２０ 《电气开关》【２０１７．Ｎｏ．１） 文章编号：１００４—２８９Ｘ（２０１７）０１—００２０—０４ 基于ＧＢ和ＩＥＣ及ＩＥＥＥ标准探讨变压器短路 试验及计算方法 何东升 ，苗本健 ，姚云涛 （１．国家智能电网输配电设备质量监督检验中心，广东 东莞 ５２３３２５；２；云南通变电器有限公司， －Ｘ－南 通海６５２７００） 摘 要：介绍了电力变压器短路试验的基本情况，概述了国内外三个标准中电力变压器短路试验方法的差异性， 通过方法溯源和公式推导，提供了不同频率和温度等测试条件下折算短路电流的计算方法。此研究对电力变压 器短路试验方法及准确计算具有一定的指导意义，且进一步保证了短路试验考核的公正性和准确性。 关键词：标准；变压器；短路试验；计算方法；绝缘 中图分类号：ＴＭ４０６ 文献标识码：Ａ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ｒｉｓｅ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＧＢ．ＩＥＣ ａｎｄ ＡＮＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＨＥ Ｄｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ ，ＭＩＡＯ Ｂｅｎ－ｊｉａｎ ，ＹＡＯ Ｙｕｎ．ｔａｏ。 （１．Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｍｉｄ—ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３３２５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙｕｎｎａｎ Ｔｏｎｇｂｉａｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔｏｎｇｈａｉ ６５２７００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅ ｔｅｓｔ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈ— ｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｎａｍｅｌｙ ＧＢ，ＩＥＣ ａｎｄ ＡＮＳＩ，ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｏｒ— ｍｕｌａ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｈｒｅｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｔｏ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｒｉｓｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｒｉｓｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｎｄａｒｄ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ｒｉｓｅ ｔｅｓｔ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ １ 引言 变压器短路承受能力试验，俗称“突发短路试 验”，是专门用于检验变压器承受短路事故能力的特 殊试验，是对变压器制造的综合技术能力和工艺水平 的考核，利用试验中强短路电流产生的电动力检验变 压器器身和各种导电部件的机械强度和热应力，其目 的是为了考核变压器的动热稳定性。因此，突发短路 试验是保证变压器抗短路能力的一项十分重要的特殊 试验¨ 。目前，我国变压器短路试验所遵循的ＧＢ（国 标）标准是等效采用ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ 基金项目：国家质量监督检验检疫总局科技计划项目（计划编号 ２０１６ＱＫ０２６） Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，国际电工委员会）标准，而与ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉ— ｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，电气和电子 工程师协会）标准之间存在一定差异。