大容量變壓器低壓繞組直流電阻測試問題探討

中廣核工程有限公司 劉 波

大容量變壓器低壓繞組直流電阻測試問題探討

中廣核工程有限公司 劉 波

根據國家標準GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術參數和要求》11．3．2的要求，變壓器出廠時需測量其繞組的直流電阻平衡率。但對于大容量低壓d型聯接繞組直流電阻的測試使用常規的測試方法具有測試時間過長且測試結果不穩定的現象，本文結合某電廠廠用變壓器SFPFZ-130000/500為例，對于大容量、五柱式、低壓d型聯接變壓器繞組直流電阻測試方法進行了探討，以提高測試效率與準確性。

大容量變壓器；大電流；低壓d聯接；直流電阻平衡率

變壓器繞組直流電阻測量是其常規的試驗項目,但耗時長,準確度要求高,它是變壓器生產、檢修質量和安全運行的一個重要手段。也是變壓器出廠及預防性試驗的主要項目之一。早些年由于變壓器的電壓等級低、容量小,所以采用常規的測試方法可以快速、準確的測試該項試驗。但隨著社會發展的需求變壓器的電壓等級和容量的不斷提高,采用常規的測試方法很難測出它的直流電阻不平衡率,進而影響設備的質量和企業的生產效率,本文以變壓器SFPFZ-130000/500為例,闡述如何使用大電流法測試高電壓、大容量變壓器的低壓繞組直流電阻。

1 測量目的及方法

1.1 目的

變壓器繞組直流電阻測量目的包括以下幾個方面：(1)繞組導線連接處的焊接或機械連接是否良好; (2)引線焊接或機械連接是否完好;

(3)使用導線的規格和電阻率是否滿足要求;

(4)各繞組之間的直流電阻率是否平衡,層、匝間有無短路、斷路的現象。

1.2 方法

國家標準GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術參數和要求》及DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規程》的有關規定：

(1)1600kVA及以下的變壓器,相間不平衡率差別一般不大于三相平均值的4%,線間不平衡率差別一般不大于三相平均值的2%;

(2)l600kVA以上變壓器,各相繞組電阻相互間的不平衡率差別不得大于三相平均值的2%;

(3)無中性點引出的繞組其線間不平衡率差別不得大于三相平均值的1%;

(4)在相同溫度和相同部位,測量值與前一次測得值進行比較,變化應小于等于2%。不同溫度下電阻值換算如下：

R2=R1(T+t2)/(T+t1)

式中：R1、R2分別為在溫度t1、t2下的電阻值;T為電阻溫度常數,銅導線T=235,鋁導線T=225。

2 變壓器SFPFZ-130000/500出廠試驗直流電阻測試不能穩定的問題

某生產廠家生產的廠變SFPFZ-130000/500為三相五柱式,低壓繞組為雙分裂式,如圖1所示。

圖1

高壓繞組的直流電阻設計值為2.71Ω,低壓1繞組的直流電阻設計值為8.126 mΩ,低壓2繞組的直流電阻設計值為3.52 mΩ,出廠試驗直流電阻測試情況如下：

2.1 高壓側的直流電阻測量值（見表1）

計算高壓側的直流電阻不平衡率如下：β相=3(RA-RC)/(RA+RB+RC)

β相=3(2.308-2.304)/(2.308+2.305+2.304)

β相=0.173%

以上測量計算結果符合GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術參數和要求》11.3.2的要求：各相繞組電阻相互間的差別不應大于三相平均值的2%。

表1

2.2 低壓1和低壓2的直流電阻測量值（見表2）

表2

低壓1的直流電阻不平衡率如下：

β線=3(c1a1-a1b1)/(a1b1+ b1c1+c1a1)

β線=3(6.933-6.918)/(6.918+6.926+6.933)

β線=0.22%

以上測量計算結果符合GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術參數和要求》11.3.2的要求：各相繞線電阻相互間的差別不應大于三相平均值的1%。

低壓2由于b2c2相的電流不穩定在3.036-3.085 mΩ之間不停的跳動故無法計算該相的直流電阻不平衡率。

3 直流電阻測量的基本原理

在直流電阻測試時變壓器繞組通過直流時,會在鐵心內產生磁通,成為一個具有電阻的電感線圈,因此可以等效為一個R,L電路。其中圖2里,L是繞組的電感,R是繞組電阻。

圖2 直流電阻測量的基本原理

當T=0時,整個回路的方程如下式：

當T=0 i=0,加一個直流電阻時繞組電流計算如下：

上式是個一階的動態電路,如果要準確的測量回路的直流電阻,必須等電路達到穩定后才能讀取結果。在電流沒有穩定之前,變壓器端子上的電壓有很大的誤差,由于存在于變壓器的電感L在鐵心未達到飽和前其讀數很大,可以達到幾百亨甚至幾千亨,但直流電阻的讀數卻很小,其最小值為幾微歐,所以采用穩壓電源給高電壓、大容量變壓器繞組充電,使其達到穩定的時間較長,一般從幾十分鐘至幾個小時。因此電流未穩定前測量出的電阻大于變壓器的實際電阻。

