變壓器-直流電阻測量

1、變壓器繞組直流電阻測試有關問題探討 共分以下幾局部進行進行探討：一、概 述二、繞組直流電阻測試測量原理三、變壓器直流電阻測試儀的性能指標要求四、五柱式，低壓d聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組直流電阻測試五、三通道儀器的使用六、變壓器直流電阻測試儀使用有關問題探討七、變壓器直流電阻測試驗后的消磁問題八、金達產(chǎn)品介紹一、 概述變壓器繞組直流電阻測試是變壓器出廠及預防性試驗的主要工程之一，通過該項試驗可以：1、 檢查繞組焊接質(zhì)量；2、 檢查分接開關各個位置接觸是否良好；3、 檢查繞組或引出線有無折斷處；4、 檢查并聯(lián)支路的正確性，是否存在由幾根并聯(lián)導線繞制成的繞組發(fā)生一處或多處斷線的情況；5、 檢查層、匝間

2、有無短路的現(xiàn)象；6、 確定繞組的平均溫升。所以變壓器繞組直流電阻測量既是簡單常規(guī)的試驗工程，但又是耗時、準確度要求高的工程，它是確保變壓器生產(chǎn)質(zhì)量、檢修質(zhì)量和平安運行的一個重要手段。結合國家標準及電力設備預防性試驗規(guī)程有關規(guī)定：| 1、 l600kVA以上變壓器，各相繞組電阻相互間的差異不應大于三相平均值的2%，無中性點引出的繞組其線間差異不應大于三相平均值的1%。2、1600kVA及以下的變壓器，相間差異一般不大于三相平均值的4%，線間差異一般不大于三相平均值的2%。3、與以前相同部位測得值比擬，其變化不應大于2%。 不同溫度下電阻值按下式換算： R2R1Tt2Tt1式中：R1、R2分別為在

3、溫度t1、t2下的電阻值；T為電阻溫度常數(shù)，銅導線為235，鋁導線為225。二、 繞組直流電阻測試測量原理 電力變壓器繞組的電感很大為數(shù)百亨至數(shù)千亨，而直流電阻很小最小至數(shù)百微歐，用穩(wěn)壓電源給大型變壓器繞組充電到達穩(wěn)定的時間可能長達數(shù)十分鐘至數(shù)小時，因此如何快速準確測量電力變壓器繞組的直流電阻一直是人們研究和追求的目標。下列圖為穩(wěn)壓電源給繞組充電原理圖見圖一：圖一Lx，Rx為繞組電感和電阻，合上開關K后可知：E= LXdidt+iRxi=ERX(1-e-tT)其中，=LXRx為回路時間常數(shù)。由此可見，i含有一直流分量和一衰減分量，當衰減分量衰減至零時i到達穩(wěn)定值I=ERX時，電感不起作用，此時

4、可通過測量E和I來得到Rx。其充電曲線為圖三所示的曲線，由于大型變壓器繞組的LX很大、Rx很小，所以時間常數(shù)很大，需很長一段時間電流才能到達穩(wěn)定，充電時間為5時，通過計算可知測得電阻比真實電阻還有0.67%的誤差。為解決穩(wěn)壓電源給繞組充電的穩(wěn)定時間過于長的問題，而采用穩(wěn)壓穩(wěn)流電源充電的方法可使穩(wěn)定時間大為縮短。穩(wěn)壓穩(wěn)流電源可根據(jù)電源負載的大小，來決定穩(wěn)壓穩(wěn)流電源是工作于穩(wěn)壓狀態(tài)還是穩(wěn)流狀態(tài)，電源只能工作于其中一種狀態(tài)，在穩(wěn)流狀態(tài)下電源可保持回路電流恒定。圖二為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源給繞組充電原理圖：圖二RN為電流取樣電阻，E為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的最大穩(wěn)壓電壓，I為儀器設定的穩(wěn)流電流，開關K合上后，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源

