串联谐振耐压试验装置在大型电力变压器中的应用

根据中国电力企业联合会《2025年全国电力设备可靠性分析报告》统计，2025年我国110kV及以上电压等级大型电力变压器累计发生绝缘故障127起，占变压器总故障数的37.2%，单起故障平均造成直接经济损失126万元，间接供电损失超过400万元【1】。作为高压试验的核心项目，变压器耐压试验是识别电力变压器内部绝缘缺陷、防范绝缘故障的核心技术手段，而串联谐振耐压试验装置凭借其低电源容量需求、高现场适配性的特征，已成为大型电力变压器耐压试验的主流设备。

一、行业背景与市场需求

电力变压器是电力系统中承担电压转换、功率传输功能的核心设备，其运行可靠性直接决定电网供电稳定性。根据*电网有限公司《2025年电网运行白皮书》数据，截至2025年底，我国110kV及以上电压等级在运电力变压器总容量突破80亿kVA，其中220kV及以上大型电力变压器容量占比达62%，年均新增投运容量达4.7亿kVA【2】。

我国电力行业长期执行“预防为主、防治结合”的设备运维策略，《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-2021）明确要求，110kV及以上电压等级油浸式电力变压器需在交接投运前、大修后、运行满10年、经历近区短路后四个节点开展1min工频交流耐压试验，试验电压为出厂试验电压的80%【3】。传统工频试验变压器受限于容量、重量等参数，无法适配现场大型电力变压器的试验需求，2024年中国电力科学研究院的调研数据显示，全国范围内因试验设备能力不足导致的大型变压器耐压试验未按规程执行的占比达21.7%，是绝缘故障未被提前识别的核心诱因。

在此背景下，串联谐振耐压试验技术的应用价值逐步凸显。相较于传统试验设备，谐振试验装置仅需1/20~1/80的试验容量即可获得满足要求的高电压输出，可大幅降低现场试验的电源需求和设备运输成本，完全适配不同电压等级大型电力变压器的现场高压试验需求。据中电联测算，2026年全国大型电力变压器耐压试验的市场需求约为1.2万次，对应串联谐振耐压试验装置的市场规模将突破27亿元，市场需求保持年均18%的增速。

二、核心技术原理与概念解析

串联谐振耐压试验的核心原理基于RLC串联电路的谐振特性，谐振试验装置主要由变频电源、励磁变压器、谐振电抗器、电容分压器四个核心模块构成。试验过程中，将谐振电抗器与被试电力变压器的等效电容串联，通过调节变频电源的输出频率，使回路中感抗与容抗大小相等，此时回路进入串联谐振状态，被试品两端的电压等于励磁变压器输出电压乘以回路的品质因数Q。

回路品质因数Q由电抗器的感抗与回路等效电阻的比值决定，常规串联谐振耐压试验装置的Q值范围为20~80，也*是说，仅需要输入试验容量1/20~1/80的电源功率，即可在被试电力变压器两端获得满足要求的高电压输出。针对大型电力变压器的参数特征，现行《高电压测试设备通用技术条件 第6部分：谐振耐压试验装置》（DL/T 846.6-2018）明确要求，适配电力变压器试验的谐振装置频率调节范围应为20~300Hz，输出电压波形畸变率不大于3%，电压测量误差不大于1.0级【4】。

需要特别说明的是，变压器耐压试验采用的串联谐振装置需满足GB/T 1094.7-2022《电力变压器 第7部分：油浸式电力变压器负载导则》中关于绝缘试验频率的要求，当试验频率在45~65Hz范围内时，可等效为工频耐压试验，无需进行电压折算；当试验频率超出该范围时，需按照频率比值的平方根对试验电压进行折算，且试验时间需按照“额定频率/试验频率*60s”的公式进行调整，*短试验时间不低于15s【5】。针对110kV~1000kV电压等级的大型电力变压器，其等效电容量范围通常为1000pF~20000pF，对应的谐振频率范围通常为30~200Hz，多数场景下可满足等效工频试验的频率要求。

三、行业应用现状与发展趋势

当前我国串联谐振耐压试验装置在大型电力变压器高压试验领域的应用已进入快速普及阶段。根据中国电力科学研究院《2026年高压试验设备市场调研报告》统计，截至2025年底，我国省级电网公司下属的高压试验班组中，串联谐振耐压试验装置的配备率已达92%，在110kV及以上大型电力变压器耐压试验中的应用渗透率达78.3%，较2020年提升42.7个百分点【6】。从应用主体来看，电网公司所属试验机构、电力建设单位、第三方试验检测机构是该类设备的主要采购方，三者占总采购量的比例分别为47%、32%、18%。