4 變壓器直流電阻測量不穩定的原因分析

由于該臺變壓器為大容量三相五柱式且低壓為d聯結,并結合測量原理可以看出：該臺變壓器電感L較大,而低壓2的直流電阻R很小,導致低壓2由于b2c2相的電流不穩定就是因為充電未達到穩定時間,從而使鐵心的磁密沒有飽和。

那么如何可以使變壓器的充電電流達到穩定狀態?根據回路方程及圖1可知：時間常數為：

T=L/R

可見要減小時間常數T,可以從以下兩方面入手：

4.1 減小電感L

為了減小電感L,測試時要加大測量電流,從而提高鐵芯的磁通密度,使鐵芯基本趨于飽和,所以要增大試驗電源的容量。

繞組電感L的計算式如下：

n—線圈匝數;

S—鐵心橫截截面(cm2);

ι—鐵心的回路長度(m);

μ—矽鋼片的導磁系數。

由上式可知電感L由線圈繞組的匝數、鐵心的橫截面積和矽鋼片的導磁系數,其中n、S、L都是己知的數量,只有μ是可以改變的。圖二是鐵心磁通密度B、導磁系數μ與磁場強度H的曲線關系。

可以看出當磁場強度H很大,鐵心磁通密度強度基本趨于飽和時,μ就會大幅度下降,從而變壓器的電感L也會隨之減小,從式H=nI/L中可己看出,如果要增大H就要提高電流I。

圖3

4.2 增大回路電阻

在回路中串入己知的電阻,若測量電源不變,則測量電流會變小,這樣會導致測試儀器中的電橋靈敏度降低。所以一般情況不推介使用。

5 大電流測量法測量低壓繞組

根據4.1的分析我們采用增大電流的方式進行重新測量變壓器SFPFZ-130000/500的低壓繞組不平衡率,測量過程及結果如下：

測量時油溫(℃) a 1 b 1相 6 . 9 3 2 7 1 0 0 2 9 b 1 c 1相 6 . 9 3 4 2 1 0 0 2 9 c 1 a 1相 6 . 9 4 4 5 1 0 0 2 9 a 2 b 2相 2 . 9 2 1 1 0 1 0 0 2 9 b 2 c 2相 2 . 9 2 1 6 1 0 0 2 9 c 2 a 2相 2 . 9 4 7 3 1 0 0 2 9相別 測試數據( m Ω )充電時間( m i n )充電電流( A )

低壓1的直流電阻不平衡率如下：

β線=3(c1a1-a1b1)/(a1b1+b1c1+c1a1)

β線=3(6.944-6.932)/(6.944+6.9234+6.932)

β線=0.17%

低壓2的直流電阻不平衡率如下：

β線=3(c2a2-a2b2)/(a2b2+b2c2+c2a2)

β線=3(2.947-2.921)/(2.947+2.921+2.921)

β線=0.887%

以上測量計算結果符合GBT6451-2008《油浸式電力變壓器技術參數和要求》11.3.2的要求：各相繞線電阻相互間的差別不應大于三相平均值的1%。

6 測量應注意的問題

6.1 安全問題

為了避免繞組所產生的感應電動勢對儀器的損壞,以及測試人員安全,在儀器使用是應注意一下問題：

(1)測量結束后必須進行充分放電后才能斷開測量接線;

(2)測試過程中務必注意電流回路的可靠接通,不能出現電流回路的斷路情況;

(3)測試過程中和測量結束后未充分放電的情況下,不能進行無載調壓繞組分接位置的切換。

6.2 直流電阻試驗后的消磁問題

近些年來隨著變壓器電壓等級越來越高,其容量也越來越大,這些變壓器進行直流電阻測試后鐵芯會產生較大剩磁,由于剩磁引起的投運問題日益突出。

大容量變壓器的低壓側通常都是三角形聯結方式,直流電阻只能在其中的兩個端子上進行測量,此時直流支路是有兩個支路并聯組成的,一個支路有一個繞組,第二個支路由其余兩個繞組串聯組成,此時測量的三相繞組都有電流通過,因此在鐵心的磁化過程中與單相變壓器比較更加復雜。

由于鐵心的磁滯特性對應各繞組的電感不盡相同。因此電流與直流電阻不成比例關系。但等得到電流穩定后,電感的作用消失,電流與電阻成為等比例的關系,所以在三相繞組中,電流分布的過渡時間的長短,也取決于磁路的歷史狀態以及電流的大小。在每一次測量后,鐵心中仍存有與磁通方向相同的剩磁。三相磁通由于剩磁的影響,各有不同的磁密,即有各自不同的電感,所以各相電流的穩定時間也是不同的。

從上面的例子可以看出采用大電流法側量大容量三相五柱式低壓繞組為d聯結的變壓器既快速又準確。

[1]胡啟凡主編．《變壓器試驗技術》保定天威保變電氣股份有限公司組編．

[2]GB50150-2006電氣裝置安裝工程和電氣設備交接試驗標準．

[3]GBT6451-2008油浸式電力變壓器技術參數和要求．

[4]DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規程．