变压器绝缘试验温度对tanδ的影响

1.为什么直流偏磁会造成变压器振动加剧？

答：这一现象可用变压器铁芯饱和磁化特性来解释：流经绕组的直流电流成为变压器励磁电流的一部分，该直流电流使变压器铁芯偏磁，改变了变压器的工作点，使原来磁化曲线工作区的一部分移至铁芯磁饱和区，结果总励磁电流变成尖顶波，最终导致变压器振动增大。

2.何谓“逆调压”“顺调压”“恒调压”？

答：逆调压是指在负荷高峰期将网络电压向增高方向调整，而增加不超过额定电压的5%；在负荷低谷期，将网络电压向降低方向调整，通常调整到接近额定电压，使网络在接近经济电压状态下运行。

顺调压是指在高峰期允许网络中枢点的电压略低，但不得低于额定电压的97.5%；在低谷期，允许网络中枢点的电压略高，但不得高于额定电压的107.5%。

恒调压是指在任何负荷下都保持网络中枢点的电压基本不变，通常是保持中枢点的电压比额定电压高5%。

3.已知：在测量绕组绝缘电阻和吸收比时，被测绕组各引线端均应短接在一起，其余非被测绕组皆短路接地。请问，为什么“其余非被测绕组皆应短路接地”？

答：测量绝缘电阻，采用将空闲绕组接地的方式，其主要优点是可以测出被测部分对接地和不同电压绕组之间绝缘的状态，且能避免各绕组中剩余电荷造成的测量误差，同时这样的测量结果值与非被试绕组处于悬浮电位或接至屏蔽的测量结果相比，显然前者为小，后者为大，对分析判断更符合实际情况。

4.用QS1电桥测变压器tanδ时，铁芯都要接地，为什么？

答：当铁芯不接地时，试验介损实际上是铁芯对地缘的介损，且局部出现游离，使得tgδ随电压升高而上升。

5.对于三相和单相变压器，须分别把被试验线圈的所有三相出线套管或者一相出线套管与零相套管连接起来，同时把二次线圈短接，然后再去测量变压器线圈绝缘的tgδ，为什么？

答：如果在不短接二次线圈的情况下，仅在一相的一侧测量变压器绝缘的tgδ和CX，由于线圈电感和空载损耗的影响，在测量结果中会出现很大的误差。

6.介质损耗试验中有何温度影响？

答：目前生产的变压器，所用绝缘材料的弛豫极化温度Tm都在几百摄氏度以上。试验证明，良好变压器在60℃以下，整体tanδ基本不随温度变化。按照规程规定，变压器绝缘试验都必须在10～40℃温度下进行，若变压器状况良好，理论证明，这个温度范围处于低温区，即弛豫时间很长，tanδ绝对值很小，基本上不随温度变化。

7.什么叫“自感效应”？

答：当电流在线圈内流动或者切断时，线圈就产生电动势，这个电动势阻止线圈磁通变化，这一现象称作自感效应。

8.测量大型高压变压器绕组的直流电阻时，为何非被测绕组不能接地？

答：第一，因为非被测绕组接地导致产生较大的测量误差。如果有绕组短路接地，直阻测量时间将是正常测量时间的几倍，甚至几十倍。测量回路的等效电路如图2-1所示，其中u1是电流源两端电压，R1、L1是被测绕组的电阻和电感，R2、L2是接地绕组的电阻和电感，i1、i2分别是两绕组中的电流，M是两绕组因铁芯中的磁通交链而产生的互感。

图2-1　等效电路

根据基尔霍夫电流定律，该电路可列方程

式（2-2）可转换为

将上式带入式（2-1），可求得电流源两端电压

由式（2-3）可知，此时从被测绕组看，被测绕组电阻增大、电感减小。当i2=0，di1/dt=0时，可求得被测绕组直阻R1。

第二，因为测量某一绕组时，未将其他绕组与接地体断开，会造成充电不稳定。试验电流稳定时，即di1/dt=0时，由式（2-2）可得微分方程

解方程得

其中It=0是试验电流稳定后i2的初始值。由式（2-5）可知短接绕组的衰减时间系数i=L2/R2。由此可知，即使试验电流稳定，短接绕组中还是有按指数规律衰减的电流通过。由于短接绕组的电感L2远大于其电阻R2，所以时间系数i很大，电流i2衰减很慢，导致u1缓慢接近真实值，被测绕组直阻R1测量时间延长。

