李新星，王 穎

（國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

大型變壓器直流電阻測量方法的研究

李新星，王 穎

（國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

分析了大型變壓器，特別是三相五柱式變壓器直流電阻測量中存在的問題，提出了全壓恒流電源法與消磁法相結(jié)合的改進(jìn)方法。經(jīng)實例測試，改進(jìn)方法測量結(jié)果準(zhǔn)確、測量時間短，同時解決了剩磁問題。

變壓器；直流電阻；消磁法；快速測量

0 引言

繞組直流電阻測試是變壓器預(yù)試、事故分析中不可缺少的項目，它可以反映繞組焊接不良、繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關(guān)接觸不良等缺陷故障，測量方法易實現(xiàn)，結(jié)果直觀。但是，對于大型變壓器特別是三相五柱式變壓器，測量所需時間較長。縮短變壓器直流電阻測量時間對提高工作效率、減少事故停電時間有非常重要的現(xiàn)實意義[1，2]。

圖1 三通道測量變壓器直阻的原理示意圖

但是，采用單通道四端法測量時，參照圖1，測量結(jié)果如式（2）所示。

式（1）與式（2）相比較，三通道測量時，各相電阻測量值中不包括中性點引入線電阻及部分繞組末端連線電阻[3]。

1 測量變壓器直流電阻的基本原理

1.1 基本原理

變壓器繞組可等效為一個電阻和電感的串聯(lián)電路，測量繞組直流電阻的基本原理可用如圖2所示的一階等值電路表示[4]。

圖2 測量變壓器直阻的原理示意圖

設(shè)t=0時，i=0，則充電電流為

式（3）中，τ為時間常數(shù)，反映了這個一階電路過渡過程的進(jìn)展速度。對大型變壓器而言，高壓繞組電感可達(dá)數(shù)百H，而其直流電阻值在10-1～10-2之間；低壓繞組的電感則在數(shù)H到數(shù)十H之間，而其直流電阻值在10-2～10-3。例如，某臺360 MVA、220 kV變壓器，高壓繞組電感約為195H，電阻0.553Ω，則τ=195/0.553=353 s。當(dāng)t=5τ=1 755 s=29min，i5τ=0.993，R5τ1.006 7=R，即此時測量電阻比實際值有+0.67%的誤差。因此，為得到準(zhǔn)確測量結(jié)果，充電時間要大于29min。

縮短充電時間，要減小τ，由式（3）可知有兩種方法，一是減小電感L，二是增加電阻R。在四端電壓電流表法、雙臂電橋法測量時，采用電流回路串入電阻法、電路突變法，可以取得較好的效果。

1.2 全壓恒流電流法

實際工作中，數(shù)字式直流電阻測試儀得到了廣泛應(yīng)用，其由全壓—恒流電源和測量機構(gòu)組成。開始階段，儀器工作在全壓狀態(tài)，電流快速上升。提高充電電壓U，可提高電流上升曲線的斜率。當(dāng)充電電流達(dá)到要求值I0時，儀器工作在恒流源狀態(tài)，測量回路的電流被強迫穩(wěn)定在I0上，電路進(jìn)入強制穩(wěn)態(tài)，如圖3所示。I0越大，通常達(dá)到2～3倍空載電流，鐵芯磁通密度飽合越高，導(dǎo)磁系數(shù)大幅度減小，有效降低電感，縮短穩(wěn)定時間。

圖3 全壓—恒流電源工作示意圖

2 測量中的問題

2.1 單相測量星型聯(lián)結(jié)繞組的直流電阻

圖4 單通道測量三相五柱式變壓器星型聯(lián)結(jié)繞組直阻的電流與磁路示意圖

2.2 測量低壓側(cè)直流繞組

a）變壓器低壓側(cè)繞組匝數(shù)少，即使采用全壓—恒流電源法也需要較長的充電時間，鐵芯飽合困難。

b）大型變壓器低壓側(cè)多為三角形連接，測量直流電阻時只能在兩個端子上進(jìn)行，得到線間直流電阻，由于并聯(lián)繞組間存在互感，使測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

c）在低壓繞組測量時，三相都有電流通過，都會產(chǎn)生磁通，每一次測量結(jié)束后都有剩磁。如果不注意磁通的方向，則會導(dǎo)致“兩快一慢”的問題，即某一相測試的時間比其余兩相的測試時間要長很多。這是因為在不利的情況下，上一次測量后的剩磁與本次測量時所要建立的新的飽合磁通的方向相反，則剩磁肯定要阻礙新磁通的建立，使充電時間延長。在測量時，只要使前、后兩次測量時的舊、新磁通方向相同，則可反過來利用剩磁，縮短充電時間。利用“助磁法”[6]可以較好地解決此問題。但在測量時，鐵芯飽合，磁場強度大，在充電電流斷開乃至放電結(jié)束后，鐵芯中仍然存有較大的剩磁[7]。這是由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象所導(dǎo)致的，特別是大型變壓器的鐵芯大都采用磁化特性很“硬”的冷軋鋼硅鋼片，使得剩磁現(xiàn)象更為嚴(yán)重。變壓器的剩磁有諸多不利的影響，例如當(dāng)發(fā)變機組進(jìn)行零起升壓或變壓器空載合閘時，可能會造成差動保護(hù)誤動作。

