技术概述
变压器负载损耗测定是电力设备性能检测中的核心环节之一，直接关系到变压器运行效率、能源损耗评估以及电网经济运行水平的判断。负载损耗，又称为短路损耗或铜损，是指变压器在额定频率下，一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压使电流达到额定值时，变压器所消耗的有功功率。这一参数是衡量变压器能效等级的重要指标，也是计算变压器运行成本的关键数据。
从物理本质上看，负载损耗主要由绕组直流电阻损耗、涡流损耗、杂散损耗以及引线损耗等组成。其中，绕组直流电阻损耗占据主导地位，其大小与绕组导体的电阻率、截面积、长度以及电流的平方成正比。涡流损耗则是由于交变磁通在导体内部感应出涡流而产生的热损耗，其大小与导体的几何形状、材料特性以及磁场分布密切相关。杂散损耗主要来源于漏磁场在结构件中产生的损耗，包括油箱壁、夹件、铁芯拉板等金属部件中的损耗。
变压器负载损耗测定的意义不仅在于验证产品是否符合设计要求和技术标准，更在于为电力系统的经济运行提供基础数据。通过准确的负载损耗测定，可以计算出变压器的效率特性曲线，确定最佳运行负荷区间，为变压器选型、运行调度和节能改造提供科学依据。此外，负载损耗数据还是变压器状态评估和故障诊断的重要参考，异常的负载损耗值可能预示着绕组变形、匝间短路、接触不良等潜在缺陷。
在国际和国内标准体系中，变压器负载损耗测定有着严格的方法和程序规定。国际电工委员会发布的IEC 60076系列标准、美国IEEE C57系列标准以及中国GB/T 1094系列标准都对负载损耗试验的方法、条件、设备要求和结果处理做出了详细规定。这些标准的一致性要求确保了全球范围内测试结果的可比性和权威性，为变压器产品的国际贸易和技术交流奠定了基础。
检测样品
变压器负载损耗测定适用于各类电力变压器产品，涵盖从配电变压器到大型电力变压器的全谱系。根据被测变压器的容量等级、电压等级、结构形式和应用场合的不同，检测样品可分为多个类别，每类样品在检测时需要考虑其特殊性。
- 油浸式电力变压器：这是最常见的变压器类型，采用绝缘油作为冷却和绝缘介质，容量范围从几十千伏安到数十万千伏安不等，广泛应用于输配电网络中。
- 干式变压器：采用空气或其他气体作为绝缘介质，具有防火性能好、维护简单等优点，主要用于对防火要求较高的场所，如高层建筑、地铁、矿井等。
- 配电变压器：容量通常在2500千伏安以下，直接向用户供电，数量庞大，是负载损耗测定工作量最大的产品类别。
- 整流变压器：用于直流输电、电化学工业等领域，具有特殊的绕组结构和阻抗特性，负载损耗测定需要考虑谐波电流的影响。
- 试验变压器：用于高压试验室产生高电压，容量较小但电压等级较高，负载损耗测定有其特殊要求。
- 矿用变压器：采用特殊的防爆结构设计，用于煤矿井下供电，负载损耗测定需要考虑安全防护要求。
在进行负载损耗测定前，检测样品需要满足一定的状态条件。首先，变压器的附件应安装齐全，包括套管、分接开关、冷却装置、保护装置等，确保测试状态与实际运行状态一致。其次，油浸式变压器的绝缘油应达到规定的油位和油质要求，气体继电器内应充满油。再次，变压器应在环境温度相对稳定的环境中静置足够时间，使绕组温度与环境温度达到平衡，通常要求静置时间不少于24小时。最后，应检查变压器的铭牌参数、接线图、分接位置标识等信息是否完整准确，以便正确执行测试程序和计算校正系数。
对于新出厂的变压器，负载损耗测定通常作为例行试验项目，每台产品都需要进行。对于运行中的变压器，负载损耗测定通常作为诊断性试验项目，在发现异常或定期检修时进行。无论是哪种情况，检测样品的准备和状态确认都是保证测试结果准确性和可重复性的前提条件。
检测项目
变压器负载损耗测定的检测项目围绕负载损耗及其相关参数展开，主要包括以下几个方面的内容：
- 负载损耗测量：在额定频率和额定电流条件下，测量变压器短路状态下消耗的有功功率，这是核心检测项目。
- 短路阻抗测量：同时测定短路电压与额定电压的百分比，这是计算变压器并联运行条件和短路电流的重要参数。
