【国家标准(GB)】 电力变压器 第5部分：承受短路的能力

ICS29.180
中华人民共和国国家标准
GB1094.5—2008
代替GB1094.5--2003
电力变压器
第5部分：承受短路的能力
Powertransformers-
Part 5:Ability to withstand short circuit（IEC60076-5:2006,MOD）
2008-09-19发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-06-01实施
GB1094.5—2008
2规范性引用文件
3承受短路的能力的要求
3.1总则
3.2过电流条件
4承受短路能力的验证
4.1承受短路的耐热能力
4.2承受短路的动稳定能力
附录A（资料性附录）承受短路动稳定能力的理论评估A.1范围
A.2概述
A.3设计评审导则
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
IEC60076-5：2006的系统短路视在容量类似变压器的确定
本部分的第3章和第4章为强制性的，其余为推荐性的。GB1094《电力变压器》目前包含了下列几部分：第1部分：总则；
第2部分：温升；
-第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙；一第4部分：电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则；第5部分：承受短路的能力；
第7部分：油浸式电力变压器负载导则；第10部分：声级测定；
第10.1部分：声级测定——）
应用导则：
第11部分：千式变压器。
本部分为GB1094的第5部分。
GB1094.5—2008
本部分修改采用IEC60076-5：2006《电力变压器第5部分：承受短路的能力》（英文版）。本部分根据IEC60076-5：2006按修改采用的原则重新起草。考虑到我国国情，在采用IEC60076-5：2006时，本部分做了一些修改。有关技术性差异已编人正文中并在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。本部分与IEC60076-5：2006的主要技术性差异如下：
引用了采用国际标准的我国标准，而非直接引用国际标准；考虑到我国变压器短路阻抗值的具体情况，在3.2.2.3表1中增加了“注3：不同额定容量及电压等级的具体短路阻抗值，见相应的标准。”；考虑到我国电网系统的具体情况，将3.2.2.4表2中的设备最高电压和短路视在容量按我国各电压等级电网的实际情况列出，而将IEC60076-5：2006的相应规定列在附录B中，以方便对照。
为便于使用，本部分还对IEC60076-5：2006做了下列编辑性修改：删除了IEC60076-5：2006的前言；附录A注1的内容移到了脚注”中；-用小数点“，”代替作为小数点的逗号“，”本部分代替GB1094.5--2003《电力变压器第5部分：承受短路的能力》。本部分与GB1094.5-2003相比主要变化如下：-增加了“规范性引用文件”
增加了“标称系统电压为750kV的系统短路视在容量”；-增加了“承受短路动稳定能力的理论评估”的资料性附录内容。本部分的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国变压器标准化技术委员会（SAC/TC44)归口。本部分起草单位：沈阳变压器研究所、特变电工沈阳变压器集团有限公司、西安西电变压器有限责任公司、保定天威保变电气股份有限公司、上海市电力公司、特变电工衡阳变压器有限公司、北京华泰变压器有限公司、中电电气集团有限公司、广州骏发电气有限公司、山东达驰电气股份有限公司。I
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本部分主要起草人：郭振岩、章忠国、陶丹、钟俊涛、王长征、张喜乐、姜益民、陈东风、王百升、徐子宏、樊建平、许长华。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为：-GB1094.5—1971GB1094.5—1979、GB1094.5—1985GB1094.5---2003。1范围
