如何测量变压器

变压器作为电力系统的核心设备，其性能参数的准确测量是保障电网安全、稳定与经济运行的基础。本文将系统性地阐述变压器各项关键参数的测量原理、方法、所需仪器以及标准操作流程，涵盖绕组直流电阻、变压器变比、绝缘特性、空载与负载试验、温升及局部放电等核心检测项目，为电力从业者与相关技术人员提供一份详尽实用的现场操作指南。

       变压器，这座静默矗立在变电站或藏身于各类电气设备中的“能量驿站”，其性能的优劣直接关系到整个电力系统的血液——电能的传输质量与安全。无论是万伏以上的电力主网，还是我们日常接触的电子设备供电，变压器都扮演着不可或缺的角色。因此，掌握其科学、规范的测量方法，不仅是电力从业人员的基本功，更是保障供电可靠性、预防设备故障、提升能效的关键技术手段。下面，我们将深入探讨变压器测量的十二个核心环节。

       一、测量前的周密准备与安全确认

       任何测量工作都始于充分的准备。对于变压器测量，首要任务是确认变压器已完全与电网隔离，并执行可靠的接地放电程序，以消除残余电荷。务必查阅变压器的铭牌和技术资料，明确其额定电压、额定电流、连接组别、绝缘等级等关键参数，这将直接决定测量仪器的量程选择和判断标准。同时，根据测量项目准备相应的仪器，如直流电阻测试仪、变比组别测试仪、高压绝缘电阻测试仪（兆欧表）、介质损耗测试仪、试验变压器及调压控制设备等。现场环境也需评估，确保无强电磁干扰、湿度与温度符合测量要求，并设置清晰的安全围栏和警示标识。

       二、绕组直流电阻的精确测量

       绕组直流电阻是诊断变压器内部导电回路健康状况的“听诊器”。测量目的主要是检查绕组内部导线焊接或压接质量、分接开关接触是否良好、以及是否存在匝间短路等隐患。测量通常使用专业的直流电阻快速测试仪，其原理是利用恒流源向绕组注入直流电流，通过测量绕组两端的电压降，根据欧姆定律计算出电阻值。测量时，需记录环境温度，因为电阻值需校正至标准温度（通常为75摄氏度或20摄氏度）下进行比较。对于三相变压器，应测量所有相别和高低压侧所有分接位置的电阻。根据《电力设备预防性试验规程》等相关标准，相同温度下各相绕组电阻的相互差值，或与出厂值、历史数据的比较差值，一般不应超过2%，三角形连接的绕组需进行线电阻与相电阻的换算分析。

       三、变压器变化与接线组别的判定

       变化（简称变比）是指变压器高压侧绕组与低压侧绕组额定电压（或匝数）之比，接线组别则表明两侧绕组电压或电流的相位关系。这两者必须与铭牌数据严格一致，否则会导致并联运行时产生环流、负荷分配不均，甚至设备损坏。现代测量普遍使用全自动变比组别测试仪，它能同时精确测量变化、误差百分比和组别号。仪器内部产生一个低压测试信号施加于一侧绕组，通过精密电路检测另一侧绕组的感应电压及其相位。测量时需确保仪器接线正确，测试电压足够稳定。变化误差应控制在允许范围内（例如，对于电力变压器，额定分接位置下变化允许误差通常为±0.5%），且组别标号必须完全吻合。

       四、绝缘电阻与吸收比的测量

       绝缘系统的优劣是变压器安全运行的命脉。绝缘电阻测量是最基本且快速的绝缘状态筛查方法，常用手摇或数字式高压兆欧表（绝缘电阻测试仪）进行。测量时，分别测量高压绕组对地（及低压绕组和铁芯）、低压绕组对地以及高压绕组对低压绕组之间的绝缘电阻。需要特别关注的是吸收比（K值）或极化指数，它们是判断绝缘受潮程度的重要指标。吸收比是指60秒时的绝缘电阻值与15秒时读数的比值，通常要求不低于1.3（在10至30摄氏度范围内）。对于大容量变压器，则更多采用极化指数（10分钟电阻值与1分钟电阻值之比）进行分析，其标准通常要求不小于1.5。测量结果需与出厂数据、历史数据及同类型设备数据进行比较，并结合温度、湿度进行综合判断。