- 绕组直流电阻测量：通过测量各绕组的直流电阻，可以计算出电阻损耗分量，并检查绕组连接是否良好。
- 绕组温度测量：确定测试时绕组的实际温度，用于将负载损耗校正到参考温度（通常为75℃或85℃）。
- 损耗分量分析：通过理论计算和测试相结合的方法，将总负载损耗分解为直流电阻损耗、涡流损耗和杂散损耗等分量。
- 不确定度评定：对测量结果进行不确定度分析和评定，给出测量结果的可信度范围。
在具体检测过程中，还需要关注以下技术指标和参数：
额定电流下的负载损耗值应不超过产品技术条件或标准规定的保证值。根据国家标准，负载损耗的允许偏差通常为正偏差，即实测值不应大于保证值乘以允许偏差系数。对于大型变压器，由于制造工艺和材料特性的分散性，标准通常给出一定的允许偏差范围，但总损耗（空载损耗与负载损耗之和）一般不允许出现正偏差。
短路阻抗的测量值与铭牌值的偏差应在规定范围内。短路阻抗是影响变压器并列运行和短路电流计算的关键参数，其偏差过大会导致并列运行时出现环流，或使短路保护整定值出现偏差。一般要求短路阻抗的测量偏差不超过规定值的±10%，对于有特殊要求的场合，偏差限制可能更加严格。
三相变压器的三相直流电阻应基本平衡，不平衡率应满足相关标准要求。通过直流电阻的测量，可以发现绕组断股、接触不良、分接开关故障等缺陷。通常要求相间直流电阻不平衡率不超过2%，线间不平衡率不超过1%。
检测方法
变压器负载损耗测定采用短路试验法，这是国际公认的标准方法。短路试验的基本原理是将变压器一侧绕组短路，另一侧绕组施加降低了的电压，使绕组中流过额定电流，然后测量输入功率即为负载损耗。具体的检测方法和程序如下：
首先，进行试验接线。对于单相变压器，将低压侧（或高压侧）绕组短路，短路导线应有足够的截面积以承受试验电流，且接触电阻应尽量小。对于三相变压器，根据绕组的连接方式（星形或三角形）采用相应的短路方式。如果是星形连接，将三相引出端短接；如果是三角形连接，将三角形的三个顶点短接。短路试验通常在最高额定电压一侧进行测量，另一侧短路。
其次，确定分接位置。短路试验通常在主分接位置进行，如果需要评估其他分接位置的负载损耗，应分别进行测量。分接位置的改变会影响绕组的直流电阻和漏磁分布，从而影响负载损耗值。
再次，施加试验电压。通过调压装置缓慢升高施加电压，直到电流达到额定值。由于变压器的阻抗电压通常只有额定电压的百分之几到百分之十几，因此施加电压远低于额定电压。在升压过程中，应密切监视电流表和功率表的指示，确保各表计读数在正常范围内。
然后，进行数据记录。当电流稳定在额定值后，同时读取电流、电压、功率等参数。为了消除随机误差的影响，应多次读取数据并取平均值。对于三相变压器，应测量三相电流、三相线电压和总功率，检查三相电流是否平衡。如果三相电流不平衡超过规定限值，应查明原因并采取相应措施。
最后，进行温度校正。由于负载损耗与绕组温度密切相关，铜的电阻温度系数约为每摄氏度0.393%，因此必须将测量结果校正到参考温度。参考温度通常规定为75℃（对于油浸式变压器）或相应的绕组平均温升加环境温度。温度校正公式为：校正后的负载损耗等于实测损耗乘以参考温度下电阻与实测温度下电阻的比值，再加上与温度无关的杂散损耗分量。
在进行短路试验时，还需要注意以下技术要点：
- 试验电源应具有足够的容量，能够提供额定电流并保持电压稳定，电源频率应与额定频率一致，偏差不超过规定限值。
- 测量仪表的精度等级应满足标准要求，通常要求电流互感器、电压互感器的精度不低于0.2级，功率表的精度不低于0.5级。
- 短路连接导线的电阻应足够小，并在计算时扣除短路导线的损耗，或采用三功率表法消除短路导线损耗的影响。
- 试验持续时间应尽可能短，以避免绕组发热导致电阻变化，对于大容量变压器，应采用快速测量和数据采集系统。
- 试验环境温度应稳定，记录环境温度、油面温度等温度参数，用于温度校正计算。
除了常规的短路试验方法外，对于特殊类型的变压器或有特殊检测要求的场合，还可以采用以下方法：
变频短路试验法适用于现场测试或试验电源容量不足的场合。通过变频电源调节试验频率，可以在较低电流下测量阻抗参数，然后通过外推法计算额定电流下的负载损耗。但这种方法存在一定的近似性，测量结果的不确定度相对较大。
