摘 要：变压器空载试验是变压器重要的试验项目之一，空载试验是在变压器的一个绕组供给额定电压，使铁心中产生额定磁通，通过测量空载电压、空载电流和空载损耗等可发现磁路中的局部或整体缺陷，可作为变压器投入运行时励磁损耗的衡量。另外，空载损耗使变压器在投运后时时刻刻都在产生能源损失，因此通过试验测定后，根据试验结论对变压器的制造、运行方式都具有非常重要的指导作用，把它控制在一定范围内，对变压器的经济运行和节约能源都有重要意义。
关键词：单相变压器；空载试验；变比；励磁参数
1 概述
变压器广泛用于各种大型发电厂、变电所和负荷大小不同的用户中，在电力系统中，用于升压或降压，以减少在电路中的电能损耗，并满足用户对各种电压等级的要求。
空载试验，其目的是检查绕组是否存在匝间短路故障、铁心叠片间的绝缘情况、铁心本体是否有两点接地以及穿心螺杆和压板的绝缘情况，检验制造时采用的原材料。既是对变压器制造情况评判的重要手段，也可以对使用中的变压器做出正确的评估，是对变压器整体做出评判、寿命预测的重要试验之一。空载试验是出厂检验必不可少项目，也是制造厂家、安装单位和用户移交时的重要交接试验，同时也是检修后验证试验项目之一。
空载试验的基本方法是，在低压侧加入额定电压，使铁心中产生磁通，根据仪表数据的测取，计算得到变压器变比k以及励磁参数Zm、Rm、Xm，从而根据空载试验，制定变压器空载特性曲线，得出试验数据。
2 试验设备规划
变压器空载试验，其核心是通过使用交流电压表，交流电流表，智能型功率、功率因数表，三相组式变压器，从而对电压，空载电流，空载功率进行测验，接线时应注意在低压侧进行该试验，使低压侧保持开路状态，副边不可短路，同时，在开始试验之前，需保证电源电压归零，检查试验线路接线是否正确，以免接通线路时烧坏仪表。功率表的连接需保证电流表串接，电压表并接，试验时使用单相变压器进行试验，试验具体步骤应如图1所示。
图1
3 试验步骤设计
试验时，应保证每个电路元件通电良好，接入电路前可检查元件功能是否正常，同时了解每个仪表的量程，防止损坏或对试验数据造成影响。接线如图2所示。
图2
（1）根据线路图接线，完成电路，被测变压器选择三相组式变压器中一只作为单相变压器，其额定容量为PN，已知额定电压U1N/U2N，额定电流I1N/I2N，变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。
（2）选好所有测量仪表的量程，检查调压器旋钮是否向逆时针方向旋转到底，将其输出电压调至零的位置（即逆时针旋转到底），防止在接通电路时毁坏测量仪表。电流、电压表的准确度应不低于0.5级，电流、电压互感器的准确度应不低于0.2级，以提高试验的准确性。
（3）检查电路接线是否正确，同时防止任何设备出现短路情况。功率表的连接必须使其电流线圈和电压线圈两点间的电位差最小。另外，接线时，还应注意电流线圈和电压线圈的极性。必须注意互感器的极性，电流互感器的二次侧不可开路，互感器的外壳及二次绕组一端必须牢固接地。
（4）注意剩磁的影响。一般情况下，铁心中的剩磁对额定电压下的空载损耗的测量不会带来较大的影响。由于在额定电压下，空载电流所产生的磁通能够克服剩磁的作用，使铁心中的剩磁通、随外施空载电流的励磁作用而进入正常的运行状态。若进行空载试验，在加压的开始阶段三相功率表及电流表会出现异常指示。遇到这种情况，施加电压时可多持续一段时间，待电流功率表指示恢复正常后再读数。
（5）线路检查完毕之后，合上交流电源总开关，按下“启动”按钮，接通三相交流电源。此时调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN，然后逐次降低电压电源，在1.2-0.3UN的范围之内，测取变压器的U0、I0、P0。
（6）测取数据时，U=UN点必须测，因为变压器空载试验是用来测量空载损耗的参数的，而空载损耗主要是铁耗，而铁耗大小由变压器自身的性质决定，与负载大小无关，即空载时的损耗等于负载时的铁损耗，但这是在额定电压状态下，如果电压偏离额定值，根据磁化曲线，如图3所示。
图3
由图可知，由于变压器铁心中的磁感应强度处在磁化曲线的饱和段，此时，空载损耗和空载电流都会急剧变化，此时的测量值会与真实值有较大偏差，所以在额定电压下的值必须测，在UN处，选择较为密集的数据，进行测量，提高准确性。
（7）为了计算变比k，在UN下测取的同时，测出高压侧电压数据，进行记录。
注意事项：在单相变压器空载试验中，应注意电压表，电流表，功率表的合理布局，以便接线方便，同时注意各个仪表量程的选择。
4 试验数据分析
4.1 变比计算
由空载试验测变压器高压侧，低压侧电压数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比k。
K=UAX/Uax
4.2 绘制出空载特性曲线（图4）
空载特性曲线U0=f（I0），P0=f（U0）
所以，我们可以根据空载特性曲线，通过对应的电压，得知其对应的空载电流与铁心损耗值。
4.3 计算励磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参数
Rm=P0/I02
Zm=U0/I0
5 试验误差因素分析
5.1 调压器因素
空载试验要求电源有较好的调压特性，在试验中，一般由外部电源通过调压器输出进行空载试验，试验基本上从零开始升压，若电压未调至零，在启动电路时，仪表会因励磁涌动造成一定程度的损坏，造成试验数据的偏差。
5.2 仪表读数
因仪表的制作精准度不同，不同规格的仪表与量程会造成不同的测取数值，在结果计算中造成一定误差。
5.3 元件电阻
测量时，各个仪表，连接导线等都不会是理想状态，所以，其内部有一定的阻值，会对数据造成一定的影响。
6 试验结论
通过空载试验，我们可以得知变压器自身励磁参数的大小，通过数据的分析，得知变压器投入运行时自身损耗的数据，我们所测得的数据应符合有关标准规定所标的数据和规定的偏差。经验告诉我们，各个空载数据偏差应不超过10%，励磁损耗的大小决定于铁心材质的好坏和磁感应强度的大小，在空载试验中，励磁损耗（即励磁参数）是最为重要的，引起励磁损耗增大的原因可能是变压器制造材质不良，片间绝缘不好，铁心中某一部分短等等，此时只需找到引起空载损耗增大的原因即可采取一定措施，进行控制或减少。变压器内部的励磁损耗是影响变压器效率的重要因素，因此，我们必须将其控制在一定范围内，才会实现变压器效益最大化，对变压器经济运行与能源的充分利用都具有重大意义。
根据试验数据，制定变压器空载特性曲线，整理出试验报告，进行纵向和横向的比较分析，对变压器内部绝缘情况、材质情况、制造工艺和技术水平，可以得出基本的评判；对变压器是否可以继续使用提供指导；对使用寿命和年限做出预测；对损耗做到心中有数；对检修维护起到指导作用；对变压器如何经济运行提供参考；对制造工艺的提高、选用原材料的要求都有重要的指导意义。
参考文献
[1]张秀阁，张玲.电机设备运行与维护[M].中国电力出版社，2012.
[2]魏春华，王显文，王承志.变压器试验[M].机械工业出版社，1998.
