变压器直流电阻测试浅析

       变压器的预防性试验项目很多。主要包括常规的绝缘特性试验，油中溶解气体色谱分析，以及绕组直流电阻测量等。在《电力设备预防性试验规程》中测量绕组直流电阻这一项目仅次于色谱分析排在第二位，可见其重要性，多年来的实践证明，测量变压器绕组的直流电阻能有效检查绕组焊接质量，分接开关接触是否良好，引出线及绕组有无折断、关联支路是否正确、层间有无短路等缺陷。正常的变压器三相直流电阻基本平衡，差值*大不超过三项平均值的2%或4%。然而在实际测试过程中经常会遇到一些特殊情况，这些情况综合来看无非*是两大方面，一是不平衡，二是测不准。本文从原理出发给出这些特殊情况的分析及处理方法。

1．概述

       测量直流电阻无非两种方法：一是电压降法，二是电桥法。对一般导体而言两种方法均可快速测量出数据，但是，由于变压器绕组的引线结构各不相同；导线质量、连接情况、分接位置等诸多因素的影响，再加上绕组本身还是一个大的电感，所以实际测量中会出现许多特殊情况，下面*两大方面具体分析：

2.变压器绕组直流电阻不平衡率超标的原因分析防止措施：

       2.1原因之一：引线电阻的差异

       中小型变压器的引线结构示意图如附图所示。

       由附图可见，各线绕组的引线长短不同，因此各项绕组直流电阻值*不同；有可能导致其不平衡率超标。根据变压器引线结构的具体尺寸，S9—1000/10及SL7—315/613变压器附压侧直流电阻及不平衡率的计算值及实测值列于表1

表1 变压器的直流电阻及不平衡率

       防止措施：由表1可见，由于引线的影响可导致变压器绕组的不平衡率超标。对于三项线圈直流电阻非常相近的变压器，a、c两相绕组的直流电阻受引线的的影响*大，因为a、c端部引线较b长，再加上N离X、Z较Y远些，因此不平衡系数容易超标。

       为消除引线差异的影响采取下列措施：

           (1)在保证机械强度和电气绝缘距离的情况下，尽量增大附压套管间的距离，使a、c相的引线短，因而引线电阻减小。这样可以使三项引线电阻尽量接近。

           (2)适当增加a、c相首尾引线铜排（铝排）的厚度或宽度。如能保证各相的引线长度和截面之比近似相等，则三相电阻值也近似相等。

           (3)适当减小b相极引线的截面。在保证引线允许截流量的条件下，适当减小b相引线截面使三相引线电阻近似相等，这也是一种可行的办法。

           (4)寻找中性点引线的合适焊点。对a、b、c三相末端连接铜（铝）排，用仪器找出三相电阻相平衡的点，然后将中性点引出线焊在此点上。

           (5)在*长引线的绕组末端连接线上并联铜板（如图1ZY引线之间）以减少其引线电阻。

           (6)将三个线圈中电阻值*大的线圈套在b相，这样可以弥补b相引线短的影响。

           (7)对上述方法，在实际中可以选择其中之一单独使用，也可综合使用。

       2.2原因之二：导线质量

       实测证明，有的变压器绕组的直流电阻偏大，有的偏差较大，其主要原因是某些导线的铜和银的含量低于*标准规定限额。有时即使采用合格的导线，但由于导线截面尺寸偏差不同，也可以导致绕组直流电阻不平衡率超标。例如用三盘3.15×10的扁铜线分别绕制某台变压器的三相绕组，导线铜材的电阻率很好，R20=0.017241Ωmm²/m，截面尺寸都合格，只是其中一盘的尺寸是*大负偏差：窄边a为-0.03，宽边b为-0.07；圆角半径r为+25%，而另两盘的尺寸是*大正偏差：a为+0.03，b为+0.07；r为-25%，经计算，*大负偏差的一盘线，其导线截面Smim=30.126mm²,每米电阻R20=0.0005723Ω/m，而*大正偏差的两盘线，其导线截面积Smax=31.713mm²，R20=0.0005436Ω/m。对这台变压器，即使排除其他因素的影响，其直流电阻不平衡率也达5.18%。

       再如，某台6300kVA的电力变压器，其高压侧三相直流电阻不平衡率超过4%，经反复检查发现B相绕组的铝线本身质量不佳。

       为消除导线质量问题的因素可采取下列措施：

           (1)加强对入库线材的检测，控制劣质导线流入生产的现象，以保证直流电阻不平衡率合格。

           (2)把作为标准的*小截面Smin改为标称截面，有的厂采用这种方法，把测量电阻值与标称截面的电阻值相比较，这样*等于把偏差范围缩小一半，有效地消除直流电阻不平衡率超标现象。