直流衰减法是一种用于测量绕组直流电阻和时间常数的方法，可以间接推算出交流电阻和负载损耗。这种方法适用于对变压器进行在线监测和故障诊断。
检测仪器
变压器负载损耗测定需要使用一系列精密的测量仪器和试验设备，仪器的精度和性能直接影响测量结果的准确性和可靠性。以下列出主要的检测仪器及其技术要求：
- 调压装置：用于调节试验电压，通常采用感应调压器、移圈调压器或电力电子调压装置。调压装置应具有足够的容量和调压范围，输出电压波形畸变率应满足标准要求，一般不超过5%。
- 试验电源：提供试验所需的电力，可以是工频电源或变频电源。试验电源应具有足够的短路容量，以减小负载变化时的电压波动。电源频率应稳定，与额定频率的偏差不应超过规定限值。
- 电流互感器：用于将大电流转换为适合仪表测量的小电流，精度等级应不低于0.2级。电流互感器的额定一次电流应与试验电流相匹配，二次负载不应超过额定负载。
- 电压互感器：用于将高电压转换为适合仪表测量的低电压，精度等级应不低于0.2级。电压互感器的额定一次电压应与试验电压相匹配。
- 功率分析仪：用于测量输入功率，是负载损耗测量的核心仪器。功率分析仪应具有足够的带宽和精度，能够准确测量非正弦电流、电压条件下的有功功率，精度等级应不低于0.5级。
- 电流表：用于测量试验电流，通常与电流互感器配合使用。电流表的精度等级应不低于0.5级，量程应与试验电流相匹配。
- 电压表：用于测量试验电压，通常与电压互感器配合使用。电压表的精度等级应不低于0.5级。
- 温度测量设备：用于测量环境温度、油面温度、绕组温度等参数。通常采用铂电阻温度计或热电偶，精度应不低于0.5℃。
- 直流电阻测试仪：用于测量绕组直流电阻，通常采用电桥法或电流电压法，测量精度应不低于0.2%。
对于大型电力变压器的负载损耗测定，由于试验容量巨大，需要采用特殊的测试系统和补偿措施：
串联电容器补偿法是在试验回路中串联适当的电容器组，利用电容器的容性无功功率补偿变压器的感性无功功率，从而减小试验电源的容量需求。这种方法可以将电源容量降低到直接试验所需容量的几分之一，大大降低了试验成本。
变频电源试验系统采用电力电子变频器作为试验电源，可以在非工频条件下进行试验。由于变压器的阻抗与频率成正比，适当降低试验频率可以减小试验电压和电源容量。但变频电源的谐波含量可能影响测量精度，需要采用宽频功率分析仪进行测量。
自动化测试系统将调压器、测量仪器、数据采集装置、计算机等设备集成在一起，通过软件控制实现自动调压、自动测量、自动记录、自动计算和自动生成报告。自动化测试系统可以提高测试效率，减少人为误差，是现代变压器检测的发展趋势。
仪器的校准和维护也是保证测量质量的重要环节。所有测量仪器应定期送交有资质的计量机构进行校准，取得校准证书，并在有效期内使用。在使用前应检查仪器的状态，确保其工作正常。对于关键测量仪器，应建立使用记录和维护档案，跟踪其性能变化。
应用领域
变压器负载损耗测定的应用领域十分广泛，涵盖了变压器制造、运行、维护和管理的各个环节，主要包括以下方面：
在变压器制造领域，负载损耗测定是出厂例行试验的重要内容。每台变压器在出厂前都必须进行负载损耗测定，以验证产品是否符合设计要求和技术标准。测量结果将记录在出厂试验报告中，作为产品验收和质量追溯的依据。制造企业通过对负载损耗数据的统计分析，还可以评估生产工艺的稳定性和改进效果。
在电力系统运行领域，负载损耗测定为变压器的经济运行提供基础数据。电力调度部门根据变压器的负载损耗特性和空载损耗特性，制定经济运行方案，合理安排变压器投退和负荷分配，以降低系统总损耗。对于多台变压器并联运行的变电站，需要确保各变压器的短路阻抗相近，负载损耗测定数据是判断能否并列运行的重要依据。
在变压器状态评估领域，负载损耗测定是诊断性试验的重要项目。当变压器出现异常运行工况、经历短路故障或长期运行后，可能存在绕组变形、匝间短路等潜伏性缺陷。通过与历史数据或出厂数据进行比对，负载损耗的异常变化可以反映绕组的状态变化，为故障诊断提供依据。
