變壓器直流電阻助磁法測量轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計

卞穎慧，覃國茂，杜 森

（中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌443002）

測量變壓器繞組的直流電阻是一個很重要的試驗項目.《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）中規(guī)定，在變壓器交接、大修小修、變更分接頭位置、故障檢查及預(yù)試時，必須測量變壓器繞組的直流電阻，其目的是：檢查繞組內(nèi)部導(dǎo)線和引線的焊接質(zhì)量；檢查分接開關(guān)各個位置接觸是否良好；檢查繞組或引出線有無折斷處；檢查并聯(lián)支路的正確性，是否存在由幾條并聯(lián)導(dǎo)線繞成的繞組發(fā)生一處或幾處斷線的情況；檢查層、匝間有無短路的現(xiàn)象.但是，在變壓器繞組直流電阻現(xiàn)場測量中，特別是大容量高壓變壓器試驗中，往往會遇到測量時間長、不易達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值等問題，增加了測試人員對設(shè)備狀況判斷的難度，所以選用適當(dāng)?shù)臏y量手段和測量設(shè)備是保證變壓器直流電阻測量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵.

1 直流電阻測量方法分析

傳統(tǒng)的測量方法主要是電橋法和壓降法.測量大容量高壓變壓器的繞組直流電阻時，由于變壓器低壓側(cè)繞組的電感較大，電阻較小，且激磁匝數(shù)少，即使較大電流也不能使鐵心飽和，所以直流電阻測量充電時間常數(shù)較大，直接測量低壓側(cè)繞組直流電阻往往需要幾十分鐘甚至數(shù)小時，測量不易達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值.如果將變壓器一次、二次繞組串聯(lián)連接，就可以提高激磁安匝，加深鐵心飽和程度，從而縮短測量時間，提高測量準(zhǔn)確度.這種方法通常稱為助磁法［1］.

助磁法測量原理接線如圖1所示.

圖1 助磁法測量原理接線

由于高壓繞組的匝數(shù)大大高于低壓繞組的匝數(shù)，通入直流電流后，很容易使鐵芯飽和，達(dá)到減小電感L（即減小充電時間常數(shù)T）和快速充電目的，可以縮短測量時間.圖中恒流源可由全自動直流電阻測試儀提供.

但是助磁法測量不同相的電阻值時，繞組中剩磁對測量電源會產(chǎn)生磁通的抵消作用，如果兩者方向相反，對測量的速度和準(zhǔn)確性就會有嚴(yán)重影響.而且低壓側(cè)直流電阻測試時，總是存在著“兩快一慢”問題，即最后一相繞組的測量時間會比前兩相長很多，甚至充電電流不能達(dá)到儀器所要求的穩(wěn)定程度，使三相測試數(shù)據(jù)不具備可信的比較判斷作用［2］.此外，在現(xiàn)場測量中，為保證變壓器繞組的磁路為同一方向，每測完一項都需要重新串接一次繞組，在操作上比較麻煩，現(xiàn)場經(jīng)驗不豐富的試驗人員操作時極易出現(xiàn)人為因素導(dǎo)致的失誤，一旦接線出現(xiàn)差錯，就會出現(xiàn)回路不通、儀器無法充電等問題，耗時更長.

2 可縮短測量時間的方案探討

2.1 從試驗過程分析如何縮短測量的時間

從助磁法的試驗原理圖可以看出，高低壓繞組串聯(lián)的一個基本前提是保證變壓器繞組的磁路為同一方向，若試驗人員經(jīng)驗不足，則會在接線過程中增加額外時間；另外，在測量第三相時還需對前兩項測過的繞組進行一個去磁，也就是對繞組進行反充磁，這也需要耗費較長時間.如果能設(shè)計一種不需倒線的裝置，或者加入自動去磁裝置，就能很好地避免此類問題的發(fā)生.同時，由于省去了倒線和反充磁的過程，測量時間也會大為縮短.

2.2 增加裝置不會影響測量結(jié)果的原因分析

從直流電阻的測量原理來看，圖2中I＋、I－、V＋、V－分別為全自動直流電阻測試儀的四個測量端子，儀器通過控制恒流源給外部待測負(fù)載施加一個恒定、高精度的電流，然后將被試?yán)@組兩端所獲得的數(shù)據(jù)（包括測試電壓、當(dāng)前的測試電流等）進行處理，得到實際電阻值.如果在設(shè)備與直阻儀之間接入一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，電流、電壓信號取自被試?yán)@組的兩端，雖然通過了轉(zhuǎn)換開關(guān)，也不會因此對測試結(jié)果產(chǎn)生影響.

圖2 測試儀的四個測量端子

2.3 一種可縮短測量時間的綜合試驗方案

綜合因素，可以采用這樣一種試驗方案：設(shè)計一種轉(zhuǎn)換開關(guān)，將所有試驗線全部接在轉(zhuǎn)換開關(guān)上，再與全自動直流電阻測試儀連接；測量中只需切換開關(guān)位置就可切換被試?yán)@組，從而省去試驗中的倒線過程；同時連接去磁機，在兩次測量完后消除繞組剩磁，可以提高試驗準(zhǔn)確度和工作效率.

圖3 可縮短測量時間的試驗方案

2.3.1 轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計 轉(zhuǎn)換開關(guān)原理結(jié)構(gòu)如圖4所示.

