大容量變壓器低壓繞組直流電阻測(cè)試問題探討

中廣核工程有限公司 劉 波

大容量變壓器低壓繞組直流電阻測(cè)試問題探討

中廣核工程有限公司 劉 波

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》11．3．2的要求，變壓器出廠時(shí)需測(cè)量其繞組的直流電阻平衡率。但對(duì)于大容量低壓d型聯(lián)接繞組直流電阻的測(cè)試使用常規(guī)的測(cè)試方法具有測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)且測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定的現(xiàn)象，本文結(jié)合某電廠廠用變壓器SFPFZ-130000/500為例，對(duì)于大容量、五柱式、低壓d型聯(lián)接變壓器繞組直流電阻測(cè)試方法進(jìn)行了探討，以提高測(cè)試效率與準(zhǔn)確性。

大容量變壓器；大電流；低壓d聯(lián)接；直流電阻平衡率

變壓器繞組直流電阻測(cè)量是其常規(guī)的試驗(yàn)項(xiàng)目,但耗時(shí)長(zhǎng),準(zhǔn)確度要求高,它是變壓器生產(chǎn)、檢修質(zhì)量和安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段。也是變壓器出廠及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一。早些年由于變壓器的電壓等級(jí)低、容量小,所以采用常規(guī)的測(cè)試方法可以快速、準(zhǔn)確的測(cè)試該項(xiàng)試驗(yàn)。但隨著社會(huì)發(fā)展的需求變壓器的電壓等級(jí)和容量的不斷提高,采用常規(guī)的測(cè)試方法很難測(cè)出它的直流電阻不平衡率,進(jìn)而影響設(shè)備的質(zhì)量和企業(yè)的生產(chǎn)效率,本文以變壓器SFPFZ-130000/500為例,闡述如何使用大電流法測(cè)試高電壓、大容量變壓器的低壓繞組直流電阻。

1 測(cè)量目的及方法

1.1 目的

變壓器繞組直流電阻測(cè)量目的包括以下幾個(gè)方面：(1)繞組導(dǎo)線連接處的焊接或機(jī)械連接是否良好; (2)引線焊接或機(jī)械連接是否完好;

(3)使用導(dǎo)線的規(guī)格和電阻率是否滿足要求;

(4)各繞組之間的直流電阻率是否平衡,層、匝間有無短路、斷路的現(xiàn)象。

1.2 方法

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》及DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定：

(1)1600kVA及以下的變壓器,相間不平衡率差別一般不大于三相平均值的4%,線間不平衡率差別一般不大于三相平均值的2%;

(2)l600kVA以上變壓器,各相繞組電阻相互間的不平衡率差別不得大于三相平均值的2%;

(3)無中性點(diǎn)引出的繞組其線間不平衡率差別不得大于三相平均值的1%;

(4)在相同溫度和相同部位,測(cè)量值與前一次測(cè)得值進(jìn)行比較,變化應(yīng)小于等于2%。不同溫度下電阻值換算如下：

R2=R1(T+t2)/(T+t1)

式中：R1、R2分別為在溫度t1、t2下的電阻值;T為電阻溫度常數(shù),銅導(dǎo)線T=235,鋁導(dǎo)線T=225。

2 變壓器SFPFZ-130000/500出廠試驗(yàn)直流電阻測(cè)試不能穩(wěn)定的問題

某生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的廠變SFPFZ-130000/500為三相五柱式,低壓繞組為雙分裂式,如圖1所示。

圖1

高壓繞組的直流電阻設(shè)計(jì)值為2.71Ω,低壓1繞組的直流電阻設(shè)計(jì)值為8.126 mΩ,低壓2繞組的直流電阻設(shè)計(jì)值為3.52 mΩ,出廠試驗(yàn)直流電阻測(cè)試情況如下：

2.1 高壓側(cè)的直流電阻測(cè)量值（見表1）

計(jì)算高壓側(cè)的直流電阻不平衡率如下：β相=3(RA-RC)/(RA+RB+RC)

β相=3(2.308-2.304)/(2.308+2.305+2.304)

β相=0.173%

以上測(cè)量計(jì)算結(jié)果符合GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》11.3.2的要求：各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%。

