直流電阻和絕緣電阻對變壓器運行狀態(tài)的影響及故障判斷研究*

蘇佳偉，陳懇

(云南師范大學，云南 昆明 650500)

變壓器是供配電系統(tǒng)中的重要設備，其運行狀態(tài)直接影響到供配電系統(tǒng)的安全、質(zhì)量和效率，通過定期開展預防性測試，實時掌握運行狀態(tài)和潛在故障并及時維護保養(yǎng)，合理確定變壓器投入數(shù)量和配置三相負載，對保障供配電系統(tǒng)運行安全和提高運行效率具有重要意義[1].直流電阻和絕緣電阻對變壓器運行狀態(tài)的影響已被廣泛研究[2-8]，本文以在用10 kV變壓器作為測試對象，實際測量變壓器直流電阻和絕緣電阻，分析三相不平衡率，配合開展交流耐壓試驗和接地電阻測試，為變壓器的故障預判及安全使用提供實驗依據(jù)和預防性測試案例分析.

1 直流電阻和絕緣電阻的測試原理及要求

1.1 直流電阻測試要求及三相不平衡率的計算

電力變壓器低壓繞組的直流電阻由繞組電阻、引線電阻、中性線電阻和接觸電阻構(gòu)成，高壓繞組的直流電阻由繞組電阻、引線電阻、匝數(shù)電阻和接觸電阻構(gòu)成[2].變壓器繞組直流電阻三相不平衡率計算式為

(1)

式中，Rmax為直流電阻三相測量值的最大值；Rmin為直流電阻三相測量值的最小值；Rav為直流電阻三相測量值的平均值.

1.2 絕緣電阻的測試原理及要求

絕緣電阻是電氣設備絕緣層在直流電壓作用下呈現(xiàn)的電阻值，等于泄漏電流流過時的阻值，大小與絕緣內(nèi)部是否受潮以及表面是否清潔等因素有關[9].根據(jù)直流電路的歐姆定律，絕緣電阻計算式為

(2)

式中,R為當電容充電電流和吸收電流都衰減到趨近零時的絕緣電阻阻值；U為測試絕緣電阻時施加的直流電壓；I為測試絕緣電阻時施加直流電壓U后流過的總電流.

當測量溫度與產(chǎn)品出廠試驗時的溫度不一致時，變壓器絕緣電阻的溫度換算系數(shù)[10]

(3)

式中，A為溫度換算系數(shù)；K為實測溫度值(℃)減去20的絕對值.校正到20 ℃時的絕緣電阻值計算應滿足下列要求：

當實測溫度為20 ℃以上時，取

R20=ARt;

(4)

當實測溫度為20 ℃以下時，取

R20=Rt/A;

(5)

式中,R20為20 ℃的絕緣電阻值；Rt為實測電阻值；A為溫度換算系數(shù).

2 實驗器材與實驗設計

2.1 實驗器材

1)樹脂澆注干式變壓器9臺，產(chǎn)品標準符合GB1094.11 IEC60076-11，型號均為SCB10-800/10.5，絕緣等級F級，聯(lián)結(jié)組標號Dyn11，投入使用日期為2009年；

2)直流電阻測試儀器為YR-05N變壓器直流電阻測試儀；絕緣電阻測試儀器為YD-6805智能型絕緣電阻測試儀；接地電阻測量儀器為FSYB-D型一頻電網(wǎng)接地電阻測量儀；

3)變壓器輸出電壓監(jiān)測使用Acrel PZ80智能電測表，電流互感器變比為2 000∶5.

2.2 實驗設計

實驗一：變壓器直流電阻測量及三相不平衡率分析

測試條件:晴，測量溫度:8～13 ℃，相對濕度:52%～61%，分別測量高壓側(cè)A、B、C三相線間直流電阻RAB、RBC和RAC,及低壓側(cè)各相對中性點o的直流電阻Rao、Rbo和Rco，并轉(zhuǎn)換為20 ℃下標準電阻值.

