一、空載試驗的目的和意義  
變壓器空載試驗:從變壓器的某一繞組(一般從二次低壓側(cè))施加正弦波額定頻率的額定電壓,其余繞組開路,測量空載電流和空載損耗.如果試驗條件有限,電源電壓達不到額定電壓,可在非額定電壓條件下試驗,這種試驗方法誤差較大,一般只用于檢查變壓器有*,只有試驗電壓達到額定電壓的80%以上才可用來測試空載損耗.  
《規(guī)程》中規(guī)定,對容量3150kVA及以上的變壓器進行此項試驗,測得出的空載電流和空載損耗數(shù)值與出廠試驗值相比應(yīng)無明顯變化.  
空載試驗主要目的是發(fā)現(xiàn)磁化中的鐵芯硅鋼片的局部絕緣不良或整體缺陷,如鐵芯多點接地、鐵芯硅鋼片整體老化等;根據(jù)交流耐壓試驗前后兩次空載試驗得的空載損耗比較、判斷繞組是否有匝間擊穿等情況.  
空載損耗主要是鐵芯的損耗,即鐵芯的磁化所引起的磁滯損耗和渦流損耗.空載損耗還包括少部分銅損耗(空載電流通過繞組時產(chǎn)生的電阻損耗)和附加損耗(指鐵損耗、銅損耗外的其他損耗,如變壓器引起損耗、測量線路及表計損耗等).計算表明,變壓器空載損耗中的銅損耗及附加損耗不超過總損耗的3%.  
空載損耗和空載電流的大小,取決于變壓器的容量、鐵芯的構(gòu)造、硅鋼片的質(zhì)量和鐵芯的制造工藝等.電力變壓器容量在2000kVA以上時,空載電流約占額定電流大的0.6%-2.4%;中、小型變壓器的空載電流約占額定電流的4%-16%.鐵芯硅鋼片采用的材質(zhì)不同,其空載電流差異較大.  
空載電流通常以額定電流的百分數(shù)I0%來表示,單相變壓器I0(%)=(I0/IN)×100%.三相變壓器空載電流百分數(shù)I0%計算公式如下  
I0(%)=(I0/IN)×100%  
I0=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3  
式中I0(%)--空載電流百分數(shù);  
I0--三相空載電流平均值;  
I0a、I0b、I0c--a、b、c三相上測得的空載電流;  
IN--加壓測量側(cè)的額定電流.  
導(dǎo)致變壓器空載損耗和空載電流增大的原因有以下幾點:  
(1)變壓器鐵芯多點(兩點及以上)接地  
(2)硅鋼片之間絕緣不良,或部分硅鋼片之間短路  
(3)穿心螺栓或壓板的絕緣損壞,上夾件和鐵芯、穿心螺栓間絕緣不良,造成鐵芯的局部短路  
(4)變壓器繞組有匝間、層間短路,并聯(lián)支路短路  
(5)硅鋼片松動、劣化,鐵芯接觸不良  
二、空載試驗的試驗方法  
1.單相變壓器空載試驗  
試驗接線如圖所示.當(dāng)試驗電壓和電流不超過儀表的額定值時,可直接將測量儀表接入測量回路見圖.當(dāng)電壓、電流超過儀表額定值時,可通過電壓互感器及電流互感器接入測量回路見圖.  
單相變壓器空載試驗接線圖  
(a)儀表直接入;(b)儀表經(jīng)互感器接入  
2.三相變壓器空載試驗  
三相變壓器的空載試驗多采用兩功率表法和三功率表法,試驗接線如圖所示.  