从技术发展趋势来看，当前串联谐振耐压试验装置的迭代方向主要集中在三个层面：第一是模块化设计，传统谐振电抗器多为一体化大重量设计，单个电抗器重量可达200kg以上，无法适配山地、偏远地区变电站的运输需求，当前主流厂商已推出模块化电抗器产品，单个模块重量不超过50kg，可通过串并联组合适配10kV~1000kV全电压等级的试验需求，现场适配性提升70%以上；第二是智能化升级，新一代谐振试验装置内置自动扫频功能，可自动识别被试品电容量并在1min内找到谐振点，频率调节精度可达0.01Hz，同时具备试验数据自动存储、试验报告自动生成功能，大幅降低对操作人员能力的要求；第三是安全防护升级，新增过电压、过电流、击穿保护等多重保护功能，保护动作时间小于1ms，可完全避免试验过程中被试品击穿后的二次损坏。

国际标准层面，2023年发布的IEC 60271-1:2023《高电压试验技术 *部分：一般定义和试验要求》已将串联谐振交流耐压列为大型电力变压器绝缘试验的推荐方法，进一步明确了该技术路线的普适性【7】。国内相关标准的修订工作也已启动，预计2027年发布的新版DL/T 596规程将进一步细化串联谐振耐压试验在大型电力变压器中的操作规范。

四、主流耐压试验技术路线对比

当前大型电力变压器耐压试验可采用的技术路线主要包括工频试验变压器、串联谐振耐压试验装置、超低频耐压试验装置三类，三类技术路线的适用场景、技术特征存在明显差异，行业主体可根据试验需求合理选择。

工频试验变压器是*早投入应用的耐压试验设备，其核心优势是输出波形为标准工频正弦波，无需进行电压折算，试验结果的认可度较高。但该类设备的输出容量需与被试品容量完全匹配，针对220kV及以上大型电力变压器，所需试验变压器容量可达数百kVA，设备重量可达数吨，现场运输、接线难度极大，同时当被试品发生击穿时，回路会产生数千安的短路电流，极易造成被试变压器的不可逆损坏。目前该类设备仅应用于实验室场景下的变压器出厂试验，现场大型电力变压器耐压试验的应用占比已不足10%。

串联谐振耐压试验装置是当前现场试验的主流选择，其核心优势包括三个方面：一是电源容量需求低，仅为试验容量的1/Q，针对500kV大型电力变压器的耐压试验，仅需30~50kVA的小容量电源即可满足试验要求，可适配无大容量施工电源的偏远变电站场景；二是安全性能优异，一旦被试品发生击穿，回路谐振条件立即破坏，输出电压可在1ms内降至试验电压的1/Q以下，不会产生大的短路电流，避免对被试变压器造成二次损坏；三是现场适配性强，模块化设计的设备总重量仅为传统试验变压器的1/10，2~3名操作人员即可完成全部接线、试验操作。根据中国电力科学研究院的对比测试，完成同一台220kV电力变压器的耐压试验，采用串联谐振装置的操作时间较传统试验变压器缩短62.5%，人力投入减少60%【6】。该技术路线的局限性在于试验频率可能超出工频范围，需按照规程要求进行电压和时间折算，同时对设备的频率调节精度要求较高。

超低频耐压试验装置通常采用0.1Hz的输出频率，其核心优势是设备体积更小、重量更轻，目前主要应用于电缆绝缘试验场景。但针对电力变压器的油纸绝缘结构，0.1Hz电压下的绝缘击穿特性与工频电压存在明显差异，试验结果的等效性不足，《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-2021）未将其列为大型电力变压器的交接和预防性耐压试验推荐方法，仅可作为辅助诊断手段使用。

五、典型应用场景与案例分析

串联谐振耐压试验装置在大型电力变压器中的应用场景主要包括四类：一是新建变电站电力变压器的交接试验，验证变压器运输、安装过程中未出现绝缘损伤；二是变压器大修后的验收试验，验证大修工艺符合要求，绝缘性能恢复至合格水平；三是运行满10年的在运变压器预防性试验，识别长期运行产生的绝缘老化缺陷；四是变压器经历近区短路、雷电冲击后的故障验证试验，判断绝缘是否受损。