圖4 轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)

圖5 轉(zhuǎn)換開關(guān)左視圖

接線面板與連接面板為同軸圓板，軸上有一根操作把手，背面有13個接線柱，分別對應(yīng)13根引出線.連接面板用3個銅片來完成一次、二次繞組的串接.6個接線柱（編號為①－⑥）分別對應(yīng)直流電阻測試儀的電壓和電流端子.

2.3.2 與全自動直流電阻測試儀的連接 試驗中常用的全自動直流電阻測試儀有四端子V＋、V－、I＋、I－和六端子V1＋、V2＋、V1－、V2－、I＋、I－ 兩種.試驗接法如下.

1）1檔——測RAO、Rac.

圖中粗線所示的是轉(zhuǎn)換開關(guān)的初始位置，①～⑥號接線柱分別對應(yīng)儀器上的接線端子如下（括號內(nèi)為六端子接法）：①—V＋（V1＋）；②—V－ （V1－）；③—I＋；④—I－；⑤—（V2＋）；⑥—（V2－）.當(dāng) 儀 器只有四個接線端子時，需要在測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定讀取后手動將①、②接線柱上的試驗線切換到⑤、⑥接線柱上.

2）2檔——測RBO、Rba.

3）3檔——測RCO、Rcb.

擋位的切換，通過將連接面板順時針旋轉(zhuǎn)120°完成，BC短接接a依次轉(zhuǎn)變?yōu)锳B短接接c、CA短接接b；同時對應(yīng)的測量信號依次由Ua、Uc、UA、Uo、IA、Ic轉(zhuǎn) 變 為Ub、Ua、UB、Uo、IB、Ia——Uc、Ub、UC、Uo、IC、Ib，測量結(jié)果也相應(yīng)地由RAO、Rac依次轉(zhuǎn)變?yōu)镽BO、Rba——RCO、Rcb，大大簡化了測量步驟，縮短了測量時間.

2.3.3 與去磁機的連接 去磁機是通過對已測繞組進行反充磁來達(dá)到去磁的目的，因此只需將去磁機的兩個電流端子接在直阻儀的電流端子上即可.當(dāng)前兩相測完后，再接通去磁機進行去磁，助磁法中的“兩快一慢”問題可得以解決.

2.3.4 綜合試驗方案 1）分別從變壓器高低壓繞組上引出13根測量線 （IA、IB、IC、Ia、Ib、Ic、UA、UB、UC、UO、Ua、Ub、Uc），注意電壓線靠近套管引線導(dǎo)電排內(nèi)側(cè)，電流線靠外側(cè)；2）將13根測量線分別接到轉(zhuǎn)換開關(guān)接線面板上的13個接線柱上；3）轉(zhuǎn)換開關(guān)投至第一檔，啟動直流電阻測試儀，充電測量，穩(wěn)定讀數(shù)后復(fù)位、放電；4）旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)至第二檔，啟動直流電阻測試儀，充電測量，讀數(shù)完畢后復(fù)位、放電；5）接通去磁機，對繞組進行去磁；6）關(guān)閉去磁機，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)至第三檔，啟動直流電阻測試儀，充電測量，讀數(shù)完畢后復(fù)位、放電；7）比對試驗結(jié)果，無異常則測試完畢.

3 綜合試驗方案的實際應(yīng)用效果

在某電站一臺型號為SFP－300000／500，額定電壓550／13.8kV，額定容量為300MVA，連接組別為YNd11的變壓器上.使用JYR直流電阻測試儀№0102777，變壓器油溫為10℃.對比試驗后的測量結(jié)果見表1.

表1 助磁法直接測量與組合測量對比試驗結(jié)果

根據(jù)《規(guī)程》要求，容量在1.6MVA以上的變壓器，各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%，無中性點引出線的線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1%.與以前相同部位測得值比較，其變化不應(yīng)大于2%［3］.

從上述數(shù)據(jù)可以看出，新的試驗方案沒有引入新的測量誤差，取得較好試驗結(jié)果，被試變壓器的繞組直流電阻相間差（助磁法直接測量為0.29%，組合測量為0.39%）、線間差（助磁法直接測量為0.39%，組合測量為0.36%）均符合《規(guī)程》規(guī)定.試驗數(shù)據(jù)合格.

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的常規(guī)法測量一臺變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻，往往要花費6～8h.引入助磁法后，測量時間大為縮短，大約要1.5h，轉(zhuǎn)換開關(guān)加去磁機配合助磁法測量，既降低了人為失誤的概率，避免了由于人為因素造成額外工時耗費，又使助磁法應(yīng)用中“兩快”繞組與“一慢”繞組測量時間的差距明顯縮小，充電電流很快就能達(dá)到儀器所要求的穩(wěn)定程度，使助磁法中剩磁消磁的問題得到了良好解決，測量時間也縮短到30min左右，大大提高了工作效率.

總之，這種綜合試驗方案能很好的彌補助磁法測量直流電阻的不足，更好地發(fā)揮助磁法在大容量高電壓變壓器繞組直流電阻測量中的作用，是一種適于現(xiàn)場且較理想的快速測量方法.

［1］陳化鋼，電氣設(shè)備預(yù)防性試驗方法［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［2］朱世英，剩磁對變壓器試驗中的一些影響［J］.變壓器，1992，29（3）：21－25.

［3］中華人民共和國電力工業(yè)部.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程.DL／T 596－1996［S］.北京：中國電力出版社，1997.