變壓器直流電阻測試淺析

       變壓器的預(yù)防性試驗項目很多。主要包括常規(guī)的絕緣特性試驗，油中溶解氣體色譜分析，以及繞組直流電阻測量等。在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》中測量繞組直流電阻這一項目僅次于色譜分析排在第二位，可見其重要性，多年來的實踐證明，測量變壓器繞組的直流電阻能有效檢查繞組焊接質(zhì)量，分接開關(guān)接觸是否良好，引出線及繞組有無折斷、關(guān)聯(lián)支路是否正確、層間有無短路等缺陷。正常的變壓器三相直流電阻基本平衡，差值*大不超過三項平均值的2%或4%。然而在實際測試過程中經(jīng)常會遇到一些特殊情況，這些情況綜合來看無非*是兩大方面，一是不平衡，二是測不準。本文從原理出發(fā)給出這些特殊情況的分析及處理方法。

1．概述

       測量直流電阻無非兩種方法：一是電壓降法，二是電橋法。對一般導(dǎo)體而言兩種方法均可快速測量出數(shù)據(jù)，但是，由于變壓器繞組的引線結(jié)構(gòu)各不相同；導(dǎo)線質(zhì)量、連接情況、分接位置等諸多因素的影響，再加上繞組本身還是一個大的電感，所以實際測量中會出現(xiàn)許多特殊情況，下面*兩大方面具體分析：

2.變壓器繞組直流電阻不平衡率超標的原因分析防止措施：

       2.1原因之一：引線電阻的差異

       中小型變壓器的引線結(jié)構(gòu)示意圖如附圖所示。

       由附圖可見，各線繞組的引線長短不同，因此各項繞組直流電阻值*不同；有可能導(dǎo)致其不平衡率超標。根據(jù)變壓器引線結(jié)構(gòu)的具體尺寸，S9—1000/10及SL7—315/613變壓器附壓側(cè)直流電阻及不平衡率的計算值及實測值列于表1

表1 變壓器的直流電阻及不平衡率

       防止措施：由表1可見，由于引線的影響可導(dǎo)致變壓器繞組的不平衡率超標。對于三項線圈直流電阻非常相近的變壓器，a、c兩相繞組的直流電阻受引線的的影響*大，因為a、c端部引線較b長，再加上N離X、Z較Y遠些，因此不平衡系數(shù)容易超標。

       為消除引線差異的影響采取下列措施：

           (1)在保證機械強度和電氣絕緣距離的情況下，盡量增大附壓套管間的距離，使a、c相的引線短，因而引線電阻減小。這樣可以使三項引線電阻盡量接近。

           (2)適當增加a、c相首尾引線銅排（鋁排）的厚度或?qū)挾?。如能保證各相的引線長度和截面之比近似相等，則三相電阻值也近似相等。

           (3)適當減小b相極引線的截面。在保證引線允許截流量的條件下，適當減小b相引線截面使三相引線電阻近似相等，這也是一種可行的辦法。

           (4)尋找中性點引線的合適焊點。對a、b、c三相末端連接銅（鋁）排，用儀器找出三相電阻相平衡的點，然后將中性點引出線焊在此點上。

           (5)在*長引線的繞組末端連接線上并聯(lián)銅板（如圖1ZY引線之間）以減少其引線電阻。

           (6)將三個線圈中電阻值*大的線圈套在b相，這樣可以彌補b相引線短的影響。

           (7)對上述方法，在實際中可以選擇其中之一單獨使用，也可綜合使用。

       2.2原因之二：導(dǎo)線質(zhì)量

       實測證明，有的變壓器繞組的直流電阻偏大，有的偏差較大，其主要原因是某些導(dǎo)線的銅和銀的含量低于*標準規(guī)定限額。有時即使采用合格的導(dǎo)線，但由于導(dǎo)線截面尺寸偏差不同，也可以導(dǎo)致繞組直流電阻不平衡率超標。例如用三盤3.15×10的扁銅線分別繞制某臺變壓器的三相繞組，導(dǎo)線銅材的電阻率很好，R20=0.017241Ωmm2/m，截面尺寸都合格，只是其中一盤的尺寸是*大負偏差：窄邊a為-0.03，寬邊b為-0.07；圓角半徑r為+25%，而另兩盤的尺寸是*大正偏差：a為+0.03，b為+0.07；r為-25%，經(jīng)計算，*大負偏差的一盤線，其導(dǎo)線截面Smim=30.126mm2,每米電阻R20=0.0005723Ω/m，而*大正偏差的兩盤線，其導(dǎo)線截面積Smax=31.713mm2，R20=0.0005436Ω/m。對這臺變壓器，即使排除其他因素的影響，其直流電阻不平衡率也達5.18%。

