电力变压器空载损耗及空载电流的测量方法

空载损耗及空载电流是电力变压器运行的重要参数，通过测量验正这两项指标是否在国家标准或产品技术协议允许的范围内，以检査和发现试品磁路中的局部缺陷和整体缺陷。

1、空载损耗及空载电流的测量，应从试品各绕组中的一侧绕组（一般为低压绕组）线端供给额定频率的额定电压（应尽可能为对称的正弦波电压)，其余绕组开路；如果施加电压的绕组是带有分接的，则应使分接开关处于主分接的位置；如果试品绕组中有开口三角形联结绕组，应使其闭合。运行中的地电位处（分级绝缘变压器其中性点、铁心、拉带等）和油箱或外壳应可靠接地。

测量时变压器的温度应接近于试验时的环境温度。

2、空载试验时按图1-1的接线进行。单相变压器参照图1-4(a)和(b)的接线，三相变压器参照图1-1(c)、(d)、(e)、(f)的接线：其中(f)为yn或zn联结绕组的接线；三相变压器与单相变压器空载试验时，均需测量电压方均根值、平均值和频率；施加电压以平均值（方均根值刻度）为准。

图1-1 空载损耗及空载电流测量原理图
G——可调电源；TA——电流互感器；TV——电压互感器；T——被试品；A——电流表
V——电压表；V_p——中均值电压表；W——瓦特表；SC——转换开关。

3、图1-1的接线所测功率均包括电压表和瓦特表的电压线圈以及电压互感器的损耗，这些损耗统称仪表损耗，当它大到不容忽略时，应从测量损耗中扣除。振动式频率表的读数应在接近额定电压时读取，读取功率时应切断振动式频率表接线。仪表损耗可用相同的试验线路，断开试品、施加相同的电压（试品额定电压)，直接从瓦特表读出。

4、图1-1的试验线路要特别注意电压互感器、电流互感器的极性及瓦特表电压端子和电流端子的极性。三相功率应是两瓦特表或三瓦特表的代数和。

5、空载试验所用电流及电压互感器的精度应不低于0.2级，所用仪表的精度应不低于0.3级。功率测量应釆用小于0.2低功率因数的功率表。

6、图1-1(a)、(c)测量电压取于产品。测量功率没有线路损耗。图1-1(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所测量的功率不但包括仪表损耗，而且 还包括线路损耗，当它大到不容忽略时，也应从测量功率中减掉。

线路损耗的数值可以从下列两种方法之一中选择：

(a) 断开试品、将试验线路的端部短路，施加三相电流的平均值，从瓦特表中读取。

(b) 用试验电流的平方与三相试验线路电阻的乘积算得出。

7、图1-1给出的是用电压表、电流表和瓦特表进行测量，也可分析仪进行测量，一般使用ZC-201A功率分析仪或ZC-202A变压器空载负载测试仪测量准确度较高；因为仪器本身的精确度较高，可以准确地依据平均值电压采集数据，避免因仪器指针晃动、试验人员读数引起的随机误差。ZC-201A功率分析仪或ZC-202A变压器空载负载测试仪接线方法可依照仪器使用说明书进行。

8、当试验电压三相不对称度小于2%时，可以三个线电压的算术平均值或a-c间的线电压为准施加电压，测量空载数据。如果三相的不对称度大于2%，但是不超过5%时，可分别以a-b、b-c 、c-a为准施加电压，试验数据取三次试验的算术平均值。

注：试验中如认为产品有剩磁，则必须退磁，以消除剩磁对空载试验结果的影响。

9、当电压波形畸变，即平均值电压表与方均根值电压表读数不同时，试验电压应以平均值电压表（该表的刻度具有同一平均值的正弦波形方均值）读数为准，令平均值电压表的读数为U'。

10、方均根值电压表与平均值电压表并联；令方均根值电压表读数为U。

对于三相变压器试验时：

若D（或Y）联结绕组励磁，则电压应在各相端子间测量。

若YN或ZN联结绕组励磁 ， 则电压应在相和中性点端子间测量。

如果U和U'之差在3%以内，则此试验电压波形满足要求。

设测得的空载损耗为P_m，则校正后的空载损耗P₀按式(1)计算：

       P₀=P_m(1+d) -------------------------------------------- (1)

