基本电磁感应原理根基
串级式试验变压器的基础原理建立在电磁感应之上。当工频电源输入操作箱（或操作台），自耦调压器发挥作用，对电压进行调节后，将其输入至试验变压器的初级绕组。依据电磁感应定律，处于交变磁场中的导体，会产生感应电动势，其数值与磁通量的变化率成正比。初级绕组通入交流电，在铁芯中产生交变磁通，次级绕组因处于该交变磁通环境，便会感应出高电压。例如，当单台试验变压器初级绕组输入 220V 交流电，若初次级绕组匝数比为 1:100，那么次级绕组就能输出 22000V 的高电压。
独特的绕组设计考量
为了同时满足一个变压器电压较高电流较小与电流较低电流较大之间的矛盾，串级式试验变压器在绕组设计上独具匠心。它将高压绕组分成两个来绕，一个是适配较大电流的绕组，另一个是适配较小电流的绕组，随后把这两个绕组串接并分别引出。如此一来，在不同的测试需求下，变压器能够灵活应对。比如在一些对电压要求高但对电流要求相对低的绝缘测试场景中，能确保输出稳定的高电压；而在对电流有一定要求的场合，通过合理设计的双绕组结构，也能保障设备的正常运行。
串级结构实现高电压输出
当需要获取更高电压时，串级的方法便应运而生。以三级串级试验变压器为例，其原理接线图呈现出精妙的结构。在这个系统中，三台变压器协同工作，它们的容量和电压关系遵循特定规则：P1=2P2=3P3，U（总）=1U+2U+3U。具体来说，低压电源加在第一级试验变压器 I 的初级绕组 a1x1 上，每台试验变压器 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 的输出电压都是 V。第一级试验变压器 I 的励磁绕组 A1、C1 为第二级试验变压器 Ⅱ 的初级绕组供电，第二级试验变压器 Ⅱ 的励磁绕组 A2、C2 则给第三级试验变压器 Ⅲ 的初级绕组供电。由于各级变压器的工作状态不同，第二级试验变压器 Ⅱ 和第三级试验变压器 Ⅲ 的箱体分别处在对地为 1V 和 2V 的高电位上，所以这两个箱体对地必须绝缘，而第一级试验变压器 I 的箱体接地。如此一来，第一级、第二级、第三级试验变压器对地的额定输出电压分别为 1V、2V、3V，其额定容量分别为 3P、2P、1P 。这种串级结构极大地拓展了试验变压器的电压输出范围，能够满足诸如特高压设备测试等对高电压的严苛需求。
串级式试验变压器的使用方法
前期准备工作要点
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接线连接：按照清晰明确的接线示意图，细致地接好工作线。这其中，务必将 “高压尾” 可靠接地，这是保障设备安全运行的关键一步。例如，在实际操作中，若高压尾接地不可靠，一旦发生漏电等异常情况，将会对操作人员和设备造成极大的安全威胁。
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调压器归零：在接通电源之前，必须先将操作箱（台）的调压器调至零位。这就如同汽车启动前要确保挡位在空挡一样，是保障设备平稳启动的必要操作。如果调压器未归零就接通电源，可能会导致瞬间电流过大，损坏设备元件。
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检查设备状态：对整个试验系统进行全面检查，包括变压器外观有无破损、各连接部位是否紧固、仪表是否正常显示等。比如，若发现变压器外壳有裂缝，可能会导致内部绝缘油泄漏，影响变压器的绝缘性能，此时就需要及时修复或更换设备。
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计算并设置参数：根据不同被试品的容量、电压等级，精确计算好最大工作电流，并合理调整电流保护器。例如，当测试一台容量为 100kVA、电压等级为 10kV 的电气设备时，通过相关公式计算出其正常工作电流，然后将电流保护器设置在合适的保护值，以防止过流对设备造成损坏。
操作流程规范
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接通电源：完成前期准备工作后，接通电源，此时绿色指示灯亮起，表示电源已成功接通。
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启动设备：按下启动按钮，红色指示灯随即亮起，这表明变压器已通电，进入等待升压状态。
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均匀升压：以 1.5 - 2KV/S 的速度，沿顺时针方向均匀旋转调压器手柄进行升压。在升压过程中，操作人员需要全神贯注，密切注意仪表指示及被试品情况。比如，观察电压表的读数是否按照预期上升，电流表的数值是否在正常范围内，同时留意被试品有无异常声响、冒烟等情况。一旦发现泄露电流过大或被试品击穿等异常，过流保护继电器会迅速切断电源，此时应立即停止升压操作。
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计时与观察：当电压升至所需的高压电压值时，及时按下计时按钮，开始记录耐压时间。在此期间，持续密切关注被试品的状态，确保其在规定的试验电压下能够稳定运行。例如，在进行 1 分钟的耐压测试时，要时刻观察被试品是否能承受住该电压，有无绝缘击穿等问题出现。
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降压操作：试验完毕，应匀速将调压器调至零位，随后按下停止按钮，结束试验。这一过程如同汽车停车时要缓慢减速一样，避免因突然降压产生的冲击对设备造成损害。
特殊情况应对与注意事项
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过流保护：在升压或耐压试验过程中，若出现短路、闪络、击穿、过压等过电流情况，电流继电器会迅速保护跳闸，调压器自动断电，这表明被试品不合格。此时，操作人员应立即将调压器回零，切断电源，对被试品进行详细检查，分析不合格的原因，如是否存在绝缘老化、内部短路等问题。
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直流高压试验：在进行直流高压试验时，微安表安装在高位，除了配备屏蔽盒外，还设有过流自动保护装置，以防止突发性击穿短路或放电时损坏仪表。例如，当被试品在直流高压下发生击穿时，过流自动保护装置会迅速动作，保护微安表不受损坏。
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串级使用注意：当多台试验变压器作串级连接时，要特别注意变压器上的标记，确保极性连接正确，以保证输出预定的电压。若极性连接错误，可能会导致输出电压为零，无法完成试验。同时，要注意各级变压器之间的容量匹配和电压关系，如前所述，各级变压器的容量应满足一定的比例关系，以确保整个串级系统的稳定运行。
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设备维护保养：定期对串级式试验变压器进行维护保养，包括检查绝缘油的油位和油质、清洁设备表面的灰尘和污垢、紧固各连接部位等。例如，每隔一定时间检查绝缘油的颜色和气味，若发现油质变差，应及时进行过滤或更换，以保证变压器的绝缘性能。