电力变压器
第5部分：承受短路的能力
GB1094.5--2008
GB1094的本部分规定了电力变压器在由外部短路引起的过电流作用下应无损伤的要求。本部分叙述了表征电力变压器承受这种过电流的耐热能力的计算程序和承受相应的动稳定能力的特殊试验和理论评估方法(参见附录A)。
本部分适用于GB1094.1所规定范围内的变压器。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB1094的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB1094.1—1996电力变压器第1部分：总则（eqvIEC60076-1：1993）GB1094.3一2003电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙（IEC60076-3：2000,MOD)
GB1094.112007电力变压器第11部分：干式变压器（IEC60076-112004,MOD）GB/T13499---2002电力变压器应用导则（idtIEC60076-81997）3承受短路的能力的要求
3.1总则
变压器及其组件和附件应设计制造成能在本部分3.2规定的条件下承受外部短路的热和动稳定效应而无损伤。
外部短路包括三相短路、相间短路、两相接地和相对地故障。这些故障在绕组中引起的电流在本部分中称作过电流”。
3.2过电流条件
3.2.1一般条件
3.2.1.1需要特殊考虑的使用条件下述情况对过电流大小、持续时间或发生频度有影响，需要进行特殊考虑并应在变压器技术规范中给予明确的规定：
阻抗很小的调压变压器，需要考虑所连接的限流装置的阻抗；发电机变压器易受到因发电机与所连接系统失去同步而产生的较高的过电流；直接与旋转电机（如电动机或同步调相器）连接的变压器，在系统故障条件下，呈发电状态运行的旋转电机向变压器供给电流；专用变压器及安装在高故障率系统中的变压器（见3.2.6)；故障时，非故障端子上出现高于额定值的运行电压。3.2.1.2关于增压变压器电流限值当增压变压器与系统的合成阻抗导致短路电流值大到使设计耐受此过电流的变压器很困难或不经济时，制造方和用户应共同协商确定最大允许过电流值。此时，用户应采取措施使过电流限制到制造方1
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所确定的且标志在铭牌上的最大过电流值。3.2.2具有两个独立绕组的变压器3.2.2.1本部分将三相或三相组变压器的额定容量分为三个类别：I类：25kVA～2500kVA；
Ⅱ类：2501kVA~100000kVA；
Ⅲ类：100000kVA以上。
3.2.2.2如无其他规定，对称短路电流（方均根值，见4.1.2)应使用测出的变压器短路阻抗加上系统短路阻抗来计算，
对于I类变压器，如果系统短路阻抗等于或小于变压器短路阻抗的5%，则在计算短路电流时系统短路阻抗应忽略不计。
短路电流的蜂值应按4.2.3来计算。3.2.2.3表1给出了在额定电流（主分接）下的变压器短路阻抗最小值，如果需要更低的短路阻抗值时，则变压器承受短路的能力应由制造方和用户协商确定。表1具有两个独立绕组的变压器的短路阻抗最小值额定容量/kVA
25~630
631~1250
1251~2500
2501~6300
6301~25000
25001~40000
40001~63000
63001~100000
100000以上
最小短路抗/%
注1：额定容量大于100000kVA的短路阻抗值一般由制造方和用户协商确定。注2：在由单相变压器组成三相组的情况下，额定容量值适用于三相组。注3：不同额定容量及电压等级的具体短路阻抗值，见相应的标准。3.2.2.4为了获得设计和试验所需的对称短路电流值，应由用户在询价时提供变压器安装位置处的系统短路视在容量。bZxz.net
如果没有规定系统短路视在容量，则应按表2选取。表2系统短路视在容量
标称系统电压/kv
6、10、20
设备最高电压U。/kV
7.2、12、24
注1：如无规定，则认为系统零序阻抗与正序阻抗之比为1～3。短路视在容基/MVA
