2、变压器绕组直流电阻测试

变压器绕组直流电阻测试有关问题探讨主讲：张新功13803269100E-mail:[e-mail]保定市金达电力科技有限公司共分以下几部分进行探讨：一、变压器直流电阻测试概述二、绕组直流电阻测试测量原理三、变压器直流电阻测试仪的性能指标要求四、五柱式，低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻测试五、三通道仪器的使用六、变压器直流电阻测试仪使用有关问题探讨七、变压器直流电阻测试验后的消磁问题八、金达产品介绍一、变压器直流电阻测试概述变压器绕组直流电阻测试是变压器出厂及预防性试验的主要项目之一，通过该项试验可以：1.检查绕组焊接质量；2.检查分接开关各个位置接触是否良好；3.检查绕组或引出线有无折断处；4.检查并联支路的正确性，是否存在由几根并联导线绕制成的绕组发生一处或多处断线的情况；5.检查层、匝间有无短路的现象；6.确定绕组的平均温升。所以变压器绕组直流电阻测量既是简单常规的试验项目，但又是耗时、准确度要求高的项目，它是确保变压器生产质量、检修质量和安全运行的一个重要手段。结合国家标准及电力设备预防性试验规程有关规定：1、1600kVA以上变压器，各相绕组直流电阻相互间的差别不大于2%，无中性点引出的绕组其线间差别不大于1%。2、1600kVA及以下的变压器,相间差别不大于4%,线间差别不大于2%。在这里需强调的是在新的状态检修试验规程规定相(线)间差的百分数为三相(线)电阻的最大值减最小值再除以三相(线)电阻的最小值，而在以前的其它标准则为除以三相(线)电阻的平均值。3、与以前相同部位测得值比较，其变化不应大于2%。不同温度下电阻值按下式换算：T＋T2R2＝R1───T＋T1式中：R1、R2分别为在温度T1、T2下的电阻值；T为电阻温度常数，铜导线为235，铝导线为225。二、绕组直流电阻测试测量原理下图为稳压电源给绕组充电原理图见图一：图一Lx、Rx为绕组电感和电阻，合上开关K后可知：diE＝Lx──＋iRxdtEi＝──（1－e）RxLX其中，τ＝——为回路时间常数。RX由此可见，i含有一直流分量和一衰减分量，当衰减分量衰减至E零时i达到稳定值I＝——时，电感不起作用，此时可通过测量E和IRx来得到Rx。其充电曲线为图三所示的曲线①，由于大型变压器绕组的Lx很大、Rx很小，所以时间常数τ很大，需很长一段时间电流才能达到稳定，充电时间为5τ时，通过计算可知测得电阻比真实电阻还有0.67%的误差,对于小型变压器建立暂态过程需几分钟，大型电力变压的电感很大为数百亨至数千亨，建立暂态过程可能需要几小时，以前试验人员用了许多辅助方法来缩短建立暂态的时间。为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，而采用稳压稳流电源充电的方法可使稳定时间大为缩短。稳压稳流电源可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，在稳流状态下电源可保持回路电流恒定。图二为稳压稳流电源给绕组充电原理图：RN为电流取样电阻，E为稳压稳流电源的最大稳压电压，I为仪器设定的稳流电流，开关K合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态，其充电曲线为图三所示的曲线②。从图三可以看出，稳压稳流电源充电达到电流稳定的时间比稳压电源充电达到电流稳定的时间快得多，E越高，充电达到设定的稳流电流I的速度越快，所以说稳压稳流电源用于变压器直流电阻测量是一种快速充电方法。由于Vx为：diVX＝iRX＋LX——dtdi电源进入稳流状态后，L——＝0，这时通过测量绕组两端的电dt位VX及取样电阻RN两端的电位VN，即可得绕组直流电阻RX：VXRX＝——RNVN三、变压器直流电阻测试仪的性能指标要求稳压稳流电源的稳压电压一般为20V-60V，甚至更高至100V,稳流电流一般为从1mA—n*10mA—n*100mA—nA—n*10A多档选择，最大输出电流最大已达100A，以覆盖PT、配电变压器及大容量变压器等感性试品的测量范围及满足变压器出厂时温升试验需快速准确测试直流电阻的要求。