變壓器聯結組別與直流電阻測量原理的分析

王勁松

[摘 ? ?要 ]變壓器是一種特殊的電機，它利用電磁感應原理實現交流電能的變換，只變換而不能產生電能，一二次側維持能量守恒。直流電阻測量時，在繞組的被試端子間通以直流，非被試繞組開路，由于被測繞組中有電感，測量回路中電流逐漸達到穩定。變壓器中鐵心的磁導率很高，而電力變壓器繞組的電感很大為數百亨至數千亨，而直流電阻很小最小至數百微歐，導致直流電路中電流穩定的時間比較長。

[關鍵詞]聯結組別;空載電流;變壓器試驗;直流電阻

[中圖分類號]TM41 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–02

[Abstract]Transformer is a kind of special motor， which uses the principle of electromagnetic induction to realize the conversion of alternating current energy. It can only transform but not produce electric energy， and the primary and secondary sides maintain energy conservation. When measuring the DC resistance， DC is applied between the tested terminals of the winding， and the non tested winding is open circuit. Due to the inductance in the measured winding， the current in the measurement loop gradually reaches a stable value. The permeability of the iron core in the transformer is very high， while the inductance of the power transformer winding is very large， ranging from hundreds to thousands of henges， while the DC resistance is very small and the minimum is hundreds of micro ohm， which leads to the long time of current stability in the DC circuit.

[Keywords]connection group; no load current; transformer test; DC resistance

在變壓器出廠試驗中需要進行各種型式試驗和例行試驗、特殊試驗，不僅能檢測出變壓器質量的缺陷和問題，還能發現許多電氣參數和不同變壓器結構之間的關系，這對今后變壓器的設計提供了巨大的技術參考與技術支持，為電力事業的發展提供了動力。被試變壓器具備試驗條件，準備做焊線試驗。在做低電壓空載試驗時，發現該產品各相空載電流的規律與以往產品不同。為確保產品質量，對該產品做出判斷。

1 試驗概述

以一臺產品容量為180000 kVA的變壓器為例，電壓等級為220 kV，聯結組別為YNyn0d11的三相三繞組變壓器。在半成品試驗焊線試驗中，首先進行低電壓空載試驗，加電方式為單相加電，分別為：ab端子加電短路bc端子;bc端子加電短路ac端子;ca端子加電短路ab端子。

2 試驗結果

按照試驗規定，分別給每相施加220V電壓，測量各相的空載電流如下：

ab端子加電，短路bc端子空載電流為：0.9592

bc端子加電，短路ac端子空載電流為：0.6585

ac端子加電，短路ab端子空載電流為：0.6464

結果比較為ab端子加電，短路bc端子空載電流最大，通過對空載電流數據的初步判斷這個規律不符合YNyn0d11的聯結組別規律。

3 試驗結果分析

試驗數據規律具體分析如下：

由公式Ni=ΦRmRm=l/μA得知，Φ=Ni/Rm=Ni×μA，得出結論：當N與A是定值的情況下，磁通與電流成正比，磁路越長，電流越大。（F：磁路的磁勢;i：電流;Φ：磁通;Rm：磁路的磁阻;l：磁路長度;μ：磁導率;A：磁路的截面積）。由以上可以分析出正確的空載電流關系是ab和bc加電時空載電流應該近似相等，ac加電時的空載電流要比其它兩個要大，通過對試驗數據的判斷，完全不符合空載電流的分布原理，試驗數據更像是YNyn0d1的分布。下面還可以通過直流電阻的測量更進一步的分析論證，通過直流電阻的原理更能清楚的了解變壓器連接組別的關系。

先了解一下變壓器直流電阻的測量原理和方法，直流電阻的測量方法有伏安法和電橋法。在利用伏安法測量直流電阻時，電壓測量線和電流測量線是獨立的，不能用一根測量線代替，如果采用一根測量線代替，電壓信號將不是取于被試電阻的兩端，測量值將包括測量線的內阻，對于大容量的變壓器來說，其電阻值較小，測量線的電阻將無法忽略，故電壓電流測量線應該獨立分開。電橋法是根據比較原理，將被測直流電阻和標準電阻去比較，得到被測直流電阻的測量方法。

根據被測直流電阻的大小，可以用單臂電橋或雙臂電橋來測量變壓器繞組的直流電阻。單臂電橋用于測量直流電阻較大時，通常指被測直流電阻大于10Ω，而雙臂電橋用于測量直流電阻較小的情況，被測電阻小于10Ω時。因為電橋不直接檢測被測電阻的數值，而指檢測表示被測直流電阻和標準電差值的電流，因此可以使用靈敏度較高的電流檢測儀器，保證測量結果的準確度。但這一方法有固有的缺點時需要調節平衡電橋的平衡，調節可變電阻達到電流指示儀器指示為0，指示儀器的靈敏度越高，調節指0的時間越長，因此測試時間長，在溫升時使用非常困難，測得的直流電阻換算的標準規定的參考溫度75 ℃。

