劉大源

（大唐南京發(fā)電廠，江蘇南京 210046）

廣泛用于電力生產(chǎn)的大容量變壓器，多采用三相雙繞組Y/Δ 接線。大容量變壓器的繞組直流電阻測(cè)量是必做的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。通過測(cè)量繞組直流電阻，可以檢查繞組接頭焊接不良、匝間絕緣不良、分接頭移位、繞組引出線折斷等異常情況。大容量變壓器低壓側(cè)測(cè)量直流電阻時(shí)，會(huì)因接線方法問題，造成測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)的現(xiàn)象。為了有效提高試驗(yàn)人員的工作效率，需要對(duì)大容量變壓器Δ 接線低壓側(cè)直流電阻測(cè)試方法進(jìn)行探究。

1 變壓器繞組直流電阻測(cè)量原理

變壓器繞組近似為大電感元件，可以等效為直流電阻R和繞組電感L。令某一時(shí)刻流過繞組的電壓、電流為u、i，則：

其中，t是時(shí)間；τ是時(shí)間常數(shù)。

當(dāng)繞組儲(chǔ)能完成后，通過計(jì)算可得到直流電阻R。一般情況下在測(cè)量時(shí)間為5～6τ時(shí)，直流電阻測(cè)試值趨近穩(wěn)定值[1]。采用變壓器直流電阻測(cè)試儀具有穩(wěn)定恒流源，有利于繞組直流電阻的快速測(cè)量[2]。

以一臺(tái)反極性三相雙繞組Y/Δ 變壓器為例，如圖1所示，Y 側(cè)A 相直流電阻測(cè)試時(shí)，需要將測(cè)試儀正負(fù)兩組線分別接至A 相出線端和中性點(diǎn)處。若施加在A 相繞組兩端的電壓為UA，則穩(wěn)定后三相繞組內(nèi)的電流IA、IB、IC分別為

圖1 測(cè)量變壓器Y側(cè)繞組直流電阻接線圖

此時(shí)鐵芯內(nèi)部磁場(chǎng)僅由A 相感應(yīng)生成。通過對(duì)A 相的徹底放電，即可實(shí)現(xiàn)變壓器鐵芯內(nèi)部大量剩磁的消除。

如圖2 所示，Δ 側(cè)a、c 兩相直流電阻測(cè)試時(shí)，需要將測(cè)試儀的正極線接至a 相、負(fù)極線接至c 相。若施加在a 相繞組兩端的電壓為U，則穩(wěn)定后三相繞組內(nèi)的電流Ia、Ib、Ic分別為

圖2 測(cè)量變壓器Δ側(cè)繞組直流電阻接線圖

令三相繞組相等，則

根據(jù)空心長(zhǎng)直螺線管中心點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度公式：

a 相鐵芯柱內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度最高，b、c 兩相磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)較弱。假設(shè)不存在漏磁的情況，磁場(chǎng)完全僅在鐵芯之中，則有：

經(jīng)過變壓器直流電阻測(cè)試儀放電后，b、c 兩相的鐵芯柱內(nèi)剩磁相對(duì)較少，a 剩磁相對(duì)較高。若此為升壓變壓器，由于低壓側(cè)Δ 型接法且直流電阻小，則測(cè)試電流高，鐵芯剩磁相對(duì)較大。因剩磁造成測(cè)試時(shí)間的影響，換相測(cè)量直流電阻時(shí)間增長(zhǎng)或減小。因此需要對(duì)Δ 型低壓側(cè)直流電阻的測(cè)試接線極性順序進(jìn)行分析。

2 測(cè)試方法分析

假設(shè)rac測(cè)試結(jié)束后，不進(jìn)行放電過程，直接進(jìn)入rab的測(cè)量。接線圖見圖3。測(cè)量rac時(shí)，a 相接儀器正極、c 相接儀器負(fù)極。在進(jìn)行rab的測(cè)量時(shí)，有兩種情況：a 相接儀器正極、b 相接儀器負(fù)極；a 相接儀器負(fù)極、b 相接儀器正極。假設(shè)測(cè)量rac時(shí)，回路電流穩(wěn)定后Ibc=2.5（A）。則在由a 相切換至b 相瞬間，各繞組的瞬間電流大小為

