變壓器直流電阻測試淺析

[摘要]變壓器的預防性試驗項目很多。主要包括常規的絕緣特性試驗，油中溶解氣體色譜分析，以及繞組直流電阻測量等。在《電力設備預防性試驗規程》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量，分接開關接觸是否良好，引出線及繞組有無折斷、關聯支路是否正確、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。對一般導體而言兩種方法均可快速測量出數據，但是，由于變壓器繞組的引線結構各不相同；導線質量、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構示意圖如附圖所示。

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；有可能導致其不平衡率超標。根據變壓器引線結構的具體尺寸，S9—1000/10及SL7—315/613變壓器附壓側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

由表1可見，由于引線的影響可導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，因此不平衡系數容易超標。

防止措施：

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）的厚度或寬度。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：導線質量

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線的銅和銀的含量低于*標準規定限額。有時即使采用合格的導線，但由于導線截面尺寸偏差不同，也可以導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%，經計算，*大負偏差的一盤線，其導線截面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，其高壓側三相直流電阻不平衡率超過4%，經反復檢查發現B相繞組的鋁線本身質量不佳。

為消除導線質量問題的因素可采取下列措施：

(1)加強對入庫線材的檢測，控制劣質導線流入生產的現象，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象。

2.3原因之三：連接不緊。

測試實踐表明，引線與套管導桿或分接開關之間連接不緊都可能導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%，所以懷疑繞組系統有問題。在綜合分析后經吊芯檢查，發現C相低壓繞組與套管導電銅螺栓連接處的軟銅排發熱變色，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導電柱內螺牙連接松動。

表3  變壓器直流電阻

（3）某臺SFSLZB—50000Kva/110型變壓器，色譜分析結果異常，又測試35kV側直流電阻，A相為0.0604Ω，B相為0.0550Ω，C相為0.0550Ω。可見A相直流電阻增大，經現場進一步檢查是35KV側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，預防性試驗時發現35kV側運行Ⅲ分接頭直流電阻不平衡率超標。測試結果如表4。

表4    變壓器直流電阻

由表4可見，35kV側直流電阻不平衡率大于2%，懷疑分接開關有問題，故轉動分接開關后復測，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生可能出現在A相線圈的首端或套管的引線連接處，是連接不良造成。經分析確認后，停電打開A相套管下部的手孔門檢查，發現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，經緊固后恢復正常。

（5）某臺10000KVA、60kV的有載調壓變壓器，在預試時發現直流電阻不合格，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。停電檢查發現，確是B相穿纜引線鼻子與將*帽接觸不緊造成的。

由上述，消除連接不緊應采取下列措施：

(1)提高安裝與檢修質量，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：分接開關接觸不良

有載和無載分接開關接觸不良的缺陷，是主變壓器各類缺陷中數量*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，預試時直流電阻三相平衡，但運行8個月后，110kV側中相套管噴油，溫度達84℃。色譜分析結果認為該變壓器內部有熱故障，*熱點溫度為150—300℃，分析是導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→套管之內。吊芯檢查發現中壓C相分接開關Ⅳ分頭的動靜觸頭接觸不良，且有過熱變色和燒損情況。更換分接開關后，運行良好。

(2)某臺OTSFTSB—120000/220型主變壓器，色譜分析發現變壓器內部有過熱故障。測直流電阻發現相間不平衡率達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相分接開關接觸有問題。后經幾次追蹤分析，問題依然存在，*后由人孔門進入變壓器檢查，發現A相分接開關動靜觸頭接觸不良，燒傷兩處。吊罩更換分接開關運行正常。

分接開關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，而根本原因則是結構設計有不合理之處，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)在結構設計上采取有效措施保證接觸頭接觸良好。

(2)避免分接開關機件的各部分螺釘松動。

(3)有載調壓開關5—6年至少應檢修一次。即使切換次數很少，也應照此執行。

2.5原因之五：繞組斷股

變壓器繞組斷股往往導致直流電阻不平衡率超標，例如，某電廠SFPSL—12000/220型主變壓器，色譜分析結果發現總烴含量急劇增長，測直流電阻，其結果是高、低壓側與制造廠及歷年的數值相比較無異常，但中壓側的直流電阻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，經解體檢查發現，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，應及時測量其直流電阻，及時發現斷股故障，及時檢修。

(2)利用色譜分析結果進行綜合分析判斷，經驗證明，這是一種有效方法。

3.變壓器直流電阻測量數值不穩的原因分析和防止措施：

3.1原因之一：過渡過程穩定時間太長。

從電工學知道，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，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達到穩定值I=U/Rx過程中，選取不同的充電時間t來計算I。其結果列于表8中。很明顯，當t=5T時穩定電流達到99.5%I，尚存在0.5的電流誤差，因此在充電時間小于5T時測量值會出現不穩定現象（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，電感達到數百甚至數千H，而電阻一般在1×10-1-～1×102Ω之間。這*使得充電時間常數較大（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，在未穩定以前，電橋一直不平衡，出現測量不穩定現象。

表8   電流i和充電時間的關系

縮短穩定時間的方法：

(1)增大電阻的電路突變法，*是在測量電流回路加入一附加電阻，測量時先將其短路，使電流快速上升，然后接入電阻，使電流很快穩定。

(2)恒流源加助磁的方法，其基本目的是為了減小電感。當測量低壓側繞組直流電阻時，使高壓側繞組通以勵磁電流，它等效于在低壓側繞組加大電流，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指針左右擺動現象，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處理。

(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：外界干擾使測量數值不穩。

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，二次繞阻中有感應電勢會干擾一次繞組的測量。另外，溫度不穩定，不平衡時，也使測量數值不準，溫度高的部分出現正偏差，溫度低的出現負偏差。

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)測量時應保證非被試繞組開路。

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

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

4.結論

綜合上述所寫說明，變壓器直流電阻測量方法雖然簡單，但是數據分析時要考慮全面，特別是對異常數據的分析，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，。熟練的使用好試驗儀器。平時多注意積累經驗，總結、分析以往的每一次測試工作，*能收到滿意的效果。