直流電阻的測量是發現問題的一個重要方法，它不僅是檢查繞組導線連接處焊接和機械連接的好壞，也是檢查引線與套管，引線與分接開關的連接是否良好，引線與引線之間的焊接和機械連接是否良好的重要手段。

通過對直流電阻測量原理的分析（如圖1所示），在測量直流繞組時，電阻是繞組端子上的電壓除以繞組中通過的電流，得到繞組上的電壓U是U=E-iRa=iR+L（i）di/dt。在電流穩定前，通過繞組的電流i小于穩定時的I;并且L比較大，di/dt項不等于0，電壓U在電流未穩定前大于穩定后的值，電流i小于穩定后回路中的電流I，所以在電流沒有穩定前得到的繞組電阻值要比穩定后的電阻值大。在接通直流電源后，開始電流較小，激磁安匝小，鐵心中的磁通密度低，鐵心的磁導率很高，因此激磁線圈的電感大，電流增長很慢，隨著電流增大，激磁安匝增加，鐵心磁通密度增加，鐵心磁導率下降，激磁線圈的增量電感下降，電流增長比較快，以后電流進一步增大，鐵心磁密接近飽和，磁導率下降，增量電感將進一步下降，同時電流變化接近方程解的穩定值的部位，電流增加非常緩慢，當E足夠大時，達到穩態時間短，當E不夠大時，達到穩態的時間也長。

在三相五柱鐵心變壓器測量D聯接繞組的直流電阻時，三相五柱鐵心有3個勵磁磁動勢，共5個磁路，且鐵軛內的磁通不等于鐵心柱內的磁通。由于磁密在磁路各部分內不同，各部分磁路的勵磁歷史不同，各部分鐵心磁路的磁導率μ和剩磁Br可以各不相同，在安匝變化時，除D聯接繞組電路中的電流分布有過渡過程外，在5個磁路中還有一個磁通分布改變的過渡過程。由于這一原因，三相五柱鐵心變壓器測量直流電阻時的穩定時間較三相三柱變壓器的穩定時間還要長。這需要采取縮短測量時間的措施，并多采用助磁法，一般采用圖2所示的直阻測量方法以縮短測量時間，以ac相為例助磁法。

在加電初始，鐵心處于磁中性狀態，即B=H=O鐵心沒有剩磁，回路中電流增加，磁感應強度B隨之緩慢上升，繼之B隨H迅速增長電流達到穩定后，B到達飽和值BS;在電阻測量結束，斷開電流后，磁感應強度B并不沿起始磁化曲線恢復到“O”點，而是沿另一條新的曲線SR下降，當H=O時，B不為零，而保留剩磁Br。如果第二次用相同大小的電流測量時，勵磁極性相同，則鐵心中磁通密度將有Br上升到和第一次大小相同的穩態磁通密度。當磁場反向從O逐漸變至-HD時，磁感應強度B消失，說明要消除剩磁，磁通密度變化將不同于直流電源極性相同的情況，極性相反時鐵心磁密有Br向相反的方向變化。此過程繞組電感很大，電路的時間常數很大。所以用同一穩態電流測量變壓器直流電阻，由于通電前鐵心的初始狀態Br不同，電路中的過度過程是不一樣的，因此在用同一穩態電流測量變壓器電阻時過度過程所需要的測試時間是不同的。當磁場按HS→O→HD→-HS→O→HD?→HS次序變化，相應的磁感應強度B則沿閉合曲線SRDS?R?D?S變化，這閉合曲線稱為磁滯回線。所以，當鐵磁材料處于交變磁場中時（如變壓器中的鐵心），將沿磁滯回線反復被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁材料中釋放，這種損耗稱為磁滯損耗。應該說明，當初始態為H=B=O的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化，可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線（如圖2所示），這些磁滯回線頂點的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線，由此可近似確定其磁導率，因B與H非線性，故鐵磁材料的μ不是常數而是隨H而變化。

對低壓繞組直流電阻的測量，確定bc的直流電阻阻值最大，而其他兩相的阻值基本相同，這也就基本確定了bc的磁路最長，和低電壓空載的數據相吻合，驗證了上面所做出的判斷，其變壓器結構為YNyn0d1的形式。

用匝比儀進一步驗證，以YNyn0d1的聯結組別測量得到正確數據。

4 結論

經工藝驗證，該產品確實應該為YNyn0d1的聯結組別，并經試驗分析，該產品各相的空載電流規律符合YNyn0d1的聯結組別特征，產品檢驗合格。這說明發現問題后能夠充分注意發生問題的點，用相關的檢測方法和以往經驗盡快解決問題，保證試驗的順利進行，更好的保證產品質量，提高生產效率。

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