测油中溶解气体色谱和空载损耗是判断变压器铁芯多点接地的重要依据。 10、保护间隙的工作原理是什么? 答：保护间隙是由一个带电极和一个接地极构成，两极之间相隔一定距离构成间隙。它平时并联在被保护设备旁，在过电压侵入时，间隙先行击穿，把雷电流引入大地，从而保护了设备。 11、简述测量球隙的工作原理。答：空气在一定电场强度的作用下才能发生碰撞游离，均匀或稍不均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离具有一定的关系，测量球隙就是利用间隙放电来进行电压测量的。测量球隙是由一对相同直径的金属球构成的，当球隙直径D大于球隙距离L时，球隙电场基本上属稍不均匀电场，用已知球隙在标准条件下的放电电压，乘以试验条件下的空气相对密度，便可求出已知试验条件下相同球隙的放电电压。放电电压仅决定于球隙的距离。 12、为了对试验结果作出正确的分析，必须考虑哪几个方面的情况? 答：为了对试验结果作出正确的判断，必须考虑下列几个方面的情况： (1)把试验结果和有关标准的规定值相比较，符
合标准要求的为合格，否则应查明原因，消除缺陷。但对那些标准中仅有参考值或未作规定的项目，不应作轻率的判断，而应参考其他项目制造厂规定和历史状况进行状态分析； (2)和过去的试验记录进行比较，这是一个比较有效的判断方法。如试验结果与历年记录相比无显著变化，或者历史记录本身有逐渐的微小变化，说明情况正常；如果和历史记录相比有突变，则应查明，找出故障加以排除；
(3)对三相设备进行三相之间试验数据的对比，不应有显著的差异； (4)和同类设备的试验结果相对比，不应有显著差异； (5)试验条件的可比性，气象条件和试验条件等对试验的 影响。最后必须指出，各种试验项目对不同设备和不同故障的有效性和灵敏度是不同的，这一点对分析试验结果、排除故障等具有重大意
义。
13、简述应用串并联谐振原理进行交流耐压试验方法? 答：对于长电缆线路、电容器、大型发电机和变压器等电容量较大的被试品的交流耐压试验，需要较大容量的试验设备和电源，现场往往难以办到。在此情况下，可根据具体情况，分别采用串联、并联谐振或串并联谐振(也称串并联补偿)的方法解决试验设备容量不足的问题。 (1)串联谐振(电压谐振)法，当试验变压器的额定电压不能满足所需试验电压，但电流能满足被试晶试验电流的情况下，可用串联谐振的方法来解决试验电压的不足。 (2)并联谐振(电流谐振)法，当试验变压器的额定电压能满足试验电压的要求，但电流达不到被试晶所需的试验电流时，可采用并联谐振对电流加以补偿，以解决试验电源容量不足的问题。其原理接线如图C-3所示。 (3)串并联谐振法，除了以上的串联、并联谐振外，当试验变压器的额定电压和额定电流都不能满足试验要求时，可同时运用串、并联谐振线路，亦称为串并联补偿
法。
14、电流对人体的伤害程度与通电时间的长短有何关系? 答：通电时间愈长，引起心室颤动的危险也愈大。这是因为通电时间越长，人体电阻因出汗等原因而降低，导致通过人体的电流增加，触电的危险性也随之增加。此外，心脏每搏动一次，中间约有0.1～0.2s的时间对电流最为敏感。通电时间越长，与心脏最敏感
瞬间重合的可能性也就越大，危险性也就越大。
15、用双电压表法测量变压器绕组连接组别应注意什么? 答：用双电压表法测量变压器绕组连接组别应注意以下两点： (1)三相试验电压应基本上是平衡的(不平衡度不应超过2％，否则测量误差过大，甚至造成无法判断绕组连接组别； (2)试验中所采用电压表要有足够的准确度，一般不应低于0.5级。 16、通过空载特性试验，可发现变压器的哪些缺陷? 答：通过空载试验可以发现变压器的以下缺陷： (1)硅钢片间绝缘不良。 (2)铁芯极间、片间局部短路烧损。 (3)穿心螺栓或绑扎钢带、压板、上轭铁等的绝缘部分损坏，形成短路。 (4)磁路中硅钢片
松动、错位、气隙太大。 (5)铁芯多点接地。 (6)线圈有匝、层问短路或并联支路匝数不等，安匝不平衡等。 (7)误用了高耗劣质硅钢片或设计计算有误。
