淺論變壓器直流電阻測(cè)量方法及注意事項(xiàng)

和志遠(yuǎn)

摘要：變壓器的直流電阻的測(cè)量是變壓器交接/檢修及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一，也是故障后必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目.通過(guò)該項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，可以檢查繞組接頭的焊接質(zhì)量，繞組匝間有無(wú)短路，繞組或引出線有無(wú)斷裂，分接開(kāi)關(guān)各個(gè)位置的接觸狀況及位置指示準(zhǔn)確度，確定繞組平均溫升.多股導(dǎo)線并繞的繞組是否有斷股等情況.對(duì)于大容量的變壓器，傳統(tǒng)測(cè)量直流電阻的方法一直存在測(cè)量誤差大、時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。隨著變壓器的直流電阻測(cè)試方法的發(fā)展和進(jìn)步，出現(xiàn)了不同原理的集中測(cè)量方法。本文綜合對(duì)比了這幾種測(cè)量原理，并以數(shù)據(jù)和模型為基礎(chǔ)，以最直觀的方式讓讀者快速掌握幾種測(cè)量方法的原理和差異。

關(guān)鍵詞：變壓器;直流電阻;測(cè)試方法

Abstract：the transformer dc resistance measurement is the transformer is one of the main project handover/repair and preventive test，also is the indispensable test items after fault. Through the test project，can check the welding quality of winding connection，with or without winding interturn short-circuit winding or lead wire with and without fracture，tap-changer each location of the contact condition and the accuracy of position indicator，determine the average temperature rise of winding. Multi-strand wire and around whether there is a winding broken stocks，and so on and so forth. For the large capacity of transformer，the traditional methods of dc resistance measurement error，long time. With the development and progress of dc resistance testing methods for transformers，centralized measurement methods based on different principles have emerged. This paper makes a comprehensive comparison of these measurement principles. Based on the data and model，it enables readers to quickly grasp the principles and differences of these measurement methods in the most intuitive way.

Key words：transformer;Dc resistance;The test method

一、變壓器直流電阻測(cè)量方法的介紹

（一）降壓法原理介紹

這是一種測(cè)量直流電阻的最簡(jiǎn)單的方法。在被試電阻通以直流電流，用合適量程的毫伏表或伏特表測(cè)量電阻上的降壓，然后根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電阻，即為降壓法。

為了減小接線所造成的測(cè)量誤差，測(cè)量小電阻（1Ω以下）時(shí)，采用圖1-1（a）所示接線，測(cè)量大電阻（1Ω及以上）時(shí)，采用圖1-1（b）所示接線。

按圖1-a接線時(shí)，考慮電壓表PV內(nèi)阻rV的分路電流IV，則被試?yán)@組電阻應(yīng)為：

R'=U/（I﹣IV）=U/（I﹣U/rV）

實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量一般均以R=U/I計(jì)算，則繞組電阻測(cè)量誤差為（R/rV）×100%，R越小，誤差越小，所以此種接線適用于小電阻。

按圖1（b）接線時(shí)，考慮電流表PA電阻rA上的電壓降，則被試?yán)@組電阻應(yīng)為

R'=（U﹣I/rV）/I

若仍以R=U/I計(jì)算，繞組實(shí)際電阻應(yīng)減去差值α=rA，繞組電阻測(cè)量誤差為（rA/R）×100%，R越大，誤差越小，所以此種接線適用于測(cè)量大電阻。

降壓法所用的直流電源，可采用蓄電池，精度較高的整流電源、恒電流等。

由于變壓器繞組電感較大，所以測(cè)量時(shí)必須注意在電源電流穩(wěn)定后，方可接入電壓表進(jìn)行讀數(shù);而在斷開(kāi)電源前，一定要先斷開(kāi)電壓表，以免反電動(dòng)勢(shì)損壞電壓表。

降壓法雖然比較簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確度不高，靈敏度偏低，廠家與運(yùn)行部門多采用電橋法測(cè)量繞組直流電阻。

（二）電橋法原理介紹

用電橋法測(cè)量時(shí)，常采用單臂電橋法和雙臂電橋等專門測(cè)量直流電阻的儀器。被測(cè)電阻10Ω以上時(shí)，采用單臂電橋;被測(cè)電阻1Ω及以下時(shí)，采用雙臂電橋。對(duì)于小容量變壓器，單臂電橋可采用4.5V以上的干電池作為電源，雙臂電橋采用1.5～2V的多節(jié)并聯(lián)干電池或蓄電池作為電源，直接測(cè)量變壓器繞組直流電阻。

