變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其絕緣性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。工頻耐壓試驗(yàn)作為一種能夠有效檢驗(yàn)變壓器絕緣強(qiáng)度的重要手段，在變壓器的制造、安裝、檢修以及預(yù)防性試驗(yàn)等環(huán)節(jié)中均發(fā)揮著不可或缺的作用。通過模擬變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中可能遭遇的工頻過電壓狀況，工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蚓珳?zhǔn)檢測出變壓器主絕緣是否存在集中性缺陷，從而為變壓器的安全可靠運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。本文將對(duì)變壓器工頻耐壓試驗(yàn)的方法及結(jié)果判斷進(jìn)行深入剖析，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供有益的參考。
一、試驗(yàn)原理
工頻耐壓試驗(yàn)的核心原理是利用試驗(yàn)變壓器將低電壓升高至試驗(yàn)所需的高電壓，并將其施加于被試變壓器的繞組上，持續(xù)一定時(shí)間。在此期間，密切觀察被試變壓器是否出現(xiàn)擊穿、閃絡(luò)等異?，F(xiàn)象，以此來判斷其絕緣性能是否滿足要求。這一試驗(yàn)方法模擬了變壓器在實(shí)際運(yùn)行中可能面臨的工頻過電壓情況，能夠有效檢測出主絕緣的集中性缺陷，如主絕緣受潮、開裂、位移、引線距離不夠、繞組松動(dòng)、油隙堵塞、固體絕緣表面爬電等。
在試驗(yàn)過程中，依據(jù)電磁感應(yīng)定律，試驗(yàn)變壓器的高壓繞組能夠產(chǎn)生與電源頻率相同的正弦波高電壓。當(dāng)該高電壓施加于被試變壓器繞組時(shí)，會(huì)在繞組絕緣中形成電場。若絕緣存在缺陷，在高電場強(qiáng)度的作用下，缺陷處的電場會(huì)發(fā)生畸變，進(jìn)而引發(fā)局部放電。隨著電壓的不斷升高，局部放電逐漸加劇，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿。
二、試驗(yàn)設(shè)備
2.1 試驗(yàn)變壓器
試驗(yàn)變壓器是產(chǎn)生試驗(yàn)所需高電壓的關(guān)鍵設(shè)備，其額定電壓和額定容量必須根據(jù)被試變壓器的電壓等級(jí)和容量進(jìn)行合理選擇。通常情況下，試驗(yàn)變壓器的額定電壓應(yīng)高于被試變壓器的試驗(yàn)電壓，額定容量則需滿足被試變壓器電容電流的需求。例如，對(duì)于 10kV 的干式變壓器戶內(nèi)型，其工頻耐壓試驗(yàn)電壓為 28kV，此時(shí)就需要選用額定電壓高于 28kV、額定容量適配的試驗(yàn)變壓器。
2.2 調(diào)壓器
調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)試驗(yàn)變壓器的輸入電壓，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。在選擇調(diào)壓器時(shí)，其容量應(yīng)與試驗(yàn)變壓器的容量相匹配，并且要能夠平滑地調(diào)節(jié)電壓，以確保升壓過程的穩(wěn)定性。常見的調(diào)壓器有自耦調(diào)壓器和移圈調(diào)壓器等，自耦調(diào)壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，在工頻耐壓試驗(yàn)中應(yīng)用較為廣泛。
2.3 保護(hù)電阻
保護(hù)電阻串聯(lián)在試驗(yàn)變壓器的高壓輸出端與被試變壓器之間，主要用于限制試驗(yàn)回路中的短路電流，保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備和被試變壓器免受過大電流的損害。保護(hù)電阻的阻值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)變壓器的額定容量和被試變壓器的電容電流進(jìn)行合理選取，一般可按 0.1～0.5Ω／V（對(duì)于大容量的被試品可適當(dāng)選小些）來確定。例如，若試驗(yàn)電壓為 50kV，當(dāng)高壓側(cè)額定輸出電流在 100 - 300mA 時(shí)，保護(hù)電阻可取 0.5 - 1Ω/V（試驗(yàn)電壓）；若高壓側(cè)額定輸出電流為 1A 以上時(shí)，保護(hù)電阻可取 1Ω/V（試驗(yàn)電壓）。在實(shí)際應(yīng)用中，常用水電阻作為保護(hù)電阻，管子長度可按 150kV/m 考慮，管子粗細(xì)應(yīng)具有足夠的熱容量，水阻液通常用蒸餾水加入適量硫酸銅配制成各種不同的阻值。
