甘 鵬 湯春榮 任 達

（1.南瑞集團有限公司 （國網(wǎng)電力科學研究院有限公司） 2.揚州思赫智能電氣有限公司）

0 引言

電力變壓器是電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵?，也是電網(wǎng)最重要和最關(guān)鍵的設(shè)備之一［1］。變壓器試驗項目較多，其中，繞組電阻測量是電力變壓器的例行試驗項目和交接試驗項目，也是電網(wǎng)公司規(guī)定的變壓器產(chǎn)品抽檢必檢項目［2-3］。

通過繞組電阻測量，可以檢查導電回路是否存在短路、開路或者錯接，同時可判斷導線的焊接點、引線與套管連接是否良好、分接開關(guān)接觸是否良好等，還可以核對繞組所用導線材質(zhì)及規(guī)格是否符合設(shè)計要求［4］。同時，變壓器短路阻抗和負載損耗從常溫校正到參考溫度的數(shù)值需要繞組電阻值參與換算。在溫升試驗中，采用測量變壓器冷態(tài)繞組電阻和溫升試驗剛斷電時的熱態(tài)繞組電阻，用以計算變壓器繞組的溫升［5］。

本文先介紹變壓器繞組電阻的測量方法，然后對繞組電阻的快速測量的原理及方法進行研究，并采用具備快速測量功能的直流電阻測試儀測量一臺配電變壓器的繞組電阻，對測試時間進行研究，研究結(jié)果可為變壓器試驗人員提供參考。

1 標準要求及快速測量的意義

標準規(guī)定［6］：當三相變壓器繞組為Y聯(lián)結(jié)無中性點引出時，應(yīng)測量其線電阻AB、BC、CA，如有中性點引出時，應(yīng)測量其相電阻AO、BO、CO，但對中性點引線電阻所占比例較大的yn聯(lián)結(jié)組且低壓為400V的配電變壓器，應(yīng)測量其線電阻ab、bc、ca及中性點對一個線段的電阻，如ao；當三相變壓器繞組為D聯(lián)結(jié)時，首尾端引出的應(yīng)測量其相電阻，封閉三角形的試品應(yīng)測量其線電阻。對于帶有分接的繞組，應(yīng)在所有分接下測量其繞組電阻。

溫升試驗中，從電源斷開到測得第一個有效熱電阻的時間，不宜超過：額定容量小于100MVA的變壓器，2min；額定容量100MVA至小于500MVA的變壓器，3min；額定容量不小于500MVA的變壓器，4min。

測量繞組電阻時，當接通直流電源后，充電電流要經(jīng)過一個暫態(tài)過程才能達到穩(wěn)定值，暫態(tài)過程持續(xù)時間，對于小型變壓器，一般需要幾分鐘，對于大型變壓器，可達十幾甚至幾十分鐘以上［7］，所以，縮短暫態(tài)過程時間，加快測量速度，具有重要意義。特別是變壓器溫升試驗時，用測量電阻來計算繞組溫升，應(yīng)從負荷切斷以后1min內(nèi)開始測量，在10min～12min內(nèi)，每隔30s～60s進行一次測量，而且測量的電阻要準確，因此，需要快速且準確的測量繞組電阻。

2 測量方法

通常采用直流壓降法測量變壓器繞組電阻。直流壓降法是采用的歐姆定律

只要測量出電路中的電壓降U和電流I，即可計算出繞組電阻R。當變壓器的繞組電阻值較小時，可采用圖1方式進行測試。

圖1 繞組電阻較小時的測試原理圖

圖1中，設(shè)電壓表的內(nèi)阻為rV，其支路電流值為lV，則變壓器的繞組電阻為：

由式4可知，當rV越大，R越小，測量誤差α越小，因此該種接線適用于測量小電阻。

當繞組電阻值較大時，采用圖2所示接線方式，

圖2 繞組電阻較大時的測試原理圖

設(shè)電流表內(nèi)阻為rA，考慮電流表上的電壓降后，變壓器繞組電阻為：

直流壓降法的關(guān)鍵在于所使用的電流表和變壓表要有足夠的精度，才能保證測量的電阻的精度，通常采用的指針式電流表及電壓表，其精度較低，造成測量誤差較大。同時，由于直流壓降法測量值需要計算、接線復(fù)雜、必須同時讀取兩塊表的示數(shù)等原因，所以現(xiàn)在很少直接采用該方法［8］。

隨著電子技術(shù)發(fā)展，將微處理器等電子元件應(yīng)用到變壓器繞組電阻測量儀器中，出現(xiàn)了基于直流壓降法原理的數(shù)字式儀器。數(shù)字式儀器原理圖見圖3，組成部分包括穩(wěn)壓恒流電源，放電線路、放大濾波電路、模數(shù)變換 （A／D）、微處理器 （CPU）及顯示器、打印機、通訊接口等。

圖3 數(shù)字式儀器原理圖

圖3中，RN為標準電阻，W1、W2分別為被測變壓器繞組，當回路通過恒定電流I時，可測出W1、W2上電壓降V1、V2，可得：

通過式9、式10即可計算出變壓器的高壓側(cè)及低壓側(cè)繞組電阻值。因為電壓、電流等參數(shù)采用數(shù)字式方法采集和計算，數(shù)字式測試儀的準確級較高，可做到0.1～0.2級。

