变压器作为电力系统中的关键设备，其绝缘性能的优劣直接关系到电力系统的安全稳定运行。工频耐压试验作为一种能够有效检验变压器绝缘强度的重要手段，在变压器的制造、安装、检修以及预防性试验等环节中均发挥着不可或缺的作用。通过模拟变压器在实际运行过程中可能遭遇的工频过电压状况，工频耐压试验能够精准检测出变压器主绝缘是否存在集中性缺陷，从而为变压器的安全可靠运行提供坚实保障。本文将对变压器工频耐压试验的方法及结果判断进行深入剖析，以期为相关技术人员提供有益的参考。
一、试验原理
工频耐压试验的核心原理是利用试验变压器将低电压升高至试验所需的高电压，并将其施加于被试变压器的绕组上，持续一定时间。在此期间，密切观察被试变压器是否出现击穿、闪络等异常现象，以此来判断其绝缘性能是否满足要求。这一试验方法模拟了变压器在实际运行中可能面临的工频过电压情况，能够有效检测出主绝缘的集中性缺陷，如主绝缘受潮、开裂、位移、引线距离不够、绕组松动、油隙堵塞、固体绝缘表面爬电等。
在试验过程中，依据电磁感应定律，试验变压器的高压绕组能够产生与电源频率相同的正弦波高电压。当该高电压施加于被试变压器绕组时，会在绕组绝缘中形成电场。若绝缘存在缺陷，在高电场强度的作用下，缺陷处的电场会发生畸变，进而引发局部放电。随着电压的不断升高，局部放电逐渐加剧，最终可能导致绝缘击穿。
二、试验设备
2.1 试验变压器
试验变压器是产生试验所需高电压的关键设备，其额定电压和额定容量必须根据被试变压器的电压等级和容量进行合理选择。通常情况下，试验变压器的额定电压应高于被试变压器的试验电压，额定容量则需满足被试变压器电容电流的需求。例如，对于 10kV 的干式变压器户内型，其工频耐压试验电压为 28kV，此时就需要选用额定电压高于 28kV、额定容量适配的试验变压器。
2.2 调压器
调压器用于调节试验变压器的输入电压，以此实现对输出电压的精确控制。在选择调压器时，其容量应与试验变压器的容量相匹配，并且要能够平滑地调节电压，以确保升压过程的稳定性。常见的调压器有自耦调压器和移圈调压器等，自耦调压器具有结构简单、调节方便等优点，在工频耐压试验中应用较为广泛。
2.3 保护电阻
保护电阻串联在试验变压器的高压输出端与被试变压器之间，主要用于限制试验回路中的短路电流，保护试验设备和被试变压器免受过大电流的损害。保护电阻的阻值应根据试验变压器的额定容量和被试变压器的电容电流进行合理选取，一般可按 0.1～0.5Ω／V（对于大容量的被试品可适当选小些）来确定。例如，若试验电压为 50kV，当高压侧额定输出电流在 100 - 300mA 时，保护电阻可取 0.5 - 1Ω/V（试验电压）；若高压侧额定输出电流为 1A 以上时，保护电阻可取 1Ω/V（试验电压）。在实际应用中，常用水电阻作为保护电阻，管子长度可按 150kV/m 考虑，管子粗细应具有足够的热容量，水阻液通常用蒸馏水加入适量硫酸铜配制成各种不同的阻值。
2.4 测量装置
测量装置用于准确测量试验电压，主要包括高压分压器和测量仪表。高压分压器能够将高电压按一定比例转换为低电压，以便测量仪表进行测量。测量仪表可以是峰值电压表、有效值电压表或示波器等，通过这些仪表能够实时监测试验电压的大小和波形。在试验过程中，必须使用分压器直接在高压侧测量电压，切不可仅依据低压侧读数换算，这是因为试验变压器存在漏抗，会导致容升效应，使得被试品上的电压与低压侧测量电压表上反映出来的电压存在差异。
2.5 球间隙及保护电阻
球间隙与保护电阻共同构成了过电压保护装置。当试验电压超过球间隙的整定值时（一般取试验电压的 110% - 120%），球间隙会放电，从而对被试品起到保护作用，防止因试验电压过高而损坏被试品。球间隙保护电阻可按 1Ω/V（试验电压）选取，其作用是限制球间隙放电时的电流，避免过大电流对设备造成损害。
三、试验方法
3.1 试验前准备
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设备检查：对所有试验设备进行全面检查，确保其完好无损且校验合格，各设备的接线正确牢固。例如，检查试验变压器的外观是否有破损，绕组是否有短路、断路等情况；检查调压器的调节手柄是否灵活，接触是否良好；检查保护电阻、测量装置等设备是否正常工作。
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被试变压器状态确认：将被试变压器本体外壳及非被试绕组可靠接地，确保接地电阻符合要求。同时，将被试绕组所有套管端子短接，油箱（油浸变）或外壳（干式变）接地。此外，必须断开与被试绕组连接的所有外部连线，如母线、避雷器、电流互感器等，并保持足够的安全距离，防止外部因素对试验结果产生干扰。
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前期试验合格确认：在进行工频耐压试验之前，必须先完成绝缘电阻、吸收比 / 极化指数、直流泄漏电流、介质损耗因数（tanδ）、变比、直流电阻等非破坏性试验，并确保这些试验结果均合格。只有在非破坏性试验合格的基础上，才能进行工频耐压试验，以避免对变压器造成不必要的损坏。