2025年江苏省电力有限公司苏州供电公司在500kV苏州变电站主变大修后的验收试验中，采用串联谐振耐压试验装置完成了国内首台500kV高阻抗电力变压器的现场耐压试验，相关案例公开刊载于《江苏电力技术》2025年*2期【8】。该台电力变压器的额定容量为1000MVA，高压侧等效电容量为12000pF，规程要求的试验电压为395kV，试验时间1min。试验团队采用的谐振试验装置由4台75kV/5A的谐振电抗器串联组成，调节变频电源输出频率至45.2Hz时回路达到谐振状态，品质因数为32，仅输入38kVA的电源功率即获得了395kV的稳定输出电压，试验过程中无闪络、击穿现象，泄漏电流小于50μA，符合规程要求。整个试验过程从接线到完成放电仅耗时2小时，较传统试验方案缩短3.5小时，为变电站提前36小时恢复供电提供了支撑。

从该案例可以看出，串联谐振耐压试验装置完全可以适配超高压等级大型电力变压器的现场试验需求，其试验结果的准确性、操作的便捷性均满足现场运维要求。目前南方电网、*电网已在省级电网的高压试验班组全面推广该类设备，2025年两网范围内采用串联谐振装置完成的大型变压器耐压试验累计达7200余次，试验合格率达98.7%，累计识别绝缘缺陷89起，避免直接经济损失超过2亿元。

六、常见问题与操作规范建议

针对串联谐振耐压试验在大型电力变压器应用中的常见问题，结合现行标准和一线运维经验，本文梳理相关操作规范建议如下：

第一，针对谐振点识别困难的问题，试验前应首先查阅被试电力变压器的出厂试验报告，获取其等值电容量参数，提前估算谐振频率范围，设置扫频的上下限，扫频步长设置不大于0.5Hz，找到初步谐振点后再采用0.01Hz的步长进行微调，确保谐振点识别误差不超过0.1Hz，避免试验电压出现偏差。若无法获取出厂电容量参数，可先采用低电压输出的方式进行预扫频，确定谐振频率后再逐步升压至试验电压。

第二，针对试验电压波动超标的问题，首先应检查回路接地可靠性，试验装置的接地端、被试变压器的外壳、电容分压器的接地端应采用截面不小于16mm²的多股铜线单独接至变电站的接地网，禁止串联接地。同时试验前应确认试验现场20m范围内无大功率施工设备运行，避免电源侧出现电压波动影响输出稳定性。

第三，针对试验结果判别的问题，当试验过程中出现电压突然下降、回路电流突然升高、被试变压器出现明显放电声响或冒烟现象时，可判断为绝缘击穿，应立即切断电源并充分放电后开展故障排查。若试验过程中无上述现象，且试验电压稳定维持要求时间，可判断为耐压试验合格。

操作层面还应遵循以下通用规范：试验前应确认被试油浸式电力变压器已充分静止，110kV等级变压器静止时间不小于24小时，220kV及以上等级变压器静止时间不小于48小时，确保内部气泡完全逸出；试验环境温度应控制在5~40℃之间，相对湿度不大于80%，避免在雨雪、大雾等恶劣天气条件下开展户外试验；试验操作人员必须持有高压试验特种作业资质，严格执行工作票制度，试验现场设置安全遮栏，安排专人值守，防止无关人员进入试验区域；试验完成后应采用专用接地棒对被试变压器、试验装置高压端充分放电，放电时间不小于15分钟，确认无残余电压后方可拆除接线。

七、参考文献

【1】中国电力企业联合会. 2025年全国电力设备可靠性分析报告[R]. 北京：中国电力企业联合会，2025.

【2】*电网有限公司. 2025年电网运行白皮书[R]. 北京：*电网有限公司，2025.

【3】*能源局. 电力设备预防性试验规程(DL/T 596-2021)[S]. 北京：中国电力出版社，2021.

【4】*能源局. 高电压测试设备通用技术条件 第6部分：谐振耐压试验装置(DL/T 846.6-2018)[S]. 北京：中国电力出版社，2018.

【5】*市场监督管理总局. 电力变压器 第7部分：油浸式电力变压器负载导则(GB/T 1094.7-2022)[S]. 北京：中国标准出版社，2022.

【6】中国电力科学研究院. 2026年高压试验设备市场调研报告[R]. 北京：中国电力科学研究院，2026.

【7】国际电工委员会. 高电压试验技术 *部分：一般定义和试验要求(IEC 60271-1:2023)[S]. 日内瓦：国际电工委员会，2023.

【8】江苏省电力有限公司苏州供电公司. 500kV高阻抗主变大修后串联谐振耐压试验应用研究[J]. 江苏电力技术，2025，48(12)：34-38.