       再如，某臺6300kVA的電力變壓器，其高壓側(cè)三相直流電阻不平衡率超過4%，經(jīng)反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)B相繞組的鋁線本身質(zhì)量不佳。

       為消除導(dǎo)線質(zhì)量問題的因素可采取下列措施：

           (1)加強對入庫線材的檢測，控制劣質(zhì)導(dǎo)線流入生產(chǎn)的現(xiàn)象，以保證直流電阻不平衡率合格。

           (2)把作為標準的*小截面Smin改為標稱截面，有的廠采用這種方法，把測量電阻值與標稱截面的電阻值相比較，這樣*等于把偏差范圍縮小一半，有效地消除直流電阻不平衡率超標現(xiàn)象。

       2.3原因之三：連接不緊。

       測試實踐表明，引線與套管導(dǎo)桿或分接開關(guān)之間連接不緊都可能導(dǎo)致變壓器直流電阻不平衡率超標。例

       （1）某SJL—1000/10型配電變壓器，其直流電阻如表2所示。

表2變壓器直流電阻及不平衡率

       由表2可知，變壓器直流電阻不平衡率遠大于4%，所以懷疑繞組系統(tǒng)有問題。在綜合分析后經(jīng)吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)C相低壓繞組與套管導(dǎo)電銅螺栓連接處的軟銅排發(fā)熱變色，連接處的緊固螺母松了。清除氧化層，鎖緊緊固螺母后再測不平衡率符合要求。

       （2）某臺SFSL1—10000/110型降壓變壓器的中壓繞組的直流電阻不平衡率如表3。

       由表3可知，變壓器中壓繞組直流電阻不平衡率遠大于2%。綜合分析后，經(jīng)吊罩檢修確認，中壓繞組B相第六個分接引線電纜頭螺牙與分接開關(guān)導(dǎo)電柱內(nèi)螺牙連接松動。

表3  變壓器直流電阻

       （3）某臺SFSLZB—50000Kva/110型變壓器，色譜分析結(jié)果異常，又測試35kV側(cè)直流電阻，A相為0.0604Ω，B相為0.0550Ω，C相為0.0550Ω?？梢夾相直流電阻增大，經(jīng)現(xiàn)場進一步檢查是35KV側(cè)A相套管銅棒與引線間的接觸不良。
       （4）某臺SFSLB1—31500/110型變壓器，預(yù)防性試驗時發(fā)現(xiàn)35kV側(cè)運行Ⅲ分接頭直流電阻不平衡率超標。測試結(jié)果如表4。

       由表4可見，35kV側(cè)直流電阻不平衡率大于2%，懷疑分接開關(guān)有問題，故轉(zhuǎn)動分接開關(guān)后復(fù)測，其不平衡率仍然很大，又分別測其他幾個分接位置的直流電阻，其不平衡率都在11%以上，而且規(guī)律都是A相直流電阻偏大，好似在A相線圈中串入一個電阻這一電阻的產(chǎn)生可能出現(xiàn)在A相線圈的首端或套管的引線連接處，是連接不良造成。經(jīng)分析確認后，停電打開A相套管下部的手孔門檢查，發(fā)現(xiàn)引線與套管連接松動（螺絲連接），主要由于安裝時無墊圈引起，經(jīng)緊固后恢復(fù)正常。

       （5）某臺10000KVA、60kV的有載調(diào)壓變壓器，在預(yù)試時發(fā)現(xiàn)直流電阻不合格，如表5所示。

表5   變壓器直流電阻

       由表5可見，在三個分接位置，B相的直流電阻均較其他兩項大7%左右。分析認為B相接觸不良。停電檢查發(fā)現(xiàn)，確是B相穿纜引線鼻子與將*帽接觸不緊造成的。
       由上述，消除連接不緊應(yīng)采取下列措施：