17、通过负载特性试验，可发现变压器的哪些缺陷? 答：通过负载试验可以发现变压器的以下缺陷： (1)变压器各金属结构件(如电容环、压板、夹件等或油箱箱壁中，由于漏磁通所致的附加损耗过大。 (2)油箱盖或套管法兰等的涡流损耗
过大。 (3)其他附加损耗的增加。 (4)绕组的并绕导线有短路或错位。
18、电力变压器做负载试验时，多数从高压侧加电压；而空载试验时，又多数从低压侧加电压，为什么? 答：负载试验是测量额定电流下的负载损耗和阻抗电压，试验时，低压侧短路，高压侧加电压，试验电流为高压侧额定 电流，试验电流较小，现场容易做到，故负载试验一般都从高 压侧加电压。空载试验是测量额定电压下的空载损耗和空载电流，试验 时，高压侧开路，低压侧加压，试验电压是低压侧的额定电压，试验电压低，试验电流为额定电流百分之几或干分之几
时，现场容易进行测量，故空载试验一般都从低压侧加电压。
19、高压套管电气性能方面应满足哪些要求? 答：高压套管在电气性能方面通常要满足： (1)长期工作电压下不发生有害的局部放电； (2)1rain工频耐压试验下不发生滑闪放电； (3)工频干试或冲击试验电压下不击穿； (4)防污性能良好。
20、对35kV以上多油断路器进行tgδ值测量，为什么要比测主变压器的tgδ更有诊断意义? 答：当绝缘有局部缺陷或受潮时，这部分损耗将加大，整体的tgδ值也增大，这部分体积相对越大，就使总体积的tg8值增大越显著，所以，局部tgδ的变化对体积小的设备反应比较灵敏。多油断路器与变压器相比，体积小很多(即电容小)，因此测多油断路器的tgδ值比测变压器的tgδ值更有诊
断意义。
针对传统测量存在的诸多弊端，配合城乡电网改造工作，提出了一种变压器空载试验的微机化测量方法。通过相应的硬件设计与软件处理，有效的减少或消除各种误差，提高测量精度和效率，全部试验过程是在程序控制下自动进行，试验数据亦自动处理，即时打印结果，并可存入数据库，实现更高级的管理。基本上实现了空载试验的自动化。
1 测试原理分析 频率的测量采用周期法，只要测得瞬时值相邻的两个过零点之间的时间，即可算出频率。相位差只需测出电压、电流瞬时值过零点之间的时间差。一个周期内电流信号的有效值可表示为
其中I为电流信号有效值，T为电流信号波形周期，i为t时刻电流瞬时值。 将上式离散化，用一个周期内有限个采样的电流数字信号量代替一个周期内连续变化的电流函数，且设相邻两次采样时间间隔相等，则可以得到根据一个周
期内各瞬时值及采样点数计算电流有效值的公式
其中△T为相邻两次采样时间间隔，im为m－1的时间间隔的电流信号瞬时值，N为一个周期内的采样点数。
考虑到交流电流是有正负的，所以电流平均值为
同理可得，计算电压有效值、电压平均值和一相平均功率的公式
功率因数为
2 微机测试系统硬件原理框图 微机测试系统主回路在目前变压器空载试验所采用的电路的基础上，用微机系统取代了传统方法中的测量仪表。工作过程分为三步：
（1）采集到的三相电压和三相电流的瞬时值经A／D转换、I／O通道进入微机；
（2）在微机中实现数据处理；
（3）根据处理结果，微机发出控制信号（经I／O通道、D／A转换、功率放大）实现对空载试验电压调整与分压电路的选择，还可根据要求显示打印输出结果。
为满足功率计算的要求，应使三相电压与三相电流的信号同时采集。因常规的A／D卡每次只能采集一路信号并完成A／D转换，所以系统设计了一采样控制电路。输入电流经过精密互感器，然后由精密电阻将电流量转化为电阻分压后进入采样控制电路，输入电压直接经精密电阻分压后进入采样控制信号路。采样控制由软件完成。当控制电路收到采样控制信号后，各路信号同时被采集，采集的信号被暂时保存在采样保持器中，各路信号依次进行A／D转换。当其中的某一路信号在进行A／D转换时，其它的未被转换的信号在保持期间会有衰减，但由于衰减相当小，可以忽略不计，不影响最终的计算精度。