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油 / 气状态检查（油浸变）：对于油浸变压器，应确保在注油静置足够时间（参照标准，通常 24 小时以上）后，进行油试验（耐压、tanδ、微水等），只有油试验合格后才能进行工频耐压试验。同时，要检查气体绝缘变压器的气体压力、微水是否合格，确保变压器内部的绝缘介质处于良好状态。
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环境条件记录：记录试验时的环境温度、湿度等参数。不宜在潮湿、污秽的环境下进行试验，因为这些环境因素可能会影响试验结果的准确性。若无法避免在不利环境下试验，必须采取有效的防潮措施，如使用除湿设备降低环境湿度，对被试设备进行清洁处理等。
3.2 试验接线
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基本回路接线：按照试验电源→调压器→试验变压器（或谐振电抗器 + 激励变压器）→保护电阻（R1）→被试变压器（TX）绕组→地的顺序进行接线。确保接线牢固可靠，避免出现松动、虚接等情况，以免在试验过程中产生火花放电，影响试验结果甚至损坏设备。
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测量回路接线：将高压分压器（或电容分压器、测量绕组）与测量仪表（峰值电压表、有效值电压表、示波器）正确连接，构成测量回路。测量回路的接线应尽量短且屏蔽良好，以减少外界干扰对测量结果的影响，确保能够准确测量试验电压。
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保护装置接线：在试验变压器高压侧设置保护球隙，将其放电电压设定为约为试验电压的 110% - 115%，并正确连接过流保护装置。过流保护装置的动作值应根据试验变压器的额定电流进行合理整定，一般可整定为试验变压器额定电流的 1.3 - 1.5 倍，以确保在被试变压器发生击穿等异常情况时，能够及时切断电源，保护设备和人员安全。
3.3 试验步骤
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初步检查：在合上试验电源之前，再次仔细检查接线是否正确、接地是否可靠、安全措施是否到位。确认无误后，将调压器置于零位，准备开始试验。
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空升试验：不连接被试品，合上试验电源，缓慢升压至略高于试验电压（如 110%）。在升压过程中，密切观察试验设备的工作情况，检查测量系统是否准确，球隙放电电压是否符合设定值。若发现异常情况，应立即停止升压，查明原因并排除故障后，方可继续进行试验。通过空升试验，可以提前发现试验设备自身存在的问题，确保正式试验的顺利进行。
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正式试验：空升试验完成且无异常后，断开试验电源，将高压引线连接到被试变压器上。再次检查接线无误后，接通电源，从零开始缓慢均匀升压。升压速率应控制在约为 1 - 2% 试验电压每秒，这样可以避免电压突然升高对变压器绝缘造成冲击。在升压过程中，要持续密切监视高压回路和仪表指示，仔细监听被试变压器内部有无异常放电声、爆裂声等。
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达到试验电压：当电压逐渐升至规定的试验电压值时，依据分压器读数，开始计时并保持 60 秒（除非标准另有规定，例如，某些干式变压器出厂试验可能规定为 60 秒，但交接试验可缩短为 15 秒）。在这 60 秒内，要持续观察电压表的稳定性，允许其有小幅波动，但波动范围应在合理范围内。同时，要继续监听变压器内部有无异常声响，观察电流表指示是否稳定，若电流表指示出现明显突变增大，可能表示变压器存在绝缘问题。
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降压与放电：60 秒计时结束后，迅速均匀地将电压降至零，降压速度可比升压稍快。电压降至零后，立即断开试验电源，然后使用放电棒对被试变压器进行充分放电，以确保安全。放电时，应先将放电棒的接地端可靠接地，然后再将放电端与被试变压器的高压端接触进行放电，放电时间应足够长，以确保变压器内部的电荷完全释放。
3.4 不同绕组的试验接线方式
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高压绕组耐压：将高压绕组所有端子短接后施加电压，同时将低压、中压绕组（若有）及铁芯、外壳可靠接地。这样可以检测高压绕组对地以及与其他绕组之间的绝缘性能。
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低压绕组耐压：短接低压绕组所有端子并施加电压，高压、中压绕组（若有）及铁芯、外壳可靠接地。通过这种接线方式，能够检验低压绕组的绝缘强度。