實驗二：變壓器絕緣電阻測量及交流耐壓試驗

測試條件:晴，測量溫度:8～13 ℃，相對濕度:52%～61%，分別測量耐壓前和耐壓后的絕緣電阻，將測得值換算為20 ℃下的絕緣電阻(R20).交流耐壓試驗采用外施高壓耐壓法，按出廠試驗值80%(高壓側(cè)試驗電壓28 kV，低壓側(cè)試驗電壓4 kV)開展耐壓試驗，持續(xù)時間1 min.

實驗三：變壓器接地電阻測試

測試條件:晴，測試溫度:8～13 ℃，相對濕度:52%～61%，測量完成后將測量阻值轉(zhuǎn)換為20 ℃下標準值.

3 實驗結(jié)果

3.1 實驗一

9臺變壓器的直流電阻值和三相不平衡率計算結(jié)果如表1，高壓側(cè)三相不平衡率均小于2%，低壓側(cè)三相不平衡率均小于4%，符合標準要求[11].

表1 變壓器直流電阻及三相不平衡率分析Table 1 Transformer DC resistance and three-phase unbalance rate

對各相與中性點三相不平衡率較大的序號為1、7、8和9的變壓器進一步利用Acrel PZ80智能電測表測量其帶負載時的相電壓和線電壓，選取某天9:00—10:00監(jiān)測數(shù)據(jù)，時間間隔15 min.計算三相電壓與平均值的相對誤差，并對5個監(jiān)測時間點的相對誤差求得平均值，分析變壓器輸出三相電壓的平衡性.A相、B相、C相電壓與平均值相對誤差如圖1所示，AB相、BC相、AC相電壓與平均值相對誤差如圖2所示.可以看出，4臺變壓器相電壓與平均值的差異在0.08%以內(nèi)，線電壓與平均值的差異在0.045%以內(nèi)，表明變壓器輸出三相電壓差異很小，輸出三相電壓平衡.

圖1 相電壓與平均值的相對誤差Fig.1 Relative error between phasevoltage and average value

圖2 線電壓與平均值的相對誤差Fig.2 Relative error between line voltage and

3.2 實驗二

變壓器耐壓前后絕緣電阻測量數(shù)據(jù)和交流耐壓試驗結(jié)果如表2所示.可以看出，所有變壓器高壓側(cè)絕緣電阻均大于10 000 MΩ，絕緣情況良好，但在低壓側(cè)序號為2、3、4、7和8的變壓器出現(xiàn)了絕緣電阻值低于10 000 MΩ的現(xiàn)象，不符合標準要求[10].序號為4、7和9的變壓器鐵芯對地的絕緣電阻異常，需進一步監(jiān)測.

表2 變壓器絕緣電阻及交流耐壓試驗結(jié)果Table 2 Results of transformer insulation resistance and AC withstand voltage test

3.3 實驗三

9臺變壓器接地電阻測試數(shù)據(jù)如表3所示，變壓器實測接地電阻較小，表明接地狀態(tài)良好，符合≤0.5 Ω的標準要求[10].

表3 變壓器接地電阻Table 3 Transformer grounding resistance

4 結(jié)語

測試變壓器自投入使用至今已達12 a，通過實驗一測量直流電阻，分析變壓器三相不平衡率，觀察變壓器三相輸出電壓，結(jié)果說明測試變壓器繞組、開關和套管之間引線的連接狀態(tài)良好，繞組匝間不存在短路故障，對變壓器三相電壓輸出的相對誤差分析進一步證明變壓器輸出狀態(tài)正常.但隨著使用時間的增長，因焊接氧化、連接松動等導致接觸不良、繞組缺陷而出現(xiàn)三相不平衡，會導致變壓器相間或相與地間產(chǎn)生循環(huán)電流，增加變壓器的附加損耗，甚至導致變壓器的不對稱運行.

實驗二和實驗三表明變壓器耐壓前后高壓側(cè)絕緣電阻狀況良好，接地狀態(tài)良好.但部分變壓器低壓側(cè)絕緣電阻低于標準值，說明該部分變壓器存在絕緣缺陷.有3臺變壓器存在鐵芯絕緣電阻偏低的問題，會增加變壓器自身損耗，存在誘發(fā)多點接地導致變壓器接地電流增大，造成接地環(huán)流，引發(fā)變壓器局部發(fā)熱和損壞的可能，需加強監(jiān)測.