當(dāng)變壓器容量較大時(shí)，用干電池等作為電源，充電時(shí)間很長(zhǎng)，現(xiàn)在一般廠家及運(yùn)行部門均采用全壓恒電流作電橋的測(cè)量電源。常用分恒流源有QHY-5A型、QHY-7A型等。圖2所示接線，大大縮短了測(cè)量時(shí)間，而且操作簡(jiǎn)單，受到了試驗(yàn)人員的歡迎。

用電橋法測(cè)量準(zhǔn)確度高，靈敏度高，并可直接讀數(shù)。

用電橋測(cè)量變壓器繞組時(shí)，由于繞組電感較大，同樣需等充電電流穩(wěn)定后，在合上檢流計(jì)開(kāi)關(guān);測(cè)取讀數(shù)后拉開(kāi)電源開(kāi)關(guān)前，先斷開(kāi)檢流計(jì)。測(cè)量220kV及以上的變壓器繞組電阻時(shí)，在切斷電源前，不但要斷開(kāi)檢流計(jì)開(kāi)關(guān)，而且要將被試品接入電橋的測(cè)量電壓線也斷開(kāi)，防止由于拉電源瞬間的反電動(dòng)勢(shì)將橋臂電阻的絕緣擊穿和橋臂電阻對(duì)地等部位擊穿。

（三）助磁法原理介紹

該方法是強(qiáng)迫鐵芯磁通迅速飽和，從而降低自感效應(yīng)，減少測(cè)量時(shí)間。

（1）用大容量直流電源，增加測(cè)量電流的值。如用2只190Ah的蓄電池，通40A的電流，測(cè)量250MVA/500kV自耦變壓器中壓繞組的直流電阻值，每個(gè)分接只需1～2min。

（2）將高壓、低壓繞組串聯(lián)起來(lái)通上電流，采用同相位和同極性的高壓繞組助磁。由于高壓繞組匝數(shù)遠(yuǎn)比低壓繞組多，用較小的電流值使鐵芯飽和。如一臺(tái)360MVA/220kV變壓器。鐵芯為五柱式，低壓繞組為三角形聯(lián)接，通10A電流，在15min內(nèi)就可以同時(shí)測(cè)出一相的高壓、低壓繞組的電阻值。

（3）采用恒壓恒流源法的直阻測(cè)量?jī)x法。它利用電子電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，在極短時(shí)間內(nèi)把穩(wěn)壓源平穩(wěn)地入穩(wěn)流源，而且輸出電流最大達(dá)40A，適用于各類變壓器測(cè)量。如果高、低壓繞組同時(shí)測(cè)量，解決了三相五柱式大容量變壓器直流電阻測(cè)量的困難。如電阻大約30～40min，該方法測(cè)量接線圖如圖3所示。

（四）消磁法原理介紹

和第三種的助磁法相反，消磁法力求通過(guò)鐵芯的磁通為零。使用的方法有以下兩種：

（1）零序阻抗法。該方法僅適用于三柱鐵芯YN聯(lián)接的變壓器。將三相繞組并聯(lián)起來(lái)同時(shí)加電流，由于磁通需經(jīng)過(guò)氣隙閉合，磁路的磁阻增大，繞組的電流隨之減小，達(dá)到測(cè)量電阻時(shí)間短的目的。

（2）磁通勢(shì)抵消法。試驗(yàn)時(shí)除被繞組加電流外，非被測(cè)繞組中也通電流，使兩者產(chǎn)生的磁通勢(shì)大小相等而方向相反，達(dá)到相互抵消，使鐵芯中磁通趨近與零，繞組中的電感量降到最小值達(dá)到縮短測(cè)試時(shí)間和目的。如對(duì)一臺(tái)120MVA/220kV三相五柱式變壓器采用消磁法和恒流法測(cè)量高、中、低壓繞組的直流電阻測(cè)量，3min達(dá)到穩(wěn)定。比單用恒流法縮短充電時(shí)間10倍以上。消磁法測(cè)量高壓繞組直流電阻接線圖如圖4所示。

（五）幾種變壓器直流電阻測(cè)試比較

壓降發(fā)和電橋法測(cè)量變壓器直流電阻作為傳統(tǒng)的測(cè)量方法，測(cè)量原理較為簡(jiǎn)單，單隨著時(shí)代的發(fā)展，在面對(duì)較大容量的變壓器測(cè)量，特別是五柱鐵芯和低壓繞組為三角形接線的大型變壓器時(shí)，這兩種測(cè)試方法暴露出測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)及測(cè)量誤差較大的問(wèn)題。有時(shí)測(cè)量時(shí)間甚至達(dá)到數(shù)小時(shí)至十?dāng)?shù)小時(shí)。