表1

2.2 低壓1和低壓2的直流電阻測(cè)量值（見表2）

表2

低壓1的直流電阻不平衡率如下：

β線=3(c1a1-a1b1)/(a1b1+ b1c1+c1a1)

β線=3(6.933-6.918)/(6.918+6.926+6.933)

β線=0.22%

以上測(cè)量計(jì)算結(jié)果符合GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》11.3.2的要求：各相繞線電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。

低壓2由于b2c2相的電流不穩(wěn)定在3.036-3.085 mΩ之間不停的跳動(dòng)故無法計(jì)算該相的直流電阻不平衡率。

3 直流電阻測(cè)量的基本原理

在直流電阻測(cè)試時(shí)變壓器繞組通過直流時(shí),會(huì)在鐵心內(nèi)產(chǎn)生磁通,成為一個(gè)具有電阻的電感線圈,因此可以等效為一個(gè)R,L電路。其中圖2里,L是繞組的電感,R是繞組電阻。

圖2 直流電阻測(cè)量的基本原理

當(dāng)T=0時(shí),整個(gè)回路的方程如下式：

當(dāng)T=0 i=0,加一個(gè)直流電阻時(shí)繞組電流計(jì)算如下：

上式是個(gè)一階的動(dòng)態(tài)電路,如果要準(zhǔn)確的測(cè)量回路的直流電阻,必須等電路達(dá)到穩(wěn)定后才能讀取結(jié)果。在電流沒有穩(wěn)定之前,變壓器端子上的電壓有很大的誤差,由于存在于變壓器的電感L在鐵心未達(dá)到飽和前其讀數(shù)很大,可以達(dá)到幾百亨甚至幾千亨,但直流電阻的讀數(shù)卻很小,其最小值為幾微歐,所以采用穩(wěn)壓電源給高電壓、大容量變壓器繞組充電,使其達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間較長(zhǎng),一般從幾十分鐘至幾個(gè)小時(shí)。因此電流未穩(wěn)定前測(cè)量出的電阻大于變壓器的實(shí)際電阻。

4 變壓器直流電阻測(cè)量不穩(wěn)定的原因分析

由于該臺(tái)變壓器為大容量三相五柱式且低壓為d聯(lián)結(jié),并結(jié)合測(cè)量原理可以看出：該臺(tái)變壓器電感L較大,而低壓2的直流電阻R很小,導(dǎo)致低壓2由于b2c2相的電流不穩(wěn)定就是因?yàn)槌潆娢催_(dá)到穩(wěn)定時(shí)間,從而使鐵心的磁密沒有飽和。

那么如何可以使變壓器的充電電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)?根據(jù)回路方程及圖1可知：時(shí)間常數(shù)為：

T=L/R

可見要減小時(shí)間常數(shù)T,可以從以下兩方面入手：

4.1 減小電感L

為了減小電感L,測(cè)試時(shí)要加大測(cè)量電流,從而提高鐵芯的磁通密度,使鐵芯基本趨于飽和,所以要增大試驗(yàn)電源的容量。

繞組電感L的計(jì)算式如下：

n—線圈匝數(shù);

S—鐵心橫截截面(cm2);

ι—鐵心的回路長(zhǎng)度(m);

μ—矽鋼片的導(dǎo)磁系數(shù)。

由上式可知電感L由線圈繞組的匝數(shù)、鐵心的橫截面積和矽鋼片的導(dǎo)磁系數(shù),其中n、S、L都是己知的數(shù)量,只有μ是可以改變的。圖二是鐵心磁通密度B、導(dǎo)磁系數(shù)μ與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的曲線關(guān)系。

可以看出當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H很大,鐵心磁通密度強(qiáng)度基本趨于飽和時(shí),μ就會(huì)大幅度下降,從而變壓器的電感L也會(huì)隨之減小,從式H=nI/L中可己看出,如果要增大H就要提高電流I。

圖3

4.2 增大回路電阻

在回路中串入己知的電阻,若測(cè)量電源不變,則測(cè)量電流會(huì)變小,這樣會(huì)導(dǎo)致測(cè)試儀器中的電橋靈敏度降低。所以一般情況不推介使用。

