付軼，劉濤，梁仕斌，廖彬，李賢

（1.昆明晉寧供電局，昆明 650600；2.云南電力技術有限責任公司，昆明 650217；

3.云南電力試驗研究院（集團）有限公司，昆明 650217；4.臨滄滄源供電局，云南 臨滄 677400）

0 前言

站用變壓器作為變電站中主要的變電設備，為變電站內一次和二次設備提供操作電源、保護電源和控制電源，保障變電站一次和二次設備的穩(wěn)定運行，并對變電站直流系統(tǒng)充電，保障變電站在交流失壓后直流系統(tǒng)的可靠供電，同時，為變電站通訊設備提供穩(wěn)定的通訊電源，并提供變電站內的生活和工作用電，在變電站設備中具有重要的作用。

直流電阻測試是變壓器預防性試驗、大修、小修、分接檔位調整及故障查找的重要試驗項目之一，通過直流電阻試驗，可以檢查繞組有無層間、匝間短路，繞組及其抽頭引出線是否斷裂，分接開關動、靜觸頭接觸是否良好等情況[1-2]，為運行人員開展變壓器情況分析提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

目前，現(xiàn)場運行人員在進行變壓器故障查找及故障原因判斷過程中，更多的是結合變壓器直流電阻數(shù)據(jù)來判斷變壓器的好壞，缺乏對直流電阻數(shù)據(jù)的分析，并進而查找出具體的故障原因，對故障原因的判斷也更多的依賴于固定經(jīng)驗，判斷故障原因籠統(tǒng)，沒有切中真正的故障點，導致處理故障時間延長，降低了供電可靠性，并導致未能制定有針對性的控制措施進行管控。

對此，本文將結合一起35 kV站用變壓器故障情況，通過直流電阻試驗和解體檢查來分析、查明故障原因,并使運行人員掌握無載調壓分接開關切換時變壓器線圈繞組匝數(shù)變化及直流電阻數(shù)據(jù)變化情況。

1 事件概況

某變電站35 kV站用變高壓側A、B相跌落式熔斷器掉落，變電站站用交流失壓，調度臺監(jiān)控發(fā)現(xiàn)35 kV站用變部分數(shù)據(jù)無顯示，經(jīng)現(xiàn)場檢查和初步分析判斷該35 kV站用變壓器損壞。該變壓器為某公司生產(chǎn)的S11-50/35型變壓器，容量為50 kVA，連接組標號為Dyn11，具有1、2、3檔分接位，調壓方式為無載調壓。

2 現(xiàn)場檢查及試驗

1）現(xiàn)場檢查：35 kV站用變外觀正常，外殼無變形、無滲漏油情況，高、低壓套管引線連接部位無燒蝕痕跡。檢查站用變主控室二次回路無異常，主控室設備在直流系統(tǒng)供電下正常運行，表明故障部位未發(fā)生在二次回路。

2）絕緣電阻測試：脫開站用變壓器高、低壓側引線及外殼接地引線，用2 500 V兆歐表搖測站用變壓器高-低及地、低-高及地絕緣電阻，兆歐表指針指向“∞”，絕緣電阻搖測正常，同時，運行人員脫開站用變壓器二次電纜兩端，用2 500 V兆歐表搖測A、B、C、N線絕緣電阻，搖測時其他三相芯線與電纜鎧裝層短路接地，經(jīng)搖測，二次電纜兆歐表指針指向“∞”，絕緣電阻搖測正常，撬開電纜溝蓋板檢查站用變二次電纜無燒傷及破損，未見電弧灼傷痕跡，對此，運行人員結合故障現(xiàn)象，判斷站用變本體可能出現(xiàn)故障，并決定結合現(xiàn)有試驗設備對該站用變壓器進行直流電阻測試。

3）直流電阻測試：為確保測試數(shù)據(jù)的準確性，運行人員將直流電阻快速測試儀放置平穩(wěn)，儀器外殼接地，反復幾次切換站用變1檔-3檔分接開關，減少分接開關接觸電阻影響，并最終將分接開關切換至測試檔位上，測試線無纏繞，且盡可能短，減少測試線電阻影響，同時將測試夾鉗夾在變壓器測試套管上時反復轉動幾次，減少接觸部位接觸電阻，并將測試夾鉗上的黑線（電壓線）夾在測試部位內側，紅線（電流線）夾在測試部位外側，儀器啟動預熱后，選用0-50 Ω電阻量程，10 A大電流檔開始測試，當測試結果穩(wěn)定后，顯示當前環(huán)境溫度及20 ℃下直流電阻數(shù)值。

