大容量变压器低压绕组直流电阻测试问题探讨

中广核工程有限公司 刘 波

大容量变压器低压绕组直流电阻测试问题探讨

中广核工程有限公司 刘 波

根据国家标准GBT6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》11．3．2的要求，变压器出厂时需测量其绕组的直流电阻平衡率。但对于大容量低压d型联接绕组直流电阻的测试使用常规的测试方法具有测试时间过长且测试结果不稳定的现象，本文结合某电厂厂用变压器SFPFZ-130000/500为例，对于大容量、五柱式、低压d型联接变压器绕组直流电阻测试方法进行了探讨，以提高测试效率与准确性。

大容量变压器；大电流；低压d联接；直流电阻平衡率

变压器绕组直流电阻测量是其常规的试验项目,但耗时长,准确度要求高,它是变压器生产、检修质量和安全运行的一个重要手段。也是变压器出厂及预防性试验的主要项目之一。早些年由于变压器的电压等级低、容量小,所以采用常规的测试方法可以快速、准确的测试该项试验。但随着社会发展的需求变压器的电压等级和容量的不断提高,采用常规的测试方法很难测出它的直流电阻不平衡率,进而影响设备的质量和企业的生产效率,本文以变压器SFPFZ-130000/500为例,阐述如何使用大电流法测试高电压、大容量变压器的低压绕组直流电阻。

1 测量目的及方法

1.1 目的

变压器绕组直流电阻测量目的包括以下几个方面：(1)绕组导线连接处的焊接或机械连接是否良好; (2)引线焊接或机械连接是否完好;

(3)使用导线的规格和电阻率是否满足要求;

(4)各绕组之间的直流电阻率是否平衡,层、匝间有无短路、断路的现象。

1.2 方法

国家标准GBT6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》及DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》的有关规定：

(1)1600kVA及以下的变压器,相间不平衡率差别一般不大于三相平均值的4%,线间不平衡率差别一般不大于三相平均值的2%;

(2)l600kVA以上变压器,各相绕组电阻相互间的不平衡率差别不得大于三相平均值的2%;

(3)无中性点引出的绕组其线间不平衡率差别不得大于三相平均值的1%;

(4)在相同温度和相同部位,测量值与前一次测得值进行比较,变化应小于等于2%。不同温度下电阻值换算如下：

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

式中：R1、R2分别为在温度t1、t2下的电阻值;T为电阻温度常数,铜导线T=235,铝导线T=225。

2 变压器SFPFZ-130000/500出厂试验直流电阻测试不能稳定的问题

某生产厂家生产的厂变SFPFZ-130000/500为三相五柱式,低压绕组为双分裂式,如图1所示。

图1

高压绕组的直流电阻设计值为2.71Ω,低压1绕组的直流电阻设计值为8.126 mΩ,低压2绕组的直流电阻设计值为3.52 mΩ,出厂试验直流电阻测试情况如下：

2.1 高压侧的直流电阻测量值（见表1）

计算高压侧的直流电阻不平衡率如下：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%

以上测量计算结果符合GBT6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》11.3.2的要求：各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的2%。

表1

2.2 低压1和低压2的直流电阻测量值（见表2）

表2

低压1的直流电阻不平衡率如下：

β线=3(c1a1-a1b1)/(a1b1+ b1c1+c1a1)

β线=3(6.933-6.918)/(6.918+6.926+6.933)

β线=0.22%

以上测量计算结果符合GBT6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》11.3.2的要求：各相绕线电阻相互间的差别不应大于三相平均值的1%。

低压2由于b2c2相的电流不稳定在3.036-3.085 mΩ之间不停的跳动故无法计算该相的直流电阻不平衡率。

3 直流电阻测量的基本原理

在直流电阻测试时变压器绕组通过直流时,会在铁心内产生磁通,成为一个具有电阻的电感线圈,因此可以等效为一个R,L电路。其中图2里,L是绕组的电感,R是绕组电阻。

图2 直流电阻测量的基本原理

当T=0时,整个回路的方程如下式：

当T=0 i=0,加一个直流电阻时绕组电流计算如下：

上式是个一阶的动态电路,如果要准确的测量回路的直流电阻,必须等电路达到稳定后才能读取结果。在电流没有稳定之前,变压器端子上的电压有很大的误差,由于存在于变压器的电感L在铁心未达到饱和前其读数很大,可以达到几百亨甚至几千亨,但直流电阻的读数却很小,其最小值为几微欧,所以采用稳压电源给高电压、大容量变压器绕组充电,使其达到稳定的时间较长,一般从几十分钟至几个小时。因此电流未稳定前测量出的电阻大于变压器的实际电阻。