       五、介质损耗因数（简称介损）测量

       介质损耗因数测量是评估变压器主绝缘（特别是油纸绝缘）老化与受潮状况更灵敏的试验。它反映的是在交流电场下，绝缘材料中能量损耗的大小。测量使用西林电桥法或现代数字式自动介损测试仪，通常采用反接法或正接法，对绕组连同套管一起进行测量。试验电压一般选择绕组的额定电压或更低的标准试验电压。测得的数据需要换算至20摄氏度下的标准值进行对比。新投运或大修后的油浸式变压器，其绕组的介损值在20摄氏度时通常不应大于0.5%，且与历年数据相比不应有显著增长。异常的介损值常常预示着绝缘油劣化、固体绝缘受潮或存在局部缺陷。

       六、交流耐压试验——绝缘强度的严峻考核

       交流耐压试验是对变压器主绝缘和纵绝缘电气强度最直接、最严格的考核，能有效发现集中性的绝缘弱点。试验要求在完成所有非破坏性绝缘试验（如绝缘电阻、介损）且合格后方可进行。试验时，使用试验变压器、调压器、保护电阻、球隙及分压测量装置组成的高压试验系统，将高于额定电压一定倍数（根据国家标准和绝缘等级确定）的工频交流电压施加在被试绕组与地及其他非被试绕组之间，持续规定的时间（通常为1分钟）。试验过程中，应密切监视电流和电压波形，监听设备内部有无异常放电声。若试验电压不突然下降、电流指示平稳且无异常声响，则认为合格。此试验危险性高，必须严格执行安全规程。

       七、空载损耗与空载电流测量

       空载试验，又称开路试验，主要用于测量变压器的铁芯性能。试验在低压侧施加额定频率的正弦波额定电压，高压侧开路。通过功率分析仪或高精度功率表、电流电压互感器测量输入的低压侧电压、电流和功率。测得的功率即为空载损耗，主要由铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗构成。空载电流通常以额定电流的百分比表示。将测量结果与设计值、出厂值或同型设备值对比，可以判断铁芯硅钢片质量、铁芯装配工艺是否存在缺陷（如片间短路）、以及匝间是否存在轻微短路等问题。空载损耗的显著增加，往往是铁芯存在问题的信号。

       八、负载损耗与短路阻抗测量

       负载试验，亦称短路试验，用于考核变压器的绕组性能。试验通常在高压侧施加额定频率的电流，低压侧短路。试验电压较低，但需要设法使绕组中流过额定电流（或降低电流值后折算）。测量此时的输入电压、电流和功率，此功率即为负载损耗（主要是绕组的直流电阻损耗和附加涡流损耗）。短路阻抗（或称阻抗电压）是当一侧绕组短路，另一侧绕组流过额定电流时所需的施加电压，通常以额定电压的百分比表示。此参数对变压器的短路承受能力、系统电压调整率和并联运行至关重要。测量值需与铭牌和标准进行核对，偏差过大可能意味着绕组存在变形或匝间问题。

       九、变压器油中溶解气体分析

       对于油浸式变压器，绝缘油不仅是绝缘介质，也是重要的冷却介质和信息载体。变压器内部任何过热或放电性故障，都会导致绝缘油和固体绝缘材料裂解，产生特征气体（如氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等）。通过气相色谱仪定期分析油中溶解气体的成分与含量，可以像“验血”一样，提前预判变压器内部可能存在的潜在故障类型（如电弧放电、局部过热、绝缘老化等）和严重程度。这项检测属于带电或离线监测项目，是状态检修的核心依据之一。判断通常依据三比值法、大卫三角形法等标准方法。

       十、局部放电测量与定位

       局部放电是绝缘内部局部区域在电场作用下发生非贯穿性放电的物理现象，它是绝缘劣化的重要先兆和表现形式。局部放电测量分为电气法和超声波法。电气法通过耦合电容器和检测阻抗在绕组引线端检测脉冲信号；超声波法则利用安装在变压器箱壁上的超声传感器探测放电产生的声波信号，并结合电气信号进行联合定位。此项试验通常在较高电压下进行（如感应耐压试验时），要求背景噪声极低。通过测量放电量、放电相位、放电次数等参数，可以评估绝缘内部是否存在气泡、杂质、尖锐毛刺等缺陷，并能大致定位故障点，对于制造验收和故障诊断意义重大。