直流電阻試驗數(shù)據(jù)可以看出，高壓繞組從1檔至3檔直流電阻未出現(xiàn)規(guī)律性減少情況，1檔、2檔線間直流電阻阻值明顯過大，其線間不平衡率遠遠超過規(guī)程[3]規(guī)定1 600 kVA 及以下的變壓器線間差別一般不大于三相平均值的2%的要求。高壓側3檔及低壓側繞組的直流電阻數(shù)據(jù)則滿足規(guī)程[3]規(guī)定的線間差別一般不大于三相平均值2%的要求，且通過試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)站用變壓器在1檔、2檔時，RAB約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍。

為進一步對直流電阻測試數(shù)據(jù)進行分析，筆者結合該35 kV站用變歷史直流電阻測量試驗數(shù)據(jù)進行比對，發(fā)現(xiàn)站用變在高壓側1檔、2檔時，測試數(shù)據(jù)較歷史數(shù)據(jù)有較大偏差，存在明顯的故障現(xiàn)象。

高壓側3檔及低壓側繞組數(shù)據(jù)較歷史數(shù)據(jù)沒有明顯變化，其中，低壓側繞組數(shù)據(jù)與歷史試驗數(shù)據(jù)變化不滿足規(guī)程[3]規(guī)定相同部位變化值不大于2%的要求，但考慮到其線間差別沒有大于三相平均值的 2%，以及變壓器由于引線電阻及接觸電阻影響情況，判斷低壓繞組直流電阻數(shù)據(jù)合格。

3 直流電阻數(shù)據(jù)分析

3.1 無載調壓分接開關接線原理

無載調壓為在變壓器不帶電情況下，調節(jié)分接開關對變壓器進行調壓，以滿足電網(wǎng)運行方式和可靠電壓質量的要求。目前縣級供電企業(yè)35 kV站用變壓器及配電網(wǎng)變壓器在無特殊要求情況下，基本采用無載調壓方式。文獻[4]提出當線圈電壓較高，或電流較大時，分接開關采用圖1方式進行接線，在線圈中部進行調壓。

在此種情況下，通過調節(jié)變壓器箱蓋上的無載調壓分接開關，使分接開關的的滑片在靜觸頭A2-A3（1檔）、A3-A4（2檔）、A4-A5（3檔）之間切換，進而使變壓器匝數(shù)通過繞組抽頭A2-A3、A3-A4、A4-A5之間改變，實現(xiàn)變壓器變比的改變，從而完成調檔工作。

文獻[5]提出變壓器直流電阻隨著分接開關的切換出現(xiàn)規(guī)律性遞減或遞增，文獻[6]指出變壓器分接開關切換后直流電阻應符合極差規(guī)律。從圖1可以看出，在正常運行情況下，變壓器在1檔時繞組線圈匝數(shù)最多，2檔次之，3檔最少，也就意味著變壓器在1檔時其直流電阻最大，2檔次之，3檔最小，同時，由于廠家設計考慮及極差規(guī)律要求，變壓器各檔位之間直流電阻數(shù)值相差在一定范圍內，在無故障情況下，各相間、線間直流電阻應平衡，因此，各檔位間直流電阻數(shù)值不會出現(xiàn)明顯偏大或偏小情況。

圖1 無載調壓分接開關接線原理圖

3.2 直流電阻數(shù)據(jù)分析

該型號35 kV站用變壓器“△”接線采用A連z，B連x，C連y方式連接。文獻[7]中提到，當變壓器采用“△”接線時（A連z，B連x，C連y），其相電阻：

式中，Ra為A相繞組電阻，Rb為B相繞組電阻，Rc為C相繞組電阻，RAB、RAC、RBC為線間電阻，Rp=（RAB+RAC+RBC）/2，如果變壓器三相繞組平衡，則相電阻等于1.5倍線電阻，即R相=3R線/2，R線=2R相/3。

在正常情況下，忽略小部分接線電阻及接觸電阻，則 Ra≈Rb≈ Rc，RAB≈RAC≈RBC, 從試驗數(shù)據(jù)看出，變壓器在3檔的時候，RAB、RAC、RAB直流電阻平衡，數(shù)據(jù)測試正確，對此，根據(jù)3檔數(shù)據(jù)及公式R相=3R線/2，可知道Ra≈Rb≈Rc≈800 mΩ。

對照站用變壓器高壓側“△”接線及繞組抽頭示意圖（圖2），可知站用變壓器在1檔及2檔時，只有當A相繞組電阻在Ra=0的情況下，則 RAB=Rb+Rc，RAC=Rc，RBC=Rb，RAB才能約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍，且使RAC、RBC及RAB與測試數(shù)據(jù)基本相符，表明A相繞組存在問題。