5、剛開始工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，回路電流逐步上升，當充電電流到達儀器設定的穩(wěn)流電流時，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源進入穩(wěn)流狀態(tài)，其充電曲線為圖三所示的曲線。圖三從圖三可以看出，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源充電到達電流穩(wěn)定的時間比穩(wěn)壓電源充電到達電流穩(wěn)定的時間快得多，E越高，充電到達設定的穩(wěn)流電流I的速度越快，所以說穩(wěn)壓穩(wěn)流電源用于變壓器直流電阻測量是一種快速充電方法。由于Vx為：Vx=iRX+Lxdidt電源進入穩(wěn)流狀態(tài)后，Ldidt=0，這時通過測量繞組兩端的電位VX及取樣電阻RN兩端的電位VN，可得繞組直流電阻RX為:RX=VXVNRN三、 變壓器直流電阻測試儀的性能指標要求穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的穩(wěn)壓電壓為20V-60V，甚至更高至100

6、V，穩(wěn)流電流一般為從1mA-n*10 mAn*100mAnAn*10A多檔選擇，最大輸出電流最大已達100A，以覆蓋PT、配電變壓器及大容量變壓器等感性試品的測量范圍及滿足變壓器出廠時溫升試驗需快速準確測試直流電阻的要求。穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的穩(wěn)壓電壓E和最大穩(wěn)流電流I決定了儀器的電源功率，從圖三可知E越高充電速度越快，I越大鐵芯磁通密度飽和程度越高，可有效降低電感L以縮短穩(wěn)定的時間、I越大測量信號Vx越大，數(shù)據(jù)更準確穩(wěn)定，E、I參數(shù)的選擇將直接影響到儀器的便攜性，E、I參數(shù)的選擇應結合試品容量、儀器的便攜性、測試速度等要求進行合理選擇。在變壓器出廠前進行的溫升試驗中，通過測量繞組冷態(tài)電阻值和溫升試驗

7、終了時熱狀態(tài)下的電阻值來計算繞組的平均溫度，根據(jù)規(guī)定應在溫升加載終了后兩分鐘內(nèi)測得第一點真實電阻值才有效，并每間隔30秒測量溫升加載終了后20分鐘內(nèi)的直流電阻，通過測量20分鐘內(nèi)的直流電阻來得到溫升試驗終了時熱狀態(tài)下的電阻值。為解決五柱式，低壓d聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組直流電阻在溫升試驗中兩分鐘內(nèi)測得真實電阻的要求，采用100A大電流加助磁方法來進行，因為采用助磁方法儀器測試電流還能到達100A，要求儀器的穩(wěn)壓電壓大于80V，另外在溫升試驗中還要求測試儀器具備兩通道測量功能。 從上述的儀器測試原理可知，測量原理建立在Ldidt=0的根底上，穩(wěn)流電源的穩(wěn)定性將直接影響測試值的穩(wěn)定性，在大容量變壓

8、器低壓繞組測量時就能得到有效檢驗，不同廠家的儀器相同的測試電流檔位其測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性相差甚遠。金達公司的直阻儀要求電流紋波系數(shù)0.5(電流紋波系數(shù)為儀器最大負載條件下供電回路交流電流與恒定直流電流之比)。充電過程中繞組儲存的能量為12LI2，L、I越大儲存的能量越大，測試完成后儀器設計有放電電阻及三極管相串聯(lián)的快速放電回路來釋放儲存的能量，如圖四所示： 圖四R3為放電電阻，R1、R2為驅(qū)動三極管工作的分壓電阻，放電回路正向不導通、反向?qū)?。直阻測試完成后圖二原理圖中開關K斷開，剛開始放電的一段時間放電電壓較高，三極管呈導通狀態(tài)放電回路主要由放電電阻釋放能量，隨著放電電壓的降低三極管進入截止狀態(tài)