设计采用高性价比的12位、100ksps的A／D转换器AD1674。转换时间为10μs，为了提高采样速度，采用了锁存器同步锁存、分时读取的方法。两个锁存器用同一个控制信号控制。这样执行一条指令即可将A／D转换结果读出。 I／O提供了多路开关量输入输出，其作用由软件控制。I／O总线要求与计算机总线一致。功率放大器采用可控硅固态继电器，兼备光电隔离设备。
3 软件设计 软件编制应用Visual Basic、Visual C＋＋以及C语言。软件设计包括数据库的建立、软件界面的设计、试验信号采集、数据处理、以及电压控制、分压电路控制、试验数据管理和试验报表输出等。
输入数据用软件可变窗口数据平滑滤波技术处理，确保数据正确，在可能的情况下，增加采样点数，以提高计算准确性。
软件设计采用模块化结构，其结构框图如图2所示。
数据库（采用Access数据库）由多个表构成（可根据变压器型号、生产厂家和生产序号可以唯一确定一个变压器，所以将其一起设为主键）。
在试验前，可以从下拉文本框（与数据库实时动态交换）中选择正在进行试
验的变压器型号，如果存在，就说明在此以前进行过此型号的变压器试验，可以查询或打印以前试验的数据和结果。在做同类型变压器试验时，就可省去变压器铭牌参数的输入。如果不存在，说明这是一种新型的变压器，其铭牌参数需要手动输入，保存后可供下次进行同类型变压器试验时使用。
VB不具备直接对硬件I／O端口进行访问的能力，为使计算机从现场获取实际数据或发出控制命令，需要计算机实现对I／O端口的访问能力，本文采用调用动态链接库的方法。首先用VC函数库中的inp、inpw、oup、oupw等函数创建动态链接库adio32．dll，它包括如下函数。
其中adr表示I／O端口地址：data表示I／O数据。在VB中调DLL时，先将DLL文件拷贝到Windows下的system目录下。部分数据采集程序如下（设I／O端口基地址为240H，在需要部分用declare语句对所需要的DLL中的函数进行了声明）。
由于程序比较庞大，不能一一列举说明，为使读者对这个系统有更全面的认识，在这列举了三相空载试验的部分计算程序
PO=P1+P2+P3’为代数和，P和I在前面程序中已经算出，并存入相关数据文件
’当额定电压不等于有效电压时，调用低电压修正函数
’当电压频率不等于额定频率时，调用频率修正函数
4 现场应用效果 本系统为AVO公司设计的变压器空载试验的微机化系统。测量电流和电压的平均值的误差为0．2％，测量功率的精度为0．5％，采样频率为10μs，完全可以满足变压器空载试验的要求，公司已经用上述方法对重庆ABB变压器厂和沈阳变压器有限公司生产的变压器进行多次空载试验，实践证明效果很好。
下面是公司为重庆ABB变压器厂生产的一变压器前后分别采用传统的人工计算方法和改进后微机化测试方法的结果对比。该变压器型号为SFPZ9－120000／220，电压为220±8×1．5％／121／10．5 kV，联结组别为YN，YnO，dn，额定容量为120／120／60 MVA， 额定电流为314．92／572．58／3299．14 A，测试环境温度24℃，测试地点为重庆黄角桠。
首先采用传统人工测量方法，测量数据如表1。
不清 经上述数据计算（换算到10．5 kW）得到
空载电流：I0＝5．66 A，空载电流百分数：I0％＝0．086％，空载损耗：P0＝53．08 kW采用本系统测得
空载电流百分数：I0％＝0．083％，空载损耗：P0＝54．66 kW
5 结束语
（1）本次设计的变压器空载试验的微机化系统采用数字采样技术，利用微机进行数字滤波、数据处理、数值计算，减少或排除了各种误差，避免了繁琐的人为读表和计算，提高了测试精度和效率。
（2）采用微机系统代替了传统的测量控制仪表，使测量硬件电路大大简化，大大降低了仪表成本，并且在空载试验中操作方便简单，软件用户界面友好。