           (1)提高安裝與檢修質(zhì)量，嚴格檢查各連接部位是否連接良好。

           (2)在運行中，可利用色譜分析結(jié)果綜合判斷，及時檢出不良部位，及早處理。

       2.4原因之四：分接開關(guān)接觸不良

       有載和無載分接開關(guān)接觸不良的缺陷，是主變壓器各類缺陷中數(shù)量*多的一種，約占40%。給變壓器安全運行帶來很大威脅。例如：

       (1)某臺SFSLB1—20000/110型主變壓器，預(yù)試時直流電阻三相平衡，但運行8個月后，110kV側(cè)中相套管噴油，溫度達84℃。色譜分析結(jié)果認為該變壓器內(nèi)部有熱故障，*熱點溫度為150—300℃，分析是導(dǎo)電回路接觸不良造成的。又進行直流電阻測試，
在中壓運行分接位置Ⅳ時的結(jié)果是Aom為0.286Ω，Bom為0.281Ω，Com為0.35Ω，不平衡率為24.55%。其他部位測試結(jié)果正常，這樣*把缺陷范圍縮小在中壓C相繞組的引線→分接開關(guān)→套管之內(nèi)。吊芯檢查發(fā)現(xiàn)中壓C相分接開關(guān)Ⅳ分頭的動靜觸頭接觸不良，且有過熱變色和燒損情況。更換分接開關(guān)后，運行良好。

       (2)某臺OTSFTSB—120000/220型主變壓器，色譜分析發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部有過熱故障。測直流電阻發(fā)現(xiàn)相間不平衡率達7.4%。如表6。

表6   變壓器直流電阻

       由表6可知，直流電阻不平衡率為7.4%，且A相直流電阻較上年增長11.2%，所以通過綜合分析判斷為A相分接開關(guān)接觸有問題。后經(jīng)幾次追蹤分析，問題依然存在，*后由人孔門進入變壓器檢查，發(fā)現(xiàn)A相分接開關(guān)動靜觸頭接觸不良，燒傷兩處。吊罩更換分接開關(guān)運行正常。

       分接開關(guān)接觸不良的直接原因是：接觸點壓力不夠和接點表面鍍層材料易于氧化，而根本原因則是結(jié)構(gòu)設(shè)計有不合理之處，也沒有采取有效的保證接觸良好的措施。改善接觸不良的主要措施有：

           (1)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取有效措施保證接觸頭接觸良好。

           (2)避免分接開關(guān)機件的各部分螺釘松動。

           (3)有載調(diào)壓開關(guān)5—6年至少應(yīng)檢修一次。即使切換次數(shù)很少，也應(yīng)照此執(zhí)行。

       變壓器繞組斷股往往導(dǎo)致直流電阻不平衡率超標，例如，某電廠SFPSL—12000/220型主變壓器，色譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)總烴含量急劇增長，測直流電阻，其結(jié)果是高、低壓側(cè)與制造廠及歷年的數(shù)值相比較無異常，但中壓側(cè)的直流電阻A、B相偏大，如表7所示的換算值。

表7   變壓器直流電阻值       (Ω)

       在分析A、B相直流電阻增大的原因時，考慮到變壓器在運行中曾遭受過兩次嚴重短路電流沖擊，所以懷疑是繞組斷股，經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，故障點部位在A相引線在套管的根部附近，并且A相套管根部與套管均壓帽焊在一起，引線燒斷的面積為42.3mm2,占總截面積的10%。由于故障點在A相引線，所以與該引線相連接的B相直流電阻也增大。

       為消除由于斷股引起的直流電阻不平衡率超標，宜采取的措施有：

           (1)變壓器受到短路電流沖擊后，應(yīng)及時測量其直流電阻，及時發(fā)現(xiàn)斷股故障，及時檢修。

           (2)利用色譜分析結(jié)果進行綜合分析判斷，經(jīng)驗證明，這是一種有效方法。

3.變壓器直流電阻測量數(shù)值不穩(wěn)的原因分析和防止措施：

       3.1原因之一：過渡過程穩(wěn)定時間太長。

       從電工學(xué)知道，測量繞組電阻的過渡過程的方程式為：

U=iRx+Ldi/dt

I=U/Rx(1-e-t-/T )