三相變壓器空載試驗接線圖  
(a)兩功率表法;(b)兩功率表法,儀表經(jīng)互感器接入;(c)三功率表法,儀表經(jīng)互感器接入  
對應(yīng)圖所示,空載損耗P0與空載電流百分數(shù)I0(%)計算公式為  
P0=P1﹢P2  
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×100%  
對應(yīng)圖所示,P0、I0、I0(%)計算式為  
P0=(P1﹢P2)kTVkTA  
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%  
對應(yīng)圖所示,P0、I0、I0(%)計算式為  
P0=(P1﹢P2﹢P3)kTVkTA  
I0(%)=(I0a﹢I0b﹢I0c)/3IN×kTA×100%  
以上各式中P1、P2、P3--功率表的測量值(表計格數(shù)換算后實際值)  
I0a、I0b、I0c--電流表的實測值  
kTV--測量用電壓互感器的變比  
kTA--測量用電流互感器的變比  
IN--變壓器測量側(cè)的額定電流  
3.三相變壓器的單相空載試驗  
當(dāng)現(xiàn)場沒有三相電源或變壓器三相空載試驗數(shù)據(jù)異常時,可進行單相空載試驗.通過三相變壓器的單相空載試驗,對各相空載損耗的分析比較,可了解空載損耗在各相分布狀況,對發(fā)現(xiàn)繞組與鐵磁路有無局部缺陷,判斷鐵芯故障部位較為有效.  
進行三相變壓器單相空載試驗時,將三相變壓器中的一相一次短路,按單相變壓器的空載試驗接線圖接好,在其他兩相上施加電壓,測量空載損耗和空載電流.一相短路的目的是使該相沒有磁通通過,因而也沒有損耗.  
(1)當(dāng)加壓繞組為星形接線時,施加電壓U=2UN/√3,測量方法如下:  
*次試驗--a、b端加壓,c、0端或c相上的其他繞組(如cb或ca)短路,測量P0ab和I0ab.  
第二次試驗--b、c端加壓,a、0端或a相上的其他繞組(如ab或ac)短路,測量P0ab和I0ab.  
第三次試驗--a、c端加壓,b、0端或b相上的其他繞組(如ba或bc)短路,測量P0ab和I0ab.  
三相空載損耗P0和空載百分數(shù)I0(%)計算式為  
P0=[(P0ab﹢P0bc﹢P0ac)/2]kTVkTA  
I0(%)=[(I0ab﹢I0bc﹢I0ac)/3IN]kTA×100%  
式中P0ab、P0bc、P0ac、I0ab、I0bc、I0ac--表計的實測值;  
kTV、kTA--測量電壓互感器和電流互感器的變比,儀表直接接入時kTV=kTA=1.  
(2)當(dāng)繞壓組為a-y、b-z、c-x連接,即三角形接線時,施加電壓U=UN(額定的線電壓),測量方法如下:  
*次試驗--a、b端加壓,a、c短路,測量P0ab和I0ab.  
第二次試驗--b、c端加壓,a、c短路,測量P0bc和I0bc.  
第三次試驗--a、c端加壓,a、b短路,測量P0ac和I0ac.  
(3)當(dāng)加壓繞組為a-z、b-x、c-y連接,即三角形接線時,施加電壓、測量方法和順序同(2),只是*次試驗測量的是P0ac和I0ac,第二次試驗測量的是P0bc和I0bc,第三次試驗測量的是P0ab和I0ab.三相空載損耗P0和空載百分數(shù)I0(%)計算式為  
P0=[(P0ab﹢P0bc﹢P0ac)/2]kTVkTA  
I0(%)=[0.289(I0ab﹢I0bc﹢I0ac)/IN]kTA×100%  
(4)單相空載損耗數(shù)據(jù)應(yīng)符合以下兩個要求:  
1)由于BC相的磁通與AB*對稱,所以P0ab就近似等于P0bc,實測結(jié)果P0ab與P0bc的偏差一般在3%以下.  
2)由于AC相的磁路要比AB或BC相的磁路長,所以P0bc=kP0ab=kP0bc,其中k是由該產(chǎn)品鐵芯的幾何尺寸決定的系數(shù).對于110-220kV變壓器,k一般為1.1-1.55;對于35-60kV變壓器,k一般為1.3-1.4.  
