組合式變壓器三相直流電阻測量的研究

袁乙專，趙 紅，毛啟武

（明珠電氣股份有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

組合式變壓器是將變壓器器身、負荷開關(guān)、熔斷器等在油箱中進行組合的變壓器，從絕緣介質(zhì)來看，組合式變壓器（圖1）本質(zhì)上仍然是一種油浸式變壓器[1]。

圖1

GB1094.1、GB/T6451和JB/T10217標準中雖然明確規(guī)定繞組直流電阻（以下簡稱電阻）的測量是變壓器的例行試驗項目，但并未定義電阻不平衡率及其限值[2-5]。對于油浸式變壓器而言，國家標準GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》8.0.4條中規(guī)定主要包括：

（1）測量應(yīng)在各分接的所有位置上進行；

（2）對于圖1組合式變壓器1 600 kVA以上三相變壓器，各相繞組相互間差別不應(yīng)大于2%；無中性點引出的繞組，線間相互間差別不應(yīng)大于1%；

（3）變壓器的直流電阻，與同溫度下產(chǎn)品出廠實測數(shù)值比較，相應(yīng)變化不應(yīng)大于2%；不同溫度下電阻值應(yīng)按下式計算：

式中：R1為溫度在t1下的電阻值，Ω；

R2為溫度在t2下的電阻值，Ω；

T為計算用常數(shù)，銅導(dǎo)線取235，鋁導(dǎo)線取225。

（4）由于變壓器結(jié)構(gòu)等原因而使直流電阻差值超過本條第2款時，可只按本條第3款進行比較，但應(yīng)說明原因[6]。

考慮到直流電阻易受變壓器結(jié)構(gòu)等原因影響，因此該標準還明確規(guī)定上述第（4）點。

GB50150標準規(guī)定不同溫度下的電阻值應(yīng)進行折算，但是，目前很多用戶對標準的這一條款理解不好，特別是如何選擇參考溫度存在誤區(qū)，給組合式變壓器交接試驗帶來困惑，增加了對產(chǎn)品質(zhì)量狀況判斷的難度。本文作者主要對組合式變壓器三相電阻不平衡及其折算進行研究。

1 直流電阻測量的作用

組合式變壓器除包括完成電壓轉(zhuǎn)換的變壓器器身外，還包括符合高低壓開關(guān)特性的部件，如負荷開關(guān)、分接開關(guān)，其高低壓導(dǎo)電回路均有多種組合形式。導(dǎo)電回路串聯(lián)的重要部件比較多，連接點也多，連接方式呈現(xiàn)多樣化的特點，如螺栓連接、冷壓連接、焊接。直流電阻測量可以直觀反映導(dǎo)電回路的連接狀況，并可通過三相電阻不平衡的考核，判斷導(dǎo)電回路各主要部件質(zhì)量狀況，及時排查解決質(zhì)量隱患。

通過直流電阻測量，可以發(fā)現(xiàn)以下故障：

1.1 導(dǎo)電回路連接不緊或焊接不良

對組合式變壓器，導(dǎo)電回路連接點是必不可少的，以高壓回路為例，連接點主要包括：繞組抽頭的引線焊接、分接引線與線耳的冷壓連接、繞組引線與出線套管導(dǎo)電桿的螺栓連接、高壓熔斷器的螺栓連接、負荷開關(guān)的螺栓連接等[7-10]。

1.2 引線斷股

為保證引線彎折走線方便，組合式變壓器的引線一般采用包含多股小圓導(dǎo)線的絞線，在剝除引線外絕緣紙皮、冷壓接操作中，易造成引線斷股；還有引線走線不合理，在后續(xù)裝配中造成引線受外力拉扯而部分折斷。引線斷股隱蔽性強，和工藝操作關(guān)聯(lián)度高，容易造成批量質(zhì)量事故，若通過直流電阻測量發(fā)現(xiàn)這類質(zhì)量隱患，要善于舉一反三，改善工藝操作。