3 改進(jìn)方法

消磁法是在測量繞組直流電阻的全過程中，使鐵芯中的磁通始終很小或基本為零，從而大大縮短或消除過渡時間的一種減小電感的方法。它依靠在測試?yán)@組與非測試?yán)@組中同時加反向電流，使磁場相互抵消。將消磁法與全壓—恒流電源法相結(jié)合，有利于電流的快速提升與穩(wěn)定，使效果更加顯著。

圖5 測量高壓側(cè)、低壓側(cè)直流電阻的接線原理圖

圖6 測量三角形聯(lián)結(jié)繞組直流電阻測量示意圖

4 實例分析

通過對1臺三相五柱式變壓器的實測來驗證上述分析。變壓器型號為SSZ11-320000/220，聯(lián)結(jié)組別為YNyn0d11。測試儀器為2臺保定華創(chuàng)電氣有限公司生產(chǎn)的HCR3320A直流電阻測試儀。采用常規(guī)方法三通道同時測量與采用改進(jìn)方法單通道測量，結(jié)果如表1所示。對于相同部位的直流電阻值，采用三通道測量的結(jié)果要比單通道時小，測量結(jié)果不能完全反映變壓器的實際數(shù)值。

表1 三通道與單通道法測量的直阻mΩ

分別采用常規(guī)方法與改進(jìn)方法進(jìn)行單通道測量，結(jié)果如表2所示。二者測量數(shù)值一致，但測量時間相差很大，可見改進(jìn)方法的優(yōu)勢。

表2 改進(jìn)方法與常規(guī)方法測量高壓側(cè)直阻數(shù)值與所需時間

大型變壓器的低壓側(cè)多采用三角型聯(lián)結(jié)，測量其直流電阻所需時間長，這一直是個難點。有文獻(xiàn)提出采用高、低壓串聯(lián)助磁法進(jìn)行測量，但效果仍不是很理想。采用本文改進(jìn)方法可以取得較好效果，如表3所示。

表3 改進(jìn)方法與常規(guī)方法測量低壓側(cè)直阻所需時間

5 結(jié)論

采用三通道直阻儀同時測量變壓器的三相直流電阻時，測量值不包括中性引線的直阻，其數(shù)值約占單通道測量值的1%，對三相電阻不平衡率影響微小，但卻不能判斷變壓器內(nèi)部中性點引線的聯(lián)結(jié)狀況，存在安全隱患。因此，對于變壓器星型聯(lián)結(jié)的高壓側(cè)，應(yīng)在若干個檔位采用單通道進(jìn)行測量。

對于大容量變壓器，特別是低壓側(cè)為三角型聯(lián)結(jié)的三相五柱式變壓器，常規(guī)法單通道測量星型聯(lián)結(jié)繞組的高、中壓側(cè)直阻所需時間長，采用本文所述改進(jìn)方法可以取得良好效果。

改進(jìn)法用于測量三角形聯(lián)結(jié)繞組的低壓側(cè)直阻時，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測量時間短，提高工作效率的同時也解決了剩磁問題。

［1］ 陳天翔，王寅仲，海世杰.電氣試驗［M］.北京：中國電力出版社，2008：89-95.

［2］ 陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)實用手冊［M］.北京：中國電力出版社，2009：226-237.

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Study on the M easuring M ethod of Large Transformer DC Resistance

LIXinxing，WANG Ying
（State Grid Linfen Power Supply Company，Linfen，Shanxi 041000，China）

This paper analyzes the problems existing in themeasurement of DC resistance of large transformer especially the three-phase five-column transformer.A new method is proposed based on the full-voltage constant-current power supply method and degaussingmethod.By practical test，the improvedmethod can getaccurate resultand shotmeasurement timewithout residualmagnetism.

transformer；DC resistance；degaussingmethod；fastmeasurement

TM934.12

A

1671-0320（2015）01-0033-04

2014-11-20，

2014-12-09

李新星（1985），男，山西臨汾人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，助理工程師，從事電力設(shè)備高壓試驗及研究工作；

王 穎（1989），女，山西臨汾人，2011年畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，助理工程師，從事電力設(shè)備高壓試驗及研究工作。