變壓器性能試驗分析

摘 要：變壓器是電力系統中的重要設備，其運行狀況直接影響系統的可靠性。本文主要介紹變壓器性能試驗的內容和方法，通過變比試驗、極性試驗、連接組別試驗以及繞組直流電阻試驗等方法，從試驗原理、試驗優缺點和試驗步驟等方法進行分析。結合本單位近期的某型號變壓器的試驗結果進行分析，幫助變壓器運維人員與檢測人員理解與應用性能檢測方法，提高檢驗檢測人員的技術水平。

關鍵詞：變壓器，性能試驗，試驗原理，試驗方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.14.030

0 引 言

變壓器是電力系統中不可或缺的重要設備，其性能是否良好直接關系到電力系統的可靠運行[1-2 ]。為保證變壓器在實際運行中能夠正常穩定工作，需要對其進行性能試驗分析[ 3 - 4 ]。旨在對變壓器性能試驗進行深入分析，探討其在電力系統中的作用和重要性，以及試驗結果在評估和改進變壓器性能方面的應用[5 -7 ]。通過對試驗數據進行分析和比較，探討變壓器的性能表現，為電力系統中變壓器的性能測試和評估提供理論依據和實際參考[8-10]。

1 變壓器性能試驗內容及其意義

1.1 變比試驗

變比是指變壓器空載運行時，原邊電壓與次邊電壓之比值。變比試驗的目的是檢驗變壓器能否達到設計的電壓變換效果，檢驗各繞組的匝數比是否與設計一致，確定各分線的裝配是否準確，以及在運行中是否存在匝間短路等問題。特別是對于變壓器并聯運行來說，變比試驗顯得更為重要。

1.2 極性試驗

極性標志在同一時刻初級繞組與次級繞組線圈端頭之間的電位關系。由于電動勢和方向隨時間變化，因此在某一時刻，變壓器的初級和次級線圈必定會同時出現高電位端或者同時出現低電位端，這種對應端被稱為變壓器的同極性端。因此，變壓器的極性決定了線圈的繞組方向，改變繞向也會改變極性。在實際應用中，變壓器的極性是確定變壓器并聯方式的依據，按照極性可以組合成多種電壓形式。如果極性連接錯誤，很可能會導致嚴重的短路電流損壞變壓器。因此，在使用變壓器時，需要特別注意其銘牌標志。

1.3 連接組別試驗

連接組別試驗可以確認變壓器的原邊線與次邊線電壓相位差的類型即連接組別，三相繞組連接方式的改變，原邊繞組和次邊繞組之間線電壓的相位差也會隨之改變。

1.4 繞組直流電阻試驗

繞組直流電阻試驗通常用于檢查繞組連接處的焊接質量和是否存在匝間短路；同時，也可以驗證分接開關在各個位置的接觸情況是否良好，以及實際位置是否與指示位置相符；此外，該測試還可以檢查引出線是否存在斷裂；檢查繞組中多股導線是否存在斷股的情況[11-13]。

這些性能參數的試驗能夠較好地檢驗變壓器的制造是否符合設計要求，發現安裝和使用過程中的問題，為變壓器正常運行提供依據[14-15]。

2 變壓器性能試驗方法

2.1 變比試驗方法

常用的變比試驗方法有雙電表法和變比電橋法兩種。雙電表法直接用電表測量原邊和次邊電壓，計算比值，受電壓穩定性影響較大；變比電橋法利用電橋原理進行零電流調節，不受電源影響，準確度高，另外可以直接讀出誤差值。

對于雙電表法，采用三相電源測量變壓比是一種常用的方法。對于三相變壓器的變壓比測量，可以使用以下方法進行操作。首先將變壓器的高壓側繞組連接到低壓電源上，然后利用電壓表直接測量高壓側和低壓側繞組的電壓值。為了防止出現三相電源電壓的不平衡并方便檢測故障相位，有時可以使用單相電源來測量變壓比。根據三相變壓器的不同連接方式，可以將單相電源通過單相調壓器連接到變壓器的低壓側，或者將變壓器的低壓繞組直接接在比其本身額定電壓更低的單相電源上。在這兩種連接方式下，高壓繞組的電壓可以經由電壓互感器進行測量。

