电压器校验仪的选型和原理
赖振学（福州亿森电力设备有限公司）
摘要：光电互感器校验仪的选型密切关系到日后运行可靠性、社会和系统的经济效益。这里从运行角度提出几点建议，供变压器选型参考。
关键词：光电互感器校验仪 选型 可靠性 经济效益
Proposals for Power Transformer Type Selection
Guangdong Power Grid Corporation Cheng Qicheng
Abstract: The selection of power transformer concerns very much to the operating reliability, the social profit and system economic profit afterward. Here basing on the view of operation, several proposals are put forward for the reference of power transformer type selection.
Key words: power transformer type selection reliability economic profit
1. 概述
光电互感器校验仪是电力系统的主设备，它的选
型涉及很多方面，大的方面有如下几种：
1.1. 单台变压器的相数
大多数光电互感器校验仪都是三相共体的，即所
谓三相变压器。但对于大容量变压器（容量≥
750MVA），限于运输重量，往往采用单相变压器。
采用单相变压器投资增大(比同容量的三相变压器
大20%～30%)，且占地面积也较大。但单相变压器
优点很多。最大的好处是可以设置备用相，大大地
提高运行可靠性。尤其是大电厂的升压变，机组停
发几天的损失就抵得上一相变压器！单相变压器磁
路闭合，在系统非全相运行（跳单相）时，主磁通
基本没有外漏，不易产生结构局部过热问题。
1.2. 变压器铁芯结构形式
光电互感器校验仪的铁芯结构分为“芯式”和“壳
式”两大类。三相芯式变压器又称为“三相三柱式”变压器(图1)。三相壳式变压器又称为“三相五柱式”
变压器(图3)。
“三相五柱式”变压器磁路也闭合，在非全相运
行（跳单相）时也有单相变压器的优点。相同容量
下，它的结构高度比“三相三柱式”的矮。电网部
门选用它，有时只是铁道的运输高度的限制。“三相
五柱式”的造价比“三相三柱式”的高些（约10%）。
单相壳式变压器有两种器身结构：普通线圈型变
压器和所谓“适型 (form-fit)”变压器。后者有时被
人误称为“壳式变压器”，这是不准确的说法。“适型”变压器结构十分紧凑，很省料（省25%～30%）。所以造价较低，重量轻。南方电网的山区大水电站往往选用“适型”变压器。
缺点是生产这种变压器的厂家不多，发生内部缺陷几乎不可能现场检修。
下面着重谈谈光电互感器校验仪的冷却方式选择、阻抗设定和有载调压问题。
2. 光电互感器校验仪的冷却方式选择
2.1. 光电互感器校验仪的冷却方式类型
通常光电互感器校验仪有四种冷却方式(表1)。
2.2. 全自然冷却光电互感器校验仪 ― 首选
第一种是全自然冷却，不带油泵，不带风扇，标记为ONAN (英文简读成Natural oil, natural air，中文简读成“自然油自然风”)。是最理想的冷却方式。
光电互感器校验仪是长年不停运行的设备。特别是现在推行在线监测、状态检修，变压器一两年都没有机会停下来。而风扇和油泵都是旋转机械，无论在机械上，电气上都无法长年不间断运行。作为静止设备的变压器，可靠性就被风扇油泵大打折扣。而且风扇油泵的能耗很大，噪音大。在重视环保的城区变电站，噪音也是要考虑的重要因素。所以ONAN冷却不但节能，而且大大提高供电可靠性，较少维护工作量，是最理想的冷却方式。随着技术的进步，现在已经能生产容量达240MVA的220kV全自然冷却的变压器了。当然，ONAN变压器价格要比其它冷却方式的变压器要高些。但即使不考虑可靠性的重大效益，只算两三年节约的电能和维护费用，就足够补偿这个投资差额。
所以，应当首选全自然冷却光电互感器校验仪。
2.3. 自然油循环，强逼风冷变压器― 可选
这种变压器带风扇，不带油泵，标记为ONAF(英文简读成Natural oil, forced air，中文简读成“自然油强风”)。当需要的容量超过现有可能生产的ONAN变压器时，可以考虑选用带风扇的变压器。但要注意选用低噪音，高效率的风扇。这种冷却风扇转速比较低，风叶按空气动力学流型设计（类似飞机翼截面）；一般是垂直上吹，以充分利用热对流的助力。
要提出的负载条件是：风扇全停，即处于ONAN状态时，变压器须能带70%～80%额定负荷持续运行。对于负荷特别重要的变电站，如大电厂，宜装设备用冷却器组，以免在检修风扇时压负荷。
现在，已经有ONAF大型500kV变压器在运行，容量达1200MVA (3个单相400MVA)变压器在运行。可见，油泵是有可能避免的。
2.4. 强逼油循环，强逼风冷变压器― 特殊情况选用
这种变压器带风扇又带油泵，标记为OFAF(英文简读成forced oil, forced air，中文简读成“强油强风”)。变压器冷却油泵又称潜油泵，它密封在变压器油箱内运行，能耗比风扇高，可靠性（运行寿命）也明显低于变压器本体。潜油泵的检修更换比风扇更麻烦，而且必须停运变压器。所以要尽量避免采用油泵。