9.如何将线电阻换算为相电阻？

答：（1）当绕组为星形接线，且无中性线引出时，见图2-2，可得

由式（2-6）、（2-7）、（2-8），可解得由线电阻RAB、RBC、RCA换算为相电阻Ra、Rb、Rc的计算公式

图2-2　Y型连接

（2）当绕组为三角形接线，并为a-y、b-z、c-x相连接时，见图2-3。

图2-3　△型连接

①计算B相直流电阻Rb的公式。

由图2-3可得

以上三式变形为

式（2-14）-式（2-12）得

式（2-13）+式（2-15）得

式（2-12）-式（2-13）得

式（2-14）+式（2-17）得

式（2-13）-式（2-15）得

式（2-16）÷式（2-18）得

式（2-16）÷式（2-19）得

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将式（2-20）、（2-21）代入式（2-19）并整理得

上式分子加、减RABRp和并利用Rp的表达式，经化简整理即得

②计算A相直流电阻Ra的公式。

将式（2-22）代入式（2-21），则有

上式第一个因式的分子加、减RAB，分母加、减RCA，并利用Rp的表达式整理得

利用Rp的表达式，继续化简便得

③计算C相直流电阻Rc的公式。

仿照推导Ra的步骤即可推得

式（2-22）、（2-23）、（2-24）就是三相变压器的直流线电阻换算为直流相电阻的公式。

10.请解释为何“变比相差1%的中小型变压器并列运行，会在变压器绕组内产生10%额定电流的循环电流，使变压器损耗大大增加，对变压器运行不利”？

答：假设这两台双绕组变压器变比不相等，KA＜KB，且忽略励磁电流。用简化电路来分析。

（1）两个二次侧未并联时：

两台变压器一次电压相同，忽略漏抗压降，它们的感应电势也相同。因为KA＜KB，所以变比小的A变压器的二次感应电势是大的。空载未并联时，两个二次输出端之间有一差值电压。见图2-4。

图2-4　变比不等的并联

（2）两台变压器二次并联之后空载：

并联之后它们的输出电压一致。与（1）中结论相比，显然是出现了一种电流，它在各台变压器的漏阻抗上产生了压降，通过这段压降，将较大的降下来，同时提高了原来较小的从图2-4中看出，两个二次感应电势不等，在并联构成的回路中出现了电势差，作为这个电流的电源。即KA小些的变压器向外发出的这个电流叫作循环电流I2Y。并联后空载下及的关系见图2-5。

图2-5　相量图

按图2-5所示正方向得：

式中：——二次绕组中循环电流，A；

　　——依变比得到的二次感应电势，V；

　　ZKA、ZKB——折至二次的短路阻抗，Ω。

这个数值与有关，也与短路阻抗有关。因变压器ZK都很小，即使在较小的作用下也会形成较大的。例如两台容量相等的变压器并联，，而ZKA=ZKB=0.05ZN，则在作用下，表明空载下已经在两个绕组之间形成了1/10额定电流之多的循环电流了。这是十分不利的，因为在流过绕组时形成的铜损值很大，不经济。同时因磁势平衡的关系，每个一次绕组中有平衡电流产生。对A变压器，平衡电流为，与励磁电流方向一致，负担加重。对B变压器，平衡电流为，与励磁电流相反，负担减轻。

变比小的变压器并联时负担大，所以要限制变比差，误差控制在±0.5%之内。

11.何谓“电动系功率表读数的倍数”？

答：电动系功率表由于特殊的刻度方法，决定了它不能直接读数，必须要先根据测试时电压旋钮和电流旋钮选定的额定值，按下式算出读数应乘的倍数E，然后根据实测的格数乘E，才可得到实测功率值。

式中：U——电压旋钮选定的额定电压；

　　I——电流旋钮选定的额定电流；

　　F——功率表满刻度格数。

式（2—27）的物理意义是：在功率因数为1的情况下，该档的功率满刻度值为UI，UI除以满刻度格数F，即得到每格代表的功率值E。因此，E代表的是该档每格表示的实际功率值。