2.2 極性試驗方法

極性試驗方法可以采用直流試驗法或交流試驗法。直流試驗法將一節干電池連接到變壓器的高壓端，然后將一毫安表或微安表連接到變壓器的次級側。通過觀察電池開關閉合時表針的擺動方向，可以確定變壓器的極性情況。交流試驗法是將同一相高壓和低壓繞組的首端連接在一起，然后，在高壓邊兩端施加一不超過250 V的交流電壓，分別測量高壓邊和低壓邊的電壓，以及高壓繞組末端和低壓繞組末端之間的電壓。如果高壓繞組末端和低壓繞組末端之間的電壓等于高壓邊電壓減去低壓邊電壓的差值，那么就說明高壓繞組的首端和低壓繞組的首端是同極性端。或者，如果高壓繞組末端和低壓繞組末端之間的電壓等于高壓邊電壓和低壓邊電壓的總和，那么就說明高壓繞組的首端和低壓繞組的首端不是同極性端。因測試方法的新增與變更，需要測試設備供應商基于測試原理研發、更新測試設備。因開通損耗、關斷損耗、開關時間都涉及時間參數測量和電流電壓參數測量，而中小功率晶體管和高頻晶體管的應用場景體現的電學特征是小電流、高帶寬，這對電流采樣精度、測試設備帶寬提出了更高的要求。

2.3 連接組別試驗方法

常用的連接組別試驗方法有直流法、交流法、計算法、相量圖法和相位表法等。其中直流法操作簡單，成本較低，適用于簡單的組別測試，但不適用于大功率系統。交流法適用于各種電流和功率范圍的系統，測試結果準確，但設備成本較高，測試過程相對復雜。相量圖法和相位表法能夠清晰地展示系統的相位關系和電流分布，但耗時較長。

對于相位表法，當將三相380 V交流電源接入測試變壓器的高壓側時，電壓表的電壓線圈（需要注意極性）應連接到電源線上的電壓，而電流線圈（需要注意極性）則通過可變電阻連接到對應的低壓側線路電壓上。在高壓側通電后，可在低壓側感應出一定相位的電壓。由于存在一個電阻負載，使得低壓側的電流和電壓具有相同的相位。通過將測得的相位角除以30，可以確定測試變壓器的接線組別。應施加的電壓和電流值需在儀表和可變電阻的允許范圍內，但又不能過小，應當連接電壓表和電流表進行監測。對于三相變壓器，至少在兩對對應端頭上進行測量，以確保測量結果一致，在使用相位表之前，應首先在已知接線組別的變壓器上進行校驗。

2.4 繞組電阻試驗方法

使用電橋平衡原理測量繞組直流電阻的方法被稱為電橋法。常見的直流電橋包括單臂電橋和雙臂電橋。單臂電橋通常用于測量1 Ω以上的電阻，而雙臂電橋適用于測量準確度要求較高的小電阻。

對于雙臂電橋法，在進行測量之前，首先需要調節電橋檢流計機械零位旋鈕，將檢流計指針置于零位。接通測量儀器電源后，若檢流計帶有放大器，則應操作調節電橋電氣零位旋鈕，將檢流計指針置于零位。在連接被測電阻時，雙臂電橋的電壓端子所引出的接線應比由電流端子所引出的接線更靠近被測電阻。在進行測量之前，需估計被測電阻的數值，并根據估計的電阻值選擇電橋的標準電阻RN 以及適當的倍率進行測量，以確保“比較臂”可調電阻各檔充分被利用，以提高讀數的精度。進行測量時，首先接通電流回路，待電流達到穩定值后，再接通檢流計。通過調節讀數臂阻值來使檢流計指針指向零位。

3 某型號變壓器試驗結果分析

本單位近期對兩臺10 kVA，10/0.4 kV型號的變壓器進行了變比、極性、連接組別和繞組電阻試驗，主要結果如下：

變壓器1、2變比測量值分別為25.02和25.01，與設計變比25相符，誤差在1%內，合格。兩臺變壓器極性均為減極，與銘牌標示一致。使用直流法，測得兩臺變壓器繞組連接組別均為5組，符合設計要求。變壓器1、2高壓繞組電阻測量值為1.724 Ω和1.727 Ω，次邊繞組電阻測量值為2.437 mΩ和2.439 mΩ，且溫差小于2°C，表明繞組結構完好，無問題。

根據試驗結果，兩臺變壓器四項主要性能試驗結果均符合設計參數，表明變壓器質量達標，可以安全投入使用。

4 結 論

從變壓器性能試驗的含義和方法兩個層面進行介紹與分析。變壓器性能試驗可以全面檢驗變壓器是否按設計要求制作，有利于找出問題并采取改進措施，保證變壓器的可靠運行。本單位試驗兩臺變壓器性能均達標，為其安全運行提供依據。同時注意各項試驗條件的選擇與操作，以保證結果的可靠性。總體來說，完善的性能試驗工作對變壓器管理具有重要意義。

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作者簡介

劉亞，碩士研究生，高級工程師，研究方向為輸配電設備檢驗檢測。

郭乃天，通信作者，本科，助理工程師，研究方向為輸配電設備檢驗檢測。

（責任編輯：袁文靜）

基金項目：本文受山東省產品質量檢驗研究院儲備項目“變壓器試驗系統無功補償方法研究”（項目編號：2023ZJKY002）資助。