淺論變壓器直流電阻測量方法及注意事項

和志遠

摘要：變壓器的直流電阻的測量是變壓器交接/檢修及預防性試驗的主要項目之一，也是故障后必不可少的試驗項目.通過該項試驗項目，可以檢查繞組接頭的焊接質量，繞組匝間有無短路，繞組或引出線有無斷裂，分接開關各個位置的接觸狀況及位置指示準確度，確定繞組平均溫升.多股導線并繞的繞組是否有斷股等情況.對于大容量的變壓器，傳統測量直流電阻的方法一直存在測量誤差大、時間長的問題。隨著變壓器的直流電阻測試方法的發展和進步，出現了不同原理的集中測量方法。本文綜合對比了這幾種測量原理，并以數據和模型為基礎，以最直觀的方式讓讀者快速掌握幾種測量方法的原理和差異。

關鍵詞：變壓器;直流電阻;測試方法

Abstract：the transformer dc resistance measurement is the transformer is one of the main project handover/repair and preventive test，also is the indispensable test items after fault. Through the test project，can check the welding quality of winding connection，with or without winding interturn short-circuit winding or lead wire with and without fracture，tap-changer each location of the contact condition and the accuracy of position indicator，determine the average temperature rise of winding. Multi-strand wire and around whether there is a winding broken stocks，and so on and so forth. For the large capacity of transformer，the traditional methods of dc resistance measurement error，long time. With the development and progress of dc resistance testing methods for transformers，centralized measurement methods based on different principles have emerged. This paper makes a comprehensive comparison of these measurement principles. Based on the data and model，it enables readers to quickly grasp the principles and differences of these measurement methods in the most intuitive way.

Key words：transformer;Dc resistance;The test method

一、變壓器直流電阻測量方法的介紹

（一）降壓法原理介紹

這是一種測量直流電阻的最簡單的方法。在被試電阻通以直流電流，用合適量程的毫伏表或伏特表測量電阻上的降壓，然后根據歐姆定律計算出電阻，即為降壓法。

為了減小接線所造成的測量誤差，測量小電阻（1Ω以下）時，采用圖1-1（a）所示接線，測量大電阻（1Ω及以上）時，采用圖1-1（b）所示接線。

按圖1-a接線時，考慮電壓表PV內阻rV的分路電流IV，則被試繞組電阻應為：

R'=U/（I﹣IV）=U/（I﹣U/rV）

實際上，現場測量一般均以R=U/I計算，則繞組電阻測量誤差為（R/rV）×100%，R越小，誤差越小，所以此種接線適用于小電阻。

按圖1（b）接線時，考慮電流表PA電阻rA上的電壓降，則被試繞組電阻應為

R'=（U﹣I/rV）/I

若仍以R=U/I計算，繞組實際電阻應減去差值α=rA，繞組電阻測量誤差為（rA/R）×100%，R越大，誤差越小，所以此種接線適用于測量大電阻。

降壓法所用的直流電源，可采用蓄電池，精度較高的整流電源、恒電流等。

由于變壓器繞組電感較大，所以測量時必須注意在電源電流穩定后，方可接入電壓表進行讀數;而在斷開電源前，一定要先斷開電壓表，以免反電動勢損壞電壓表。

降壓法雖然比較簡單，但準確度不高，靈敏度偏低，廠家與運行部門多采用電橋法測量繞組直流電阻。

（二）電橋法原理介紹

用電橋法測量時，常采用單臂電橋法和雙臂電橋等專門測量直流電阻的儀器。被測電阻10Ω以上時，采用單臂電橋;被測電阻1Ω及以下時，采用雙臂電橋。對于小容量變壓器，單臂電橋可采用4.5V以上的干電池作為電源，雙臂電橋采用1.5～2V的多節并聯干電池或蓄電池作為電源，直接測量變壓器繞組直流電阻。

當變壓器容量較大時，用干電池等作為電源，充電時間很長，現在一般廠家及運行部門均采用全壓恒電流作電橋的測量電源。常用分恒流源有QHY-5A型、QHY-7A型等。圖2所示接線，大大縮短了測量時間，而且操作簡單，受到了試驗人員的歡迎。

用電橋法測量準確度高，靈敏度高，并可直接讀數。

用電橋測量變壓器繞組時，由于繞組電感較大，同樣需等充電電流穩定后，在合上檢流計開關;測取讀數后拉開電源開關前，先斷開檢流計。測量220kV及以上的變壓器繞組電阻時，在切斷電源前，不但要斷開檢流計開關，而且要將被試品接入電橋的測量電壓線也斷開，防止由于拉電源瞬間的反電動勢將橋臂電阻的絕緣擊穿和橋臂電阻對地等部位擊穿。