由于在短路试 验过程中试验频率不同（分别为５０Ｈｚ和６０Ｈｚ），短路 电流必须进行折算，折算方法的正确性将直接影响到 短路试验考核的真实性和有效性。 ２ 电力变压器短路试验简述 目前电力变压器短路试验，国内主要遵循标准为 ＧＢ１０９４．１—２０１３《电力变压器第１部分总则》和 ＧＢ１０９４．５—２００８＜＜电力变压器第５部分承受短路的能 力》，分别等效采用对应于ＩＥＣ标准为ＩＥＣｒ（Ｘ）７６—１— ２０１１＜＜Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ—Ｐａｒｔ １：Ｇｅｎｅｒａｌ＞＞和ＩＥＣ６００７６— ５—２００６《Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ．Ｐａｒｔ ５：Ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｗｉｔｈｓｔａｎｄ 《电气开关》（２０１７．Ｎｏ．１） ２１ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ》，而美国主要遵循标准为ＩＥＥＥ Ｃ５７． １２．００—２０１０《Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｌｉｑ－ ｕｉｄ－Ｉｍｍｅｒｓｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，Ｐｏｗｅｒ，ａｎｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｔｒａｎｓ－ 加短路故障。”方法一致。 Ａ被 试 ｆｏｒｍｅｒｓ（浸油配电源和调压变压器的标准通用要求）》 和ＩＥＥＥ Ｃ５７．１２．９０—２０１０＜＜Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｌｉｑ— ｕｉｄ—Ｉｍｍｅｒｓｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，Ｐｏｗｅｒ，ａｎｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｔｒａｎｓ— Ｂ变ｃｂ 压 器ｃ ｏｒｆｍｅｒｓ（浸油配电源和调压变压器的标准试验规 图１先短路法试验接线图 程）》。由于国标等效采用ＩＥＣ标准，其试验方法和折 算方法都完全一致，但对应于美标，由于试验频率、参 考温度和系统阻抗不同，折算方法有所不同。 （２）后短路法：即变压器一次绕组施加励磁电压， 二次绕组利用短路装置进行短路的方式，如图２所示。 这种方式更接近实际运行状态，与运行中变压器实际 遭受短路故障一样，没有涌流的影响。 。被Ａ ３短路试验基本情况 ＧＢ１０９４．５—２００８（电力变压器第５部分承受短路 的能力》（等同于ＩＥＣ６００７６—５：２００６）是目前国内变压 器产品短路承受能力试验现行所遵循的标准。根据此 标准，短路试验可采用两种方式 ：（１）先短路法：即 在变压器的二次侧预先短路，然后在一次侧进行励磁， 如图１所示。这种方法为了尽可能地避免铁心饱和以 及在试验最初的几个周期中产生过大的的磁化涌流叠 加到短路电流上，而要求电源施加在离铁心柱最远的 绕组上。此方法与ＩＥＥＥ Ｓｔｄ Ｃ５７．１２．９０—２０１０的 试 ｂ变Ｂ 压 器ｃ 图２后短路法试验接线图 ４ 国内外标准短路试验方法比较 三个标准对试验的要求存在一定差异，其差异性 详见表１所示。 标准 １２．２．１条“根据现有的电源电压，由于二次侧故障最 严密反映了系统的故障状态，故应优先采用二次侧施 项目 表１ ＧＢ和ＩＥＣ及ＩＥＥＥ标准试验方法比较 。卜 。 注１：本表仅针对应用最为广泛的油浸式电力变压器进行研究讨论，ＧＢ和ＩＥＣ标准也适用于干式变压器 注２：本表中美标主要指ＩＥＥＥ Ｃ５７．１２．９０—２０１０和ＩＥＥＥ Ｃ５７．１２．００—２０１０。 ２２ 《电气开关》（２０１７．Ｎｏ．１） 以上表格内容显示，美标对于短路试验的要求规定得 更为明确详细，但三者之间并无本质性差异，在试验中 可以相互借鉴参考。 