有时，大容量的ONAF变压器体积太大，受使用条件限制，不得已选用OFAF变压器。这时亦要注意：不能采用必须两台油泵“对称运行”才能保证冷却的结构。这种结构变压器在一台（侧）油泵损坏时，就要大幅度减载！
OFAF变压器的负载条件应为：在风扇和油泵全停，即处于ONAN状态时，变压器需能带50%～60%额定负荷连续运行。油泵停运的减载量应与停运油泵台数大致成比例。
2.5. 导向油循环，强逼风冷变压器― 不选用
导向油循环，强逼风冷变压器带风扇又带油泵，标记为ODAF(英文简读成directory oil, forced air，中文简读成“导向油强风”)。所谓导向，就是油箱内设置特殊的导油管道，使油流对准线圈的最高发热点（部位）。这对厂家无疑是一种先进的冷却手段，可以节约材料，变压器造价较低。进口变压器往往采用这种冷却方式。但这种变压器在油泵停运时，变压器只能支持一段时间（≤30min），必须停下来。而油泵的可靠性还直接受油泵电源回路的影响。曾经发生过多次只因为油泵电源故障，迫使ODAF变压器停运的事件。对供电可靠性要求很高的今天，ODAF变压器是不可接受的。
3.关于电力变压阻抗的设定
电力系统的发展，许多电网的短路容量已经超过常规开关的开断能力。为了解决开关的开断安全，某些地区习惯选用高阻抗变压器。所谓高阻抗，一般指低压侧对高、中压侧的阻抗。普通变压器的阻抗，uk1-2%和uk1-3%通常在12%～16%之间，而高阻抗变压器则高达45%。高阻抗变压器有如下问题：
3.1. 高漏通，大短路机械力
所谓“漏通”是指铁芯“主磁通”以外，线圈电流在周围非铁磁性物体内（铜导线、绝缘材料、油„）形成的磁通。阻抗就是漏通的表现，所以变压器阻抗又称“漏抗”。提高阻抗，靠的是增加漏磁通，加大线圈之间距离（直径差）。而线圈之间的电磁力，也和漏通成正比。所以高阻抗变压的短路电磁力远比普通阻抗的大，所以高阻变压器抗短路能力比普通阻抗的低。
由于加大线圈直径，电磁耗材增多，造价也较高。
3.2. 高阻抗消耗无功多，输出电压波动大
变压器消耗的无功也是和阻抗成正比的。高阻变压器消耗无功多。
高阻变压器电压调整率高，即输出电压随负荷电流变化敏感。负荷电流增加，输出电压下降
很快；而在低谷负荷时，特别在午夜电网无功剩，
无功倒流，容性电流流过感性高阻，输出压飙升。
电压的波动，劣化了供电质量。
3.3. 采用外置串联电抗器可以抑制短路电流。当
然，串抗也存在电压调整率高问题。较好的办法是采用外置“分裂电抗器”(图4)，既抑制短路电
流，又不加大正常运行的电压波动。
所以，采用高阻抗变压器不应作为限制短路电流的唯一途径。
4. 关于有载调压开关（OLTC, On load tap changer）的设置
光电互感器校验仪有载调压有两种方式：
4.1. 恒磁通调压方式CFVV (Constant flux voltage valiation);
4.2. 变磁通调压方式VFVV (Variable flux voltage valiation);
新变电站变压器的调压方式可以根据系统运行要求自由选定。但对于已经有变压器的运行中变电站，新添置变压器除了受传统的并列条件约束之外，即使调压档次和级差完全相同，还必须配置相同有载调压方式，否则和原有变压器不能完全并列运行。因为传统的并列条件未考虑有载调压，是“静态”的基本条件。
5. 结语
光电互感器校验仪选型的基本依据是国标（GB）和电力行业标准（DL）。国际上通用IEC (International Electro-technical Commission，国际电工委员会)标准。但IEC标准是协调性的准则，许多要求都低于GB，更低于DL标准。所以在订货时，尤其是向国外订货时，必须明确，那些部分该用GB，那些按DL。
以上是则重运行角度提出来的建议。供光电互感器校验仪选型参考。
参考文献：
[1] IEC Publication Power Transformer 76-1, 76-2
电压器校验仪的选型和原理
赖振学（福州亿森电力设备有限公司）
摘要：光电互感器校验仪的选型密切关系到日后运行可靠性、社会和系统的经济效益。这里从运行角度提出几点建议，供变压器选型参考。
关键词：光电互感器校验仪 选型 可靠性 经济效益
Proposals for Power Transformer Type Selection
Guangdong Power Grid Corporation Cheng Qicheng
Abstract: The selection of power transformer concerns very much to the operating reliability, the social profit and system economic profit afterward. Here basing on the view of operation, several proposals are put forward for the reference of power transformer type selection.