（三）助磁法原理介紹

該方法是強迫鐵芯磁通迅速飽和，從而降低自感效應，減少測量時間。

（1）用大容量直流電源，增加測量電流的值。如用2只190Ah的蓄電池，通40A的電流，測量250MVA/500kV自耦變壓器中壓繞組的直流電阻值，每個分接只需1～2min。

（2）將高壓、低壓繞組串聯起來通上電流，采用同相位和同極性的高壓繞組助磁。由于高壓繞組匝數遠比低壓繞組多，用較小的電流值使鐵芯飽和。如一臺360MVA/220kV變壓器。鐵芯為五柱式，低壓繞組為三角形聯接，通10A電流，在15min內就可以同時測出一相的高壓、低壓繞組的電阻值。

（3）采用恒壓恒流源法的直阻測量儀法。它利用電子電路實現自動調節，在極短時間內把穩壓源平穩地入穩流源，而且輸出電流最大達40A，適用于各類變壓器測量。如果高、低壓繞組同時測量，解決了三相五柱式大容量變壓器直流電阻測量的困難。如電阻大約30～40min，該方法測量接線圖如圖3所示。

（四）消磁法原理介紹

和第三種的助磁法相反，消磁法力求通過鐵芯的磁通為零。使用的方法有以下兩種：

（1）零序阻抗法。該方法僅適用于三柱鐵芯YN聯接的變壓器。將三相繞組并聯起來同時加電流，由于磁通需經過氣隙閉合，磁路的磁阻增大，繞組的電流隨之減小，達到測量電阻時間短的目的。

（2）磁通勢抵消法。試驗時除被繞組加電流外，非被測繞組中也通電流，使兩者產生的磁通勢大小相等而方向相反，達到相互抵消，使鐵芯中磁通趨近與零，繞組中的電感量降到最小值達到縮短測試時間和目的。如對一臺120MVA/220kV三相五柱式變壓器采用消磁法和恒流法測量高、中、低壓繞組的直流電阻測量，3min達到穩定。比單用恒流法縮短充電時間10倍以上。消磁法測量高壓繞組直流電阻接線圖如圖4所示。

（五）幾種變壓器直流電阻測試比較

壓降發和電橋法測量變壓器直流電阻作為傳統的測量方法，測量原理較為簡單，單隨著時代的發展，在面對較大容量的變壓器測量，特別是五柱鐵芯和低壓繞組為三角形接線的大型變壓器時，這兩種測試方法暴露出測量時間長及測量誤差較大的問題。有時測量時間甚至達到數小時至十數小時。

經過多年的研究，基于助磁發和消磁法的技術取得重大突破，至今已經非常成熟，現下普遍使用的各類型變壓器繞組直流測試儀，便是基于這兩種測試原理為產生的。目前使用的變壓器繞組直流電阻測試儀品種比較多，但共同的一個特點就是快速測量，且準確性高，能較好滿足現場使用的要求。

二、數據標準及計算

（一）試驗標準

按《規程》要求

（1）對于l600kVA以上的變壓器，測得的各相繞組電阻值相互間的差別不應大于三相平均值的2%;無中性點引出的繞組，線問差別不應大于三相平均值的l%。

（2）對于l600kVA及以下的變壓器，相問差別一般不大于三相平均值的4%，線間差別一般不大于三相平均值的2%。

（3）變壓器的直流電阻與同溫下產品出廠實測數值比較（與以前相同部位測得值比較），其變化不應大于2%。

（4）各相繞組電阻與以前相同部位、相同溫度下的歷次結果相比，不應有明顯差別。

（5）三相不平衡率是判斷的重要標準，各種標準、規程都作了詳細明確的規定。交接時與出廠時比較三相不平衡率應無明顯變化，否則即使小于規定值也不能簡單判斷為合格。

分析數據時，要綜合考慮相關的因素和判據，不能單搬規程的標準數值，而要根據規程的思路、現場的具體情況，具體分析設備測量數據的發展和變化過程。

2、試驗結果的計算：

測量三相電力變壓器繞組直流電阻時，最好能測量每相繞組的直流電阻。對于無中性點引出的三相變壓器，測出線電阻后進行換算。

當繞組為Y形接線時，如圖5-b所示，各相直流電阻為

式中Ra、Rb、Rc——每相繞組相直流電阻，Ω;

RAB、RBC、RAC——兩相間的線直流電阻，Ω。

當三相電阻平衡時，R相為Ra的相電阻，R線為RAB的線電阻，則有

當繞組為△形接線時，如圖圖5-a所示，各相直流電阻如下

式中Ra、Rb、Rc——每相繞組相直流電阻，Ω;