耗Ｐ Ｆｔ： ＰＲ＝Ｐ 一∑，尺 Ｐ ５ｏ：Ｐ ５ｏ＝Ｐｎ／ｋ ＪＰ ５０＝１．３４×ＰＦ８５０ （４） （５） （６） ５０Ｈｚ测试时校准到参考温度８５℃下的附加损耗 校准到６０Ｈｚ参考温度８５℃下的附加损耗尸 ｏ： ５ 电力变压器短路计算方法 匕较 ５．１ 国标短路计算方法 由于目前国内试验电源和应用系统都为５０Ｈｚ频 率，所以仅需折算到对应参考温度下即可，国标 ６０Ｈｚ参考温度８５℃下额定电流的负载损耗Ｐ ｏ： Ｐｋ８５０＝∑，２ ８５。＋Ｐ （７） ＧＢ１０９４．５—２００８标准中第４．１节对于短路电流的计 算给出了详细的计算公式，考虑到下章节将对美标短 路电流计算进行详细推导，所以不再赘述。 ５．２ ＩＥＣ标准短路计算方法 国标ＧＢ１０９４．５—２００８等效采用标准ＩＥＣ６００７６— ５—２００８版本，短路电流计算方法也完全一致，所以不 再赘述。 ５．３ ＩＥＥＥ标准短路计算方法 ５．３．１负载损耗的计算 根据美标，负载损耗必须折算到参考温度８５℃ 下，结合国内目前测试电源都为５０Ｈｚ，所以，测试的负 载损耗还必须进行频率折算。根据产品信息和测试结 果，可以获取以下已知信息，如表２所示。 表２铭牌信息及测试数据 电力变压器负载损耗中包含直流电阻损耗和附件 损耗，其中直流电阻损耗与温度成正比，与频率无关； 而附件损耗与温度成反比，与频率为１．３４倍关系（依 据ＩＥＥＥ Ｓｔｄ Ｃ５７．１２．９０—２０１０附录Ｂ．２）。 直流电阻总损耗： ∑， ＝１．５× Ｒ ＋１．５× ，． （１） 温度系数ｋ： ｋ＝（２３５＋８５）／（２３５＋ｔ ） （２） 校准到参考温度８５℃下额定电流的电阻总损耗： ∑， 。 。＝ｋ×（１２ ／Ｉｋ） ×∑，Ｒ （３） 环境温度ｔ￣Ｃ下５０Ｈｚ测试时额定电流的附加损 ５．３．２短路阻抗的计算 变压器的短路阻抗中包括有功分量（电阻分量） 和无功分量（电抗分量），其中有功分量和温度有关， 需要校正到参考温度，与频率无关，无需频率校正；而 无功分量与温度无关，无需温度校正，与频率成正比， 需进行频率校正。 试验温度下短路阻抗的有功分量Ｚ ： Ｚ ＝Ｐｋｔ／（１０ＳＮ）％ （８） 试验温度下短路阻抗Ｚ Ｚｋ ＝（ ｋｔ／Ｕｒ）×（Ｉｒ／ｌｋ） （９） 在参考温度８５℃下的短路阻抗有功分量： Ｚｒ８５０＝Ｐｋ８５０／（１０ＳＮ）％ （１０） ５０Ｈｚ下短路阻抗的无功分量不随温度改变，无功 分量为： Ｚ ＝ｊｚ： 一ｚ２ ％ （１１） ６０Ｈｚ下短路阻抗的无功分量（电抗分量）和频率 成正比，因此无功分量Ｚ：为： Ｚ ＝Ｚ ×（ｆ６ｏ／ｆｓ０）％＝１．２×ｚ ％ （１２） ６０Ｈｚ下在参考温度８５℃下的短路阻抗： Ｚｋ８５ｏ％＝√ｚ ５ｏ＋（Ｚ ） （１３） ５．３．３短路电流的计算 系统阻抗值 ：ｚ ＝Ｕ２标称／ （１４） ６０Ｈｚ下参考温度８５℃下变压器的短路阻抗（二 次侧）： ７４＝（ｚ媳５ｏ× ）／（１００Ｓ ） （１５） ６０Ｈｚ下参考温度８５℃下变压器的短路阻抗 ＺＴ（一次侧）： ＺＴ＝Ｚ ＋ｎ ：Ｚ ×（Ｕ１ ／ ） （１６） 一次侧（高压侧）对称电流 ： ，ｓｃ（Ｈｖ ＝Ｕ１ ／（ＺＴ＋ ） （１７） 二次侧（低压侧）对称电流， ： Ｉｓｃ（Ｌｖ）＝ ｓｃ（Ｈｖ）× ＝Ｉｓｃ（Ｈｖ）×（Ｕ１ｒ／Ｕ２ ） （１８） 二次侧电阻Ｒ 、，： （下转第２７页） 《电气开关》（２０１７．Ｎｏ．１） ２７ 定功率Ｐ。＝４ｋＷ，Ｋｘ＝０．８５，ｃｏｓ￣ｐ＝０．８５，ｔａｎ ＝０．６２， Ｓｃ＝ 蕊＝６１．４７ｋＶＡ。 ＝９３．４ Ａ Ｐｃ＝∑（ Ｐ。）＝１５×０．８５×４＝４８ｋＷ， Ｏｃ＝∑（ Ｐ。ｔａｎ￣）＝１５ ｘ ０．８５ ｘ４ ｘ ０．６２＝ ３８．４ｋＶａｒ， 则负荷计算电流为：，ｃ＝ 表５ ＭＣＣ段负荷Ｉ用电负荷计算 ５ 结论 在这次设计中，根据负荷计算得出的相应数据选 择的变压器和柴油发电机已在项目现场安全可靠的运 ，Ｓｃ（Ｌｖ）ｐｋ Ｋ／ｓｃ（Ｌｖ） （２３） ６结论 根据以上的讨论分析，由于地域不同，国情有别， 对于电力变压器短路试验方法，在ＧＢ１０９４．５—２００８ 和ＩＥＣ６００７６—５—２００８以及如哑Ｃ５７．１２．９０—２０１０ 行。在化工项目的电气设计中，以计算负荷作为前提， 根据负荷计算的结果，以最优化为原则，综合考虑，多 方面比较，合理选择电气设备，才可保证生产工序安全 三个标准中，虽然有一定的差异，但三者之间并无本质 性差异，在试验中可以相互借鉴参考。