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1、变压器绕组直流电阻测试有关问题探讨保定市金达电力科技有限公司 张新功共分以下几部分进行进行探讨：一、概 述二、绕组直流电阻测试测量原理三、变压器直流电阻测试仪的性能指标要求四、五柱式，低压 d 联接大容量变压器低压绕组直流电阻测试五、三通道仪器的使用六、变压器直流电阻测试仪使用有关问题探讨七、变压器直流电阻测试验后的消磁问题八、金达产品介绍1一、 概述变压器绕组直流电阻测试是变压器出厂及预防性试验的主要项目之一，通过该项试验可以：1、 检查绕组焊接质量；2、 检查分接开关各个位置接触是否良好；3、 检查绕组或引出线有无折断处；4、 检查并联支路的正确性，是否存在由几根并联导线绕制成的绕组发生一
2、处或多处断线的情况；5、 检查层、匝间有无短路的现象；6、 确定绕组的平均温升。所以变压器绕组直流电阻测量既是简单常规的试验项目，但又是耗时、准确度要求高的项目，它是确保变压器生产质量、检修质量和安全运行的一个重要手段。结合国家标准及电力设备预防性试验规程有关规定：| 1、 l600kVA 以上变压器，各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的 2%，无中性点引出的绕组其线间差别不应大于三相平均值的 1%。2、1600kVA 及以下的变压器，相间差别一般不大于三相平均值的 4%，线间差别一般不大于三相平均值的 2%。3、与以前相同部位测得值比较，其变化不应大于 2%。 不同温度下电阻值按下式
3、换算：R2 R1式 中 ： R1、 R2 分 别 为 在 温 度 t1、 t2 下 的 电 阻 值 ； T 为 电 阻 温 度 常 数 ， 铜 导 线 为 235， 铝 导 线 为 225。二、 绕组直流电阻测试测量原理电力变压器绕组的电感很大为数百亨至数千亨，而直流电阻很小最小至数百微欧，用稳压电源给大型变压器绕组充电达到稳定的时间可能长达数十分钟至数小时，因此如何快速准确测量电力变压器绕组的直流电阻一直是人们研究和追求的目标。下图为稳压电源给绕组充电原理图见图一：2图一Lx，Rx 为绕组电感和电阻， 合上开关 K 后可知：E=i=其中，= 为回路时间常数。由此可见，i 含有一直流分量和一衰
4、减分量，当衰减分量衰减至零时 i 达到稳定值 I= 时，电感不起作用，此时可通过测量 E 和 I 来得到 Rx。其充电曲线为图三所示的曲线，由于大型变压器绕组的 很大、很小，所以时间常数 很大，需很长一段时间电流才能达到稳定，充电时间为 5 时，通过计算可知测得电阻比真实电阻还有 0.67%的误差。为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，而采用稳压稳流电源充电的方法可使稳定时间大为缩短。稳压稳流电源可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，在稳流状态下电源可保持回路电流恒定。图二为稳压稳流电源给绕组充电原理图：图二RN 为电流取样
5、电阻，E 为稳压稳流电源的最大稳压电压，I 为仪器设定的稳流电流，开关 K 合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态，其充电曲线为图三所示的曲线。3图三从图三可以看出，稳压稳流电源充电达到电流稳定的时间比稳压电源充电达到电流稳定的时间快得多，E 越高，充电达到设定的稳流电流 I 的速度越快，所以说稳压稳流电源用于变压器直流电阻测量是一种快速充电方法。由于 Vx 为：Vx=iRX+Lx电源进入稳流状态后， =0，这时通过测量绕组两端的电位 VX 及取样电阻 RN 两端的电位 VN，可得绕组直流电阻 RX 为:RX=