稳压稳流电源的稳压电压E和最大稳流电流I决定了仪器的电源功率，从图三可知E越高充电速度越快，I越大铁芯磁通密度饱和程度越高，磁通密度饱和可有效降低电感L以缩短稳定的时间、I越大测量信号Vx越大，数据更准确稳定，但是E、I参数的选择将直接影响到仪器的便携性，E、I参数的选择应结合试品容量、仪器的便携性、测试速度等要求进行合理选择。在变压器出厂前进行的温升试验中，通过测量绕组冷态电阻值和温升试验终了时热状态下的电阻值来计算绕组的平均温度，根据规定应在温升加载终了后两分钟内测得第一点热态电阻值才有效，并每间隔30秒测量温升加载终了后20分钟内的直流电阻，通过测量20分钟内的直流电阻来得到温升试验终了时热状态下的电阻值。为解决五柱式，低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻在温升试验中两分钟内测得真实电阻的要求，采用100A大电流加助磁方法来进行，因为使采用助磁方法仪器测试电流仍能达到100A，要求仪器的稳压电压大于80V，另外在温升试验中还要求测试仪器具备两通道测量功能，以可同时进行两绕组测试。di从上述的仪器测试原理可知，测量原理建立在L——＝0的基础dt上，稳流电源的稳定性将直接影响测试值的稳定性，在大容量变压器低压绕组测量时就能得到有效检验，不同厂家的仪器相同的测试电流档位其测试数据的稳定性相差甚远。金达公司的直阻仪要求电流纹波系数≤0.5‰（电流纹波系数为仪器最大负载条件下不稳定的电流与恒定直流电流之比），纹波系数越小代表电源越稳定，相应的测试数据越稳定，重复性好。充电过程中绕组储存的能量为LI2，L、I越大储存的能量越大，测试完成后需对绕组进行放电。绕组放电的特点是：放电回路电阻越小放电越慢，放电回路电阻越大放电越快，短路最慢，开路拉弧最快，短路太慢，拉弧对仪器及人员不安全。图四所示由放电电阻及三极管相串联构成的放电回路为一种快速放电方法。图四R3为放电电阻，R1、R2为驱动三极管工作的分压电阻，放电回路正向不导通、反向导通。直阻测试完成后图二原理图中开关K断开，刚开始放电的一段时间放电电压较高，三极管呈导通状态由放电电阻释放能量，随着放电电压的降低三极管进入截止状态，其等效于高阻状态以快速释放完最后能量，可以分析看出在整个放电过程中放电回路表现的电阻是从小变大的过程，且是非线性的。根据1600kVA以上变压器线间差别不应大于三相平均值的1%的要求，测试仪器的准确度高出两个级别即0.25%，0.2%的准确度可满足测试要求。720MVA及以上容量变压器、部分干式变压器其低压电阻为n*100μΩ,测试该类型变压器要求仪器的最高分辨率达到0.1μΩ。四、五柱式、低压d联接变压器低压绕组直流电阻测试大型三相变压器由于低压d联接铁芯五柱式的特点，直阻测量建立暂态的时间要比三柱式变压器长得多，快速准确测量五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻是变压器直流电阻测试仪领域的难点，目前解决该难点采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。绕组电感L由下式表示：φKInSKnSL＝——＝————μ＝———μIlIl式中：K＝0.4π×10-6H/m；n为匝数；S为铁心截面（cm2）；l为铁心回路长度（m）；μ为导磁系数。从上式可知电感L决定于绕组的匝数、铁心的几何尺寸和硅钢片的导磁系数，n、S、l是已知的，只有μ是能改变的。图五为铁心磁通密度B与磁场强度H，导磁系数μ与磁场强度H的关系曲线。当磁场强度H很大，铁心磁通密度强度趋于饱和时，μ就大幅度下降，变压器的电感L也随之减小，从H=nI/l可知，要增大磁场强度H就要提高稳定电流I，一般需要施加电流达2～3倍空载励磁电流，可使铁芯深度饱和以有效地减小L，普遍情况下励磁电流不超过额定电流的百分之一。图五低压绕组采用四端法测试时，从试验经验看100A励磁电流可满足720MVA容量变压器的测试要求。