9、，其等效于高阻狀態(tài)以快速釋放完最后能量。上述放電回路是一種快速且平安的方法。 根據(jù)l600kVA以上變壓器線間差異不應大于三相平均值的1%的要求，測試儀器的準確度高出兩個級別即0.25%，0.2%的準確度可滿足測試要求。 720MVA及以上容量變壓器、局部干式變壓器其低壓電阻為n*100, 測試該類型變壓器器要求儀器的最高分辯率到達0.1。四、 五柱式、低壓d聯(lián)接變壓器低壓繞組直流電阻測試快速準確測量五柱式、低壓d聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組直流電阻是變壓器直流電阻測試儀領域的難點，目前解決該難點采用大電流法或助磁法來解決，其原理均是使鐵心磁通密到達飽和以到達快速穩(wěn)定的的方法。繞組電感L由下式表示

10、：L=I=KInSI=KnS式中：K=0.4×10-6H/m;n匝數(shù)；S鐵心截面cm2;鐵心回路長度m; 導磁系數(shù)。從上式可知電感L決定于繞組的匝數(shù)、鐵心的幾何尺寸和硅鋼片的導磁系數(shù)，n、S、是的，只有是能改變的。圖五為鐵心磁通密度B與磁場強度H，導磁系數(shù)與磁場強度H的關系曲線。當磁場強度H很大，鐵心磁通密度強度趨于飽和時，就大幅度下降，變壓器的電感L也隨之減小，從H=nI/可知，要增大H就要提高穩(wěn)定電流I，一般需要施加電流達23倍空載電流，才能有效地減小L。圖五五柱式、低壓d聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組低壓繞組采用四端法測試時，到達鐵心飽和的勵磁電流需幾十安以上，從試驗經(jīng)驗看100A勵

11、磁電流可滿足720MVA容量變壓器的測試要求。采用圖六所示的上下壓繞組串聯(lián)助磁方法，其上下壓繞組的電流方向一致，由于高壓繞組匝數(shù)是低壓繞組匝數(shù)假設干倍，因此較小的勵磁電流即可使鐵心到達飽和，l0A的勵磁電流即可滿足所有容量變壓器的要求。圖六下表為幾個現(xiàn)場試驗結果：100A四端法和10A助磁法在一臺750MVA、500kV/220kV/35KV自耦變壓器的測試結果Rab(m)Rbc(m)Rca(m)不平衡率(%)100A四端法測試值6.0276.0056.0370.53充電時間(分)76410A助磁法測試值6.0276.0046.0400.6充電時間(分)157510A助助磁法在一臺750MVA

12、、500kV/20kV變壓器的測試結果Rab()Rbc()Rca()不平衡率(%)出廠值(37)556.9557.2560.00.56測試值(12)505.9504.9507.80.53充電時間(分)31142210A助助磁法在一臺750MVA、500kV/220kV/35kV自耦變壓器的測試結果Rab(m)Rbc(m)Rca(m)測試值5.7255.6845.726充電時間(分)1512610A助助磁法在一臺420MVA, 220kV/20kV變壓器的測試結果Rab(m)Rbc(m)Rca(m)測試值1.0811.0841.086充電時間(分)25109五、 三通道儀器的使用三通道變壓器直流

13、電阻測試主要為解決YN有載分接繞組的快速測試問題，其原理見下列圖： RA、RB、RC為繞組電阻，Rxo 、 RYO 、RYZ為上述變壓器內(nèi)部標示的中性點引出點至各繞組的連線電阻，ROO 為變壓器標示的中性點引出點至變壓器外部套管間的電阻。三通道測試時穩(wěn)流電源設計為IA=Ic=12IB，IN=0，那么：RAO=RA+RxoRBO=RB+12RYORCO= RC +RYZ-RYO 而單通道測試而傳統(tǒng)四端法測試時RAO=RA+Rxo +ROORBO=RB+RYO +ROORCO= RC +RYZ+RYO +ROO 三通道與單通道測試方法比照，各相電阻測量值中不包括中性點引線電阻及局部繞組末端連線電阻

