电力变压器安全性能测试的温升试验规范解析

电力变压器是电力系统的“心脏”设备，其安全性能直接决定电网运行的稳定性。温升试验作为变压器安全性能测试的核心项目，旨在验证设备在额定负载下的热分布是否符合绝缘耐热要求，是预防绝缘老化、绕组烧损等事故的关键手段。本文基于GB/T 1094.2-2013《电力变压器 第2部分：液浸式变压器的温升》等国家标准，从试验目的、准备、测量到后续流程，逐一解析温升试验的规范要点，为行业人员提供可操作的执行指南。

温升试验的核心目的与安全关联

温升试验的本质是模拟变压器实际运行中的热平衡状态，验证散热设计与绝缘系统的匹配性。变压器运行时，绕组铜损耗（I²R）、铁芯铁损耗（磁滞、涡流）会持续产生热量，若散热能力不足，温度过高将加速绝缘材料老化——例如A级纸绝缘的最高允许工作温度为105℃，超过该温度每10℃，绝缘寿命将减半。因此，温升试验需确保绕组、油面温度不超过标准限值，从根源上规避过热导致的绝缘击穿、油质劣化等安全风险。

以油浸式变压器为例，其绝缘系统由纸-油共同构成：绕组温升过高会使纸绝缘脱水变脆，降低机械强度；油面温升过高则可能导致油分解产生氢气，增加油箱内压力，甚至引发燃爆。温升试验通过量化温度数据，直接反映变压器的热稳定性，是设备出厂前必须通过的“安全门槛”。

试验前的设备与环境准备要求

试验前需完成三项关键准备：一是设备检查，需确认变压器外观无碰撞损伤、密封胶圈无老化开裂，冷却系统（风扇、潜油泵）启停正常，绝缘电阻测试结果符合要求（如10kV变压器的绝缘电阻不应低于300MΩ）；二是环境控制，根据GB/T 1094.2-2013，试验环境温度需在10-40℃之间，相对湿度≤85%，且场地需避免强对流风（风速≤0.5m/s）或阳光直射——若环境温度过低（<10℃），需用加热装置对变压器预加热，确保初始温度与环境一致；三是仪器校准，温度传感器（铂电阻PT100）、电流表、电压表需经计量机构校准，误差≤±0.5℃或±1%，避免测量偏差。

某试验场地曾因通风口未关闭，导致环境风速达2m/s，油面温度测量值比实际低8℃；调整场地后关闭通风口，风速降至0.3m/s，测量数据才回归真实值。

绕组温升的测量方法与规范细节

绕组温升是试验的核心指标，最常用的测量方法为“电阻法”，原理基于金属电阻的温度线性特性：R₂ = R₁ × (T + θ₂) / (T + θ₁)（R₁为冷态电阻，θ₁为冷态环境温度；R₂为热态电阻，θ₂为热态绕组温度；T为材料常数，铜绕组T=235，铝绕组T=225）。绕组温升Δθ=θ₂ - θ₁（环境温度）。

规范对电阻法的操作有严格要求：冷态电阻需在变压器静置24小时后测量，确保绕组温度与环境一致；热态电阻需在试验断开电源后10分钟内完成测量——若延迟超过15分钟，需按“温度下降速率”修正（如铜绕组每分钟下降约0.5℃）。此外，三相绕组的温升差异需≤5K，否则说明绕组绕制存在不平衡（如匝数误差、导线直径不均），需重新检查制造工艺。

以某35kV铜绕组变压器为例：冷态电阻R₁=0.08Ω（θ₁=20℃），试验后热态电阻R₂=0.10Ω，代入公式得θ₂=235×(0.10/0.08-1)+20=235×0.25+20=78.75℃，绕组温升Δθ=78.75-20=58.75K，符合GB/T 1094.2中“A级绝缘绕组温升限值65K”的要求。

油面温升的测试要点与限值标准

油面温升是液浸式变压器的重要指标，测量位置为油箱顶部的“油面温度计座”——需将温度计或传感器插入座内，深度≥100mm，避免接触油箱壁（防止金属导热影响测量）。规范要求油面温度取试验期间的最高值，且油面温升（油面温度-环境温度）需≤55K（A级绝缘）。

需注意避开“局部低温区”：例如强迫油循环变压器，冷却器出口的油温较低，若传感器误装在此处，会导致测量值偏低。正确位置应在油箱顶部的“热油区”（距离冷却器入口≥500mm），确保测量的是油箱内的最高油温。

某20kV强迫油循环变压器，因传感器装在冷却器出口，测量油面温度55℃（环境25℃），温升30K；调整至顶部热油区后，测量温度70℃，温升45K——虽仍在限值内，但更贴近实际运行状态。

试验负载的模拟与加载规则

负载模拟需还原实际工况：一是负载类型，优先采用感性负载（匹配实际滞后功率因数，如0.8），若用阻性负载，需通过并联电容器调整功率因数；二是加载步骤，从0逐步提升至额定负载，每级加载后保持10分钟，确保电流、电压稳定——禁止突然加载，避免绕组受冲击；三是负载稳定性，试验期间负载电流波动≤±5%，否则需调整负载阻抗（如增减电阻器），确保热损耗稳定。

某10kV变压器额定电流100A，加载时从20A开始，每10分钟加20A，直至100A；若加载中电流骤升至110A，需立即减小负载，待电流回到100A后重新计时。

温升试验的持续时间与数据记录要求

试验需持续至“热稳定”：连续3小时内，绕组或油面温度变化≤1K。达到热稳定后，记录以下数据：环境温度、冷态电阻、热态电阻、油面温度、绕组温升、负载电流、输入电压。

数据记录需“定时连续”：试验前记录冷态数据；试验中每30分钟记一次温度、电流、电压；热稳定后每10分钟记一次，共3次。若出现温度骤升（10分钟内升5K），需立即停机检查——可能是负载过载或冷却系统故障。

试验后的冷却与检测流程

试验结束后按四步操作：一是冷却降温，切断负载后保持冷却系统运行（强迫油循环变压器继续开潜油泵），直至油面温度降至环境+10℃以内；二是外观检查，确认油箱无变形、密封处无渗漏、绕组绝缘无烧焦；三是绝缘复测，试验后24小时内测绝缘电阻，结果需≥试验前的80%（若低于，需检查是否过热劣化）；四是数据整理，按规范格式录入报告，包括试验日期、设备编号、标准依据、测试人员，确保可追溯。

某变压器试验后因潜油泵未开，油面温度持续80℃（环境25℃），修复后重新冷却至30℃，绝缘电阻从500MΩ降至450MΩ，符合≥80%的要求。