注2：如用户另有要求，系统短路视在容量也可按附录B的规定选取，但应在订货合同中规定。2
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3.2.2.5对具有两个独立绕组的变压器，通常只考虑三相短路，这种考虑实质上能充分满足其他可能包括在内的故障类型（3.2.5注中所考虑的特殊情况除外）。注：当绕组为曲折形联结时，单相对地故障电流可能比三相短路电流大。但是，在所涉及的两个心柱中，较高的电流值被限制在半个绕组中。进一步说，在其他星形联结绕组中的电流都小于三相短路时的电流。至于是三相短路还是单相短路对绕组的动稳定产生更大的危害，与绕组的结构设计有关。制造方和用户应就考虑哪种短路类型达成协议。
3.2.3多绕组变压器和自耦变压器绕组（包括稳定绕组和辅助绕组）中的过电流应根据变压器和系统的阻抗来确定。应考虑运行中可能产生的不同类型的系统故障，例如：与系统和变压器的接地有关的相对地故障和相间故障（见GB/T13499一2002）。每个系统的特性（至少是短路视在容量值和零序阻抗与正序阻抗之比的范围）应由用户在询价时提出。
三相变压器的三角形联结稳定绕组应能承受运行中可能出现的、并与相关系统的接地条件有关的不同类型的系统故障所产生的过电流。在由单相变压器组成三相组的情况下，除非用户确认会采取特别保护措施以避免相间短路外，稳定绕组应能承受其端子处的短路。注：将辅助绕组设计成能承受其端子上的短路可能是不经济的。此时，应采取合适的措施（如，采用申联电抗器，或在某些情况下采用熔断器）来限制过电流值。此外，也要注意防止变压器与其保护装置之间的线路部分发生短路故障。
3.2.4增压变压器
增压变压器的阻抗值可能很小，因此，绕组中的过电流主要由变压器安装位置处的系统特性来确定。这些特性应由用户在询价及订货时提出，如果增压变压器直接与一台变压器相连作电压幅值和/或相位移调节用，则此增压变压器应能承受由这两种设备合成阻抗所产生的过电流。3.2.5直接与其他电器相连接的变压器当变压器直接与其他电器相连接时，这些电器的阻抗将限制短路电流。按制造方和用户之间的协议，可以将变压器、系统及与变压器直接相连电器的各自阻抗的总和计入在内。如果发电机与变压器之间的连接良好，以至在此范围内的相间或两相接地故障的可能性可以忽略不计时，则上述规定也适用于发电机变压器。注：如果发电机与变压器之间的连接状态如上所述，则对于中性点接地的星形一三角形联结的发电机变压器，在与星形联结绕组相连接系统发生相对地故障，或在发电机与系统不同步的情况下，就可能发生最严重的短路情况。
3.2.6专用变压器和安装在故障率高的系统中的变压器对于特殊使用场合（如电炉变压器和向牵引系统供电的变压器）或运行条件（如所连接系统的故障次数多），变压器承受频繁过电流的能力，应由制造方和用户专门协商确定。有关系统中非正常运行条件的情况，用户应事先向制造方提供。3.2.7分接开关
当变压器装有分接开关时，分接开关应能承受与绕组一样的短路过电流。但不要求有载分接开关具有切换短路电流的能力。
3.2.8中性点端子
星形联结或曲折形联结绕组的中性点端子，应按可能流经这个端子的最大过电流设计。承受短路能力的验证
本章的要求既适用于GB1094.1所规定的油浸式电力变压器，也适用于GB1094.11所规定的干式电力变压器。
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4.1承受短路的耐热能力
4.1.1概述
变压器承受短路的耐热能力应通过计算的方式进行验证。计算按4.1.2～4.1.5的规定进行。4.1.2对称短路电流I
对于具有两个独立绕组的三相变压器，对称短路电流方均根值I应按下式计算：U
V3×(Z×z,)
式中：
I-—对称短路电流的方均根值，单位为千安（kA)；Z.一系统短路阻抗，每相欧姆(Q)(等值星形联结），按下式计算：U3
式中：
U.标称系统电压，单位为千伏(kV)；S-系统短路视在容量，单位为兆伏安(MVA)。U和Z.按以下规定：
a）对于主分接：
U-所考绕组的额定电压U.,单位为千伏（kV)（1)
（2）
Z,一一折算到所考虑绕组的变压器的短路阻抗\，每相欧姆（2)(等值星形联结），按下式计算：Z-XU?
式中：
在参考温度、额定电流和额定频率下所测出的主分接短路阻抗，用%表示；S.