2.4 測量裝置
測量裝置用于準(zhǔn)確測量試驗(yàn)電壓，主要包括高壓分壓器和測量儀表。高壓分壓器能夠?qū)⒏唠妷喊匆欢ū壤D(zhuǎn)換為低電壓，以便測量儀表進(jìn)行測量。測量儀表可以是峰值電壓表、有效值電壓表或示波器等，通過這些儀表能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測試驗(yàn)電壓的大小和波形。在試驗(yàn)過程中，必須使用分壓器直接在高壓側(cè)測量電壓，切不可僅依據(jù)低壓側(cè)讀數(shù)換算，這是因?yàn)樵囼?yàn)變壓器存在漏抗，會(huì)導(dǎo)致容升效應(yīng)，使得被試品上的電壓與低壓側(cè)測量電壓表上反映出來的電壓存在差異。
2.5 球間隙及保護(hù)電阻
球間隙與保護(hù)電阻共同構(gòu)成了過電壓保護(hù)裝置。當(dāng)試驗(yàn)電壓超過球間隙的整定值時(shí)（一般取試驗(yàn)電壓的 110% - 120%），球間隙會(huì)放電，從而對(duì)被試品起到保護(hù)作用，防止因試驗(yàn)電壓過高而損壞被試品。球間隙保護(hù)電阻可按 1Ω/V（試驗(yàn)電壓）選取，其作用是限制球間隙放電時(shí)的電流，避免過大電流對(duì)設(shè)備造成損害。
三、試驗(yàn)方法
3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備
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設(shè)備檢查：對(duì)所有試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確保其完好無損且校驗(yàn)合格，各設(shè)備的接線正確牢固。例如，檢查試驗(yàn)變壓器的外觀是否有破損，繞組是否有短路、斷路等情況；檢查調(diào)壓器的調(diào)節(jié)手柄是否靈活，接觸是否良好；檢查保護(hù)電阻、測量裝置等設(shè)備是否正常工作。
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被試變壓器狀態(tài)確認(rèn)：將被試變壓器本體外殼及非被試?yán)@組可靠接地，確保接地電阻符合要求。同時(shí)，將被試?yán)@組所有套管端子短接，油箱（油浸變）或外殼（干式變）接地。此外，必須斷開與被試?yán)@組連接的所有外部連線，如母線、避雷器、電流互感器等，并保持足夠的安全距離，防止外部因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。
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前期試驗(yàn)合格確認(rèn)：在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)之前，必須先完成絕緣電阻、吸收比 / 極化指數(shù)、直流泄漏電流、介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ）、變比、直流電阻等非破壞性試驗(yàn)，并確保這些試驗(yàn)結(jié)果均合格。只有在非破壞性試驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，以避免對(duì)變壓器造成不必要的損壞。
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油 / 氣狀態(tài)檢查（油浸變）：對(duì)于油浸變壓器，應(yīng)確保在注油靜置足夠時(shí)間（參照標(biāo)準(zhǔn)，通常 24 小時(shí)以上）后，進(jìn)行油試驗(yàn)（耐壓、tanδ、微水等），只有油試驗(yàn)合格后才能進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)。同時(shí)，要檢查氣體絕緣變壓器的氣體壓力、微水是否合格，確保變壓器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)處于良好狀態(tài)。
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環(huán)境條件記錄：記錄試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)。不宜在潮濕、污穢的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，因?yàn)檫@些環(huán)境因素可能會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。若無法避免在不利環(huán)境下試驗(yàn)，必須采取有效的防潮措施，如使用除濕設(shè)備降低環(huán)境濕度，對(duì)被試設(shè)備進(jìn)行清潔處理等。
