根据国标GB1094-1996《电力变压器标准》、DL/T596-1996中华人民共和国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》要求，在装备过程、安装前及进行大修后需要对电力变压器的主接、分接头的变压比进行测定。以确保变压器的电气和机械性能达到 国家规定标准和设计要求。
测量变压比目的在于：1、检查变压比是否与铭牌相符，以保证达到要求的电压变换；2、检验电压分接情况；3、检查变压器绕组匝数比的正确性；4、变压器发生故障后，常用变压比来检查变压器是否存在匝间短路；5、提供变压比的准确程度，以判断变压器能否并联运行。
目前国内对电力变压器的性能测试基本上仍处于手工测量的阶段、每项性能指标都由专用的仪器进行测量，很多测试项目仍采用一些指针式仪表，存在读数误差大、费工和耗时等问题，并且测量的重复性、可信度也较差。
本文依据双电压表法的基本原理，选用ATMEL公司的AT89C51单片机作为测试系统的控制核心，设计了一种对变压器变压比的测试系统。该系统采用间接方法测试被测变压器原边电压和副边电压，在单片机中实现测试过程的控制、测试数据的计算及显示等功能。测得变压器的变压比之后，即可计算变压比的误差。
一、双电压表法测量变压比原理
采用电压表法，当额定电压比不大时(KN<5)，可从低压绕组励磁，直接用电压表同时测量低压和高压电压。当高压感应电压比较高(KN>5)不能用电压表直接测量时，采用从高压侧励磁，用互感器配合电压表测量高压，而低压直接用电压表测量感应电压(因从低压加压，高压有互感器，使励磁电流增加，容易影响测量精度)。图1所示的电压表法测量电压比原理接线图。
图1 电压表法测量电压比原理接线图
a)从低压励磁 b)从高压励磁
1－电源 2－调压器 3－升压变压器 4－电压互感器 Tx－被试变压器
V1、V2－电压表
三相变压器在绝缘装配后、引线装配之前，可以按单相变压器进行单柱试验，在引线装配之后，由于三相绕组的联接不同，可单相也可两相，也可经一侧两相串联，另一侧两相并联进行试验。
二、变压比测试仪硬件总体设计及各模块功能简介
测量变压器变压比，在被测变压器原边输入220V的电压，并采集副边输出电压，将原边和副边电压量均转化为数字量后，即可计算得出待测变压器的变压比。变压器原边是三相正弦电压，设计的测试仪用于普通变压器的变压比的测试。
测试系统总体框如图2所示。
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由图可知测试仪由仪器内部三相电压源、高压侧测试电压选择控制电路、低压侧测试电压选择控制电路、信号滤波、放大和D/A转换等电路组成的信号调理电路、中央控制处理器、键盘、图形液晶显示器等组成。另外图中还有被试变压器。
（一）联结组别、相序切换模块
此模块主要完成联结组别和相序选择，控制相应的继电器动作，准确无误实现相应联接方式下的变压比的测量。功能实现原理如3图。
分析图示可知：当Y/Y、△/△联结时，如果测试AB/ab电压，则继电器D0、D1、D2、D3都不动作（即为常态）；如果测试BC/bc电压，则继电器D3动作，其余不动作；如果测试CA/ca电压，则D2、D3动作，D0、D1不动作。
同理可分析得知：当Y/△，联结时，如果测试AB/ab电压，则继电器D0动作，其余D1、D2、D3都不动作，此时bc短路；如果测试BC/bc电压，则继电器D0、D3动作，其余D1、D2不动作，此时ac短路；如果测试CA/ca电压，则D0、D2、D3动作，D1不动作，此时ab短路。
当△/Y联结时，如果测试AB/ab电压，则继电器D1动作，其余D0、D2、D3都不动作，此时AC短路；如果测试BC/bc电压，则继电器D1、D3动作，其余D0、D2不动作，此时AB短路；如果测试CA/ca电压，则D1、D2、D3动作，D0不动作，此时BC短路。
以上分析结果，可用表1说明。
表1不同联结组相序与继电器关系表
D0 D1 D2 D3 短路
Y/Y D/D AB/ab 0 0 0 0 无
BC/bc 0 0 0 1 无
CA/ca 0 0 1 1 无
Y/D AB/ab 1 0 0 0 bc
BC/bc 1 0 0 1 ac
CA/ca 1 0 1 1 ab
D/Y AB/ab 0 1 0 0 AC
BC/bc 0 1 0 1 AB
CA/ca 0 1 1 1 BC
（二）CPLD控制模块
此模块包括5×5键盘输入、ULN2003驱动芯片及与单片机CPU的信息交换。本模块原理图如图4所示。
根据不同情况进行相应的计算和控制。实现逻辑关系详见表2。
表2 联结组别相序按键输入CPLD识别输出控制继电器（D0－D3）
Y/YY/D Y/D D/Y AB/ab BC/bc CAca D0 D1 D2 D3 备注
（短路状态）
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 待测
1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 无
1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 无
1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 无
0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 bc
0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 ac
0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 ab
0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 AC
0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 AB
0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 BC
本文所述变压器变比测试仪系统的硬件系统结构简明，主要有如下特点:
l)本系统可进行普通类型变压器的变压比测试工作;
2)选用了可编程逻辑控制芯片CPLD，简化了电路的设计以及软件编制，对变压器变比测试系统的精度有了较好的保证。
3)在测试仪的设计中，在数据采集及处理进行了综合考虑。采用了max194A/D转换器。将要测量的两路信号（原边、副边电压信号）同时送A/D,尽管两路信号在测试中都时刻在变，但是因为变压比是一个比值，所以不影响测试结果。
4)本测试系统设计中设计了MAX232芯片组成的RS232通信转换电路，具备与上位机的通信接口。
5)整个变压器变比测试仪采用模块化设计，易于调试和改进。
参考文献
[1] 郑启村.电气化铁路与平衡变压器.变压器.1998，35(10):1一7铁道部教材编辑组.牵引变电所，北京:中国铁道出版社，1983.
[2] 阎法舜.关于牵引变电所计量的简介，中国电机工程学会城网铁道电化干扰学术会议论文集.成都，1987:51一55 .
[3]孙淑信.变电站控制与检测.北京:水利水电出版社，1995天津电气化设计研究院.牵引供电系统设计手册.北京:中国铁道出版社，1987.
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