變壓器直流電阻助磁法測量轉換開關的設計

卞穎慧，覃國茂，杜 森

（中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌443002）

測量變壓器繞組的直流電阻是一個很重要的試驗項目.《電力設備預防性試驗規程》（以下簡稱《規程》）中規定，在變壓器交接、大修小修、變更分接頭位置、故障檢查及預試時，必須測量變壓器繞組的直流電阻，其目的是：檢查繞組內部導線和引線的焊接質量；檢查分接開關各個位置接觸是否良好；檢查繞組或引出線有無折斷處；檢查并聯支路的正確性，是否存在由幾條并聯導線繞成的繞組發生一處或幾處斷線的情況；檢查層、匝間有無短路的現象.但是，在變壓器繞組直流電阻現場測量中，特別是大容量高壓變壓器試驗中，往往會遇到測量時間長、不易達到穩定數值等問題，增加了測試人員對設備狀況判斷的難度，所以選用適當的測量手段和測量設備是保證變壓器直流電阻測量準確度的關鍵.

1 直流電阻測量方法分析

傳統的測量方法主要是電橋法和壓降法.測量大容量高壓變壓器的繞組直流電阻時，由于變壓器低壓側繞組的電感較大，電阻較小，且激磁匝數少，即使較大電流也不能使鐵心飽和，所以直流電阻測量充電時間常數較大，直接測量低壓側繞組直流電阻往往需要幾十分鐘甚至數小時，測量不易達到穩定數值.如果將變壓器一次、二次繞組串聯連接，就可以提高激磁安匝，加深鐵心飽和程度，從而縮短測量時間，提高測量準確度.這種方法通常稱為助磁法［1］.

助磁法測量原理接線如圖1所示.

圖1 助磁法測量原理接線

由于高壓繞組的匝數大大高于低壓繞組的匝數，通入直流電流后，很容易使鐵芯飽和，達到減小電感L（即減小充電時間常數T）和快速充電目的，可以縮短測量時間.圖中恒流源可由全自動直流電阻測試儀提供.

但是助磁法測量不同相的電阻值時，繞組中剩磁對測量電源會產生磁通的抵消作用，如果兩者方向相反，對測量的速度和準確性就會有嚴重影響.而且低壓側直流電阻測試時，總是存在著“兩快一慢”問題，即最后一相繞組的測量時間會比前兩相長很多，甚至充電電流不能達到儀器所要求的穩定程度，使三相測試數據不具備可信的比較判斷作用［2］.此外，在現場測量中，為保證變壓器繞組的磁路為同一方向，每測完一項都需要重新串接一次繞組，在操作上比較麻煩，現場經驗不豐富的試驗人員操作時極易出現人為因素導致的失誤，一旦接線出現差錯，就會出現回路不通、儀器無法充電等問題，耗時更長.

2 可縮短測量時間的方案探討

2.1 從試驗過程分析如何縮短測量的時間

從助磁法的試驗原理圖可以看出，高低壓繞組串聯的一個基本前提是保證變壓器繞組的磁路為同一方向，若試驗人員經驗不足，則會在接線過程中增加額外時間；另外，在測量第三相時還需對前兩項測過的繞組進行一個去磁，也就是對繞組進行反充磁，這也需要耗費較長時間.如果能設計一種不需倒線的裝置，或者加入自動去磁裝置，就能很好地避免此類問題的發生.同時，由于省去了倒線和反充磁的過程，測量時間也會大為縮短.

2.2 增加裝置不會影響測量結果的原因分析

從直流電阻的測量原理來看，圖2中I＋、I－、V＋、V－分別為全自動直流電阻測試儀的四個測量端子，儀器通過控制恒流源給外部待測負載施加一個恒定、高精度的電流，然后將被試繞組兩端所獲得的數據（包括測試電壓、當前的測試電流等）進行處理，得到實際電阻值.如果在設備與直阻儀之間接入一個轉換開關，電流、電壓信號取自被試繞組的兩端，雖然通過了轉換開關，也不會因此對測試結果產生影響.

圖2 測試儀的四個測量端子

2.3 一種可縮短測量時間的綜合試驗方案

綜合因素，可以采用這樣一種試驗方案：設計一種轉換開關，將所有試驗線全部接在轉換開關上，再與全自動直流電阻測試儀連接；測量中只需切換開關位置就可切換被試繞組，從而省去試驗中的倒線過程；同時連接去磁機，在兩次測量完后消除繞組剩磁，可以提高試驗準確度和工作效率.

圖3 可縮短測量時間的試驗方案

2.3.1 轉換開關的設計 轉換開關原理結構如圖4所示.

