大容量變壓器低壓直流電阻異常問題的分析與實(shí)踐

方 揚(yáng)

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，浙江 杭州 310051)

變壓器繞組直流電阻測(cè)量是變壓器電氣試驗(yàn)的基本項(xiàng)目之一。通過直流電阻測(cè)量試驗(yàn)，可以判斷變壓器器身導(dǎo)線型號(hào)規(guī)格是否滿足供貨要求，檢查繞組及引線的焊接水平，載流部分搭接是否良好，分接開關(guān)擋位是否有誤，繞組或引出線是否斷線以及繞組層間和匝間是否存在短路等缺陷[1-2]，對(duì)保障電網(wǎng)主設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。本文通過對(duì)2 起220 kV 變壓器低壓側(cè)直流電阻測(cè)試中遇到的典型實(shí)際問題進(jìn)行分析，總結(jié)提出變壓器現(xiàn)場(chǎng)直流電阻測(cè)試異常的判斷方法，有效提升了缺陷研判和故障處理的效率。

1 變壓器低壓直阻測(cè)試模型分析

1.1 理想等效模型

浙江電網(wǎng)中220 kV 三繞組變壓器廣泛采用Ynd11 型連接組別，其低壓側(cè)為△接線。變壓器低壓直阻理想模型等效圖如圖1所示。

圖1 主變低壓側(cè)△接線等效圖

容易看出：

也就是說，在理想等效模型下，直流電阻不平衡的主要原因在于各相線圈繞制的工藝偏差以及每相引線的長(zhǎng)短差異。如果直流電阻超差，可以直觀反映出變壓器內(nèi)部繞組斷股、短路、焊接或接觸不良等問題。

1.2 實(shí)際等效模型

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作中，直流電阻測(cè)試儀是通過在低壓套管上部接線端子引出測(cè)試線來測(cè)量線間直流電阻Rab、Rac、Rbc。如考慮套管導(dǎo)電桿自身電阻及上下搭接面的接觸電阻（ra、rb、rc）時(shí)，則等效電路圖可化為如圖2所示。

圖2 低壓側(cè)直阻測(cè)量實(shí)際等效圖

同理，上式（6）可化為：

正常情況下，低壓繞組的直流電阻R約為數(shù)十Ω，而繞組引出線、搭接面、套管導(dǎo)電桿等的電阻r約為數(shù)十μΩ，因此在理想狀態(tài)下上述接觸電阻可忽略不計(jì)，理想模型可以適用。

如直阻測(cè)試發(fā)現(xiàn)異常，常見情況為套管導(dǎo)電桿存在缺陷或搭接面接觸不良時(shí)，電阻r將呈數(shù)十倍增加，其阻值相對(duì)于繞組直阻不可忽略，因此在該異常情況下理想模型不能適用，需使用實(shí)際模型進(jìn)行分析。

2 變壓器直阻異常案例分析

2.1 套管搭接面接觸不良

以某變電站220 kV1#主變低壓直阻異常為例，該主變型號(hào)SSZ11-180000/220，2017年投產(chǎn)，接線組別Ynd11。

2019年11月4日，在進(jìn)行1#主變低壓側(cè)直流電阻測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)線間電阻值不平衡率達(dá)到2.65%，超過規(guī)程規(guī)定的1%。測(cè)試結(jié)果不合格。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 1#主變低壓側(cè)直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)及出廠數(shù)據(jù)

從測(cè)試數(shù)值中可以看出，Rab、Rbc均有明顯增大，且增加幅度接近，Rca無(wú)明顯變化。根據(jù)實(shí)際等效模型，基本可以判斷為低壓B相套管導(dǎo)電桿自身電阻及上下搭接面的接觸電阻rb較另外兩相出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。

11月5日，對(duì)該主變進(jìn)行放油處理，油位降至主變本體側(cè)面上部手孔封板以下，打開手孔封板首先檢查低壓套管與低壓繞組引線搭接情況，a、b相套管與繞組引線搭頭如圖3所示。

圖3 套管導(dǎo)電桿與繞組引線搭頭

該主變低壓套管導(dǎo)電桿下部接線端子與繞組引線僅通過單螺栓固定，主變運(yùn)行振動(dòng)下存在松動(dòng)隱患。檢查發(fā)現(xiàn)b 相接線端子緊固螺母存在松動(dòng)，a、c 相較緊固。測(cè)試套管上端引出位置與繞組引線間的接觸電阻（包含搭接面），測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 套管上端引出位置與繞組引線間的接觸電阻 μΩ

