注：IEC 14/346/FDIS為修訂IEC76-5：1976委員會(huì)文件，請(qǐng)各國家委員會(huì)提意見，近期將頒布實(shí)施。

2.短路故障的接線方式

　　對(duì)雙繞組變壓器和不帶第三繞組的自耦變壓器，由于二次側(cè)(低壓側(cè))的短路能最嚴(yán)密地反映系統(tǒng)的短路故障狀態(tài)，因此應(yīng)優(yōu)先考慮二次側(cè)短路。短接時(shí)應(yīng)采用低電阻的銅排或斷路器進(jìn)行短接。對(duì)三繞組變壓器(包括自耦變壓器)，必須根據(jù)每臺(tái)特定的變壓器來決定短路的方式和施加短路的端子，每個(gè)繞組的最大故障電流可以根據(jù)故障的類型計(jì)算出來。因它是由不同的故障類型、故障位置和系統(tǒng)數(shù)據(jù)來決定的，在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)至少在一種試驗(yàn)中受到最大故障電流的作用。通常是通過幾種不同的接線方式進(jìn)行短路承受能力試驗(yàn)，從而保證所有繞組的短路承受能力都得到驗(yàn)證。

　　短路試驗(yàn)可采用兩種方式：
　　(1)預(yù)先短路法：也稱對(duì)預(yù)先短路的變壓器施加電壓的短路試驗(yàn)，即在變壓器的二次側(cè)預(yù)先短路或合上斷路器，然后在一次側(cè)進(jìn)行勵(lì)磁。這種方法要求離鐵心柱最遠(yuǎn)的繞組接電源，目的是為了盡可能地避免鐵心飽和以及在最初的幾個(gè)周期內(nèi)的磁化涌流疊加到短路電流上。
　　(2)后短路法：也稱對(duì)預(yù)先勵(lì)磁變壓器進(jìn)行短接的短路試驗(yàn)，即變壓器一次繞組施加勵(lì)磁電壓，二次繞組利用短路裝置進(jìn)行短路的方式。這種方式更接近實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

3　短路試驗(yàn)電源

　　短路試驗(yàn)方式與試驗(yàn)室現(xiàn)有的電源有關(guān)。
　　一般來說，三相電源可以進(jìn)行三相變壓器的三相短路和單相對(duì)地短路試驗(yàn)，試驗(yàn)接線見圖1。單相電源可以模擬三相變壓器的三相短路，也可以進(jìn)行單相變壓器的單相短路，試驗(yàn)接線見圖2。對(duì)于Y聯(lián)結(jié)繞組，是在一個(gè)線路端子與其余兩個(gè)連在一起的線路端子之間施加電源或短路(通常稱1.5相試驗(yàn))。對(duì)于D聯(lián)結(jié)繞組，是在兩個(gè)線路端子之間施加電源或短路，而第三線路端子無任何接線。

圖1　三相試驗(yàn)的典型接線圖
(a)Yd聯(lián)結(jié)　(b)Yy聯(lián)結(jié)　(c)Dy聯(lián)結(jié)　(d)Dd聯(lián)結(jié)　(e)自耦變壓器Yy聯(lián)結(jié)　(f)雙分裂變壓器Dy聯(lián)結(jié)FD、HD分、合閘斷路器

圖2　單相電源模擬三相短路故障的典型接線圖
(a)Yy聯(lián)結(jié)　(b)Yd聯(lián)結(jié)　(c)Dy聯(lián)結(jié)　(d)Dd聯(lián)結(jié)