圖3 測(cè)量變壓器Δ側(cè)繞組直流電阻rab接線圖

當(dāng)a 相接儀器正極、b 相接儀器負(fù)極，測(cè)量變壓器直流電阻rab。測(cè)試接線如圖3所示。在rab的測(cè)量結(jié)束后：

列寫rb支路的一階電路電流全響應(yīng)方程，則有

將式（11）、式（12）代入式（13），得到方程I1（t）

當(dāng)a 相接儀器負(fù)極、b 相接儀器正極，測(cè)量變壓器直流電阻rba，測(cè)試接線如圖4所示。在rba的測(cè)量結(jié)束后

圖4 測(cè)量變壓器Δ側(cè)繞組直流電阻rba接線圖

將式（11）、式（15）代入式（13），得到方程I2（t）

分別繪制方程|i1（t）|和|i2（t）|的曲線如圖5所示。

圖5 兩種接線方式下的電流值曲線

當(dāng)t=5τ時(shí)，|I1（5τ）|=5-2.5 ·e-5，|I2（5τ）|=5-7.5·e-5，得|I1（5τ）|>|I2（5τ）|。

當(dāng)t=6τ時(shí)，|I1（6τ）|=5-2.5 ·e-6，|I2（6τ）|=5-7.5·e-6，得|I1（6τ）|>|I2（6τ）|。

根據(jù)曲線對(duì)比所示，|I1（t）|較|I2（t）|的曲線更快收斂于5 A 線。因此換相后采用a 相接儀器正極、b 相接儀器負(fù)極的方法，收斂更快，更利于節(jié)省測(cè)試時(shí)間。

在換相測(cè)試后，應(yīng)當(dāng)保持測(cè)試回路電流的極性，更利于節(jié)省測(cè)試時(shí)間。Δ 側(cè)繞組的測(cè)試過程如表1所示，直流電阻r下標(biāo)順序代表接線極性。測(cè)試過程應(yīng)按照表1縱向順序進(jìn)行。

表1 Δ側(cè)繞組直流電阻測(cè)試接線順序表

3 試驗(yàn)驗(yàn)證及補(bǔ)充說明

取已運(yùn)行多年的變壓器，進(jìn)行直流電阻測(cè)試。變壓器的型號(hào)銘牌如表2所示。

表2 油浸式三相變壓器銘牌

變壓器高壓側(cè)為Y 接法，低壓繞組為Δ 接法，變壓器直流電阻測(cè)試儀采用20 A 檔進(jìn)行測(cè)量。采用三種不同的測(cè)量接線方式進(jìn)行低壓側(cè)直流電電阻的測(cè)量。

方式一：低壓繞組按照rab、rbc、rca測(cè)量順序；

方式二：低壓繞組按照rab、rcb、rca測(cè)量順序；

方式三：低壓繞組按照rab、rcb、rca測(cè)量順序，配合高壓繞組助磁法[3]。

變換不同的測(cè)試方法，測(cè)量直流電阻數(shù)值，并記錄測(cè)量時(shí)間，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 直流電阻測(cè)量結(jié)果

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)行Δ 側(cè)繞組直流電阻測(cè)量時(shí)，每次切換接線，均保持一相接線極性不變。同時(shí)結(jié)合助磁法進(jìn)行測(cè)量，更有利于減少測(cè)量時(shí)間。若出現(xiàn)直流電阻測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)的狀況，需要及時(shí)調(diào)整測(cè)量方法及接線，檢查試驗(yàn)儀器的性能和試驗(yàn)線的完好程度。

4 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行低壓繞組直流電阻測(cè)量時(shí)，考慮接線極性能夠有效減少測(cè)量時(shí)間。采用不同試驗(yàn)方法對(duì)220 kV變壓器進(jìn)行繞組直流電阻測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析計(jì)算結(jié)果一致。在試驗(yàn)前還應(yīng)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，避免因測(cè)試環(huán)境問題，造成較大的測(cè)量誤差。