5 大電流測(cè)量法測(cè)量低壓繞組

根據(jù)4.1的分析我們采用增大電流的方式進(jìn)行重新測(cè)量變壓器SFPFZ-130000/500的低壓繞組不平衡率,測(cè)量過程及結(jié)果如下：

測(cè)量時(shí)油溫(℃) a 1 b 1相 6 . 9 3 2 7 1 0 0 2 9 b 1 c 1相 6 . 9 3 4 2 1 0 0 2 9 c 1 a 1相 6 . 9 4 4 5 1 0 0 2 9 a 2 b 2相 2 . 9 2 1 1 0 1 0 0 2 9 b 2 c 2相 2 . 9 2 1 6 1 0 0 2 9 c 2 a 2相 2 . 9 4 7 3 1 0 0 2 9相別 測(cè)試數(shù)據(jù)( m Ω )充電時(shí)間( m i n )充電電流( A )

低壓1的直流電阻不平衡率如下：

β線=3(c1a1-a1b1)/(a1b1+b1c1+c1a1)

β線=3(6.944-6.932)/(6.944+6.9234+6.932)

β線=0.17%

低壓2的直流電阻不平衡率如下：

β線=3(c2a2-a2b2)/(a2b2+b2c2+c2a2)

β線=3(2.947-2.921)/(2.947+2.921+2.921)

β線=0.887%

以上測(cè)量計(jì)算結(jié)果符合GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》11.3.2的要求：各相繞線電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。

6 測(cè)量應(yīng)注意的問題

6.1 安全問題

為了避免繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)儀器的損壞,以及測(cè)試人員安全,在儀器使用是應(yīng)注意一下問題：

(1)測(cè)量結(jié)束后必須進(jìn)行充分放電后才能斷開測(cè)量接線;

(2)測(cè)試過程中務(wù)必注意電流回路的可靠接通,不能出現(xiàn)電流回路的斷路情況;

(3)測(cè)試過程中和測(cè)量結(jié)束后未充分放電的情況下,不能進(jìn)行無載調(diào)壓繞組分接位置的切換。

6.2 直流電阻試驗(yàn)后的消磁問題

近些年來隨著變壓器電壓等級(jí)越來越高,其容量也越來越大,這些變壓器進(jìn)行直流電阻測(cè)試后鐵芯會(huì)產(chǎn)生較大剩磁,由于剩磁引起的投運(yùn)問題日益突出。

大容量變壓器的低壓側(cè)通常都是三角形聯(lián)結(jié)方式,直流電阻只能在其中的兩個(gè)端子上進(jìn)行測(cè)量,此時(shí)直流支路是有兩個(gè)支路并聯(lián)組成的,一個(gè)支路有一個(gè)繞組,第二個(gè)支路由其余兩個(gè)繞組串聯(lián)組成,此時(shí)測(cè)量的三相繞組都有電流通過,因此在鐵心的磁化過程中與單相變壓器比較更加復(fù)雜。

由于鐵心的磁滯特性對(duì)應(yīng)各繞組的電感不盡相同。因此電流與直流電阻不成比例關(guān)系。但等得到電流穩(wěn)定后,電感的作用消失,電流與電阻成為等比例的關(guān)系,所以在三相繞組中,電流分布的過渡時(shí)間的長(zhǎng)短,也取決于磁路的歷史狀態(tài)以及電流的大小。在每一次測(cè)量后,鐵心中仍存有與磁通方向相同的剩磁。三相磁通由于剩磁的影響,各有不同的磁密,即有各自不同的電感,所以各相電流的穩(wěn)定時(shí)間也是不同的。

從上面的例子可以看出采用大電流法側(cè)量大容量三相五柱式低壓繞組為d聯(lián)結(jié)的變壓器既快速又準(zhǔn)確。

[1]胡啟凡主編．《變壓器試驗(yàn)技術(shù)》保定天威保變電氣股份有限公司組編．

[2]GB50150-2006電氣裝置安裝工程和電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)．

[3]GBT6451-2008油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求．

[4]DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程．