       2.3原因之三：连接不紧。

       测试实践表明，引线与套管导杆或分接开关之间连接不紧都可能导致变压器直流电阻不平衡率超标。例

       （1）某SJL—1000/10型配电变压器，其直流电阻如表2所示。

表2变压器直流电阻及不平衡率

       由表2可知，变压器直流电阻不平衡率远大于4%，所以怀疑绕组系统有问题。在综合分析后经吊芯检查，发现C相低压绕组与套管导电铜螺栓连接处的软铜排发热变色，连接处的紧固螺母松了。清除氧化层，锁紧紧固螺母后再测不平衡率符合要求。

       （2）某台SFSL1—10000/110型降压变压器的中压绕组的直流电阻不平衡率如表3。

       由表3可知，变压器中压绕组直流电阻不平衡率远大于2%。综合分析后，经吊罩检修确认，中压绕组B相第六个分接引线电缆头螺牙与分接开关导电柱内螺牙连接松动。

表3  变压器直流电阻

       （3）某台SFSLZB—50000Kva/110型变压器，色谱分析结果异常，又测试35kV侧直流电阻，A相为0.0604Ω，B相为0.0550Ω，C相为0.0550Ω。可见A相直流电阻增大，经现场进一步检查是35KV侧A相套管铜棒与引线间的接触不良。
       （4）某台SFSLB1—31500/110型变压器，预防性试验时发现35kV侧运行Ⅲ分接头直流电阻不平衡率超标。测试结果如表4。

       由表4可见，35kV侧直流电阻不平衡率大于2%，怀疑分接开关有问题，故转动分接开关后复测，其不平衡率仍然很大，又分别测其他几个分接位置的直流电阻，其不平衡率都在11%以上，而且规律都是A相直流电阻偏大，好似在A相线圈中串入一个电阻这一电阻的产生可能出现在A相线圈的首端或套管的引线连接处，是连接不良造成。经分析确认后，停电打开A相套管下部的手孔门检查，发现引线与套管连接松动（螺丝连接），主要由于安装时无垫圈引起，经紧固后恢复正常。

       （5）某台10000KVA、60kV的有载调压变压器，在预试时发现直流电阻不合格，如表5所示。

表5   变压器直流电阻

       由表5可见，在三个分接位置，B相的直流电阻均较其他两项大7%左右。分析认为B相接触不良。停电检查发现，确是B相穿缆引线鼻子与将*帽接触不紧造成的。
       由上述，消除连接不紧应采取下列措施：

           (1)提高安装与检修质量，严格检查各连接部位是否连接良好。

           (2)在运行中，可利用色谱分析结果综合判断，及时检出不良部位，及早处理。

       2.4原因之四：分接开关接触不良

       有载和无载分接开关接触不良的缺陷，是主变压器各类缺陷中数量*多的一种，约占40%。给变压器安全运行带来很大威胁。例如：

       (1)某台SFSLB1—20000/110型主变压器，预试时直流电阻三相平衡，但运行8个月后，110kV侧中相套管喷油，温度达84℃。色谱分析结果认为该变压器内部有热故障，*热点温度为150—300℃，分析是导电回路接触不良造成的。又进行直流电阻测试，
在中压运行分接位置Ⅳ时的结果是Aom为0.286Ω，Bom为0.281Ω，Com为0.35Ω，不平衡率为24.55%。其他部位测试结果正常，这样*把缺陷范围缩小在中压C相绕组的引线→分接开关→套管之内。吊芯检查发现中压C相分接开关Ⅳ分头的动静触头接触不良，且有过热变色和烧损情况。更换分接开关后，运行良好。

       (2)某台OTSFTSB—120000/220型主变压器，色谱分析发现变压器内部有过热故障。测直流电阻发现相间不平衡率达7.4%。如表6。

表6   变压器直流电阻

       由表6可知，直流电阻不平衡率为7.4%，且A相直流电阻较上年增长11.2%，所以通过综合分析判断为A相分接开关接触有问题。后经几次追踪分析，问题依然存在，*后由人孔门进入变压器检查，发现A相分接开关动静触头接触不良，烧伤两处。吊罩更换分接开关运行正常。

       分接开关接触不良的直接原因是：接触点压力不够和接点表面镀层材料易于氧化，而根本原因则是结构设计有不合理之处，也没有采取有效的保证接触良好的措施。改善接触不良的主要措施有：

           (1)在结构设计上采取有效措施保证接触头接触良好。

           (2)避免分接开关机件的各部分螺钉松动。

           (3)有载调压开关5—6年至少应检修一次。即使切换次数很少，也应照此执行。

       变压器绕组断股往往导致直流电阻不平衡率超标，例如，某电厂SFPSL—12000/220型主变压器，色谱分析结果发现总烃含量急剧增长，测直流电阻，其结果是高、低压侧与制造厂及历年的数值相比较无异常，但中压侧的直流电阻A、B相偏大，如表7所示的换算值。