       十一、绕组变形频率响应分析

       变压器在经历短路电流冲击或运输碰撞后，其绕组可能发生肉眼不可见的机械位移或变形，这会改变绕组的分布电感和电容参数。绕组变形频率响应分析法正是诊断此类隐患的有效手段。该技术通过在被测绕组一端注入扫频电压信号（通常从1千赫兹到1兆赫兹），测量另一端对地电压的频率响应曲线（即传递函数）。通过比较当前曲线与原始指纹曲线或三相曲线间的差异（如相关系数、频率偏移等），可以灵敏地判断绕组是否发生了扭曲、鼓包、位移等变形，从而评估其承受下一次短路电流冲击的能力。

       十二、温升试验验证散热性能

       温升试验旨在验证变压器在额定负荷下长期运行时，各部位（主要是绕组和顶层油）的稳定温升是否超过国家标准限值，这是检验变压器设计散热能力和负载能力的关键。试验方法有直接负载法、相互负载法和短路法等。试验时，使变压器在额定电流和额定冷却条件下运行，直至各部位温度达到稳定（通常需要数小时至十几小时）。使用预埋的温度传感器（如铂电阻）测量绕组热点温度，用温度计测量顶层油温。最终测得的稳定温升加上环境温度，必须低于绝缘材料耐热等级所允许的极限值。温升超标会导致绝缘加速老化，缩短变压器寿命。

       十三、分接开关动作特性与过渡电阻测量

       有载调压变压器的核心部件是分接开关，其动作的可靠性和过渡过程的平滑性至关重要。专用有载分接开关测试仪可以测量切换过程中的时间参数（如切换总时间、触头动作时序）、过渡波形以及过渡电阻值。通过分析这些动态参数，可以判断开关机构是否卡涩、触头磨损是否严重、过渡电阻是否变值或开路，从而预防切换失败导致的重大事故。对于无励磁分接开关，则主要测量其在各个分接位置下的接触电阻，确保接触良好。

       十四、套管介损与电容量的测量

       变压器套管是连接内外线路的关键部件，其绝缘状况单独测量。通常使用介损测试仪，采用正接法测量套管主绝缘的介质损耗因数和电容量。测量值与出厂值、历史数据及三相间数据进行比较。介损值的异常增大通常表示套管内部受潮或绝缘劣化；电容量的显著变化则可能意味着电容屏发生击穿或严重的局部放电。这项测试对于预防套管Bza 事故极为重要。

       十五、零序阻抗测量

       零序阻抗是变压器在三相不平衡或系统发生单相接地故障时的一个重要参数，关系到继电保护的整定和系统中性点接地方式的选择。测量方法为：将三相绕组首端并联连接，施加单相低压交流电源，末端也并联连接，测量电压、电流和功率，计算得出零序阻抗。其值受到变压器铁芯结构（三相三柱、三相五柱等）和连接组别的显著影响。

       十六、测量数据的综合分析与报告撰写

       完成所有测量项目后，最重要的一步是对数据进行综合分析。不能孤立地看待某个数据，而应横向比较（三相平衡性）、纵向比较（与出厂、历史数据趋势），并结合多项试验结果进行交叉验证。例如，直流电阻异常可能伴随温升异常；绝缘电阻下降可能与介损增加、油色谱异常相互印证。最终，应形成一份详尽的试验报告，包括设备铭牌信息、试验条件、使用仪器、试验数据、换算到标准条件下的结果、与标准的对比分析、与建议。一份高质量的测试报告是设备状态评估和检修决策的最终依据。

       总而言之，变压器的测量是一个系统工程，涵盖了从基本电气参数到深层绝缘状态，从静态特性到动态性能的全方位检测。随着智能电网和状态检修的发展，在线监测技术也不断融入其中。但万变不离其宗，掌握上述经典、规范的离线测量方法，深刻理解其背后的物理意义和标准要求，是每一位从事变压器运维、检试工作的技术人员必须具备的核心能力。只有通过严谨细致的测量，我们才能为这台“电力心脏”做出精准的“体检”，确保其健康、长寿、高效地为人类社会输送光明与动力。