Key words: power transformer type selection reliability economic profit
1. 概述
光电互感器校验仪是电力系统的主设备，它的选
型涉及很多方面，大的方面有如下几种：
1.1. 单台变压器的相数
大多数光电互感器校验仪都是三相共体的，即所
谓三相变压器。但对于大容量变压器（容量≥
750MVA），限于运输重量，往往采用单相变压器。
采用单相变压器投资增大(比同容量的三相变压器
大20%～30%)，且占地面积也较大。但单相变压器
优点很多。最大的好处是可以设置备用相，大大地
提高运行可靠性。尤其是大电厂的升压变，机组停
发几天的损失就抵得上一相变压器！单相变压器磁
路闭合，在系统非全相运行（跳单相）时，主磁通
基本没有外漏，不易产生结构局部过热问题。
1.2. 变压器铁芯结构形式
光电互感器校验仪的铁芯结构分为“芯式”和“壳
式”两大类。三相芯式变压器又称为“三相三柱式”变压器(图1)。三相壳式变压器又称为“三相五柱式”
变压器(图3)。
“三相五柱式”变压器磁路也闭合，在非全相运
行（跳单相）时也有单相变压器的优点。相同容量
下，它的结构高度比“三相三柱式”的矮。电网部
门选用它，有时只是铁道的运输高度的限制。“三相
五柱式”的造价比“三相三柱式”的高些（约10%）。
单相壳式变压器有两种器身结构：普通线圈型变
压器和所谓“适型 (form-fit)”变压器。后者有时被
人误称为“壳式变压器”，这是不准确的说法。“适型”变压器结构十分紧凑，很省料（省25%～30%）。所以造价较低，重量轻。南方电网的山区大水电站往往选用“适型”变压器。
缺点是生产这种变压器的厂家不多，发生内部缺陷几乎不可能现场检修。
下面着重谈谈光电互感器校验仪的冷却方式选择、阻抗设定和有载调压问题。
2. 光电互感器校验仪的冷却方式选择
2.1. 光电互感器校验仪的冷却方式类型
通常光电互感器校验仪有四种冷却方式(表1)。
2.2. 全自然冷却光电互感器校验仪 ― 首选
第一种是全自然冷却，不带油泵，不带风扇，标记为ONAN (英文简读成Natural oil, natural air，中文简读成“自然油自然风”)。是最理想的冷却方式。
光电互感器校验仪是长年不停运行的设备。特别是现在推行在线监测、状态检修，变压器一两年都没有机会停下来。而风扇和油泵都是旋转机械，无论在机械上，电气上都无法长年不间断运行。作为静止设备的变压器，可靠性就被风扇油泵大打折扣。而且风扇油泵的能耗很大，噪音大。在重视环保的城区变电站，噪音也是要考虑的重要因素。所以ONAN冷却不但节能，而且大大提高供电可靠性，较少维护工作量，是最理想的冷却方式。随着技术的进步，现在已经能生产容量达240MVA的220kV全自然冷却的变压器了。当然，ONAN变压器价格要比其它冷却方式的变压器要高些。但即使不考虑可靠性的重大效益，只算两三年节约的电能和维护费用，就足够补偿这个投资差额。
所以，应当首选全自然冷却光电互感器校验仪。
2.3. 自然油循环，强逼风冷变压器― 可选
这种变压器带风扇，不带油泵，标记为ONAF(英文简读成Natural oil, forced air，中文简读成“自然油强风”)。当需要的容量超过现有可能生产的ONAN变压器时，可以考虑选用带风扇的变压器。但要注意选用低噪音，高效率的风扇。这种冷却风扇转速比较低，风叶按空气动力学流型设计（类似飞机翼截面）；一般是垂直上吹，以充分利用热对流的助力。
要提出的负载条件是：风扇全停，即处于ONAN状态时，变压器须能带70%～80%额定负荷持续运行。对于负荷特别重要的变电站，如大电厂，宜装设备用冷却器组，以免在检修风扇时压负荷。
现在，已经有ONAF大型500kV变压器在运行，容量达1200MVA (3个单相400MVA)变压器在运行。可见，油泵是有可能避免的。
2.4. 强逼油循环，强逼风冷变压器― 特殊情况选用
这种变压器带风扇又带油泵，标记为OFAF(英文简读成forced oil, forced air，中文简读成“强油强风”)。变压器冷却油泵又称潜油泵，它密封在变压器油箱内运行，能耗比风扇高，可靠性（运行寿命）也明显低于变压器本体。潜油泵的检修更换比风扇更麻烦，而且必须停运变压器。所以要尽量避免采用油泵。