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中压绕组耐压：短接中压绕组所有端子加压，高压、低压绕组及铁芯、外壳接地，以此来测试中压绕组的绝缘性能。
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不同电压等级绕组间耐压：例如，当对高压绕组加压时，将中压绕组短接后接地（或反之），低压绕组和外壳接地。具体的接线方式需查阅相关的具体标准规定，以确保试验的准确性和规范性。
四、结果判断
4.1 仪表指示判断
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电流表指示：在正常情况下，若电流表计指示突然上升，很可能表明被试设备发生了击穿。然而，当被试设备的容抗 Xc 与试验变压器的漏抗 X 之比等于 2 时，即便被试设备击穿，电流表指示也可能不会发生变化，这是因为此时回路电抗没有改变。而当 Xc 与 XL 的比值小于 2 时，被试设备击穿后，电流表的指示反而会下降，这是由于回路电抗增大所致。在采用串并联补偿法或被试设备容量较大、试验变压器容量不够时，就有可能出现上述异常现象。因此，在依据电流表指示判断时，需要综合考虑各种因素。
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电压表指示：在耐压试验过程中，电压表的指示应保持相对稳定。若电压出现突然下降，可能意味着变压器绝缘发生了击穿或存在其他严重问题。但有时，由于试验设备的问题或外界干扰，也可能导致电压表指示出现波动，此时需要仔细分析判断，排除其他因素的影响。
4.2 控制回路判断
如果过电流继电器整定适当（一般整定为试验变压器额定电流的 1.3 - 1.5 倍），当被试设备击穿时，过流继电器会动作，使电源开关断开。通过观察过流继电器和电源开关的动作情况，可以辅助判断被试设备是否被击穿。但如果整定值过小，在升压过程中，可能会因为被试品电流过大（并非被试设备击穿）而导致电磁开关跳开；若整定值过大，即使被试设备发生放电或小电流击穿，过流继电器也可能不会有反应。所以，准确合理地整定过电流继电器的动作值至关重要。
4.3 异常情况判断
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声音异常：在试验过程中，若听到被试变压器内部发出清脆响亮的 “当、当” 放电声音，类似用金属物撞击油箱的声音，这很可能是由于油隙距离不够或是电场畸变引起绝缘结构击穿，此时往往伴有放电声，且电流表指示会发生突变。当重复进行试验时，放电电压下降不明显。若听到较小的 “当、当” 放电声音，表计摆动不大，且在重复试验时放电现象消失，这种情况很可能是由于油中有气泡所致。另外，如果变压器内部有炒豆般的放电声，而电流表指示稳定，这可能是由于悬浮的金属件对地放电。通过对放电声音的特征进行分析，可以初步判断故障类型。
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冒烟、气味异常：若在试验过程中发现被试变压器冒烟或闻到焦糊味，这表明变压器内部可能发生了严重的绝缘损坏，如绝缘材料过热、燃烧等，应立即停止试验，并对变压器进行详细检查。
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绝缘电阻变化：对于夹层绝缘或有机绝缘材料的设备，耐压试验后，其绝缘电阻比耐压前下降 30%，则可认为试品不合格。但对于纯陶瓷绝缘或表面以瓷绝缘为主的设备，其绝缘电阻易受当时气候条件影响，可酌情处理。在试验前后分别测量绝缘电阻，并对比其变化情况，是判断变压器绝缘性能的重要依据之一。
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表面放电情况：在试验过程中，若由于空气湿度、温度、表面脏污等影响，引起被试品滑闪放电或空气放电，不应直接认为被试品不合格。需对被试品进行清洁、干燥处理后，再重新进行试验。只有在排除了环境因素和表面因素的影响后，若仍出现放电现象，才能判定变压器存在绝缘问题。
4.4 综合判断
在对变压器工频耐压试验结果进行判断时，不能仅仅依据单一的指标或现象来确定，而应综合考虑仪表指示、控制回路动作情况、异常声音、气味、绝缘电阻变化以及表面放电等多方面因素。同时，还应结合变压器的历史试验数据、运行状况以及其他相关试验项目的结果进行全面分析。例如，交流耐压试验很难检出变压器匝间层间等缺陷，此时就需要汇同其他试验项目，如绕组变形试验、局部放电试验等结果进行综合判断，以得出准确可靠的结论。
变压器工频耐压试验作为检验变压器绝缘强度的重要手段，对于保障电力系统的安全稳定运行具有不可替代的作用。通过合理选择试验设备、严格按照规范的试验方法进行操作，并准确判断试验结果，能够及时发现变压器绝缘存在的问题，为变压器的维护、检修以及更换提供科学依据。在实际工作中，技术人员应不断积累经验，提高试验操作水平和结果分析能力，确保变压器工频耐压试验的有效性和准确性，从而为电力系统的安全运行保驾护航。