14、，末端連線電阻與中性引線接入點O位置有關。因為三通道測量值中不包括中性點引線電阻及局部繞組末端連線電阻, RA、RB、RC阻值越大其測試值中中性點引線電阻及局部繞組末端連線電阻影響的份量越小。因為高壓繞組線圈電阻較大，局部繞組末端連線電阻可以忽略，三通道測量的三相電阻值均不包括中性點引線電阻，與單通道測試值不破壞原有測試數(shù)據(jù)的規(guī)律。RA、RB、RC阻值較小，如中壓側或低壓側，其測試值中中性點引線電阻及局部繞組末端連線電阻影響的份量相對加大，與單通道測試值甚至會嚴重破壞原有測試數(shù)據(jù)的規(guī)律，兩者之間甚至無可比性。下表為一臺50MVA/110KV變壓器高壓側單/三通道的電阻實測數(shù)據(jù)，采用三通道測量其

15、阻值要比單通道測量電阻值小2.7-3.4m，約為單通道測量值的1%，且三相電阻不平衡率變化較小，所以對直流電阻測量值的判斷影響不大。 方式相別單通道測量()三通道測量()1檔2檔1檔2檔AO0.33310.32790.33000.3245BO0.33440.32880.33130.3254CO0.33490.32980.33220.3265R(%)0.540.580.660.61 從上述分析可知三通道測量僅適用于高壓側YN繞組的直流電阻值測試，不適用于中壓或低壓側星形帶中性頭繞組測試。六、 變壓器直流電阻測試儀使用有關問題探討1、l0A的勵磁電流外加助磁方法即可滿足所有容量變壓器的測試要求，是

16、一種經(jīng)典有效的方法，從實測經(jīng)驗看其數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性比4050A的測試儀更好，所以在儀器選型中不一定一味選擇大電流的測試儀器，在使用4050A的測試儀測試數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定時，建議采用l0A助磁方法。2、進行三通道測量時可同時測量三相繞組直流電阻、進行各有載位置的測試時間僅需傳統(tǒng)方法的三分之一，具有縮短測試時間的優(yōu)勢，但由于三通道測量值中不包括中性點引線電阻，它對變壓器中性引線接觸等狀況的判斷不具有確定性，在三通道測量前應充分認識中性引線對電阻測量的影響，在三通道測量前可事先用單通道測量一至兩個分接檔位，以便單/三通道測量值比擬和檢查中性引線的狀況，在試驗報告上應注明三通道測試，以便測試比擬和備查。因為由

17、于三通道測量值中不包括中性點引線電阻及局部繞組末端連線電阻，變壓器制造廠不宜采用三通道測量方法。三通道測量僅適用于高壓側YN繞組的直流電阻值測試，進行全部有載位置的測試可有效縮短時間，而對于單一位置YN繞組三相電阻測試時間比傳統(tǒng)四端法還要長，不具有縮短測試時間的優(yōu)勢，如電廠主變高壓側為無載分接宜采用傳統(tǒng)四端法測試。3、試驗接線下列圖為幾種接線方式，C為電流端，P為電位端，a、(b)、(c)為正確接法，(d)、(e) 因為電位端包括過渡連接電阻為不正確接線方法。4、儀器使用應注意的問題為了防止測試過程中錯誤斷開電流回路，防止繞組產(chǎn)生感應電勢對儀器的損壞及人員平安，儀器使用應注意：(l) 測量結束

18、后應充分放電后才能斷開接線；(2) 測試過程中必須防止電流回路斷路和交流電源斷電；(3) 測試過程或測量結束后充分放電前，不允許無載調(diào)壓繞組切換分接位置。七、 變壓器直流電阻測試后的消磁問題近幾年來隨著變壓器容量越來越大，儀器的測試電流越來越大，大容量變壓器進行直流電阻試驗后鐵芯將產(chǎn)生嚴重剩磁，剩磁影響到變壓器的正常投運問題越來越突出。下面舉一剩磁例子，一臺360MVA容量變壓器在制造廠采用100A結合助磁方法進行溫升試驗后，用空載試驗方法進行消磁，其起始階段其空載電流能到達正?？蛰d電流的十幾倍，經(jīng)過半小時左右空載電流才能回到正常范圍。100A結合助磁方法進行溫升試驗時是產(chǎn)生剩磁最大的直流電阻