1.3 線組導(dǎo)體質(zhì)量缺陷甚至匝間、層間短路

對于標準GB/T25446《油浸式非晶合金鐵心配電變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》中所述的線材原因主要反映在繞組的電阻中[11]。由于線材截面積誤差、電阻率誤差及繞制導(dǎo)線長度的誤差使繞組電阻發(fā)生變化，引起變壓器三相電阻不平衡。根據(jù)電阻定律，繞組的電阻

其中：ρ為繞組的導(dǎo)體材料電阻率，L為導(dǎo)體長度，S為導(dǎo)體截面積。

可見，電阻的大小與截面積成反比，與繞組長度成正比。當(dāng)某相繞組的接頭焊接不良時，相當(dāng)于截面積變小，直阻一般會變大。而當(dāng)發(fā)生匝間短路時，相當(dāng)導(dǎo)體長度變短，則直阻一般會變小。

對35 kV級及以下的組合式變壓器，其變壓器器身高壓部分多采用層式線圈，也存在層間短路風(fēng)險，發(fā)生層間短路時，有效導(dǎo)體長度大幅度變短，直阻也大幅度變小。

1.4 無勵磁分接開關(guān)故障

分接引線與無勵磁分接開關(guān)的分接端子間的螺栓連接處，容易發(fā)生接觸不良的缺陷，其直接原因可能是接觸點壓力不夠，還要排查分接端子表面鍍層材料是否氧化失效。無勵磁分接開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，引線裝配空間較小，螺栓連接點集中，需要有恰當(dāng)工具和操作順序保證每個螺栓擰緊有效，此外，分接引線一頭連著繞組本體，繞組在運輸或運行中發(fā)生振動，可能傳遞到螺栓連接處，影響螺栓長期保持擰緊狀態(tài)，因此要重點檢查無勵磁分接開關(guān)螺栓連接的有效性。

2 直流電阻測量涉及的計算

組合式變壓器出廠試驗和交接試驗通常不在同一地點，受環(huán)境溫度影響，直流電阻測量結(jié)果總是有區(qū)別的，根據(jù)國家標準GB50150的規(guī)定，要與同溫度下產(chǎn)品出廠實測數(shù)值比較，但對同一溫度描述不詳。

2.1 繞組溫度是直流電阻折算的關(guān)鍵

上文提到不同溫度下電阻值應(yīng)按式（1）計算，其中R1對應(yīng)于溫度t1，R2對應(yīng)于溫度t2。

將交接試驗現(xiàn)場測量得出的直流電阻標記為R1，將其向出廠試驗報告記錄的繞組溫度t2折算，溫度t1作為R1對應(yīng)的繞組溫度，是折算的關(guān)鍵。

2.2 繞組溫度的確定

2.2.1 出廠報告中的取值方法

制造廠出廠報告提供有直流電阻出廠實測數(shù)值及參考繞組溫度，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，基于產(chǎn)品狀況和積累的經(jīng)驗，對應(yīng)繞組溫度通常取和環(huán)境溫度一致的數(shù)值，可理解為：在制造階段，由于從原材料到成品，較長時間暴露在同一環(huán)境中，因此對未投入運行的變壓器，認定其繞組溫度和環(huán)境溫度一致。在溫暖的南方，溫差波動不大，做出這樣的判斷大多數(shù)情況下也是合理的。

2.2.2 交接試驗現(xiàn)場的取值方法

變壓器發(fā)到用戶現(xiàn)場進行交接試驗時，情況有所不同。首先，變壓器可能通過不同氣候條件的地區(qū)來運輸，較長時間暴露在不同環(huán)境中；其次，溫差波動范圍不同于南方。因此，繞組溫度應(yīng)根據(jù)實測油溫來確定。GB1094.1有如下規(guī)定：變壓器注入液體后，至少3 h不勵磁，才可測量液體平均溫度（繞組溫度被認為與液體平均溫度相同），頂層液體溫度與底部液體溫度的平均值，作為液體平均溫度。這條規(guī)定，彌補了GB50150的不足，但因為不是同一文件的規(guī)定，實際操作上容易被忽視。