变压器的额定容量，单位为兆伏安(MVA)。b）除主分接外的其他分接：
U-—-所考绕组在相应分接的电压（另有规定除外)2)，单位为千伏（kV)；Z一—折算到所考虑绕组在相应分接的短路阻抗，以每相欧姆(Q)表示。-（3）
对于多绕组变压器、自耦变压器、增压变压器和直接与其他电器连接的变压器，其过电流计算分别按3.2.3、3.2.4或3.2.5进行。
所有变压器，除3.2.2.2所述情况外，都应考虑系统的短路阻抗。注：曲折形联结的绕组，单相对地故障的短路电流可能明显大于三相短路时的故障电流。因此，在计算曲折形联结绕组的温升时应考虑此电流值的增大。4.1.3对称短路电流的持续时间
除另有规定，用于计算承受短路耐热能力的电流I的持续时间为2s。注：对于自耦变压器和短路电流超过25倍额定电流的变压器，经制造方与用户协商后，短路电流持续时间可以小于2s。
4.1.4每个绕组平均温度的最大允许值当每个绕组分别按4.1.2和4.1.3施加规定持续时间的对称短路电流I后，其在任何分接位置下的平均温度6，应不超过表3规定的最大值。公式（4)和公式（5)中所用的绕组起始温度6。应表示为最高允许环境温度与在额定条件下用电阻法测量的绕组温升之和。如果测出的绕组温升不适用时，则绕组起始温度6。应为最高允许环境温度与1）此处用符号Z和z分别代替GB1094.1—1996所采用的Z和z，其目的是与本部分4.2.3内容一致，以免混乱。2）分接电压的定义见GB1094.1—1996的5.2.4
绕组绝缘系统所允许的温升之和。表3每个绕组在短路后的平均温度最大允许值绝缘系统温度/
变压器的型式
油浸式
(括号内为绝缘耐热等级）
105(A)
105(A)
120(E)
130(B)
155(F)
180(H)
铜绕组
温度最大值/
GB1094.5—2008
铝绕组
注1：当绕组由高抗拉强度的铝合金导线制成时，可由制造方和用户协商确定更高的温度最大值，但不得超过相应的铜绕组的温度。
注2：当油浸式变压器所使用的绝缘系统不是A级时，可由制造方和用户协商确定不同的允许温度最大值。4.1.5温度8,的计算
绕组短路后的平均温度6，应由下述公式计算：0, = 0 +2× (0 +235)
106000
01 = 0.+2×(0 +225)
式中：
绕组短路(s)后的平均温度，单位为摄氏度(℃)；0。
绕组起始温度，单位为摄氏度（℃）；(铜绕组）
（铝绕组）
一短路电流密度，单位为安每平方旁米（A/mm），按对称短路电流的方均根值计算出；t持续时间，单位为秒(s)。
（4）
（5）
注：公式（4）和公式（5）是按绝热条件推导的，且仅对短路持续时间不超过10s时才有效。公式中的系数是按表4中所列的参数得出的。
表4材料参数
100时的比热/(J/kg?℃）
100C时的密度/（kg/m2）
100C时的电阻率/（gQ·m）
4.2承受短路的动稳定能力
4.2.1概述
如果用户有要求，承受短路的动稳定能力应由下述两者之一来验证：试验验证；
计算、设计和制造同步验证。
GB1094.5—2008
所用验证方法的选择，应由用户和制造方在订货前协商确定。短路试验为特殊试验（见GB1094.1-1996的3.11.3)，应在订货合同中规定。试验应按4.2.2~4.2.7的要求进行。
大容量变压器有时不能按本部分进行试验，如：受试验条件的限制。此时，试验条件应由用户和制造方协商确定。
当选择按计算、设计和制造同步验证时，要求用已做过短路试验的类似变压器或在有代表性的模型上的短路试验来证明。鉴别类似变压器的准则参见附录C。4.2.2变压器在短路试验前的条件4.2.2.1除非另有规定，试验应在准备投入运行的新变压器上进行。短路试验时，保护用的附件，如气体继电器及压力释放装置应安装在变压器上。注：对短路性能无影响的附件(如可拆卸的冷却器)可不安装。4.2.2.2短路试验前，变压器应按GB1094.1—1996的规定进行例行试验，但在此阶段中，不要求做雷电冲击试验。