3 快速測量方法

變壓器繞組在直流激磁時電感很大，因此直流電路中電流的穩(wěn)定時間較長［9］。經(jīng)研究，縮短繞組電阻測試時間可采用以下兩種方法：

（1）減小時間常數(shù)法

變壓器繞組電阻測量的等值電路圖見圖4，其中E為直流電阻測試儀的直流電源，L、R分別為變壓器的充電電感與直流電阻。

圖4 繞組電阻測量的等值電路圖

圖4中，合上回路開關(guān)K后直流電源E開始給變壓器繞組充電，充電電流

式11中，時間常數(shù)τ＝L／R （12）

變壓器繞組具有很大的電感和很小的電阻，變壓器的容量越大，繞組的電感就越大，而電阻越小，因而其時間常數(shù)較大。為減小時間常數(shù)τ，有兩種方法，一是減小電感L，二是增加回路電阻R。

①減小L的方法

式中，K為磁常數(shù)，n為線圈匝數(shù)，S為鐵心截面，l為鐵心回路長度，μ為導磁系數(shù)。對于成品變壓器，K、n、S、l均無法改變，僅有μ可以改變，要減小μ，就要增大I，即提高測量繞組電阻時的直流電流電流。

②增大R的方法

通過在測試回路中串聯(lián)一電阻R1，可以減小時間常數(shù)τ。串聯(lián)電阻后，時間常數(shù)變?yōu)?/p>

因串入的電阻R1對充電電流有影響，操作程序為：首先將R1調(diào)至最大值，回路開關(guān)閉合，i1＝0，E全部用來平衡繞組中的感應(yīng)電勢，隨后i開始上升，隨著i的上升將R值適當調(diào)小，使R值能保證預(yù)定的穩(wěn)定電流I。

（2）恒流源法

恒流源采用電子線路，測量線路中的電流可以預(yù)先設(shè)定，在電流接近預(yù)定值時，再逐步降低電壓使得電流穩(wěn)定在預(yù)定值，則可縮短測試時間。恒流源通過在測試線路內(nèi)提高測試電壓 （提高穩(wěn)定電流值）的方式，可以縮短測量時間。

當需要快速且準確的測量出繞組電阻時，可選擇電流大、無載電壓較高的恒流源。

4 試驗研究

恒流源一般和電阻測量裝置一起使用，基于直流壓降法及恒流源原理的制成直流電阻測試儀，具備快速準確測量變壓器繞組電阻功能，可根據(jù)被測變壓器的直流電阻選擇測試電流，其電流范圍從mA級到100A，無載電壓從20V到80V。直流電阻測試儀的自動化程度高、準確度高、功能齊全，當前普遍采用直流電阻測試儀進行變壓器繞組電阻測量。

采用1臺直流電阻測試儀對1臺配電變壓器的繞組電阻進行測量，見圖5。配電變壓器的參如下：相數(shù)：三相；額定電壓10／0.4kV；容量：400kVA。

圖5 試驗現(xiàn)場圖

采用直流電阻測試儀測量變壓器繞組電阻的測試接線示意圖見圖6，儀器具有雙通道，采用雙恒流源設(shè)計，測量時可高、低壓繞組同時測量。

圖6 測試接線示意圖

選擇好直流電阻測試儀的測試電流檔位，按下直流電阻測試儀的 “開始”按鈕即可開始測試，不同測試電流下的測試時間見表1。

表1 不同測試電流下的繞組電阻測試時間

（續(xù)）

從表1可看出，隨著測試電流的增大，測試時間隨之變短，對于該臺變壓器的高壓繞組測試電流≥0.1A、低壓繞組測試電流≥10A，測試時間≤30s，可有效降低繞組電阻測試時間，滿足溫升試驗時繞組電阻測量的時間要求。因此在當前技術(shù)條件下，基于大電流、恒流源的直流電阻測試儀，可作為變壓器繞組電阻測量的理想儀器。

需要注意的是，測試電流也不可選擇過大，否則變壓器繞組因通過大電流而造成直流電阻發(fā)熱，阻值產(chǎn)生變化，影響測量結(jié)果。在使用直流電阻測試儀進行變壓器繞組電阻測量時，選取多大的測試電流，需要根據(jù)測試時間及測試準確度綜合考慮。

5 結(jié)束語

繞組電阻測量是電力變壓器重要的試驗項目。繞組電阻測量的基本方法為直流壓降法。為對繞組電阻進行快速測量，需要減小時間常數(shù)τ，有兩種方法，一是減小電感L，二是增加回路電阻R，減小回路電感可通過提高穩(wěn)定電流方法實現(xiàn)，增大回路電阻可通過在回路中串入一可調(diào)電阻實現(xiàn)。

本文采用具備快速測量功能的直流電阻測試儀對一臺配電變壓器的繞組電阻進行測量，比較各測試電流下的測試時間，對快速測量技術(shù)進行驗證，研究結(jié)果可為變壓器試驗人員提供參考。