2.2.3 討論

在GB 50150中，對公式所涉及的兩個溫度t1和t2并未直接解釋其準確含義，使得直流電阻測量后，要得出正確結(jié)論并不容易。主要誤區(qū)有：

（1）交接試驗現(xiàn)場，認為繞組溫度與環(huán)境溫度相同。沿用制造廠的經(jīng)驗，忽視了GB1094.1的規(guī)定。

（2）出廠報告只標明環(huán)境溫度，不標明繞組溫度。滿足某些條件時，繞組溫度與環(huán)境溫度相同，但二者意義不同，嚴謹做法是二者均標明[12]。環(huán)境溫度主要靠測量得到，繞組溫度的認定離不開分析判斷。

3 案例分析

2017年3月的一天，中原地區(qū)某風(fēng)電場對到場組合式變壓器進行交接試驗時，發(fā)現(xiàn)直流電阻測量的數(shù)據(jù)三相基本平衡，但折算到同溫度下與出廠試驗數(shù)值比較，發(fā)現(xiàn)其偏差大于2%，不符合GB50150的規(guī)定。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 組合式變壓器技術(shù)參數(shù)

3.1 測試數(shù)據(jù)

在排除試驗引線、試驗儀器等影響后，交接試驗測試數(shù)據(jù)如表2所示。經(jīng)查閱產(chǎn)品資料，出廠試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 交接試驗測試數(shù)據(jù)

表3 出廠試驗測試數(shù)據(jù)

3.2 測試數(shù)據(jù)對比

（1）現(xiàn)場交接試驗數(shù)據(jù)折算成出廠溫度，得出數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 折算后交接試驗測試數(shù)據(jù)

（2）按GB50150標準，交接試驗測試數(shù)據(jù)折算成同溫下（分別為29℃、30℃、24℃）與出廠數(shù)值進行比較，二者偏差如表5所示。

表5 二者偏差

（3）結(jié)果復(fù)核

在制造廠代表見證下，進行現(xiàn)場復(fù)測（環(huán)境溫度為16℃）復(fù)測數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 復(fù)測數(shù)據(jù)

（4）按GB50150標準，將復(fù)測數(shù)據(jù)折算成同溫下（分別為29℃、30℃、24℃）與出廠數(shù)值進行比較，比較結(jié)果如表7所示（復(fù)測，誤認為環(huán)境溫度與繞組溫度相同）。

表7 比較結(jié)果

經(jīng)反復(fù)對比分析，折算時取環(huán)境溫度視為繞組溫度可能影響結(jié)果。經(jīng)測量，變壓器當(dāng)時油溫測量值為9℃，繞組溫度須按9℃進行修正，再進行折算比較。比較結(jié)果（繞組溫度按油溫修正后）如表8所示（繞組溫度按油溫修正后）。

表8 比較結(jié)果

繞組溫度按油溫9℃進行修正，再進行折算比較，已符合標準要求，直流電阻測量交接試驗結(jié)論：合格。

在廠內(nèi)做試驗時，一般保持戶內(nèi)靜止?fàn)顟B(tài)已有較長時間，變壓器內(nèi)油溫接近環(huán)境溫度。而現(xiàn)場產(chǎn)品往往處在戶外露天，受天氣影響變壓器內(nèi)油溫與環(huán)境溫度有差異。現(xiàn)場交接試驗測量繞組直流電阻，應(yīng)以變壓器內(nèi)平均油溫作為繞組溫度。

4 結(jié)論

通過上述分析可得如下結(jié)論:

（1）組合式變壓器高低壓導(dǎo)電回路連接點多，直流電阻測量可以直觀反映導(dǎo)電回路的連接狀況，方便及時排查解決質(zhì)量隱患。

（2）在交接試驗階段測量直流電阻時，如果發(fā)現(xiàn)有不平衡現(xiàn)象，建議先與同溫度下產(chǎn)品出廠實測數(shù)值比較，進行不同溫度下電阻值折算時，繞組溫度的確定尤其重要，應(yīng)以變壓器內(nèi)平均油溫作為繞組溫度。

（3）制造廠在提供直流電阻出廠實測數(shù)值時，除記錄環(huán)境溫度外，還要記錄油溫，即繞組溫度。

（4）對不同地區(qū)、不同季節(jié)下的組合式變壓器，環(huán)境溫度和繞組溫度可能存在明顯差異，需要引起試驗人員的重視。