19、試驗，變壓器在制造廠在采用100A結合助磁方法進行溫升試驗后逐臺用空載試驗方法進行消磁。為保證變壓器進行直流電阻試驗后剩磁缺乏以影響到變壓器的正常投運，有些省份規(guī)定測試儀的工作電流不得超過5A，所以可以認為剩磁不一定需完全消掉，而是如何將剩磁減小到一個合理水平?？蓪κ４胚^大的變壓器進行一次較小電流的直流電阻試驗，其阻值的穩(wěn)定代表較小電流產(chǎn)生的剩磁重新建立，以到達變壓器進行直流電阻試驗后產(chǎn)生的剩磁用直流電阻試驗的方法來解決。八、 金達產(chǎn)品介紹 金達十幾年長期專注于變壓器進行直流電阻不斷完善、改良和創(chuàng)新，已形成小電流至大電流，從小量程至大量程，從PT、小變壓器至大容量變壓器，從單通道、雙通道至三通

20、道，助磁、消磁一體等等適用不同試品范圍的十來種儀器型號的產(chǎn)品，操作界面直觀、清晰、方便，儀器保護功能完善，金達的直流電阻測試儀產(chǎn)品在全國眾多廠家中一直代表著領先地位。下面著重紹介紹金達公司新投產(chǎn)的BZC3391E及BZC3395D兩種產(chǎn)品(一) BZC3391E變壓器直流電阻測試儀該儀器集助磁測量和消磁功能于一體，儀器采用助磁方法可快速準確測量所有容量的鐵芯五柱低壓角接繞組的直流電阻，消磁功能可大大降低變壓器直流電阻測量后的直流剩磁，對于YNd聯(lián)接變壓器上下壓試驗接線可一次完成，針對不同類型的繞組設計有不同的測試方式，該儀器是220kV500kV電壓等級變壓器現(xiàn)有直流電阻測量的理想換代產(chǎn)品，也

21、是金達公司的招牌產(chǎn)品。產(chǎn)品設計側重于大型變壓器。l 技術指標穩(wěn)流電流：1A、10A 測量范圍： 1A：100m 20 10A：1m 2 1A 三通道： 10 10A三通道： 1準 確 度：±(0.2%´R+1個字)l 產(chǎn)品特點1、對于YNd聯(lián)接變壓器上下壓試驗接線可一次完成;2、助磁方法可快速準確測量所有容量的鐵芯五柱低壓角接繞組的直流電阻;3、YN繞組三相同時加電測試，進行多分接測試可節(jié)省大量測試時間;4、YN繞組三相逐相測試，AN、BN、CN繞組逐相加電測量且自動完成，該方法適用于無載分接繞組YN繞組測試;5、有U盤存儲、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)掉電存儲、微機通訊、AC380V錯

22、接保護等功能;6、變壓器直流電阻實驗做完后，可選擇消磁方式對變壓器進行消磁以降低變壓器剩磁。l 測試方式選擇對于最常見的YNd聯(lián)接變壓器上下壓試驗接線可一次完成(二) BZC3395D變壓器直流電阻測試儀BZC3395D變壓器直流電阻測試儀在傳統(tǒng)的10A四端法直流電阻測試儀根底上，從接線到操作介面充分結合現(xiàn)場的使用特點及要求而設計的新型直流電阻測試儀，星形及三角形接法繞組試驗接線均可一次完成，針對不同類型的繞組設計有不同的測試方式，該儀器是110kV及以下電壓等級的理想測試儀器。產(chǎn)品設計側重于常規(guī)變壓器的使用方便性。l 技術指標測試電流1 mA10mA100mA1A10A測量范圍20025k202.5k225010m201m2準 確 度±(0.5%´R)±( 0.2%´R+1)l 產(chǎn)品特點1、星形及三角形接法繞組試驗接線均可一次完成;2、測試電流多檔選擇，測量