（3）由于负载试验和空载试验的电源和测量线路一样，所不同的是非电源侧的绕组要人为短路，所以上述系统也可用于负载试验特性的测试。
可见，用变压器空载试验的微机系统代替传统的人为常规空载试验方法有无可比拟的优越性，值得大力推广和应用。
参考文献
［1］ 变压器制造技术丛书编审委员会．变压器试验［M］．北京：机械工业出版社，1985，P81～98．
［2］ 邵钟武等．数据采集系统［M］．北京：石油大学出版社，1998．
Tags: 空载试验,变压器,计算机
1、变压器空载试验和负载试验的目的和意义
变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量都是变压器的例行试验。
变压器的空载试验就是从变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示，即：
进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。
变压器的短路试验就是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的：
此时求得的阻抗为短路阻抗，同样以被加压线圈的额定阻抗百分数表示：
变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无
功分量也对应相等。
进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运
行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压
器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。
2、变压器空载和负载试验的接线和试验方法
对于单相变压器，可采用图1所示的接线进行空载试验。对于三相变压器，
可采用图2和图3所示的两瓦特表法进行空载试验。图2为直接测量法，适用于
额定电压和电流较小，用电压表和电流表即可直接进行测量的变压器。当变压器
额定电压和电流较大时，必须借助电压互感器和电流互感器进行间接测量，此时
采用图3接线方式。
图1 单相变压器空载试验接线 图2 三相变压器空载
试验的直接测量
空载试验时，在变压器的一侧（可根据试验条件而定）施加额定电压，其余
各绕组开路。
短路试验的接线方式和空载试验的接线基本相似，所不同的是要将非加压的
线圈三相短接而不是开路。对于三线圈的变压器，每次试一对线圈（共试三次），
非被试线圈应为开路。
短路试验时，在变压器的一侧施加工频交流电压，调整施加电压，使线圈中
的电流等于额定值；有时由于现场条件的限制，也可以在较低电流下进行试验，
但不应低于。
图3 三相变压器空载试验的间接测量
3、试验要求和注意事项
试验电压一般应为额定频率、正弦波形，并使用一定准确等级的仪表和互
感器。如果施加电压的线圈有分接，则应在额定分接位置。
试验中所有接入系统的一次设备都要按要求试验合格，设备外壳和二次回
路应可靠接地，与试验有关的保护应投入，保护的动作电流与时间要进行校核。
三相变压器，当试验用电源有足够容量，在试验过程中保持电压稳定。并
为实际上的三相对称正弦波形时，其电流和电压的数值，应以三相仪表的平均值
为准。
联结短路用的导线必须有足够的截面，并尽可能的短，连接处接触良好。
4、试验结果的计算
1、空载试验结果的计算
三相变压器用上述三瓦特表法测量时，其空载电流和空载损耗可按下式进
行计算：
式中：、、分别是CT的变比；、、分别是PT的变比；
、、是三相空载电流的实测值；、、是三相施加试验电压；
空载电流实测平均值； 试验施加线电压平均值；
、被试线圈额定线电压和额定电流；
、、是电流、电压、瓦特表本身的倍数；
、两个瓦特表测得的损耗功率；算得的空载电流百分数；
算得的空载损耗；
、 幂次，决定于磁路硅钢片的种类，可从专门的表格中查出。
2、短路试验结果的计算