如果绕组带有分接，应在短路试验所在分接位置上测量电抗，必要时也对电阻进行测量。所有电抗测量值的复验性应在士0.2%以内。包括例行试验结果在内的试验报告，在短路试验开始前应备齐。4.2.2.3短路试验开始时，绕组的平均温度最好应在10℃～40℃之间（见GB1094.1--1996的10.1)。
短路试验期间，由于流过短路电流，绕组的温度可能升高。当布置1类变压器的试验线路时应考虑这种情况。
4.2.3双绕组变压器的试验电流峰值1试验应在被试相的电流达到最大非对称值时进行。非对称试验电流的第一个峰值（kA），按下式计算：1=Ikx2
式中，对称短路电流I按4.1.2确定。为计算试验电流初始偏移的系数，而/2则考虑了正弦波峰值对方均根值之比。系数×/2(或称峰值因数)与X/R有关，其中：X—变压器的电抗与系统电抗之和(X,十X,)，以α表示；（6）
一一变压器电阻与系统电阻之和（R.十R，），以Q表示，其中R，为参考温度下的电阻（见R
GB1094.1--1996的10.1)。
在短路电流计算中若包括了系统短路阻抗时，如无另行规定，应假定系统的X,/R，值等于变压器的X,/R，值。表53\列出了不同X/R值的峰值因数值，以供实际应用。表5系数×2的值
注：若X/R为1～14之间的其他值，则×/2可用线性插值法求得，3）表5是按下列峰值因数公式得出的：x/z[1+(e-(++x/)/x)sin×/2
式中：
一自然对数的底：
相位角，等于arctgX/R，弧度。6
注：当Z,<0.05Z.时，对主分接可用工,和r代替X,和R,(O),其中；工——z的电抗分量，%；
—参考温度下z的电阻分量，%；参考温度下的变压器短路阻抗，%。如果无其他规定，当X/R>14时，系数×/2假定为：对Ⅱ类变压器：1.8×/2=2.55
对Ⅲ类变压器：1.9×/2=2.69。4.2.4短路试验电流的非对称蜂值和对称方均根值的允许偏差GB1094.5—2008
如果短路试验电流的持续时间足够长，则包含第一个峰值的非对称电流将变化到对称电流方均根值1（见4.1.2）。
试验中所得到的电流蜂值偏离规定值应不大于5%，而对称电流偏离规定值应不大于10%。4.2.5双绕组变压器短路试验程序4.2.5.1为了得到4.2.4所要求的试验电流，电源的空载电压可高于被试绕组的额定电压。绕组的短路可在变压器另一绕组施加电压之后（后短路）进行，亦可在施加电压之前（先短路）进行。如果采用后短路，所施加的电压应不超过1.15倍绕组额定电压，但制造方和用户另有协议时除外。如果对单同心式绕组的变压器采用预先短路，为了避免铁心饱和，应将电压施加于远离铁心的一个绕组，而将靠近铁心的绕组短路。否则，试验最初的几个周波中将会产生过大的励磁电流并叠加于短路电流上。
当现有的试验设备要求将电源接到内绕组时，应采取特别的措施，如：预先磁化铁心，以防止产生励磁涌流。
对交叠式绕组或双同心式绕组的变压器，应经制造方和用户协商后才能采用先短路的方法。为防止危险的过热，前后两次施加过电流之间的时间间隔应适当，此时间间隔应由用户和制造方协商确定。
注：当对I类变压器试验时，可能需要考虑试验期间由于温度升高面引起的X/R的变化，并在试验回路中提供相应的补偿。
4.2.5.2为了在被试相绕组中得到短路电流的起始蜂值（见4.2.3)，合闸时应使用同步开关来调节。为了检查试验电流1和I，应使用示波图记录。为了在三个相绕组中的某个绕组上得到最大的非对称电流，应在该相绕组上的电压过零时合闻。注1：对于星形联结绕组，当相电压过零时合闸，可以得到最大的非对称电流。峰蜂值电流1的系数，可根据线电流的示波图确定。对于三角形联结绕组的三相试验，这个条件可以在线电压过零时合削得到。在预先调整试验中，在线电压最大时合闻是确定系数的一种方法。此时，可以从线电流的示波图中求出系数，确定三角形联结绕组相电流的另一种方法是将测量线电流的各电流互感器的二次绕组适当地相互连接。可利用示波图记录相电流值。