　　 這里解釋一下單相電源模擬三相變壓器的三相短路的情況。在國標(biāo)中規(guī)定，對(duì)三相變壓器的每一相應(yīng)進(jìn)行三次短路承受能力試驗(yàn)，其中非對(duì)稱短路電流的第一峰值一次為100%，另兩次不低于75%。當(dāng)應(yīng)用三相電源進(jìn)行三相變壓器短路試驗(yàn)時(shí)，通常是選擇某一相電壓過零時(shí)選相合閘開關(guān)合閘，以便獲得最大的非對(duì)稱短路電流第一峰值。此時(shí)該相對(duì)稱短路電流的第一峰值最大(假設(shè)為100%)，而另兩相的相電壓合閘角一相是+30°，另一相是-30°。通過計(jì)算可知其短路電流第一峰值都大于75%，這是與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一致的。而采用單相電源模擬三相變壓器的三相短路時(shí)，通常短路試驗(yàn)接線是采用1.5相試驗(yàn)，通過選相合閘開關(guān)選擇相電壓過零合閘來得到非對(duì)稱短路電流的第一峰值，另兩次可以調(diào)整合閘角度來達(dá)到非對(duì)稱短路電流的第一峰值不低于75%。而IEC標(biāo)準(zhǔn)要求三相變壓器的每一相都應(yīng)承受三次100%的非對(duì)稱短路電流，只要是三次皆過零合閘就可以實(shí)現(xiàn)，因此用單相電源模擬三相變壓器的三相短路是等效的。但實(shí)際上實(shí)現(xiàn)每次都是相電壓過零合閘是不現(xiàn)實(shí)的。同步合閘裝置是有一定分散性的，因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非對(duì)稱短路電流第一峰值偏差為±5%。實(shí)踐證明，在電壓過零的±15°范圍內(nèi)合閘是完全可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的。

4　試驗(yàn)時(shí)控制短路電流的方法

　　調(diào)試短路電流可以采用串聯(lián)電抗器和調(diào)整電源電壓兩種方式，應(yīng)在降低短路電流的前提下進(jìn)行試驗(yàn)。控制最大非對(duì)稱短路電流，除控制選相合閘開關(guān)的合閘相角外，它還可以通過調(diào)整電源電壓、電路中的總阻抗以及X/R比值來控制。通常有如下幾種調(diào)整方法：
　　(1)采用電源變壓器的分接開關(guān)來控制電源電壓。
　　(2)利用發(fā)電機(jī)、母線、線路的布置及聯(lián)結(jié)方式來產(chǎn)生可以利用的試驗(yàn)回路的短路容量。
　　(3)利用電源電壓的合閘相位角來控制故障的開始瞬間。
　　(4)接入附加電抗，用來補(bǔ)償電路中的總電抗、改變?cè)囼?yàn)回路的X/R比值。
　　(5)選擇變壓器故障分接接線方式或試驗(yàn)回路的中性點(diǎn)接線方式。

5　電壓、電流測(cè)量

　　由于低壓側(cè)電壓為零，故應(yīng)記錄被試變壓器的高壓側(cè)的電壓示波圖，最好的測(cè)量方法是通過分壓器與示波器連接。短路電流作為短路試驗(yàn)的最主要數(shù)據(jù)需要在被試變壓器的每一相上進(jìn)行電流的示波圖測(cè)量，應(yīng)優(yōu)先采用電流互感器與示波器連接。當(dāng)測(cè)量接地的二次側(cè)短路電流時(shí)，也可采用分流器測(cè)量。對(duì)油箱對(duì)地的電流也應(yīng)監(jiān)測(cè)，通常采用電流互感器與示波器連接方式測(cè)量，同時(shí)還應(yīng)監(jiān)測(cè)氣體繼電器的信號(hào)。圖3為以三相電源為例進(jìn)行三相短路試驗(yàn)的試驗(yàn)回路接線圖。

圖3　三相電源進(jìn)行三相變壓器短路試驗(yàn)回路接線圖
PT——電壓互感器　CT——電流互感器　CRO——數(shù)字記錄儀

6　短路故障的檢測(cè)方式

6.1　電壓、電流波(包括油箱對(duì)地電流和氣體繼電器信號(hào))
　　試驗(yàn)期間的電流或電壓波形中發(fā)生任何一個(gè)突變都將顯示出變壓器內(nèi)部有電氣故障。但是有時(shí)匝間短路后其電流波形圖仍檢測(cè)不出有任何變化的跡象。因此不能單純以電流波形未出現(xiàn)變化就認(rèn)為產(chǎn)品短路試驗(yàn)合格。