所測得的結(jié)果與上述兩要求中的任意一個不符合時,則說明變壓器有缺陷.  
4.降低電壓下的空載試驗  
受試驗條件的限制,現(xiàn)場常需要在低電壓(5%~10%的額定電壓下)進行空載試驗.由于施加的的試驗電壓較低,相應(yīng)的空載損耗也很小,因此應(yīng)注意選擇合適量程的儀表,以保證測量的準(zhǔn)確度,并應(yīng)考慮儀表、線路等附加損耗的影響.在低電壓下得到的空載試驗數(shù)據(jù)主要用于與歷次空載損耗數(shù)值比較,必要時可近似換算成額定電壓下的空載損耗.換算式為  
P0=P'0(UN/U')n  
式中U'--試驗時所加電壓;  
UN--額定電壓;  
P'0--電壓為U′時測量得到的空載損耗;  
P0--換算得到額定電壓下的空載損耗試驗;  
n--系數(shù),決定于鐵芯硅鋼片的種類,對熱軋硅鋼片取n≈1.8,對冷軋硅鋼片取n≈1.9~2.  
由于電源容量不足,在80%~90%額定電壓下進行空載試驗時,可在70%~90%額定電壓間試驗不少于5次,并將5次試驗所得數(shù)值在對數(shù)坐標(biāo)紙上繪成空載損耗P0和空載電流I0隨電壓變化的曲線,然后用外推法求出額定電壓下的P0和I0.  
5.直接用系統(tǒng)電源進行的空載試驗  
由于設(shè)備及運輸?shù)确矫娴脑?電力系統(tǒng)運行部門在現(xiàn)場一般不用較大容量的調(diào)壓器和變壓器來進行空載試驗,而直接采用系統(tǒng)電源進行空載試驗.  
用系統(tǒng)電源進行空載試驗時,由于沒有調(diào)壓的過程,而是系統(tǒng)電壓直接加到變壓器上,相當(dāng)于投空載變壓器,對系統(tǒng)有一定的影響.因此用這種方法試驗時,應(yīng)調(diào)整好各種繼電保護、變壓器及其他電力設(shè)備的運行方式,對變壓器、線路、測量儀器設(shè)備進行仔細的檢查,確認無誤后方可進行.  
試驗前將測試儀表設(shè)備接好,將測試電流互感器用一組高壓隔離開關(guān)短路,然后再系統(tǒng)電壓下合電源開關(guān),被試變壓器將承受很高的操作過電壓和很大的勵磁涌流,待涌流流過后,用絕緣棒拉開短路用隔離開關(guān)在進行測試.現(xiàn)場沒有高壓隔離開關(guān)時應(yīng)將測量電流互感器二次側(cè)用低壓開關(guān)短路,涌流過后拉開二次側(cè)低壓開關(guān),防止涌流對測量儀表的沖擊和損壞.  
用系統(tǒng)電壓作空載試驗時為避免涌流ihe磁滯等的影響,合閘后應(yīng)待涌流通過后合儀表讀數(shù)非常穩(wěn)定后方可讀取測試數(shù)據(jù),不應(yīng)合閘后馬上讀取.  
系統(tǒng)電壓一般很少恰好與試品電壓相等,但要根據(jù)系統(tǒng)的實測電壓與試品額定電壓的差異,來分析測量數(shù)據(jù)與出廠數(shù)據(jù)的差別,判斷產(chǎn)品是否有故障.  
由于系統(tǒng)電源的容量足夠,系統(tǒng)電壓與額定電壓接近,可利用系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備,不需要大容量的試驗設(shè)備,試驗電壓波形無畸變,因而這種試驗方法現(xiàn)場經(jīng)常采用.  
三、空載試驗的注意事項  
(1)為測量準(zhǔn)確,變壓器空載試驗所用的測量用互感器、儀器儀表的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5級.  