Rav—平均電阻，Ω;

RAB、RBC、RAC——兩相間的線直流電阻，Ω。

當三相電阻平衡時，則有R相=l.5R線。

三、測量時的注意事項

（一）測量變壓器繞組時

應注意記錄測量時的溫度，對于新安裝好尚未帶電運行的變壓器，應將變壓器上層溫度作為變壓器繞組的溫度。在線圈溫度穩定的情況下進行測量，要求變壓器油箱上、下部的溫度之差不超過5℃。且為了與出廠及歷次測量的數值比較，應將不同溫度下測量的直流電阻換算到同一溫度，以便于比較。

（二）由于變壓器線圈存有電感：

測量時的充電電流不太穩定，一定要在電流穩定后再計數，提高一次回路直流電阻測量的正確性和準確性。必要時需采取縮短充電時間的措施。，

（三）感應電勢的影響會使測量結果出現分散性：

大型變壓器之相繞組由于磁路有聯系，當測完一相而測量一相時，由于試驗接線和順序混亂，會使前一相的充電電勢和兩相的感應電勢相反，根據楞次定律和法拉第電磁感應定律，此感應電勢產生的感應電荷必將影響其充電電流，從而導致測量的電阻發生變化，由于測量順序的分散及不確定性，從而引起測量結果誤差及分散性。

（四）剩磁的影響：

剩磁會對充電繞組的電感值產生影響，從而使測量時間增長，從而對測量產生影響。同時大型變壓器絕緣采用夾層絕緣較多，由于剩磁存在，在做變壓器局部放電等試驗時會出現局部強電場。造成故障，因此對大型變壓器繞組進行直流電阻測量時應控制充電電流在1.0A左右，從而減小剩磁。

（五）引線電阻對各相繞組直流電阻的影響：

由于變壓器各相繞組的引線長短不同，可能導致其不平衡率超標，其中a、c兩相繞組的直流電阻受引線的影響最大。引線和套管導桿或分接開關之間連接不緊，都可能導致變壓器直流電阻不平衡超標。

（六）導線質量對繞組直流電阻的影響：

某些變壓器繞組的導線的銅和銀的含量低于國家標準規定限額。并且有些導線截面尺寸偏差不同，都可能導致繞組直流電阻不平衡超標。

（七）分接開關接觸不良造成變壓器直流電阻超標。

分接開關接觸點壓力不夠和接點表面鍍層材料氧化都會造成開關接觸不良。而開關接觸不良，則可能造成變壓器直流電阻超標。

（八）繞組斷股：

變壓器運行中受到短路電流沖擊后易發生斷股，從而導致其直流電阻不平衡率超標。此時及時測量其直流電阻可及時發現故障，及時檢修。

從實際測量結果中看，引起變壓器線圈電阻值超出規范要求的因數很多。現將幾種常見故障現象的測量結果分析如下表：

故障現象（與正常情況下的測試值相比較） 分析結果

Y型接線 △型接線

一個線間電阻值不變，兩個線間電阻值測不出（阻值很大） 兩個線間電阻較正常值上升1.5倍，一個線間電阻值為正常值的3倍 一相線圈斷裂

一個線間電阻值不變，兩個線間電阻值降為正常值的（0.5～1）倍 兩個線間電阻值增至正常值的（1～3）倍，一個線間電阻值降至正常值的（0～1）倍 一相線圈匝間短路

一個線間電阻值不變，兩個線間電阻值升高 一個線間電阻值不變，兩個線間電阻值升高 一相引線與導電桿接觸不良

三個線間電阻值測不出（阻值很大） 一個線間電阻等于正常值的3倍，兩個線間電阻值測不出（阻值很大） 兩相線圈斷裂

三個線間電阻都降至正常值的（0.5～1）倍，其中有一個的阻值低得多 三個線間電阻值都降至正常值的（0～1）倍，其中有兩個的阻值低得多 兩相線圈匝間短路

三個線間電阻值較正常值增大，其中有一個的阻值增的大得多 三個線間電阻值較正常值增大，其中有一個的阻值增的大得多 兩相引線與導電桿接觸不良

四、結語

變壓器繞組直流電阻的測量是變壓器試驗中一個重要的試驗項目。作為高壓試驗技術人員，我們在試驗過程中要做到會操作也會分析，知方法也知原理，這樣才能在變化時做到準確的分析和判斷。

參考文獻：

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[2]李建明，朱康。高壓電氣設備試驗方法。北京，中國電力出版社，2003.2

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