6.2　電抗
　　采用精密電感分析儀測(cè)量，比較短路前后的電抗變化。電抗變化是非常靈敏地反映被試變壓器的內(nèi)部故障情況。若電抗發(fā)生變化(超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí))，應(yīng)分別在高壓和低壓側(cè)進(jìn)行此阻抗的測(cè)量，可以判斷繞組可能出現(xiàn)的位移。如果在高、低壓側(cè)測(cè)出的電抗都增大，一般是表示這個(gè)心柱上的繞組產(chǎn)生了變形。

6.3　吊心檢查
　　短路承受能力試驗(yàn)后，繞組、引線和支撐結(jié)構(gòu)等應(yīng)無明顯位移、變形，器身表面應(yīng)無放電痕跡。

6.4　復(fù)試?yán)性囼?yàn)
　　要求例行試驗(yàn)項(xiàng)目復(fù)試應(yīng)全部合格。
　　目前IEC和GB標(biāo)準(zhǔn)都要求用以上故障檢測(cè)方式來判斷被試變壓器是否通過了短路承受能力試驗(yàn)。

7　判斷故障的新輔助方法

　　除前面介紹的判斷變壓器短路試驗(yàn)合格的方法外，國際上又發(fā)明了兩種新的判斷短路故障的方法，這兩種方法是通過對(duì)被試變壓器不吊心檢查而間接測(cè)量來判斷繞組變形。由于時(shí)間比較短，技術(shù)上較難根據(jù)被測(cè)波形的變化情況來區(qū)別故障程度，因此目前僅限于積累經(jīng)驗(yàn)和研究階段。

7.1　低壓脈沖法
　　低壓脈沖法是檢測(cè)變壓器繞組有無位移的方法，是間接測(cè)量，就是比較短路試驗(yàn)前后所攝取的低電壓脈沖電流示波圖，應(yīng)看不出明顯的變化。其基本原理就是利用重復(fù)式脈沖電壓發(fā)生器，將電壓波施加在被試變壓器的一個(gè)或多個(gè)端子上，并同時(shí)記錄一個(gè)或多個(gè)端子上的電流響應(yīng)波。由于導(dǎo)線的位移，匝間電容發(fā)生變化。從而會(huì)在端子上的電流波形中產(chǎn)生變化。目前認(rèn)為差動(dòng)電流法是判斷繞組變形的較靈敏方法。接線見圖4。此法的缺點(diǎn)是對(duì)示波圖的變化做出解釋時(shí)應(yīng)有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且很難從示波圖上來量化短路故障的程度。

圖4　差分法試驗(yàn)回路
(a)Y聯(lián)結(jié)　(b)D聯(lián)結(jié)
R分流器　U低壓脈沖

7.2　頻率響應(yīng)法(時(shí)域響應(yīng)法)

　　也是間接測(cè)量繞組變形的方法，目前也屬發(fā)展階段。其原理就是將變壓器看成是一個(gè)由電抗、電感、電容組成的線性無源二端口網(wǎng)絡(luò)。按網(wǎng)絡(luò)理論，其特性是由傳遞函數(shù)來描述，每臺(tái)變壓器的每一繞組的傳遞函數(shù)是應(yīng)該與繞組一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形時(shí)，其對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)同原特性函數(shù)比較應(yīng)有所不同。其試驗(yàn)接線見圖5。

圖5　頻率響應(yīng)法試驗(yàn)回路
(a)高壓回路　(b)低壓回路

　　綜上所述，變壓器的短路試驗(yàn)技術(shù)是不斷發(fā)展的，特別是短路故障的判斷技術(shù)是不斷發(fā)展的。雖然低壓脈沖法和頻率響應(yīng)法暫時(shí)技術(shù)不太成熟，但經(jīng)過一段時(shí)間的積累，我們相信一定會(huì)成為判斷變壓器短路故障的新輔助方法。一旦技術(shù)成熟，它們最終將會(huì)被標(biāo)準(zhǔn)采用。