(2)空載試驗使用的功率應(yīng)選用cosψ=0.1,、準(zhǔn)確度不低于0.5級的低功率因數(shù)功率表,這是因為在交流電路中,功率P=UIcosψ.變壓試驗時,cosψ很低,用普通的功率因數(shù)表,會造成電壓、電流雖都達到功率表的標(biāo)準(zhǔn)值,而讀數(shù)卻很小,造成測量不準(zhǔn)確.例如cosψ=1、倍數(shù)為5、滿刻度、滿刻度為150格的功率表(電壓量程150V,電流)去測量cosψ=0.02的大型變壓器的空載損耗,當(dāng)電壓為100V,電流為時,表讀數(shù)卻只有100×5×0.02=10格,即讀數(shù)很小.不易讀準(zhǔn)確.如果電壓互感器的變比為100,電流互感器的變比為30,那么,上述表的讀數(shù)每差0.1格(例如10.1讀成10)的誤差為0.1×30×100×5=1.5(kW),即誤差的百分數(shù)為(0.1/10)×100%=1%.當(dāng)改用倍數(shù)為0.5、用cosψ=0.1、滿刻度為150格的同樣量程檔的低功率表去測量時,讀數(shù)可提高到100格,每差0.1格時的誤差百分數(shù)僅為0.1/100×100%=1%,所以現(xiàn)場空載試驗時一般采用用cosψ=0.1、準(zhǔn)確度為0.2、0.5級的低功率因數(shù)功率表.  
(3)接線時必須使用功率表的電流線圈和電壓線圈兩端子間的電位差小,并注意電流線圈和電壓線圈的性.性連接正確無誤后,測量出的功率是兩只功率表或三只功率表讀數(shù)的代數(shù)和.功率表的指示可能是正值也可能是負值.  
(4)空載試驗使用的互感器的性必須正確連接,一、二次連接相對應(yīng),二次端子與表計性相對應(yīng),不可隨意.還需注意,互感器的二次端子中有一個應(yīng)安全接地,對三相互感器或三只單相互感器,應(yīng)是同名端、同一接地點接地.  
(5)對大型變壓器進行現(xiàn)場空載試驗時,應(yīng)有事先經(jīng)過上級同意的試驗方案;了解變壓器初廠試驗時的銘牌空載損耗和空載電流百分數(shù)數(shù)值,選用合適變比和量程的互感器和儀表.直接用系統(tǒng)電壓進行空載試驗時,對有關(guān)繼電保護,運行方式應(yīng)予以計算調(diào)整,防止發(fā)生事故.試驗時,試驗現(xiàn)場應(yīng)設(shè)圍欄,做好各項安全措施,專人負責(zé),保證試驗時人身和設(shè)備安全.  
(6)精度要求較高的空載試驗或?qū)π∪萘孔儔浩鬟M行空載試驗和對大容量變壓器在低電壓下進行空載試驗時,應(yīng)考慮排除附加損耗的影響.  
實際測量的損耗中包含有功率表電壓線圈,電壓表本身和電纜線的損耗,對于中小型變壓器,這個損耗占空載損耗的1.5%~5%,因此必須進行校正.校正公式為  
P0=P'0-P'  
式中P'0--包括儀表及電纜線的損耗在沒的空載損耗時實測值.  
P'--儀表及電纜線損耗.  
P'可以在被試變壓器斷開的情況下,施加試驗電壓,直接從瓦特表上讀出來,也可以按下式估算,即:  
P'=U2(1/rw﹢1/rad﹢1/rv)  
式中U--施加試驗電壓,V;  
rw、rnd、rv--分別表示功率表電壓線圈電阻附加電阻和電壓表線圈電阻.  
(7)進行空載試驗時,試驗電源應(yīng)有足夠的容量.試驗電源容量估算式為  
S=SN×I0%  
式中S--試驗所需的電源容量,kVA;  
SN--被試驗變壓器額定容量,kVA;  
I0%--被試驗變壓器空載電流額定電流百分數(shù).  
為保證獲得不畸變的正弦電波,實際選擇容量時應(yīng)盡量大于上式估算結(jié)果.