12.为何要用感应耐压试验考核变压器纵绝缘？

答：变压器的纵绝缘主要依赖于绕组内的绝缘介质——漆包线本身的绝缘漆、变压器油、绝缘纸、浸渍漆和绝缘胶等等（不同种类的变压器可能包含其中一种或多种绝缘介质）。纵绝缘电介质很难保证100%的纯净度，难免混含固体杂质、气泡或水分等，生产过程中也会受到不同程度的损伤。变压器工作时的最高场强集中在这些缺陷处，长期负载动作的温升又降低绝缘介质的击穿电压，造成局部放电，电介质通过外施交变电场吸收的功率即介质损耗会显著增加，导致电介质发热严重，介质电导增大。该部位的大电流也会产生热量，就会使电介质的温度继续升高，而温度的升高反过来又使电介质的电导增加。如此长期恶性循环下去，最后导致电介质的热击穿和整个变压器的毁坏。这一故障表现在变压器的特性上就是空载电流和空载功耗显著增加，并且绕组有灼热、飞弧、振动和啸叫等不良现象。由此可见，利用感应耐压试验检测出变压器是否含有纵绝缘缺陷是极有必要的。

变压器刚出厂时，没有经不定期恶劣环境长时间的考验，外施其额定电压和频率的电源做试验，绕组匝间、层间和段间的电压不足以达到电介质缺陷处的击穿电压，难以造成这些绝缘缺陷处的放电和击穿，这种存在绝缘故障隐患的变压器与绝缘性能良好的同类变压器的空载电流和空载功耗没有太大的差别，故而难以发现这些隐患。而感应耐压试验给变压器施加2倍额定电压以上的电压，可在纵绝缘缺陷处建立更高更集中的场强，绕组匝间、层间和段间的电压达到并超过电介质缺陷处的击穿电压；感应耐压试验给变压器施加的频率在2倍的额定频率以上，较高的频率又可以大大降低固体电介质的击穿电压，使得绝缘缺陷更容易被击穿；感应耐压试验所规定的外施电压作用时间亦可保证绝缘缺陷的击穿。故感应耐压试验可以可靠地检测出变压器纵绝缘性能的好坏。

13.为何变压器操作波试验电压为负极性？

答：试验表明，操作波正负极性对变压器内绝缘作用没有明显不同，而外绝缘在负极性操作波作用下的闪络电压要高得多。为避免试验时生外绝缘闪络，建议采用负极性操作波。

14.何谓“出口短路”？

答：出口短路就是在变压器二次侧出口处（输出端）发生的短路。这是在变压器外面发生的，显然不能算变压器的故障。

15.用绕组的传递函数作为手段来判断绕组发生的变形是频响法检测变压器绕组变形的有效辅助。请解释何谓“传递函数”及“传递函数的零点及极点”？

答：变压器绕组在较高频率下，可以用一个由各种分布参数构成的无源线性二端口网络来代替，在频域上可以用其传递函数来表示：

公式中，分子和分母均为实系数有理多项式。分母是严格的霍式多项式，即分母多项式的所有根都在s的左开半平面内，否则系统是不稳定的，而且因为所以m≤n，一般情况下m=n-1。为了计算方便，取b0=1。n是传递函数的阶数。

在Z变换中，传递函数可以写成以下的形式

其中分母的根称为传递函数的特征根，即传递函数的极点；分子的根称为传递函数的零点。

16.有的变压器用铝板构成对油箱壁的磁屏蔽。请解释何谓“磁屏蔽”？

图2-6　磁屏蔽示意图

答：图2-6中A为一磁导率很大的软磁材料（如坡莫合金或铁铝合金）做成的罩，放在外磁场中。由于罩壳磁导率μ比空气磁导率μ0大得多，所以绝大部分磁场线从罩壳壁内通过，而罩壳内的空腔中，磁感线是很少的，这就达到了磁屏蔽的目的。

磁屏蔽原理：把磁导率不同的两种介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，这时磁感应强度B的大小和方向都要发生变化，也就是说磁感线折射了。

有的变压器用铝板构成对油箱壁磁屏蔽的目的就是使漏磁通尽可能通过导磁性能较高的屏蔽装置而不穿入箱壁的钢板，避免在箱壁中产生大的损耗甚至产生局部过热。

17.为什么要在额定电压下做空载试验？

答：因为空载损耗主要是铁耗。铁耗大小可以认为与负载大小无关，即空载损耗等于负载时的铁耗，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饱和段，空载损耗和空载电流都会急剧变化，所以空载试验要在额定电压下进行。