对于不同频率、 温度和系统阻抗等测试条件下试验，短路电流的计算 必须进行折算，已确保短路电流的准确性和测试考核 的公正性。 参考文献 ［１］ ＧＢ１０９４．１—２０１３电力变压器第１部分总则［Ｓ］．２００４． ［２］ＧＢ１０９４．５—２００８电力变压器第５部分短路［Ｓ］．２００８． ［３］ＪＢ／Ｔ５０１—２００６电力变压器试验导则［Ｓ］．２００６． ［４］ ＩＥＣ６００７６—１—１９９３《Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ Ｐａｒｔ １：Ｇｅｎｅｒａ１）［Ｓ］． １９９３，３，１． 可靠的运行，又获得节能、节资的经济效益。 参考文献 ［１］ＧＢ５００５２—２００９．供配电系统设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版 社。２０１０—５． ［２］ 工业与民用配电设计手册［Ｍ］．３版．中国航空工业规划设计研 究院．北京：中国电力出版社． ［３］ ＧＢ５００５４—２０１１．低压配电设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社， ２０１２—６． ［４］ＧＢ５００５３—２０１３．２０ｋＶ及以下变电所设计规范［Ｓ］．北京：中国计 划出版社，２０１４—７． 收稿日期：２０１６—１１—２１ 作者简介：刘哲（１９８７一），女，毕业于河北工业大学控制科学与工程专业。硕士学 位．从事电气设计工作。 （上接第２２页） ＲＬｖ＝Ｐ蝎５０／罡 二次侧电抗 、，： （１９） ＸＬ、，＝￣／ 一尺 、， 峰值系数 ： Ｋ＝Ｘ ｖ／ＲＬｖ 二次侧非对称电流： 一（２０） （２１） ［５］１ＥＣ６００７６—２—１９９３（（Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ—Ｐａｒｔ ２：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ） ［Ｓ］．１９９３，４． ［６］ＩＥＣ６００７６—２—２０１１《Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ．Ｐａｒｔ ２：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ） ［Ｓ］．２０１１，２． ［７］ ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｃ５７．１２．００—２００６（（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ—ＩｍｍｅｒｓｅｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，Ｐｏｗｅｒ，ａｎｄＲｅｇｕｌａｔｉｎｇＴｒｎｓｆａｏｒｍｅｒｓ）【Ｓ］． ＩＥＥＥ—ＳＡ标准委员会批准，２００６，９． ［８］ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｃ５７．１２．９０—１９９９《Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ— Ｉｍｍｅｒｓｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，Ｐｏｗｅｒ，ｎｄ ａＲｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｔｒｎｓａｆｏｒｍｅｒｓ）［Ｓ］．ＩＥＥＥ标 准委员会批准，１９９９，６． ［９］ 胡启凡，保定天威保变电气股份有限公司．变压器试验技术［Ｍ］． 北京：中国电力出版社，２００９． 收稿日期：２０１６一Ｏｌ—ｏ４ 查表ＩＥＥＥ Ｓｔｄ Ｃ５７．１２．００—２０１０表１４并计算得 次侧非对称电流 ｆＨＲ）Ｄｋ： （２２） Ｉｓｃ（Ｈｖ）ｐｋ＝ ｃ（Ｈｖ） 二次侧非对称电流Ｉｓ （ＬＶ）Ｄｋ： 作者简介：何东升（１９７８一）．男。湖南衡阳人。高级工程师．硕士研究生，主要从事 能源与动力系统中电力电子及其控制的应用和高低压电器产品的试 验、认证与研发； 苗本健（１９６９一Ｊ，男。汉族。河南郑州人，教授级高工。长期从事高低压 电器的技术研究和检测认证。 姚云涛（１９７３一）．男。汉族，云南通海人，工程师。长期从事变压器的技 术开发研究和检测。