另外也可采用图六所示的高低压绕组串联助磁方法，由于其高低压绕组的电流方向一致，且高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，10A的测试电流可满足所有容量变压器的要求。图六下表为几个现场试验结果：表一：100A四端法和10A助磁法在一台750MVA、500kV/220kV/35kV自耦变压器的测试结果Rab(mΩ)Rbc(mΩ)Rca(mΩ)不平衡率(%)100A四端法测试值6.0276.0056.0370.53充电时间(分)76410A助磁法测试值6.0276.0046.0400.6充电时间(分)1575Rab(mΩ)Rbc(mΩ)Rca(mΩ)不平衡率(%)测试值1.2141.2201.2271.07充电时间(分)824表二：100A四端法在一台180MVA/180MVA/90MVA、220kV/110kV/10kV变压器的测试结果表三：10A助磁法在一台750MVA、500kV/20kV变压器的测试结果Rab(μΩ)Rbc(μΩ)Rca(μΩ)不平衡率(%)出厂值(37℃)556.9557.2560.00.56测试值(12℃)505.9504.9507.80.53充电时间(分)311422表四：10A助磁法在一台780MVA、500kV/20kV变压器的测试结果表五：10A助磁法在一台750MVA、500kV/220kV/35kV自耦变压器的测试结果Rab(μΩ)Rbc(μΩ)Rca(μΩ)不平衡率(%)测试值608.0609.7613.00.79充电时间(分)171025Rab(mΩ)Rbc(mΩ)Rca(mΩ)测试值5.7255.6845.726充电时间(分)15126表六：10A助磁法在一台420MVA,220kV/20kV变压器的测试结果Rab(mΩ)Rbc(mΩ)Rca(mΩ)测试值1.0811.0841.086充电时间(分)25109五、三通道仪器的使用三通道变压器直流电阻测试主要为解决YN有载分接绕组的快速测试问题，其原理见下图：RA、RB、RC为绕组电阻，RXO’、RYO’、RYZ为上述变压器内部标示的中性点引出点至各绕组的连线电阻，ROO’为变压器标示的中性点引出点至变压器外部套管间的电阻。三通道测试时稳流电源设计为IA＝IC＝IB，IN＝0，则：RAO＝RA＋RXO’RBO＝RB＋RYO’RCO＝RC＋RYZ－RYO’而单通道测试而传统四端法测试时RAO＝RA＋RXO’＋ROO’RBO＝RB＋RYO’＋ROO’RCO＝RC＋RYZ＋RYO’＋ROO’三通道与单通道测试方法对比，各相电阻测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻，末端连线电阻与中性引线接入点O’位置有关。因为三通道测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻,RA、RB、RC阻值越大其测试值中中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻影响的份量越小。因为高压绕组线圈电阻较大，部分绕组末端连线电阻可以忽略，三通道测量的三相电阻值均不包括中性点引线电阻，与单通道测试值不破坏原有测试数据的规律。RA、RB、RC阻值较小，如中压侧或低压侧，其测试值中中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻影响的份量相对加大，与单通道测试值甚至会严重破坏原有测试数据的规律，两者之间甚至无可比性。下表为一台50MVA/110KV变压器高压侧单/三通道的电阻实测数据，采用三通道测量其阻值要比单通道测量电阻值小2.7-3.4mΩ，约为单通道测量值的1%，且三相电阻不平衡率变化较小，所以对直流电阻测量值的判断影响不大。从上述分析可知三通道测量仅适用于高压侧YN绕组的直流电阻值测试，不适用于中压或低压侧星形带中性头绕组测试。方式相别单通道测量（Ω）三通道测量（Ω）1档2档1档2档AO0.33310.32790.33000.3245BO0.33440.32880.33130.3254CO0.33490.32980.33220.3265ΔR(%)0.540.580.660.61六、变压器直流电阻测试仪