3.2 試驗(yàn)接線
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基本回路接線：按照試驗(yàn)電源→調(diào)壓器→試驗(yàn)變壓器（或諧振電抗器 + 激勵(lì)變壓器）→保護(hù)電阻（R1）→被試變壓器（TX）繞組→地的順序進(jìn)行接線。確保接線牢固可靠，避免出現(xiàn)松動(dòng)、虛接等情況，以免在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生火花放電，影響試驗(yàn)結(jié)果甚至損壞設(shè)備。
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測量回路接線：將高壓分壓器（或電容分壓器、測量繞組）與測量儀表（峰值電壓表、有效值電壓表、示波器）正確連接，構(gòu)成測量回路。測量回路的接線應(yīng)盡量短且屏蔽良好，以減少外界干擾對(duì)測量結(jié)果的影響，確保能夠準(zhǔn)確測量試驗(yàn)電壓。
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保護(hù)裝置接線：在試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)設(shè)置保護(hù)球隙，將其放電電壓設(shè)定為約為試驗(yàn)電壓的 110% - 115%，并正確連接過流保護(hù)裝置。過流保護(hù)裝置的動(dòng)作值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)變壓器的額定電流進(jìn)行合理整定，一般可整定為試驗(yàn)變壓器額定電流的 1.3 - 1.5 倍，以確保在被試變壓器發(fā)生擊穿等異常情況時(shí)，能夠及時(shí)切斷電源，保護(hù)設(shè)備和人員安全。
3.3 試驗(yàn)步驟
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初步檢查：在合上試驗(yàn)電源之前，再次仔細(xì)檢查接線是否正確、接地是否可靠、安全措施是否到位。確認(rèn)無誤后，將調(diào)壓器置于零位，準(zhǔn)備開始試驗(yàn)。
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空升試驗(yàn)：不連接被試品，合上試驗(yàn)電源，緩慢升壓至略高于試驗(yàn)電壓（如 110%）。在升壓過程中，密切觀察試驗(yàn)設(shè)備的工作情況，檢查測量系統(tǒng)是否準(zhǔn)確，球隙放電電壓是否符合設(shè)定值。若發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止升壓，查明原因并排除故障后，方可繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。通過空升試驗(yàn)，可以提前發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)備自身存在的問題，確保正式試驗(yàn)的順利進(jìn)行。
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正式試驗(yàn)：空升試驗(yàn)完成且無異常后，斷開試驗(yàn)電源，將高壓引線連接到被試變壓器上。再次檢查接線無誤后，接通電源，從零開始緩慢均勻升壓。升壓速率應(yīng)控制在約為 1 - 2% 試驗(yàn)電壓每秒，這樣可以避免電壓突然升高對(duì)變壓器絕緣造成沖擊。在升壓過程中，要持續(xù)密切監(jiān)視高壓回路和儀表指示，仔細(xì)監(jiān)聽被試變壓器內(nèi)部有無異常放電聲、爆裂聲等。
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達(dá)到試驗(yàn)電壓：當(dāng)電壓逐漸升至規(guī)定的試驗(yàn)電壓值時(shí)，依據(jù)分壓器讀數(shù)，開始計(jì)時(shí)并保持 60 秒（除非標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定，例如，某些干式變壓器出廠試驗(yàn)可能規(guī)定為 60 秒，但交接試驗(yàn)可縮短為 15 秒）。在這 60 秒內(nèi)，要持續(xù)觀察電壓表的穩(wěn)定性，允許其有小幅波動(dòng)，但波動(dòng)范圍應(yīng)在合理范圍內(nèi)。同時(shí)，要繼續(xù)監(jiān)聽變壓器內(nèi)部有無異常聲響，觀察電流表指示是否穩(wěn)定，若電流表指示出現(xiàn)明顯突變?cè)龃螅赡鼙硎咀儔浩鞔嬖诮^緣問題。