同時，結合圖1，站用變壓器高壓側3檔數(shù)據(jù)正確，說明A相繞組首端A-繞組抽頭A4-引線-分接開關-引線-繞組抽頭A5-A相繞組末端x的回路良好，運行正常。1檔、2檔數(shù)據(jù)不正確，但RAB、RAC、RBC均有數(shù)據(jù)測出，且要滿足Ra=0的條件，表明A相繞組在以下幾個方面可能存在故障：

1）A相繞組抽頭A3-A5間的繞組斷裂。

2）A相繞組1檔、2檔的公共繞組抽頭A3與引線連接部位斷裂。

3）A相繞組抽頭A3至分接開關間的引線出現(xiàn)斷裂。

4）A相繞組分接開關靜觸頭A3與動觸頭無接觸。

圖2 站用變高壓側“△”接線及繞組抽頭示意圖

4 故障原因分析

根據(jù)直流電阻試驗結果，該站用變壓器直流電阻數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)規(guī)律性變化，且站用變壓器在1檔、2檔時，RAB約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍，3檔測試數(shù)據(jù)正確。筆者結合日常工作經(jīng)驗，變壓器直流電阻異常大部分原因基本是因為分接開關動、靜觸頭由于氧化或接觸不良，導致接觸電阻增大，對此，首先考慮該站用變壓器故障原因為分接開關部分檔位動、靜觸頭接觸接觸不良或者無接觸原因引起，但在日常工作中，分接開關動、靜觸頭間接觸電阻的影響不會使直流電阻出現(xiàn)明顯過大或明顯過小情況，因此除考慮分接開關動、靜觸頭有問題情況外，考慮其他方面也應存在問題。

站用變壓器在1檔、2檔時，RAB約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍，3檔測試數(shù)據(jù)正確，表明A相繞組應該出現(xiàn)短路情況，但整個繞組沒有出現(xiàn)短路狀況，最有可能產(chǎn)生短路的部位應為1檔和2檔公共抽頭引線或聯(lián)接部位出現(xiàn)問題，使Ra=0，才能使測量數(shù)據(jù)同理論分析相符合。

通過解體檢查，發(fā)現(xiàn)A相繞組與抽頭A3連接部位出現(xiàn)燒融斷裂。文獻[2]提出繞組抽頭與引線的連接采用銅焊或氣焊，當出現(xiàn)“虛焊”或焊接不牢固時，由于接觸電阻影響，其直流電阻將升高，若變壓器內部或系統(tǒng)發(fā)生短路故障，產(chǎn)生的短路電流使繞組溫度急劇上升，絕緣材料過熱劣化，短路電動力造成匝間短路，甚至使導線斷股。正常情況下，若系統(tǒng)或變壓器內部沒有發(fā)生短路故障，則雖然出現(xiàn)“虛焊”或焊接不牢固情況，直流電阻會受影響上升，但不會出現(xiàn)明顯過大情況。

因此，結合A相分接開關與繞組抽頭A3、A4連接的動、靜觸頭出現(xiàn)燒融情況，其余分接開關動、靜觸頭出現(xiàn)氧化痕跡，判斷故障原因為35 kV站用變壓器由于運行年限長，A相繞組分接開關靜觸頭A3、A4與動觸頭由于接觸不良，接觸電阻增大，出現(xiàn)發(fā)熱和電弧燒傷現(xiàn)象，電弧分解出具有導電性質的碳合物和融化的銅微粒[8]，最終形成短路，產(chǎn)生較大短路電流，導致A相繞組抽頭A3與引線聯(lián)接部位燒斷，并使A相繞組分接開關與繞組抽頭A3、A4連接的動、靜觸頭出現(xiàn)燒壞，同時，產(chǎn)生的短路電流使站用變高壓側A相、B相高壓跌落式熔斷器熔斷，是造成此次故障的原因。

5 結束語

1）直流電阻試驗是一項非常簡便及實用的檢測變壓器各繞組直流電阻是否平衡、分接開關接觸狀態(tài)及變壓器檔位是否正確的有效手段，通過對直流電阻數(shù)學公式分析，可以對故障現(xiàn)象進行簡單判斷，必要時，應開展絕緣電阻試驗、變比試驗及油化試驗，并進行解體檢查。

2）無載調壓分接開關接線原理及直流電阻變化情況對日常無載調壓變壓器調檔及分析各檔位直流電阻情況具有參考意義。

3）分接開關動、靜觸頭接觸由于接觸不良、氧化而形成接觸電阻增大，是造成直流電阻異常最常見的原因，但當直流電阻數(shù)據(jù)明顯偏大或偏小時，應考慮有其他的故障因素。

4）變壓器內部導線與導線的聯(lián)接、繞組抽頭與引線的聯(lián)接部位由于“虛焊”或焊接不牢固，會導致接觸電阻上升，影響直流電阻試驗數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)或變壓器內部出現(xiàn)短路時，可能導致聯(lián)接部位燒斷。