4 变压器直流电阻测量不稳定的原因分析

由于该台变压器为大容量三相五柱式且低压为d联结,并结合测量原理可以看出：该台变压器电感L较大,而低压2的直流电阻R很小,导致低压2由于b2c2相的电流不稳定就是因为充电未达到稳定时间,从而使铁心的磁密没有饱和。

那么如何可以使变压器的充电电流达到稳定状态?根据回路方程及图1可知：时间常数为：

T=L/R

可见要减小时间常数T,可以从以下两方面入手：

4.1 减小电感L

为了减小电感L,测试时要加大测量电流,从而提高铁芯的磁通密度,使铁芯基本趋于饱和,所以要增大试验电源的容量。

绕组电感L的计算式如下：

n—线圈匝数;

S—铁心横截截面(cm2);

ι—铁心的回路长度(m);

μ—矽钢片的导磁系数。

由上式可知电感L由线圈绕组的匝数、铁心的横截面积和矽钢片的导磁系数,其中n、S、L都是己知的数量,只有μ是可以改变的。图二是铁心磁通密度B、导磁系数μ与磁场强度H的曲线关系。

可以看出当磁场强度H很大,铁心磁通密度强度基本趋于饱和时,μ就会大幅度下降,从而变压器的电感L也会随之减小,从式H=nI/L中可己看出,如果要增大H就要提高电流I。

图3

4.2 增大回路电阻

在回路中串入己知的电阻,若测量电源不变,则测量电流会变小,这样会导致测试仪器中的电桥灵敏度降低。所以一般情况不推介使用。

5 大电流测量法测量低压绕组

根据4.1的分析我们采用增大电流的方式进行重新测量变压器SFPFZ-130000/500的低压绕组不平衡率,测量过程及结果如下：

测量时油温(℃) 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相别 测试数据( m Ω )充电时间( m i n )充电电流( A )

低压1的直流电阻不平衡率如下：

β线=3(c1a1-a1b1)/(a1b1+b1c1+c1a1)

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

β线=0.17%

低压2的直流电阻不平衡率如下：

β线=3(c2a2-a2b2)/(a2b2+b2c2+c2a2)

β线=3(2.947-2.921)/(2.947+2.921+2.921)

β线=0.887%

以上测量计算结果符合GBT6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》11.3.2的要求：各相绕线电阻相互间的差别不应大于三相平均值的1%。

6 测量应注意的问题

6.1 安全问题

为了避免绕组所产生的感应电动势对仪器的损坏,以及测试人员安全,在仪器使用是应注意一下问题：

(1)测量结束后必须进行充分放电后才能断开测量接线;

(2)测试过程中务必注意电流回路的可靠接通,不能出现电流回路的断路情况;

(3)测试过程中和测量结束后未充分放电的情况下,不能进行无载调压绕组分接位置的切换。

6.2 直流电阻试验后的消磁问题

近些年来随着变压器电压等级越来越高,其容量也越来越大,这些变压器进行直流电阻测试后铁芯会产生较大剩磁,由于剩磁引起的投运问题日益突出。

大容量变压器的低压侧通常都是三角形联结方式,直流电阻只能在其中的两个端子上进行测量,此时直流支路是有两个支路并联组成的,一个支路有一个绕组,第二个支路由其余两个绕组串联组成,此时测量的三相绕组都有电流通过,因此在铁心的磁化过程中与单相变压器比较更加复杂。

由于铁心的磁滞特性对应各绕组的电感不尽相同。因此电流与直流电阻不成比例关系。但等得到电流稳定后,电感的作用消失,电流与电阻成为等比例的关系,所以在三相绕组中,电流分布的过渡时间的长短,也取决于磁路的历史状态以及电流的大小。在每一次测量后,铁心中仍存有与磁通方向相同的剩磁。三相磁通由于剩磁的影响,各有不同的磁密,即有各自不同的电感,所以各相电流的稳定时间也是不同的。

从上面的例子可以看出采用大电流法侧量大容量三相五柱式低压绕组为d联结的变压器既快速又准确。

[1]胡启凡主编．《变压器试验技术》保定天威保变电气股份有限公司组编．

[2]GB50150-2006电气装置安装工程和电气设备交接试验标准．

[3]GBT6451-2008油浸式电力变压器技术参数和要求．

[4]DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程．