經(jīng)過(guò)多年的研究，基于助磁發(fā)和消磁法的技術(shù)取得重大突破，至今已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)下普遍使用的各類型變壓器繞組直流測(cè)試儀，便是基于這兩種測(cè)試原理為產(chǎn)生的。目前使用的變壓器繞組直流電阻測(cè)試儀品種比較多，但共同的一個(gè)特點(diǎn)就是快速測(cè)量，且準(zhǔn)確性高，能較好滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。

二、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算

（一）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

按《規(guī)程》要求

（1）對(duì)于l600kVA以上的變壓器，測(cè)得的各相繞組電阻值相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%;無(wú)中性點(diǎn)引出的繞組，線問(wèn)差別不應(yīng)大于三相平均值的l%。

（2）對(duì)于l600kVA及以下的變壓器，相問(wèn)差別一般不大于三相平均值的4%，線間差別一般不大于三相平均值的2%。

（3）變壓器的直流電阻與同溫下產(chǎn)品出廠實(shí)測(cè)數(shù)值比較（與以前相同部位測(cè)得值比較），其變化不應(yīng)大于2%。

（4）各相繞組電阻與以前相同部位、相同溫度下的歷次結(jié)果相比，不應(yīng)有明顯差別。

（5）三相不平衡率是判斷的重要標(biāo)準(zhǔn)，各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程都作了詳細(xì)明確的規(guī)定。交接時(shí)與出廠時(shí)比較三相不平衡率應(yīng)無(wú)明顯變化，否則即使小于規(guī)定值也不能簡(jiǎn)單判斷為合格。

分析數(shù)據(jù)時(shí)，要綜合考慮相關(guān)的因素和判據(jù)，不能單搬規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，而要根據(jù)規(guī)程的思路、現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，具體分析設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)的發(fā)展和變化過(guò)程。

2、試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算：

測(cè)量三相電力變壓器繞組直流電阻時(shí)，最好能測(cè)量每相繞組的直流電阻。對(duì)于無(wú)中性點(diǎn)引出的三相變壓器，測(cè)出線電阻后進(jìn)行換算。

當(dāng)繞組為Y形接線時(shí)，如圖5-b所示，各相直流電阻為

式中Ra、Rb、Rc——每相繞組相直流電阻，Ω;

RAB、RBC、RAC——兩相間的線直流電阻，Ω。

當(dāng)三相電阻平衡時(shí)，R相為Ra的相電阻，R線為RAB的線電阻，則有

當(dāng)繞組為△形接線時(shí)，如圖圖5-a所示，各相直流電阻如下

式中Ra、Rb、Rc——每相繞組相直流電阻，Ω;

Rav—平均電阻，Ω;

RAB、RBC、RAC——兩相間的線直流電阻，Ω。

當(dāng)三相電阻平衡時(shí)，則有R相=l.5R線。

三、測(cè)量時(shí)的注意事項(xiàng)

（一）測(cè)量變壓器繞組時(shí)

應(yīng)注意記錄測(cè)量時(shí)的溫度，對(duì)于新安裝好尚未帶電運(yùn)行的變壓器，應(yīng)將變壓器上層溫度作為變壓器繞組的溫度。在線圈溫度穩(wěn)定的情況下進(jìn)行測(cè)量，要求變壓器油箱上、下部的溫度之差不超過(guò)5℃。且為了與出廠及歷次測(cè)量的數(shù)值比較，應(yīng)將不同溫度下測(cè)量的直流電阻換算到同一溫度，以便于比較。

（二）由于變壓器線圈存有電感：

測(cè)量時(shí)的充電電流不太穩(wěn)定，一定要在電流穩(wěn)定后再計(jì)數(shù)，提高一次回路直流電阻測(cè)量的正確性和準(zhǔn)確性。必要時(shí)需采取縮短充電時(shí)間的措施。，

（三）感應(yīng)電勢(shì)的影響會(huì)使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)分散性：