注2：对星形一曲折形联结的恒磁通调压、且工/n≤3（见4.2.3)的I类变压器，不使用同步开关进行三相同时合闸，对于其他的星形一曲折形联结的变压器，其合阐方式由制造方与用户协商确定：4.2.5.3试验电源的频率应是变压器的额定频率。如果用户与制造方之间有协议，允许用50Hz的电源试验60Hz的变压器和用60Hz的电源试验50Hz的变压器，只要能得到4.2.3和4.2.4所要求的试验电流值。
此程序要求试验电源的电压按变压器的额定电压进行适当调整。4.2.5.4对于三相变压器，只要满足4.2.4的要求，就应使用三相电源。如果情况与此不同，则可以使用下述单相电源。对于三角形联结的绕组，单相电压应施加在三角形的两个角上，试验时的电压应与三4）另一试验程序是对被试验的两个绕组同时施加两个相位被此相反的电压，两个绕组可由同一电源或由两个独立的、但同步的电源施加电压。这种方法对防止铁心饱和是有利的，且将减少供电容量。7
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相试验时的相间电压相同。对于星形联结的绕组，单相电压应施加于个线端与其余两个连在一起的线端之间，试验时，单相电压应等于三相试验时相间电压的/3/2倍。图1和图2给出了两种可能用来模拟三相试验的单相试验线路。Z、—试验系统的阻抗。
一后短路用的同步开关或先短路用的固定连接母线。图1星形/三角形联结的变压器
Z,——试验系统的阻抗。
一后短路用的同步开关或先短路用的固定连接母线。图2星形/星形联结的自耦变压器注1：单相电源试验主要用于IⅡ类或Ⅲ类变压器，很少用于1类变压器。注2：对于分级绝缘的星形联结绕组，必须检查中性点的绝缘是否能满足单相试验的要求。注3：对于星形联结绕组，如果电源容量不足以进行上述的单相试验，而中性点可以利用且能承受相关的电流时，经制造方和用户协商，单相电源可施加于线增与中性点之间。这种试验接线方式可使不试相的相应端子方便地进行相互间的连接，以便较好地控制其上的电压，只要这样做是可行的且接线是正确的。4.2.5.5如无特殊规定，三相和单相变压器的试验次数按下述规定，它不包括小于70%规定电流进行预先调整试验的次数。调整试验是用来检查合闸瞬间、电流调节、衰减和持续时间等方面的试验操作是否正确。
对于I类和Ⅱ类的单相变压器，试验次数应为三次。如无另行规定，带有分接的单相变压器的3次试验，是在不同的分接位置上进行的，即：一次是在最大电压比的分接位置上，另一次是在主分接的位置上，再一次是在最小电压比的分接位置上。对于I类和Ⅱ类的三相变压器，总的试验次数应为9次，即：每相进行3次试验。如无另行规定，带有分接的三相变压器的9次试验是在不同的分接位置上进行的。即：在旁侧的一个心柱上的3次试验是在最大电压比的分接位置进行的；在中间心柱上的3次试验是在主分接位置进行的；在另一个旁侧的心柱上的3次试验是在最小电压比分接位置进行的。对于Ⅲ类变压器，其试验次数和试验所在分接位置通常需由制造方和用户协商确定。然而，为了尽可能严格模拟运行中可能发生的重复短路的效应，以便监测被试变压器的特性和对所测短路阻抗的可能变化做出有意义的判断，推荐的试验次数如下：-对于单相变压器：3次。
一对于三相变压器：9次。
至于分接位置和试验程序，建议与I类和Ⅱ类变压器相同。每次试验的持续时间应为：
对于I类变压器：0.5s；
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