式中T——時間常數(shù)，等于L/Rx；

Rx——被測繞組電阻

L——被測繞組電感

 
       用這一方程式，在瞬時電流I達到穩(wěn)定值I=U/Rx過程中，選取不同的充電時間t來計算I。其結(jié)果列于表8中。很明顯，當t=5T時穩(wěn)定電流達到99.5%I，尚存在0.5的電流誤差，因此在充電時間小于5T時測量值會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象（指針指向負端）。變壓器高壓繞組有很大的電感和較小的電阻，電感達到數(shù)百甚至數(shù)千H，而電阻一般在1×10-1-～1×102Ω之間。這*使得充電時間常數(shù)較大（T=L/Rx較大），例如：120MVA變壓器測高壓繞組測量一個電阻值時充電時間大約24分鐘，在未穩(wěn)定以前，電橋一直不平衡，出現(xiàn)測量不穩(wěn)定現(xiàn)象。

表8   電流i和充電時間的關(guān)系

       縮短穩(wěn)定時間的方法：

           (2)恒流源加助磁的方法，其基本目的是為了減小電感。當測量低壓側(cè)繞組直流電阻時，使高壓側(cè)繞組通以勵磁電流，它等效于在低壓側(cè)繞組加大電流，這樣使鐵心磁通密度過飽和，因而電感下降，則時間常數(shù)L/R下降。

          (3)高壓充電，低壓測量法，如下圖所示

       工作時取U1為U2的10倍以上，U2為電橋電源，D的反向電壓應(yīng)大于U1合K1，K2待電流表指示電流達I=U2/Rx時，斷開K1，這樣便可很快地測量了。

           (4)使用新型快速測試儀，如3381變壓器直流電阻測試儀，PS-Ⅱ感性負載低電阻微歐計等。

       3.2原因之二：儀器及測量引線的原因。

       當測量引線接觸不好時出現(xiàn)斷路，無論是電壓回路還是電流回路斷線，電橋均不能平衡。當雙臂電橋B按鈕下的接點接觸不好時會出現(xiàn)指針左右擺動現(xiàn)象，對此可采取下列措施：

           (1)測試前保證測量引線完好，接頭氧化層處理干凈。

           (2)打開QJ44雙臂電橋檢查電池正常，對B按鈕下常開接點的黑色氧化層用砂紙?zhí)幚怼?/span>

           (3)使用新型直流電阻快速測試儀代替QJ44雙臂電橋。

       3.2原因之三：外界干擾使測量數(shù)值不穩(wěn)。

       當中性點引線不拆時，外界電磁干擾會通過引線傳遞入儀器內(nèi)部使放大器輸出有擺動。測量一次繞阻時，如果二次繞阻接地短路線不拆除時，二次繞阻中有感應(yīng)電勢會干擾一次繞組的測量。另外，溫度不穩(wěn)定，不平衡時，也使測量數(shù)值不準，溫度高的部分出現(xiàn)正偏差，溫度低的出現(xiàn)負偏差。

       防范措施：

           (1)測量時盡量使變壓器引線全部拆除（包括中性點引線），特別是接地的引線。

           (2)測量時應(yīng)保證非被試繞組開路。

           (3)測量前應(yīng)保證儀器完好，電池電量充足，需要預(yù)熱穩(wěn)定的一定要等儀器穩(wěn)定后再測量。

           (4)在溫度不穩(wěn)定情況不盡量避免測試直流電阻，待氣溫聚變后穩(wěn)定時再測量，防止變壓器內(nèi)外溫差過大，以及日照影響使直流電阻不穩(wěn)定對測量的準確性造成影響。

4.結(jié)論

       綜合上述所寫說明，變壓器直流電阻測量方法雖然簡單，但是數(shù)據(jù)分析時要考慮全面，特別是對異常數(shù)據(jù)的分析，要掌握其中的技巧，深刻理解變壓器的原理。認真、冷靜地分析故障的類型和性質(zhì)，。熟練的使用好試驗儀器。平時多注意積累經(jīng)驗，總結(jié)、分析以往的每一次測試工作，*能收到滿意的效果。