三相变压器用上述三瓦特表法测量时，其负载损耗和短路电压可按下式进
行计算：
式中：、、是三相短路电流实测值；
、、三相CT的变流比；
、是反映A和C相电流测得的损耗功率；
、、是AB、BC和CA的PT变比；
、是瓦特表本身的倍数；
变压器空载试验微机化测试方法
周洪煜，朱 珍，闵建军
（重庆大学动力工程学院，重庆 400044）
摘 要：分析了传统变压器空载试验的主要弊端，提出了一种变压器空载试
验微机化测试的新方法，并给出了相应的软、硬件设计。实践表明，该法方便、
快捷和具有较高的精度。
关键词：空载试验；变压器；计算机
变压器空载试验是变压器出厂试验的重要项目之一，在制造过程中需要重复
多次，同时也是经大修投运前的交接项目之一。当前城乡电网改造中，低损耗变
压器将全部取代高损耗变压器，空载损耗是检验变压器损耗指标的重要手段。原
AVO公司的变压器空载试验采用传统方法，用电流表、电压表、功率表、功能因
数表进行测试，测试与计算过程繁琐，同时测试数据受到诸如电源调压特性、电
压波形非正弦、频率偏离额定值、三相电源不对称产生的负序电压、电感器误差
等因素的影响，这样操作者读取各种测试数据，通过手工计算得到的试验结果精
度不高、效率低下，难免引入各种系统测量和人为误差。
针对传统测量存在的诸多弊端，配合城乡电网改造工作，提出了一种变压器
空载试验的微机化测量方法。通过相应的硬件设计与软件处理，有效的减少或消
除各种误差，提高测量精度和效率，全部试验过程是在程序控制下自动进行，试
验数据亦自动处理，即时打印结果，并可存入数据库，实现更高级的管理。基本
上实现了空载试验的自动化。
1 测试原理分析
频率的测量采用周期法，只要测得瞬时值相邻的两个过零点之间的时间，即
可算出频率。相位差只需测出电压、电流瞬时值过零点之间的时间差。一个周期
内电流信号的有效值可表示为
其中I为电流信号有效值，T为电流信号波形周期，i为t时刻电流瞬时值。
将上式离散化，用一个周期内有限个采样的电流数字信号量代替一个周期内
连续变化的电流函数，且设相邻两次采样时间间隔相等，则可以得到根据一个周
期内各瞬时值及采样点数计算电流有效值的公式
其中△T为相邻两次采样时间间隔，im为m－1的时间间隔的电流信号瞬时
值，N为一个周期内的采样点数。
考虑到交流电流是有正负的，所以电流平均值为
同理可得，计算电压有效值、电压平均值和一相平均功率的公式
功率因数为
2 微机测试系统硬件原理框图
微机测试系统主回路在目前变压器空载试验所采用的电路的基础上，用微机
系统取代了传统方法中的测量仪表。工作过程分为三步：
（1）采集到的三相电压和三相电流的瞬时值经A／D转换、I／O通道进入
微机；
（2）在微机中实现数据处理；
（3）根据处理结果，微机发出控制信号（经I／O通道、D／A转换、功率
放大）实现对空载试验电压调整与分压电路的选择，还可根据要求显示打印输出
结果。
为满足功率计算的要求，应使三相电压与三相电流的信号同时采集。因常规
的A／D卡每次只能采集一路信号并完成A／D转换，所以系统设计了一采样控制
电路。输入电流经过精密互感器，然后由精密电阻将电流量转化为电阻分压后进
入采样控制电路，输入电压直接经精密电阻分压后进入采样控制信号路。采样控
制由软件完成。当控制电路收到采样控制信号后，各路信号同时被采集，采集的
信号被暂时保存在采样保持器中，各路信号依次进行A／D转换。当其中的某一
路信号在进行A／D转换时，其它的未被转换的信号在保持期间会有衰减，但由
于衰减相当小，可以忽略不计，不影响最终的计算精度。
设计采用高性价比的12位、100ksps的A／D转换器AD1674。转换时间为
10μs，为了提高采样速度，采用了锁存器同步锁存、分时读取的方法。两个锁
存器用同一个控制信号控制。这样执行一条指令即可将A／D转换结果读出。
I／O提供了多路开关量输入输出，其作用由软件控制。I／O总线要求与计
算机总线一致。功率放大器采用可控硅固态继电器，兼备光电隔离设备。