從表2中可以看出，b相套管上端引出位置與繞組引線間的接觸電阻（包含搭接面）明顯比其他兩相偏大，與模型預(yù)測(cè)結(jié)果相符。對(duì)b 相搭接面處理并緊固后再次進(jìn)行接觸電阻測(cè)試，b 相測(cè)試數(shù)據(jù)為31μΩ。復(fù)測(cè)低壓側(cè)直流電阻，測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 1#主變低壓側(cè)直流電阻復(fù)測(cè)值

復(fù)測(cè)低壓側(cè)線間直阻不平衡率為0.38%，符合規(guī)程規(guī)定，測(cè)試數(shù)據(jù)合格。證明了此案例低壓側(cè)直流電阻線間不平衡率超標(biāo)的原因是低壓b 相套管與繞組引線搭界面接觸不良。在主變運(yùn)行過程中，內(nèi)部繞組、鐵芯在電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生振動(dòng)，采用單螺栓固定方式動(dòng)穩(wěn)定性差，在主變振動(dòng)的影響下螺栓容易產(chǎn)生松動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致搭接面接觸不良，即rb偏大，造成線間直阻Rab、Rbc同步同幅度增大。

2.2 儀器及試驗(yàn)接線問題

在對(duì)大容量變壓器低壓繞組進(jìn)行直流電阻測(cè)試時(shí)，不同的儀器精度、測(cè)試接線方式都會(huì)對(duì)直阻測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

以某變電站220 kV 2#主變低壓直阻異常為例，該主變型號(hào)SSZ10-180000/220，2010年投產(chǎn)，接線組別Ynd11。

2020年10月15日，在進(jìn)行2#主變低壓側(cè)直流電阻測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)線間電阻值不平衡率達(dá)到40.64%，嚴(yán)重超過規(guī)程規(guī)定的1%。測(cè)試結(jié)果不合格。測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 2#主變低壓側(cè)直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)及出廠數(shù)據(jù)

從測(cè)試數(shù)值中可以看出，Rab顯著增大，而Rbc、Rca無(wú)明顯異常。根據(jù)實(shí)際等效模型，如繞組、搭接面等處任意電阻出現(xiàn)異常，將至少會(huì)影響兩個(gè)線電阻的測(cè)試值。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)只有Rab發(fā)生明顯變化，測(cè)試主變低電壓阻抗、油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)異常，可初步判斷為直流電阻試驗(yàn)儀器和接線方法的配合上存在問題。

于是現(xiàn)場(chǎng)改用助磁法進(jìn)行直流電阻測(cè)試，將變壓器高壓繞組串聯(lián)接入低壓繞組的充電回路，采用同相位、同極性的高壓繞組來助磁。由于高壓繞組的匝數(shù)遠(yuǎn)多于低壓繞組，通入直流充電電流后，利用高壓繞組產(chǎn)生的巨大磁動(dòng)勢(shì)，使變壓器鐵芯迅速趨于飽和，時(shí)間常數(shù)減小，從而達(dá)到快速測(cè)量的目的。助磁法測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 2#主變低壓側(cè)直流電阻復(fù)測(cè)值

復(fù)測(cè)低壓側(cè)線間直阻不平衡率為0.47%，符合規(guī)程規(guī)定，測(cè)試數(shù)據(jù)合格。證明此案例中低壓側(cè)直流電阻線間不平衡率超標(biāo)的原因是試驗(yàn)儀器和接線方法的配合上存在問題。部分儀器使用常規(guī)試驗(yàn)接線方法測(cè)量大容量變壓器低壓直阻時(shí)存在時(shí)間久、精度低的問題，為提升試驗(yàn)精度和效率，建議采用助磁法進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)變壓器進(jìn)行直流電阻測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部繞組的重大隱患。在現(xiàn)場(chǎng)工作中，當(dāng)變壓器直阻偏差超標(biāo)時(shí)應(yīng)結(jié)合變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)仔細(xì)分析，并注意與該設(shè)備歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向比較，與同類設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較。同時(shí)應(yīng)參考其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如變壓器短路阻抗、油色譜檢測(cè)等，一般可以較為準(zhǔn)確地判斷缺陷部位及原因，有效提升缺陷研判和故障處理的效率。