变压器能标检测涉及的空载损耗与负载损耗测定

变压器作为电力系统中电能传输的核心设备，其能效水平直接影响全网能耗效率，而能标检测是评估变压器能效的关键环节。在能标检测中，空载损耗与负载损耗的测定是核心指标——空载损耗反映变压器无负载运行时的铁芯能耗，负载损耗体现带负载时的绕组及杂散能耗，两者共同决定了变压器的总运行损耗。准确测定这两类损耗，既是验证产品是否符合GB 20052等能效标准的基础，也是优化变压器设计、降低运行成本的重要依据。本文将系统拆解空载损耗与负载损耗测定的原理、影响因素及操作要点，为检测实践提供具体指导。

空载损耗测定的基本原理

空载损耗又称“铁损”，是变压器在额定电压、额定频率下空载运行时的输入功率损耗，主要由铁芯的磁滞损耗与涡流损耗组成。磁滞损耗源于铁芯材料在交变磁场中反复磁化的磁畴翻转能量消耗，其大小与铁芯材质的磁滞回线面积、磁化频率及磁通密度成正比；涡流损耗则是铁芯中感应的涡流在电阻上产生的损耗，与铁芯厚度的平方、电压频率的平方及铁芯导磁率呈正相关。

在空载试验中，检测人员需向变压器一侧绕组施加额定频率的额定电压（另一侧保持开路），测量输入功率——此时绕组中的空载电流极小（通常≤5%额定电流），对应的铜损可忽略不计，输入功率几乎全部用于补偿铁损。需注意的是，空载损耗测定需排除试验回路中的杂散损耗（如试验导线、仪器的损耗），通常通过校准试验设备或采用屏蔽措施将这类损耗控制在实测值的1%以内。

空载损耗测定的关键影响因素

电压波形是空载损耗测定的首要影响因素。理想情况下应施加正弦波电压，但实际电网或试验电源可能存在波形畸变（如谐波含量），谐波电压会使铁芯的磁滞与涡流损耗显著增加——例如，当电压中含有3次谐波且含量达5%时，空载损耗可能上升10%~15%。因此，试验需使用波形畸变率≤5%的电源（符合GB/T 1094.1的要求）。

铁芯材质与结构也直接影响损耗结果。高磁感取向硅钢片（如HiB钢）的磁滞损耗远低于普通硅钢片，而铁芯的叠片间隙过大、夹紧力不均会导致磁路饱和，增加局部损耗。例如，叠片间的绝缘漆膜破损会使涡流在更大范围内流通，涡流损耗可能翻倍。

环境温度与铁芯温度同样需关注。虽然空载损耗的温度系数较小（约0.005/℃），但试验标准要求将结果折算至参考温度（通常为75℃或100℃，依铁芯材质而定），避免温度差异导致的结果偏差——例如，若试验时铁芯温度为25℃，需将实测值乘以1.25（(75+235)/(25+235)）折算至75℃。

空载损耗测定的操作要点

试验接线需遵循“低压侧施加电压、高压侧开路”的原则（对于降压变压器），以降低试验电压的安全风险。若为三相变压器，需确保三相电压平衡（偏差≤1%），否则会导致铁芯磁路不对称，增加损耗测量误差——例如，某相电压偏低10%，该相铁芯的磁通密度下降，会使整体空载损耗偏小5%左右。

电压调节需缓慢稳定，避免电压突变引起铁芯磁饱和。测试人员应使用自动电压调节器（AVR）维持电压在额定值的±0.5%范围内，待电压稳定5分钟后再记录数据——这是因为铁芯的磁滞效应需要时间达到稳定状态，过早记录会导致结果偏高1%~3%。

测量仪器的选择需匹配空载试验的低功率因数特性。由于空载时变压器的功率因数通常≤0.1，需使用低功率因数功率表（精度等级≥0.5级），并确保电流互感器（CT）与电压互感器（PT）的变比与测量范围匹配——例如，若空载电流为2A，需选择变比为5A的CT，避免小信号下的测量误差。

负载损耗测定的基本原理

负载损耗是变压器带额定负载运行时的总有功损耗，主要由两部分组成：一是绕组导体的电阻损耗（铜损），与电流的平方、绕组电阻成正比；二是漏磁场引起的杂散损耗，包括绕组附近金属部件（如夹件、油箱）的涡流损耗及绕组本身的附加损耗（如导线的趋肤效应损耗）。

负载损耗的测定需通过“短路试验”实现——将变压器一侧绕组短路，另一侧施加电压使短路电流达到额定值，此时测得的输入功率即为负载损耗（需扣除试验回路的损耗）。需注意的是，负载损耗中的铜损会随温度变化，因此需折算至参考温度（通常为75℃，对于铜绕组），而杂散损耗的温度系数较小（约0.001/℃），可忽略不计。