3 软件设计
软件编制应用Visual Basic、Visual C＋＋以及C语言。软件设计包括数
据库的建立、软件界面的设计、试验信号采集、数据处理、以及电压控制、分压
电路控制、试验数据管理和试验报表输出等。
输入数据用软件可变窗口数据平滑滤波技术处理，确保数据正确，在可能的
情况下，增加采样点数，以提高计算准确性。
软件设计采用模块化结构，其结构框图如图2所示。
数据库（采用Access数据库）由多个表构成（可根据变压器型号、生产厂
家和生产序号可以唯一确定一个变压器，所以将其一起设为主键）。
在试验前，可以从下拉文本框（与数据库实时动态交换）中选择正在进行试
验的变压器型号，如果存在，就说明在此以前进行过此型号的变压器试验，可以
查询或打印以前试验的数据和结果。在做同类型变压器试验时，就可省去变压器
铭牌参数的输入。如果不存在，说明这是一种新型的变压器，其铭牌参数需要手
动输入，保存后可供下次进行同类型变压器试验时使用。
VB不具备直接对硬件I／O端口进行访问的能力，为使计算机从现场获取实
际数据或发出控制命令，需要计算机实现对I／O端口的访问能力，本文采用调
用动态链接库的方法。首先用VC函数库中的inp、inpw、oup、oupw等函数创建
动态链接库
adio32．dll，它包括如下函数。
其中adr表示I／O端口地址：data表示I／O数据。在VB中调DLL时，先
将DLL文件拷贝到Windows下的system目录下。部分数据采集程序如下（设I
／O端口基地址为240H，在需要部分用declare语句对所需要的DLL中的函数进
行了声明）。
由于程序比较庞大，不能一一列举说明，为使读者对这个系统有更全面的认
识，在这列举了三相空载试验的部分计算程序
PO=P1+P2+P3’为代数和，P和I
在前面程序中已经算出，并存入相关数据文件
’当额定电压不等于有效电压时，调用低电压修正函数
’当电压频率不等于额定频率时，调用频率修正函数
4 现场应用效果
本系统为AVO公司设计的变压器空载试验的微机化系统。测量电流和电压的
平均值的误差为0．2％，测量功率的精度为0．5％，采样频率为10μs，完全
可以满足变压器空载试验的要求，公司已经用上述方法对重庆ABB变压器厂和沈
阳变压器有限公司生产的变压器进行多次空载试验，实践证明效果很好。
下面是公司为重庆ABB变压器厂生产的一变压器前后分别采用传统的人工
计算方法和改进后微机化测试方法的结果对比。该变压器型号为SFPZ9－120000
／220，电压为220±8×1．5％／121／10．5 kV，联结组别为YN，YnO，dn，额
定容量为120／120／60 MVA， 额定电流为314．92／572．58／3299．14 A，
测试环境温度24℃，测试地点为重庆黄角桠。
首先采用传统人工测量方法，测量数据如表1。
不清 经上述数据计算（换算到10．5 kW）得到
空载电流：I0＝5．66 A，空载电流百分数：I0％＝0．086％，空载损耗：
P0＝53．08 kW采用本系统测得
空载电流百分数：I0％＝0．083％，空载损耗：P0＝54．66 kW
5 结束语
（1）本次设计的变压器空载试验的微机化系统采用数字采样技术，利用微
机进行数字滤波、数据处理、数值计算，减少或排除了各种误差，避免了繁琐的
人为读表和计算，提高了测试精度和效率。
（2）采用微机系统代替了传统的测量控制仪表，使测量硬件电路大大简化，
大大降低了仪表成本，并且在空载试验中操作方便简单，软件用户界面友好。
（3）由于负载试验和空载试验的电源和测量线路一样，所不同的是非电源
侧的绕组要人为短路，所以上述系统也可用于负载试验特性的测试。
可见，用变压器空载试验的微机系统代替传统的人为常规空载试验方法有无
可比拟的优越性，值得大力推广和应用。
参考文献
［1］ 变压器制造技术丛书编审委员会．变压器试验［M］．北京：机械工业出