大型變壓器之相繞組由于磁路有聯(lián)系，當(dāng)測(cè)完一相而測(cè)量一相時(shí)，由于試驗(yàn)接線和順序混亂，會(huì)使前一相的充電電勢(shì)和兩相的感應(yīng)電勢(shì)相反，根據(jù)楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，此感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電荷必將影響其充電電流，從而導(dǎo)致測(cè)量的電阻發(fā)生變化，由于測(cè)量順序的分散及不確定性，從而引起測(cè)量結(jié)果誤差及分散性。

（四）剩磁的影響：

剩磁會(huì)對(duì)充電繞組的電感值產(chǎn)生影響，從而使測(cè)量時(shí)間增長(zhǎng)，從而對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。同時(shí)大型變壓器絕緣采用夾層絕緣較多，由于剩磁存在，在做變壓器局部放電等試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部強(qiáng)電場(chǎng)。造成故障，因此對(duì)大型變壓器繞組進(jìn)行直流電阻測(cè)量時(shí)應(yīng)控制充電電流在1.0A左右，從而減小剩磁。

（五）引線電阻對(duì)各相繞組直流電阻的影響：

由于變壓器各相繞組的引線長(zhǎng)短不同，可能導(dǎo)致其不平衡率超標(biāo)，其中a、c兩相繞組的直流電阻受引線的影響最大。引線和套管導(dǎo)桿或分接開(kāi)關(guān)之間連接不緊，都可能導(dǎo)致變壓器直流電阻不平衡超標(biāo)。

（六）導(dǎo)線質(zhì)量對(duì)繞組直流電阻的影響：

某些變壓器繞組的導(dǎo)線的銅和銀的含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限額。并且有些導(dǎo)線截面尺寸偏差不同，都可能導(dǎo)致繞組直流電阻不平衡超標(biāo)。

（七）分接開(kāi)關(guān)接觸不良造成變壓器直流電阻超標(biāo)。

分接開(kāi)關(guān)接觸點(diǎn)壓力不夠和接點(diǎn)表面鍍層材料氧化都會(huì)造成開(kāi)關(guān)接觸不良。而開(kāi)關(guān)接觸不良，則可能造成變壓器直流電阻超標(biāo)。

（八）繞組斷股：

變壓器運(yùn)行中受到短路電流沖擊后易發(fā)生斷股，從而導(dǎo)致其直流電阻不平衡率超標(biāo)。此時(shí)及時(shí)測(cè)量其直流電阻可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)檢修。

從實(shí)際測(cè)量結(jié)果中看，引起變壓器線圈電阻值超出規(guī)范要求的因數(shù)很多。現(xiàn)將幾種常見(jiàn)故障現(xiàn)象的測(cè)量結(jié)果分析如下表：

故障現(xiàn)象（與正常情況下的測(cè)試值相比較） 分析結(jié)果

Y型接線 △型接線

一個(gè)線間電阻值不變，兩個(gè)線間電阻值測(cè)不出（阻值很大） 兩個(gè)線間電阻較正常值上升1.5倍，一個(gè)線間電阻值為正常值的3倍 一相線圈斷裂

一個(gè)線間電阻值不變，兩個(gè)線間電阻值降為正常值的（0.5～1）倍 兩個(gè)線間電阻值增至正常值的（1～3）倍，一個(gè)線間電阻值降至正常值的（0～1）倍 一相線圈匝間短路

一個(gè)線間電阻值不變，兩個(gè)線間電阻值升高 一個(gè)線間電阻值不變，兩個(gè)線間電阻值升高 一相引線與導(dǎo)電桿接觸不良

三個(gè)線間電阻值測(cè)不出（阻值很大） 一個(gè)線間電阻等于正常值的3倍，兩個(gè)線間電阻值測(cè)不出（阻值很大） 兩相線圈斷裂

三個(gè)線間電阻都降至正常值的（0.5～1）倍，其中有一個(gè)的阻值低得多 三個(gè)線間電阻值都降至正常值的（0～1）倍，其中有兩個(gè)的阻值低得多 兩相線圈匝間短路

三個(gè)線間電阻值較正常值增大，其中有一個(gè)的阻值增的大得多 三個(gè)線間電阻值較正常值增大，其中有一個(gè)的阻值增的大得多 兩相引線與導(dǎo)電桿接觸不良

四、結(jié)語(yǔ)

變壓器繞組直流電阻的測(cè)量是變壓器試驗(yàn)中一個(gè)重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。作為高壓試驗(yàn)技術(shù)人員，我們?cè)谠囼?yàn)過(guò)程中要做到會(huì)操作也會(huì)分析，知方法也知原理，這樣才能在變化時(shí)做到準(zhǔn)確的分析和判斷。

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