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降壓與放電：60 秒計(jì)時(shí)結(jié)束后，迅速均勻地將電壓降至零，降壓速度可比升壓稍快。電壓降至零后，立即斷開試驗(yàn)電源，然后使用放電棒對(duì)被試變壓器進(jìn)行充分放電，以確保安全。放電時(shí)，應(yīng)先將放電棒的接地端可靠接地，然后再將放電端與被試變壓器的高壓端接觸進(jìn)行放電，放電時(shí)間應(yīng)足夠長，以確保變壓器內(nèi)部的電荷完全釋放。
3.4 不同繞組的試驗(yàn)接線方式
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高壓繞組耐壓：將高壓繞組所有端子短接后施加電壓，同時(shí)將低壓、中壓繞組（若有）及鐵芯、外殼可靠接地。這樣可以檢測高壓繞組對(duì)地以及與其他繞組之間的絕緣性能。
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低壓繞組耐壓：短接低壓繞組所有端子并施加電壓，高壓、中壓繞組（若有）及鐵芯、外殼可靠接地。通過這種接線方式，能夠檢驗(yàn)低壓繞組的絕緣強(qiáng)度。
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中壓繞組耐壓：短接中壓繞組所有端子加壓，高壓、低壓繞組及鐵芯、外殼接地，以此來測試中壓繞組的絕緣性能。
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不同電壓等級(jí)繞組間耐壓：例如，當(dāng)對(duì)高壓繞組加壓時(shí)，將中壓繞組短接后接地（或反之），低壓繞組和外殼接地。具體的接線方式需查閱相關(guān)的具體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。
四、結(jié)果判斷
4.1 儀表指示判斷
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電流表指示：在正常情況下，若電流表計(jì)指示突然上升，很可能表明被試設(shè)備發(fā)生了擊穿。然而，當(dāng)被試設(shè)備的容抗 Xc 與試驗(yàn)變壓器的漏抗 X 之比等于 2 時(shí)，即便被試設(shè)備擊穿，電流表指示也可能不會(huì)發(fā)生變化，這是因?yàn)榇藭r(shí)回路電抗沒有改變。而當(dāng) Xc 與 XL 的比值小于 2 時(shí)，被試設(shè)備擊穿后，電流表的指示反而會(huì)下降，這是由于回路電抗增大所致。在采用串并聯(lián)補(bǔ)償法或被試設(shè)備容量較大、試驗(yàn)變壓器容量不夠時(shí)，就有可能出現(xiàn)上述異?，F(xiàn)象。因此，在依據(jù)電流表指示判斷時(shí)，需要綜合考慮各種因素。
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電壓表指示：在耐壓試驗(yàn)過程中，電壓表的指示應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定。若電壓出現(xiàn)突然下降，可能意味著變壓器絕緣發(fā)生了擊穿或存在其他嚴(yán)重問題。但有時(shí)，由于試驗(yàn)設(shè)備的問題或外界干擾，也可能導(dǎo)致電壓表指示出現(xiàn)波動(dòng)，此時(shí)需要仔細(xì)分析判斷，排除其他因素的影響。
4.2 控制回路判斷
如果過電流繼電器整定適當(dāng)（一般整定為試驗(yàn)變壓器額定電流的 1.3 - 1.5 倍），當(dāng)被試設(shè)備擊穿時(shí)，過流繼電器會(huì)動(dòng)作，使電源開關(guān)斷開。通過觀察過流繼電器和電源開關(guān)的動(dòng)作情況，可以輔助判斷被試設(shè)備是否被擊穿。但如果整定值過小，在升壓過程中，可能會(huì)因?yàn)楸辉嚻冯娏鬟^大（并非被試設(shè)備擊穿）而導(dǎo)致電磁開關(guān)跳開；若整定值過大，即使被試設(shè)備發(fā)生放電或小電流擊穿，過流繼電器也可能不會(huì)有反應(yīng)。所以，準(zhǔn)確合理地整定過電流繼電器的動(dòng)作值至關(guān)重要。
4.3 異常情況判斷