版社，1985，P81～98．
［2］ 邵钟武等．数据采集系统［M］．北京：石油大学出版社，1998．
第三章 变压器故障典型案例
第一节 短路故障案例
一、老厂主变压器多次过流重合动作绕组变形
(1)案例。我厂老厂＃7机31.5MVA、110kV变压器(SFSZ 8—31500/110)发生短路事故，重瓦斯保护动作，跳开主变压器三侧开关。返厂吊罩检查，发现C相高压绕组失团，C相中压绕组严重变形，并挤破囚扳造成中、低压绕组短路；C相低压绕组被烧断二股；B相低压、中压绕组严重变形；所有绕组匝间散布很多细小铜珠、铜末；上部铁芯、变压器底座有锈迹。
事故发生的当天有雷雨。事故发生前，曾多次发生10kV、35kV侧线路单相接地。13点40分35kV侧过流动作，重合成功；18点44分35kV侧再次过流动作，重合闸动作，同时主变压器重瓦斯保护跳主变压器三侧开关。经查35kV距变电站不远处B、C相间有放电烧损痕迹。
(2)原因分析。根据国家标准GBl094．5—日5规定110kV电力变压器的短路表观容量为800MVA，应能承受最大非对称短路电流系数约为2．55。该变压器编制的运行方式下：
电网最大运行方式110kV三相出口短路的短路容量为1844MVA；
35kV三相出口短路为365MVA；
10kV三相出口短路为225．5MVA；
事故发生时，实际短路容量尚小于上述数值。据此计算变压器应能承受此次短路冲击。事故当时损坏的变压器正与另一台31500／110变压器并列运行，经受同样短路冲击而另一台变压器却未损坏。因此事故分析认为导致变压器B、C相绕组在电动力作用下严重变形并烧毁，由于该变压器存在以下问题：
1)变压器绕组松散。高压绕组辐向用手可摇动5mm左右。从理论分析可知，短路电流产生的电动力可分为辐向力和轴向力。外侧高压绕组受的辐向电磁力，从内层至外层三线性递减，最内层受的辐向电磁力最大，两倍于绕组所受的平均圆周力。当绕组卷紧芝内层导线受力后将一部分力转移到外层，结果造成内层导线应力趋向减小，而外层导绞受力增大，内应力关系使导线上的作用力趋于均衡。内侧中压绕组受力方向相反，但均§七用的原理和要求一致。绕组如果松散，就起不到均衡作用，从而降低了变压器的抗短路充击的能力。
外侧高压绕组所受的辐向电动力是使绕组导线沿径向向外胀大，受到的是拉张力，表观为向外撑开；内侧中压绕组所受的辐向电动力是使绕组导线沿径向向内压缩，受到的是压力，表现为向内挤压。这与该变压器的B、C相高、中压绕组在事故中的结果一致。
2)经吊罩检查发现该变压器撑条不齐且有移位、垫块有松动位移。这样大大降低了内侧中压绕组承受辐向力和轴向力的能力，使绕组稳定性降低。从事故中的C相中压绕组辐向失稳向内弯曲的情况，可以考虑适当增加撑条数目，以减小导线所受辐向弯曲应力。
3)绝缘结构的强度不高。由于该变压器中、低压绕组采用的是围板结构，而围板本身较软，经真空于燥收缩后，高、中、低绕组之间呈空松的格局，为了提高承受短路的能力，宜在内侧绕组选用硬纸筒绝缘结构。
(3)措施。这是一起典型的因变压器动稳定性能差而造成的变压器绕组损坏事故，应吸取的教训和相应措施
包括：
1)在设计上应进一步寻求更合理的机械强度动态计算方式；适当放宽设计安全裕度；内绕组的内衬，采用硬纸筒绝缘结构；合理安排分接位置，尽量减小安匝不平衡。
2)制造工艺上可从加强辐向和轴向强度两方面进行，措施主要有：采用女式绕线机绕制绕组，采用先进自动拉紧装置卷紧绕组；牢固撑紧绕组与铁心之间的定位，采用整产套装方式；采用垫块预密化处理、绕组恒压干燥方式；绕组整体保证高度一致和结构完整；强化绕组端部绝缘；保证铁轭及夹件紧固。
3)要加强对大中型变压器的质量监制管理，在订货协议中应强调对中、小容量的变压器在型式试验中作突发短路试验，大型变压器要作缩小模型试验，提高变压器的抗短路能力，同时加强变电站10kV及35kV系统维护，减少变压器遭受出口短路冲击机率。
第二节 过热故障案例
一、新厂＃3机变压器绝缘受潮过热