圖4 轉換開關結構

圖5 轉換開關左視圖

接線面板與連接面板為同軸圓板，軸上有一根操作把手，背面有13個接線柱，分別對應13根引出線.連接面板用3個銅片來完成一次、二次繞組的串接.6個接線柱（編號為①－⑥）分別對應直流電阻測試儀的電壓和電流端子.

2.3.2 與全自動直流電阻測試儀的連接 試驗中常用的全自動直流電阻測試儀有四端子V＋、V－、I＋、I－和六端子V1＋、V2＋、V1－、V2－、I＋、I－ 兩種.試驗接法如下.

1）1檔——測RAO、Rac.

圖中粗線所示的是轉換開關的初始位置，①～⑥號接線柱分別對應儀器上的接線端子如下（括號內為六端子接法）：①—V＋（V1＋）；②—V－ （V1－）；③—I＋；④—I－；⑤—（V2＋）；⑥—（V2－）.當 儀 器只有四個接線端子時，需要在測量數據穩定讀取后手動將①、②接線柱上的試驗線切換到⑤、⑥接線柱上.

2）2檔——測RBO、Rba.

3）3檔——測RCO、Rcb.

擋位的切換，通過將連接面板順時針旋轉120°完成，BC短接接a依次轉變為AB短接接c、CA短接接b；同時對應的測量信號依次由Ua、Uc、UA、Uo、IA、Ic轉 變 為Ub、Ua、UB、Uo、IB、Ia——Uc、Ub、UC、Uo、IC、Ib，測量結果也相應地由RAO、Rac依次轉變為RBO、Rba——RCO、Rcb，大大簡化了測量步驟，縮短了測量時間.

2.3.3 與去磁機的連接 去磁機是通過對已測繞組進行反充磁來達到去磁的目的，因此只需將去磁機的兩個電流端子接在直阻儀的電流端子上即可.當前兩相測完后，再接通去磁機進行去磁，助磁法中的“兩快一慢”問題可得以解決.

2.3.4 綜合試驗方案 1）分別從變壓器高低壓繞組上引出13根測量線 （IA、IB、IC、Ia、Ib、Ic、UA、UB、UC、UO、Ua、Ub、Uc），注意電壓線靠近套管引線導電排內側，電流線靠外側；2）將13根測量線分別接到轉換開關接線面板上的13個接線柱上；3）轉換開關投至第一檔，啟動直流電阻測試儀，充電測量，穩定讀數后復位、放電；4）旋轉轉換開關至第二檔，啟動直流電阻測試儀，充電測量，讀數完畢后復位、放電；5）接通去磁機，對繞組進行去磁；6）關閉去磁機，旋轉轉換開關至第三檔，啟動直流電阻測試儀，充電測量，讀數完畢后復位、放電；7）比對試驗結果，無異常則測試完畢.

3 綜合試驗方案的實際應用效果

在某電站一臺型號為SFP－300000／500，額定電壓550／13.8kV，額定容量為300MVA，連接組別為YNd11的變壓器上.使用JYR直流電阻測試儀№0102777，變壓器油溫為10℃.對比試驗后的測量結果見表1.

表1 助磁法直接測量與組合測量對比試驗結果

根據《規程》要求，容量在1.6MVA以上的變壓器，各相繞組電阻相互間的差別不應大于三相平均值的2%，無中性點引出線的線間差別不應大于三相平均值的1%.與以前相同部位測得值比較，其變化不應大于2%［3］.

從上述數據可以看出，新的試驗方案沒有引入新的測量誤差，取得較好試驗結果，被試變壓器的繞組直流電阻相間差（助磁法直接測量為0.29%，組合測量為0.39%）、線間差（助磁法直接測量為0.39%，組合測量為0.36%）均符合《規程》規定.試驗數據合格.

4 結束語

傳統的常規法測量一臺變壓器低壓側繞組直流電阻，往往要花費6～8h.引入助磁法后，測量時間大為縮短，大約要1.5h，轉換開關加去磁機配合助磁法測量，既降低了人為失誤的概率，避免了由于人為因素造成額外工時耗費，又使助磁法應用中“兩快”繞組與“一慢”繞組測量時間的差距明顯縮小，充電電流很快就能達到儀器所要求的穩定程度，使助磁法中剩磁消磁的問題得到了良好解決，測量時間也縮短到30min左右，大大提高了工作效率.

總之，這種綜合試驗方案能很好的彌補助磁法測量直流電阻的不足，更好地發揮助磁法在大容量高電壓變壓器繞組直流電阻測量中的作用，是一種適于現場且較理想的快速測量方法.

［1］陳化鋼，電氣設備預防性試驗方法［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［2］朱世英，剩磁對變壓器試驗中的一些影響［J］.變壓器，1992，29（3）：21－25.

［3］中華人民共和國電力工業部.電力設備預防性試驗規程.DL／T 596－1996［S］.北京：中國電力出版社，1997.