在节能改造领域，负载损耗测定是能效评估的核心内容。对于老旧变压器，通过负载损耗测定可以评估其能效水平，判断是否需要更换或改造。随着节能标准的不断提高，低损耗变压器正在逐步替代高损耗变压器，负载损耗测定为这一替代进程提供了技术支撑。
在科研开发领域，负载损耗测定是新技术、新材料、新结构验证的重要手段。研究人员通过测量不同设计方案的负载损耗，优化绕组结构、选用优质材料、改进制造工艺，不断推动变压器技术进步。对于新型非晶合金变压器、高温超导变压器等新产品，负载损耗测定更是验证其节能优势的关键试验。
在质量监督领域，负载损耗测定是产品质量监督抽查的重要项目。质量监督部门定期对市场上的变压器产品进行抽检，负载损耗是判断产品合格与否的关键指标之一。不合格产品的曝光和处罚，促进了企业质量意识的提高和行业健康发展。
在国际贸易领域，负载损耗测定结果是产品技术文件的重要组成部分。进口变压器需要提供出厂试验报告，包括负载损耗数据；出口变压器也需要按照国际标准或合同要求进行负载损耗测定。统一的测试方法和标准，为国际技术交流创造了条件。
常见问题
在变压器负载损耗测定的实际工作中，经常会遇到一些技术问题和困惑，以下针对常见问题进行分析和解答：
第一个问题是负载损耗测量值为何与出厂值存在差异。造成这种差异的原因有多种：一是测量条件不同，包括温度、频率、电流等因素的影响；二是测量设备和方法不同，不同实验室的设备精度和试验条件存在差异；三是变压器状态变化，经过运输、安装和运行后，变压器的绕组状态可能发生微小变化；四是数据修约和校正方法不同，不同的数据处理方法可能导致结果的差异。通常认为，如果差异在允许的测量不确定度范围内，则是正常的。
第二个问题是温度校正对负载损耗结果的影响。由于负载损耗与绕组电阻直接相关，而电阻随温度变化，因此温度校正十分关键。如果实测温度与参考温度相差较大，温度校正量可能达到几个百分点。温度测量不准确是造成测量误差的重要原因之一，特别是对于运行中的变压器，绕组温度分布不均匀，确定准确的平均温度比较困难。
第三个问题是三相电流不平衡对测量结果的影响。理想情况下，三相电流应该平衡，但由于电源电压不平衡、变压器三相阻抗不完全对称、短路连接电阻不一致等原因，实际试验中可能存在电流不平衡。如果不平衡度较小，可以取三相电流的平均值进行计算；如果不平衡度较大，应查明原因并采取相应措施，如调整短路连接、改善电源质量等。
第四个问题是负载损耗与短路阻抗的关系。负载损耗和短路阻抗虽然都是在短路试验中测量的参数，但它们的物理意义不同。负载损耗反映的是变压器在短路状态下的有功损耗，主要取决于绕组电阻和涡流效应；短路阻抗反映的是变压器在短路状态下的阻抗大小，主要取决于漏磁通的大小和分布。二者之间存在一定的关联，但没有固定的函数关系。
第五个问题是如何判断负载损耗测量结果是否合格。判断负载损耗是否合格，需要将测量结果校正到参考温度，然后与技术条件或标准规定的保证值进行比较。如果校正后的负载损耗值不超过保证值乘以允许偏差系数，则判定为合格。需要注意的是，负载损耗的保证值通常是在一定条件下给出的，如额定频率、额定电流、特定的分接位置等，判断时应确保测量条件的一致性。
第六个问题是大容量变压器负载损耗测量的试验电源问题。对于大型变压器，短路试验所需的电源容量巨大，可能达到数千千伏安甚至更大。一般试验室难以提供如此大的电源容量，需要采取补偿措施或采用变频试验方法。对于现场试验，受电源条件限制，通常无法进行额定电流下的短路试验，可以采用降低电流或变频的方法进行近似测量。
第七个问题是干式变压器负载损耗测定与油浸式变压器的区别。干式变压器的负载损耗测定方法与油浸式变压器基本相同，但干式变压器的绕组温度测量更加困难，因为无法像油浸式变压器那样通过测量油温来推算绕组温度。干式变压器通常采用埋入式温度传感器直接测量绕组温度，或通过测量直流电阻后计算绕组温度。此外，干式变压器的参考温度与油浸式变压器可能不同，在进行温度校正时需要注意。
通过以上对变压器负载损耗测定各个方面的系统阐述，希望能够为相关技术人员提供有价值的参考，促进检测工作的规范化和标准化，为电力系统的安全、经济运行提供有力保障。