(1)案例。我厂＃3机200MVA、220kV主变压器(SFP7—240000／220)在周期性油色谱分析中发现氢气、乙炔含量有增大趋势。经跟踪监测，氢气含量为30．1uL几，而乙炔含量为5．2uL/L，已超过正常注意值。两天后停电检修，检修前氢气含量达43．6uL/L，乙炔含量达10．9uL/L，色谱变化情况如表3—13所示，绝缘介质损耗tgs％变化如表3—14所示。
表3－13 色谱试验数据 UL/L
氢气 乙炔 甲烷 乙烷 乙烯 总 一氧化碳 二氧化碳
前五天 30.1 5.2 17.1 2.2 5.5 30 596 1186
前两天 49.9 10.2 23.6 2.8 6.2 42.8 654 1393
检修前 43.6 10.9 20.1 3.2 7.2 41.4 668 1424
检修后 0 0.17 1.2 0.1 0.11 1.58 26 62
测试绕组 正常时 色谱异常时 检修后
高压
中压
低压
停电检修放油后的重点检查项目是：绕组压板、压钉有无松动，位置是否正常；铁芯夹件是否碰主变压器油箱顶部或油位计座套；有无金属件悬浮高电位放电；临近高电场的接地体有无高电位放电；引线和油箱升高座外壳距离是否符合要求，焊接是否良好㈠由箱内壁的磁屏蔽绝缘有无过热；申压侧分接开关接触是否良好。
检查中发现：中压侧油箱上的磁屏蔽板绝缘多块脱落；中压侧B相引线靠近升高座处白布带脱落且绝缘有轻微破损；B相分接开关操作杆与分接开关连接处有许多炭黑。
(2)原因分析。规程规定220kV变压器20℃时tg8％不得大于0．8，且一般要求相对 变化量不得大于30％，根据表3—14数据反映变压器绝缘受潮.
按照GB7252--87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法：C2H2／C2H4=10，5／7=1．5；编码为1;CH4／H2=21／32．6；0．644；编码为0；C2H4/C2H6=7／3=2．33；编码为1。组合编码为1，0，1，对应的故障性质为主变压器内部有绝缘过热或低能放电现象。
氢气、乙炔含量高的可能原因：
1)主绝缘慢性受潮。主绝缘受潮后，绝缘材料含有气泡，在高电压强电场作用下将引起电晕而发生局部放电，从而产生Hz；在高电场强度作用下，水和铁的化学反应也能产生大量的H2，使在在总烃含量中所占比重大。主绝缘受潮后，不但电导损耗增大，同时还会产生夹层极化，因而介质损耗大大增加。
2)磁屏蔽绝缘脱落后的影响。正常时，高、中压绕组的漏磁通主要有三条路径：一是经高、中压绕组一磁屏蔽板闭合；二是经高、中压绕组一油箱一高、中压绕组闭合；三是经高、中压绕组一油箱一磁屏蔽板一高、中压绕组闭合，并在箱壳和磁屏蔽板中感应电势。磁屏蔽板的绝缘脱落后，将使磁屏蔽一点或多点接地，从而形成感应电流闭合回路导致发热，如果绝缘脱落后，磁屏蔽板和箱壳的接触不好，还有可能形成间隙放电
或火花放电。
3)B相引线的白布带脱落和绝缘有碰伤痕迹，可能发生对套管升高座放电。
4)中压侧B相分接开关与操动杆接触不良，可能会产生悬浮电位放电.变压器运行时出现内部故障的原因往往不是单一的，在存在热点的同时，有可能还存在着局部放电，而且热点故障在不断地发展成局部放电，由此又加剧了高温过热，形成恶性循环。
(3)处理。对B相引线绝缘加固，加强磁屏蔽绝缘，检修调整分接开关，同时对主变压器本体主绝缘加热抽真空干燥。具体措施是用覆带式加热器在主变压器底部加热，主变压器顶部及侧面用硅酸铝保温材料保温，主变压器四周用尼龙布拉成围屏，以保证主变压器底部不通风，以达到进一步保温的目的。加热器加热时，使主变压器外壁温度保持在60℃～70℃：左右，加热72h后，采用负压抽真空(抽真空时加热不中断)，抽真空后，继续加热24h，再抽真空，这样反复3--4次以后，再做介质损耗试验，试验结果合格。同时，进油时对油中气体经真空脱气，色谱分析正常，各项试验数据全部合格，变压器投入后运行正常。