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聲音異常：在試驗(yàn)過程中，若聽到被試變壓器內(nèi)部發(fā)出清脆響亮的 “當(dāng)、當(dāng)” 放電聲音，類似用金屬物撞擊油箱的聲音，這很可能是由于油隙距離不夠或是電場畸變引起絕緣結(jié)構(gòu)擊穿，此時(shí)往往伴有放電聲，且電流表指示會(huì)發(fā)生突變。當(dāng)重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，放電電壓下降不明顯。若聽到較小的 “當(dāng)、當(dāng)” 放電聲音，表計(jì)擺動(dòng)不大，且在重復(fù)試驗(yàn)時(shí)放電現(xiàn)象消失，這種情況很可能是由于油中有氣泡所致。另外，如果變壓器內(nèi)部有炒豆般的放電聲，而電流表指示穩(wěn)定，這可能是由于懸浮的金屬件對(duì)地放電。通過對(duì)放電聲音的特征進(jìn)行分析，可以初步判斷故障類型。
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冒煙、氣味異常：若在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)被試變壓器冒煙或聞到焦糊味，這表明變壓器內(nèi)部可能發(fā)生了嚴(yán)重的絕緣損壞，如絕緣材料過熱、燃燒等，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，并對(duì)變壓器進(jìn)行詳細(xì)檢查。
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絕緣電阻變化：對(duì)于夾層絕緣或有機(jī)絕緣材料的設(shè)備，耐壓試驗(yàn)后，其絕緣電阻比耐壓前下降 30%，則可認(rèn)為試品不合格。但對(duì)于純陶瓷絕緣或表面以瓷絕緣為主的設(shè)備，其絕緣電阻易受當(dāng)時(shí)氣候條件影響，可酌情處理。在試驗(yàn)前后分別測量絕緣電阻，并對(duì)比其變化情況，是判斷變壓器絕緣性能的重要依據(jù)之一。
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表面放電情況：在試驗(yàn)過程中，若由于空氣濕度、溫度、表面臟污等影響，引起被試品滑閃放電或空氣放電，不應(yīng)直接認(rèn)為被試品不合格。需對(duì)被試品進(jìn)行清潔、干燥處理后，再重新進(jìn)行試驗(yàn)。只有在排除了環(huán)境因素和表面因素的影響后，若仍出現(xiàn)放電現(xiàn)象，才能判定變壓器存在絕緣問題。
4.4 綜合判斷
在對(duì)變壓器工頻耐壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判斷時(shí)，不能僅僅依據(jù)單一的指標(biāo)或現(xiàn)象來確定，而應(yīng)綜合考慮儀表指示、控制回路動(dòng)作情況、異常聲音、氣味、絕緣電阻變化以及表面放電等多方面因素。同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合變壓器的歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況以及其他相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果進(jìn)行全面分析。例如，交流耐壓試驗(yàn)很難檢出變壓器匝間層間等缺陷，此時(shí)就需要匯同其他試驗(yàn)項(xiàng)目，如繞組變形試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)等結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，以得出準(zhǔn)確可靠的結(jié)論。
變壓器工頻耐壓試驗(yàn)作為檢驗(yàn)變壓器絕緣強(qiáng)度的重要手段，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有不可替代的作用。通過合理選擇試驗(yàn)設(shè)備、嚴(yán)格按照規(guī)范的試驗(yàn)方法進(jìn)行操作，并準(zhǔn)確判斷試驗(yàn)結(jié)果，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣存在的問題，為變壓器的維護(hù)、檢修以及更換提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際工作中，技術(shù)人員應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高試驗(yàn)操作水平和結(jié)果分析能力，確保變壓器工頻耐壓試驗(yàn)的有效性和準(zhǔn)確性，從而為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