6、RN三、 变压器直流电阻测试仪的性能指标要求稳压稳流电源的稳压电压为 20V-60V，甚至更高至 100V，稳流电流一般为从 1mA-n*10 mAn*100mAnAn*10A 多档选择，最大输出电流最大已达 100A，以覆盖 PT、配电变压器及大容量变压器等感性试品的测量范围及满足变压器出厂时温升试验需快速准确测试直流电阻的要求。稳压稳流电源的稳压电压 E 和最大稳流电流 I 决定了仪器的电源功率，从图三可知 E 越高充电速度越快，I 越大铁芯磁通密度饱和程度越高，可有效降低电感 L 以缩短稳定的时间、I 越大测量信号 Vx 越大，数据更准确稳定，E、I 参数的选择将直接影响到仪器的便携性，
7、E、I 参数的选择应结合试品容量、仪器的便携性、测试速度等要求进行合理选择。在变压器出厂前进行的温升试验中，通过测量绕组冷态电阻值和温升试验终了时热状态下的电阻值来计算绕组的平均温度，根据规定应在温升加载终了后两分钟内测得第一点真实电阻值才有效，并每间隔 30秒测量温升加载终了后 20 分钟内的直流电阻，通过测量 20 分钟内的直流电阻来得到温升试验终了时热状态下的电阻值。为解决五柱式，低压 d 联接大容量变压器低压绕组直流电阻在温升试验中两分钟内测得真4实电阻的要求，采用 100A 大电流加助磁方法来进行，因为采用助磁方法仪器测试电流还能达到 100A，要求仪器的稳压电压大于 80V，另外在
8、温升试验中还要求测试仪器具备两通道测量功能。从上述的仪器测试原理可知，测量原理建立在 =0 的基础上，稳流电源的稳定性将直接影响测试值的稳定性，在大容量变压器低压绕组测量时就能得到有效检验，不同厂家的仪器相同的测试电流档位其测试数据的稳定性相差甚远。金达公司的直阻仪要求电流纹波系数0.5(电流纹波系数为仪器最大负载条件下供电回路交流电流与恒定直流电流之比)。充电过程中绕组储存的能量为 LI2，L、I 越大储存的能量越大，测试完成后仪器设计有放电电阻及三极管相串联的快速放电回路来释放储存的能量，如图四所示： 图四R3 为放电电阻，R1、R2 为驱动三极管工作的分压电阻，放电回路正向不导通、反向导
9、通。直阻测试完成后图二原理图中开关 K 断开，刚开始放电的一段时间放电电压较高，三极管呈导通状态放电回路主要由放电电阻释放能量，随着放电电压的降低三极管进入截止状态，其等效于高阻状态以快速释放完最后能量。上述放电回路是一种快速且安全的方法。根据 l600kVA 以上变压器线间差别不应大于三相平均值的 1%的要求，测试仪器的准确度高出两个级别即 0.25%，0.2%的准确度可满足测试要求。720MVA 及以上容量变压器、部分干式变压器其低压电阻为 n*100, 测试该类型变压器器要求仪器的最高分辩率达到 0.1。四、 五柱式、低压 d 联接变压器低压绕组直流电阻测试快速准确测量五柱式、低压 d
10、联接大容量变压器低压绕组直流电阻是变压器直流电阻测试仪领域的难点，目前解决该难点采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。绕组电感 L 由下式表示：5L=式中：K=0.4 ;n匝数；S铁心截面（cm 2）; 铁心回路长度（m）; 导磁系数。从上式可知电感 L 决定于绕组的匝数、铁心的几何尺寸和硅钢片的导磁系数，n、S、 是已知的，只有 是能改变的。图五为铁心磁通密度 B 与磁场强度 H，导磁系数 与磁场强度 H 的关系曲线。当磁场强度 H 很大，铁心磁通密度强度趋于饱和时， 就大幅度下降，变压器的电感 L 也随之减小，从 H=nI/ 可知，要增大 H 就
11、要提高稳定电流 I，一般需要施加电流达 23 倍空载电流，才能有效地减小L。图五五柱式、低压 d 联接大容量变压器低压绕组低压绕组采用四端法测试时，达到铁心饱和的励磁电流需几十安以上，从试验经验看 100A 励磁电流可满足 720MVA 容量变压器的测试要求。采用图六所示的高低压绕组串联助磁方法，其高低压绕组的电流方向一致，由于高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，l0A 的励磁电流即可满足所有容量变压器的要求。6图六下表为几个现场试验结果：100A 四端法和 10A 助磁法在一台 750MVA、500kV/220kV/35KV 自耦变压器的测试结果Rab(m