有时，大容量的ONAF变压器体积太大，受使用条件限制，不得已选用OFAF变压器。这时亦要注意：不能采用必须两台油泵“对称运行”才能保证冷却的结构。这种结构变压器在一台（侧）油泵损坏时，就要大幅度减载！
OFAF变压器的负载条件应为：在风扇和油泵全停，即处于ONAN状态时，变压器需能带50%～60%额定负荷连续运行。油泵停运的减载量应与停运油泵台数大致成比例。
2.5. 导向油循环，强逼风冷变压器― 不选用
导向油循环，强逼风冷变压器带风扇又带油泵，标记为ODAF(英文简读成directory oil, forced air，中文简读成“导向油强风”)。所谓导向，就是油箱内设置特殊的导油管道，使油流对准线圈的最高发热点（部位）。这对厂家无疑是一种先进的冷却手段，可以节约材料，变压器造价较低。进口变压器往往采用这种冷却方式。但这种变压器在油泵停运时，变压器只能支持一段时间（≤30min），必须停下来。而油泵的可靠性还直接受油泵电源回路的影响。曾经发生过多次只因为油泵电源故障，迫使ODAF变压器停运的事件。对供电可靠性要求很高的今天，ODAF变压器是不可接受的。
3.关于电力变压阻抗的设定
电力系统的发展，许多电网的短路容量已经超过常规开关的开断能力。为了解决开关的开断安全，某些地区习惯选用高阻抗变压器。所谓高阻抗，一般指低压侧对高、中压侧的阻抗。普通变压器的阻抗，uk1-2%和uk1-3%通常在12%～16%之间，而高阻抗变压器则高达45%。高阻抗变压器有如下问题：
3.1. 高漏通，大短路机械力
所谓“漏通”是指铁芯“主磁通”以外，线圈电流在周围非铁磁性物体内（铜导线、绝缘材料、油„）形成的磁通。阻抗就是漏通的表现，所以变压器阻抗又称“漏抗”。提高阻抗，靠的是增加漏磁通，加大线圈之间距离（直径差）。而线圈之间的电磁力，也和漏通成正比。所以高阻抗变压的短路电磁力远比普通阻抗的大，所以高阻变压器抗短路能力比普通阻抗的低。
由于加大线圈直径，电磁耗材增多，造价也较高。
3.2. 高阻抗消耗无功多，输出电压波动大
变压器消耗的无功也是和阻抗成正比的。高阻变压器消耗无功多。
高阻变压器电压调整率高，即输出电压随负荷电流变化敏感。负荷电流增加，输出电压下降
很快；而在低谷负荷时，特别在午夜电网无功剩，
无功倒流，容性电流流过感性高阻，输出压飙升。
电压的波动，劣化了供电质量。
3.3. 采用外置串联电抗器可以抑制短路电流。当
然，串抗也存在电压调整率高问题。较好的办法是采用外置“分裂电抗器”(图4)，既抑制短路电
流，又不加大正常运行的电压波动。
所以，采用高阻抗变压器不应作为限制短路电流的唯一途径。
4. 关于有载调压开关（OLTC, On load tap changer）的设置
光电互感器校验仪有载调压有两种方式：
4.1. 恒磁通调压方式CFVV (Constant flux voltage valiation);
4.2. 变磁通调压方式VFVV (Variable flux voltage valiation);
新变电站变压器的调压方式可以根据系统运行要求自由选定。但对于已经有变压器的运行中变电站，新添置变压器除了受传统的并列条件约束之外，即使调压档次和级差完全相同，还必须配置相同有载调压方式，否则和原有变压器不能完全并列运行。因为传统的并列条件未考虑有载调压，是“静态”的基本条件。
5. 结语
光电互感器校验仪选型的基本依据是国标（GB）和电力行业标准（DL）。国际上通用IEC (International Electro-technical Commission，国际电工委员会)标准。但IEC标准是协调性的准则，许多要求都低于GB，更低于DL标准。所以在订货时，尤其是向国外订货时，必须明确，那些部分该用GB，那些按DL。
以上是则重运行角度提出来的建议。供光电互感器校验仪选型参考。
参考文献：
[1] IEC Publication Power Transformer 76-1, 76-2