负载损耗测定的关键影响因素

电流波形的畸变是负载损耗的主要干扰源。当试验电流中含有谐波时，绕组的有效电阻会因“趋肤效应”与“邻近效应”增大——例如，5次谐波电流会使铜损增加约25%（因电阻随频率平方增长）。因此，试验电流的谐波含量需≤3%（符合GB/T 1094.5的要求）。

绕组温度直接影响铜损的计算结果。铜的电阻温度系数为0.00393/℃，若试验时绕组温度为40℃，需将实测铜损乘以1.15（(75+235)/(40+235)）折算至75℃——温度测量误差1℃，会导致铜损结果偏差0.4%左右。

短路阻抗的偏差也会影响负载损耗。若变压器的短路阻抗大于设计值，施加额定电流所需的试验电压会更高，可能导致杂散损耗增加——例如，短路阻抗增大5%，杂散损耗可能增加10%，因漏磁场强度随电压升高而增大。

负载损耗测定的操作要点

短路试验的接线需遵循“高压侧施加电压、低压侧短路”的原则（对于降压变压器），以利用高压侧的低电流特性（因短路阻抗较大）。短路接线需采用低阻抗导线（如铜排），避免导线电阻引入额外损耗——通常要求短路导线的电阻≤变压器绕组电阻的1%，否则会使实测负载损耗偏大2%以上。

电流调节需逐步提升至额定值，避免电流冲击损坏绕组。测试人员应通过调压器缓慢增加电压，使短路电流达到额定值的±1%范围内，稳定3分钟后记录数据——此时绕组温度已趋于稳定，可准确测量损耗。

温度测量需精准。对于油浸式变压器，可通过测量顶层油温度结合绕组对油的温差（约10℃）估算绕组温度；对于干式变压器，需直接用热电偶贴附在绕组表面测量，确保温度数据的准确性——例如，若顶层油温度为50℃，绕组温度约为60℃，需将铜损折算至75℃时，需乘以1.06（(75+235)/(60+235)）。

两类损耗测定的结果关联与验证

空载损耗与负载损耗的测定结果并非独立，两者之和应接近变压器的“总损耗”（额定负载下的总运行损耗），且需符合能效标准的限值要求（如GB 20052-2020中“能效1级”的损耗限值）。例如，一台10kV/400V、1000kVA的油浸式变压器，空载损耗限值为1.7kW，负载损耗限值为10.3kW，总损耗限值为12.0kW，若实测空载损耗为1.6kW、负载损耗为10.1kW，总损耗11.7kW，即符合要求。

测试人员需通过“损耗分离法”验证结果的准确性：将空载损耗中的铁损与负载损耗中的铜损、杂散损耗分别计算，与实测值对比——例如，铁损可通过铁芯材质的损耗曲线（厂家提供）计算（如某硅钢片的单位铁损为1.0W/kg，铁芯质量为1500kg，则铁损为1500W），铜损可通过绕组电阻与额定电流的平方计算（如绕组电阻为0.01Ω，额定电流为1443A，则铜损为0.01×1443²≈20.8kW？不对，1000kVA的变压器，高压侧额定电流是1000/(√3×10)=57.7A，所以铜损应该是I²R=57.7²×0.1≈333W？哦，之前的例子错了，得纠正，比如某1000kVA变压器的高压绕组电阻为0.1Ω，额定电流为57.7A，则铜损为57.7²×0.1≈333W，加上杂散损耗约100W，总负载损耗约433W？不对，实际负载损耗对于1000kVA变压器应该是几千瓦，比如GB 20052里1000kVA油浸式变压器能效1级的负载损耗是10.3kW，所以绕组电阻应该是R=P/(I²)=10300/(57.7²)≈3.1Ω，这样才对。所以例子要准确：例如，某1000kVA变压器的高压绕组电阻为3.1Ω，额定电流为57.7A，铜损为57.7²×3.1≈10300W，与负载损耗限值一致，若实测负载损耗为10100W，偏差≤2%，说明测定准确。

在实际检测中，若空载损耗实测值远高于理论值，需检查铁芯是否存在多点接地（会导致涡流损耗剧增——例如，铁芯接地电流达1A，涡流损耗会增加1000W以上）；若负载损耗实测值偏高，则需排查绕组是否存在匝间短路（会增加铜损——例如，某匝短路会使绕组电阻下降5%，铜损增加10%），通过这类关联分析可快速定位测定中的异常情况。