表7   变压器直流电阻值       (Ω)

       在分析A、B相直流电阻增大的原因时，考虑到变压器在运行中曾遭受过两次严重短路电流冲击，所以怀疑是绕组断股，经解体检查发现，故障点部位在A相引线在套管的根部附近，并且A相套管根部与套管均压帽焊在一起，引线烧断的面积为42.3mm²,占总截面积的10%。由于故障点在A相引线，所以与该引线相连接的B相直流电阻也增大。

       为消除由于断股引起的直流电阻不平衡率超标，宜采取的措施有：

           (1)变压器受到短路电流冲击后，应及时测量其直流电阻，及时发现断股故障，及时检修。

           (2)利用色谱分析结果进行综合分析判断，经验证明，这是一种有效方法。

3.变压器直流电阻测量数值不稳的原因分析和防止措施：

       3.1原因之一：过渡过程稳定时间太长。

       从电工学知道，测量绕组电阻的过渡过程的方程式为：

U=iRx+Ldi/dt

I=U/Rx(1-e-t­/T )

式中T——时间常数，等于L/Rx；

Rx——被测绕组电阻

L——被测绕组电感

 
       用这一方程式，在瞬时电流I达到稳定值I=U/Rx过程中，选取不同的充电时间t来计算I。其结果列于表8中。很明显，当t=5T时稳定电流达到99.5%I，尚存在0.5的电流误差，因此在充电时间小于5T时测量值会出现不稳定现象（指针指向负端）。变压器高压绕组有很大的电感和较小的电阻，电感达到数百甚至数千H，而电阻一般在1×10-1­～1×102Ω之间。这*使得充电时间常数较大（T=L/Rx较大），例如：120MVA变压器测高压绕组测量一个电阻值时充电时间大约24分钟，在未稳定以前，电桥一直不平衡，出现测量不稳定现象。

表8   电流i和充电时间的关系

       缩短稳定时间的方法：

           (2)恒流源加助磁的方法，其基本目的是为了减小电感。当测量低压侧绕组直流电阻时，使高压侧绕组通以励磁电流，它等效于在低压侧绕组加大电流，这样使铁心磁通密度过饱和，因而电感下降，则时间常数L/R下降。

          (3)高压充电，低压测量法，如下图所示

       工作时取U1为U2的10倍以上，U2为电桥电源，D的反向电压应大于U1合K1，K2待电流表指示电流达I=U2/Rx时，断开K1，这样便可很快地测量了。

           (4)使用新型快速测试仪，如3381变压器直流电阻测试仪，PS-Ⅱ感性负载低电阻微欧计等。

       3.2原因之二：仪器及测量引线的原因。

       当测量引线接触不好时出现断路，无论是电压回路还是电流回路断线，电桥均不能平衡。当双臂电桥B按钮下的接点接触不好时会出现指针左右摆动现象，对此可采取下列措施：

           (1)测试前保证测量引线完好，接头氧化层处理干净。

           (2)打开QJ44双臂电桥检查电池正常，对B按钮下常开接点的黑色氧化层用砂纸处理。

           (3)使用新型直流电阻快速测试仪代替QJ44双臂电桥。

       3.2原因之三：外界干扰使测量数值不稳。

       当中性点引线不拆时，外界电磁干扰会通过引线传递入仪器内部使放大器输出有摆动。测量一次绕阻时，如果二次绕阻接地短路线不拆除时，二次绕阻中有感应电势会干扰一次绕组的测量。另外，温度不稳定，不平衡时，也使测量数值不准，温度高的部分出现正偏差，温度低的出现负偏差。

       防范措施：

           (1)测量时尽量使变压器引线全部拆除（包括中性点引线），特别是接地的引线。

           (2)测量时应保证非被试绕组开路。

           (3)测量前应保证仪器完好，电池电量充足，需要预热稳定的一定要等仪器稳定后再测量。

           (4)在温度不稳定情况不尽量避免测试直流电阻，待气温聚变后稳定时再测量，防止变压器内外温差过大，以及日照影响使直流电阻不稳定对测量的准确性造成影响。

4.结论

       综合上述所写说明，变压器直流电阻测量方法虽然简单，但是数据分析时要考虑全面，特别是对异常数据的分析，要掌握其中的技巧，深刻理解变压器的原理。认真、冷静地分析故障的类型和性质，。熟练的使用好试验仪器。平时多注意积累经验，总结、分析以往的每一次测试工作，*能收到满意的效果。