12、) Rbc(m) Rca(m) 不平衡率(%)100A 四端法测试值 6.027 6.005 6.037 0.53充电时间(分) 7 6 410A 助磁法测试值 6.027 6.004 6.040 0.6充电时间(分) 15 7 510A 助助磁法在一台 750MVA、500kV/20kV 变压器的测试结果Rab( ) Rbc() Rca() 不平衡率(%)出厂值(37) 556.9 557.2 560.0 0.56测试值(12) 505.9 504.9 507.8 0.53充电时间(分) 31 14 2210A 助助磁法在一台 750MVA、500kV/220kV/35kV 自耦变压器的测试
13、结果Rab(m) Rbc(m) Rca(m)测试值 5.725 5.684 5.726充电时间(分) 15 12 610A 助助磁法在一台 420MVA, 220kV/20kV 变压器的测试结果7Rab(m) Rbc(m) Rca(m)测试值 1.081 1.084 1.086充电时间(分) 25 10 9五、 三通道仪器的使用三通道变压器直流电阻测试主要为解决 YN 有载分接绕组的快速测试问题，其原理见下图： RA、 RB、 RC 为绕组电阻，Rxo 、 RYO 、 RYZ 为上述变压器内部标示的中性点引出点至各绕组的连线电阻，R OO 为变压器标示的中性点引出点至变压器外部套管间的电阻。三
14、通道测试时稳流电源设计为 IA=Ic= IB，I N=0，则：RAO=RA+RxoRBO=RB RYORCO= RC +RYZ-RYO 而单通道测试而传统四端法测试时RAO=RA+Rxo +ROORBO=RB RYO +ROORCO= RC +RYZ RYO +ROO 三通道与单通道测试方法对比，各相电阻测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻，末端连线电阻与中性引线接入点 O位置有关。因为三通道测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻, RA、 RB、 RC 阻值越大其测试值中中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻影响的份量越小。因为高压绕组线圈电阻较大，部分绕组末端连线电
15、阻可以忽略，三通道测量的三相电阻值均不包括中性点引线电阻，与单通道测试值不破坏原有测试数据的规律。8RA、 RB、 RC 阻值较小，如中压侧或低压侧，其测试值中 中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻影响的份量相对加大，与单通道测试值甚至会严重破坏原有测试数据的规律，两者之间甚至无可比性。下表为一台 50MVA/110KV 变压器高压侧单/三通道的电阻实测数据，采用三通道测量其阻值要比单通道测量电阻值小 2.7-3.4m，约为单通道测量值的 1%，且三相电阻不平衡率变化较小，所以对直流电阻测量值的判断影响不大。单通道测量( ) 三通道测量( ) 方式相别 1 档 2 档 1 档 2 档AO 0.
16、3331 0.3279 0.3300 0.3245BO 0.3344 0.3288 0.3313 0.3254CO 0.3349 0.3298 0.3322 0.3265R(%) 0.54 0.58 0.66 0.61从上述分析可知三通道测量仅适用于高压侧 YN 绕组的直流电阻值测试，不适用于中压或低压侧星形带中性头绕组测试。六、 变压器直流电阻测试仪使用有关问题探讨1、l0A 的励磁电流外加助磁方法即可满足所有容量变压器的测试要求，是一种经典有效的方法，从实测经验看其数据的稳定性比 4050A 的测试仪更好，所以在仪器选型中不一定一味选择大电流的测试仪器，在使用 4050A 的测试仪测试数据不够稳定时，建议采用 l0A 助磁方法。2、进行三通道测量时可同