式中：

       d+(U'-U)/U'（d通常为负数）；

如果U和U'之差大于3%，应按协议确认试验的有效性。

空载损耗与空载电流应在同一绕组同时测量，对于三相变压器，空载电流应取各相空载电流的算术平均值占额定电流的百分数计算。对于容量不等的多绕组试品的基数应取较大容量的额定电流。

11、当试验频率ƒ与额定频率ƒ_r有差异、且偏差不大于±5%时，施加电压应用U_f代替U_r，按式(2)计算：

       U_f=U_r(ƒ/ƒ_r) ------------------------------------------- (2)

式中：

       U_r——额定频率时的额定电压。

测得的空载损耗应按式(3)进行校正：

       P₀=P'₀[P₁(ƒ/ƒ_r)+P₂(ƒ/ƒ_r)2] ---------------------------- (3)

式中：

       P'₀——电压校正后的P₀；

       P₁——磁滞损耗与总的铁心损耗之比；

       P₂——涡流损耗与总的铁心损耗之比。

当试验频率与额定频率相差不超过±5%时，测得的空载电流不需要校正。

对于50H_z和60H_z正常使用的磁感应强度，P₁和P₂可采用表1-1的数值。

12、当对空载损耗在各相的分布状况产生怀疑，或者缺乏必要的试验设备而无法进行三相空载测量时，可进行单相空载试验。如果是后者原因，试验必须校准电压波形对测量的影响；具体操作方法如下：

(1)当励磁绕组为a-y、b-z、c-x三角形联结时，施加电压U=U_r（额定线电压）；测量方法如下：

第一次试验：从a-b端供电，b-c端短路，测量P_0ab和I_0ab；

第二次试验：从b-c端供电，a-c端短路，测量P_0bc和I_0bc；

第二次试验：从a-c端供电，a-b端短路，测量P_0ac和I_0ac。

对施加电压绕组为a-z、b-x、c-y三角形联结时，施加电压。测量方法和顺序均与上相同。

只是第一次测量的P_0ac和I_0ac，第二次测量时P_0bc和I_0bc，第三次测量的是P_0ab和I_0ab。

三相的空载电流百分数按式(4)计算:

       I₀=[0.289(I_0ab+I_0bc+I_0ac)/Ir0]×100% ------------------ (4)

(2) 当施加电压的绕组为Y联结（非供电绕组可以短路时）或中性点引出的Y联结时，施加电压U=2U_r/√3，测量方法如下：

第一次试验：从a-b端供电，c-o或c相上的其他绕组短路，测量P_0ab和I_0ab；

第二次试验：从b-c端供电，a-o或a相上的其他绕组短路，测量P_0bc和I_0bc；

第三次试验：从a-c端供电，a-o或b相上的其他绕组短路，测量P_0ac和I_0ac。

三相的空载电流百分数按式(5)计算:

       I₀=[0.33(I_0ab+I_0bc+I_0ac)/Ir0]×100% ------------------- (5)

励磁绕组为Y或D联结的三相空载损耗均按式(6)计算：

       P₀=(P_0ab+P_0bc+P_0ac)/2 --------------------------------- (6)

(3) 三次测得的空载试验数据应符合下列规律：

第一：P_0ab+P_0bc，偏差一般小于3%；

第二：P_0ac=K_pP_0ab=K_pP_0bc。

三柱式铁芯的几何尺寸示意图见图1-2，其中K_p是由铁芯的尺寸决定的，可按式(7)计算：

       K_p=[H+2M₀(S₁/S₂)]/[H+M₀(S₁/S₂)] ----------------------- (7)

式中：

       H——铁芯窗高，单位为mm；

       M——铁芯柱中心距离，单位为mm；

       S₁——铁芯柱截面积，单位为cm²；

       S₂——铁轭截面积，单位为cm²。

注1：对于三相五柱式铁芯的产品，本公式不适用；

注2：K_p的计算值仅供参考，作为判断依据应以原始出厂数据为准。

图1-2 三柱式铁芯示意图

三次测量的空载数据如果不符合以上两个规律的任何一个时，则说明变压器磁路中有局部缺陷。

在三相五柱式变压器进行单相空载试验时，铁心柱中的磁通是额定磁通Ф，但上下铁轭及旁轭中的磁通不是额定磁通Ф，而且铁轭中的磁通分布是比较复杂的，三次单相空载试验时铁轭及旁轭中的磁通是变化的，因此对三相五柱式变压器不能由三次单相空载试验的结果得到变压器的空载损耗。