组合式变压器三相直流电阻测量的研究

2018-10-11袁乙专毛启武

机电工程技术 2018年8期

关键词：油温引线出厂

袁乙专，赵红，毛启武

（明珠电气股份有限公司，广东广州 511400）

0 引言

组合式变压器是将变压器器身、负荷开关、熔断器等在油箱中进行组合的变压器，从绝缘介质来看，组合式变压器（图1）本质上仍然是一种油浸式变压器[1]。

图1

GB1094.1、GB/T6451和JB/T10217标准中虽然明确规定绕组直流电阻（以下简称电阻）的测量是变压器的例行试验项目，但并未定义电阻不平衡率及其限值[2-5]。对于油浸式变压器而言，国家标准GB50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》8.0.4条中规定主要包括：

（1）测量应在各分接的所有位置上进行；

（2）对于图1组合式变压器1 600 kVA以上三相变压器，各相绕组相互间差别不应大于2%；无中性点引出的绕组，线间相互间差别不应大于1%；

（3）变压器的直流电阻，与同温度下产品出厂实测数值比较，相应变化不应大于2%；不同温度下电阻值应按下式计算：

式中：R1为温度在t1下的电阻值，Ω；

R2为温度在t2下的电阻值，Ω；

T为计算用常数，铜导线取235，铝导线取225。

（4）由于变压器结构等原因而使直流电阻差值超过本条第2款时，可只按本条第3款进行比较，但应说明原因[6]。

考虑到直流电阻易受变压器结构等原因影响，因此该标准还明确规定上述第（4）点。

GB50150标准规定不同温度下的电阻值应进行折算，但是，目前很多用户对标准的这一条款理解不好，特别是如何选择参考温度存在误区，给组合式变压器交接试验带来困惑，增加了对产品质量状况判断的难度。本文作者主要对组合式变压器三相电阻不平衡及其折算进行研究。

1 直流电阻测量的作用

组合式变压器除包括完成电压转换的变压器器身外，还包括符合高低压开关特性的部件，如负荷开关、分接开关，其高低压导电回路均有多种组合形式。导电回路串联的重要部件比较多，连接点也多，连接方式呈现多样化的特点，如螺栓连接、冷压连接、焊接。直流电阻测量可以直观反映导电回路的连接状况，并可通过三相电阻不平衡的考核，判断导电回路各主要部件质量状况，及时排查解决质量隐患。

通过直流电阻测量，可以发现以下故障：

1.1 导电回路连接不紧或焊接不良

对组合式变压器，导电回路连接点是必不可少的，以高压回路为例，连接点主要包括：绕组抽头的引线焊接、分接引线与线耳的冷压连接、绕组引线与出线套管导电杆的螺栓连接、高压熔断器的螺栓连接、负荷开关的螺栓连接等[7-10]。

1.2 引线断股

为保证引线弯折走线方便，组合式变压器的引线一般采用包含多股小圆导线的绞线，在剥除引线外绝缘纸皮、冷压接操作中，易造成引线断股；还有引线走线不合理，在后续装配中造成引线受外力拉扯而部分折断。引线断股隐蔽性强，和工艺操作关联度高，容易造成批量质量事故，若通过直流电阻测量发现这类质量隐患，要善于举一反三，改善工艺操作。

1.3 线组导体质量缺陷甚至匝间、层间短路

对于标准GB/T25446《油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求》中所述的线材原因主要反映在绕组的电阻中[11]。由于线材截面积误差、电阻率误差及绕制导线长度的误差使绕组电阻发生变化，引起变压器三相电阻不平衡。根据电阻定律，绕组的电阻

其中：ρ为绕组的导体材料电阻率，L为导体长度，S为导体截面积。

可见，电阻的大小与截面积成反比，与绕组长度成正比。当某相绕组的接头焊接不良时，相当于截面积变小，直阻一般会变大。而当发生匝间短路时，相当导体长度变短，则直阻一般会变小。

对35 kV级及以下的组合式变压器，其变压器器身高压部分多采用层式线圈，也存在层间短路风险，发生层间短路时，有效导体长度大幅度变短，直阻也大幅度变小。

1.4 无励磁分接开关故障

分接引线与无励磁分接开关的分接端子间的螺栓连接处，容易发生接触不良的缺陷，其直接原因可能是接触点压力不够，还要排查分接端子表面镀层材料是否氧化失效。无励磁分接开关结构紧凑，引线装配空间较小，螺栓连接点集中，需要有恰当工具和操作顺序保证每个螺栓拧紧有效，此外，分接引线一头连着绕组本体，绕组在运输或运行中发生振动，可能传递到螺栓连接处，影响螺栓长期保持拧紧状态，因此要重点检查无励磁分接开关螺栓连接的有效性。

2 直流电阻测量涉及的计算

组合式变压器出厂试验和交接试验通常不在同一地点，受环境温度影响，直流电阻测量结果总是有区别的，根据国家标准GB50150的规定，要与同温度下产品出厂实测数值比较，但对同一温度描述不详。

2.1 绕组温度是直流电阻折算的关键

上文提到不同温度下电阻值应按式（1）计算，其中R1对应于温度t1，R2对应于温度t2。

将交接试验现场测量得出的直流电阻标记为R1，将其向出厂试验报告记录的绕组温度t2折算，温度t1作为R1对应的绕组温度，是折算的关键。

2.2 绕组温度的确定

2.2.1 出厂报告中的取值方法

制造厂出厂报告提供有直流电阻出厂实测数值及参考绕组温度，调查发现，基于产品状况和积累的经验，对应绕组温度通常取和环境温度一致的数值，可理解为：在制造阶段，由于从原材料到成品，较长时间暴露在同一环境中，因此对未投入运行的变压器，认定其绕组温度和环境温度一致。在温暖的南方，温差波动不大，做出这样的判断大多数情况下也是合理的。

2.2.2 交接试验现场的取值方法

变压器发到用户现场进行交接试验时，情况有所不同。首先，变压器可能通过不同气候条件的地区来运输，较长时间暴露在不同环境中；其次，温差波动范围不同于南方。因此，绕组温度应根据实测油温来确定。GB1094.1有如下规定：变压器注入液体后，至少3 h不励磁，才可测量液体平均温度（绕组温度被认为与液体平均温度相同），顶层液体温度与底部液体温度的平均值，作为液体平均温度。这条规定，弥补了GB50150的不足，但因为不是同一文件的规定，实际操作上容易被忽视。

2.2.3 讨论

在GB 50150中，对公式所涉及的两个温度t1和t2并未直接解释其准确含义，使得直流电阻测量后，要得出正确结论并不容易。主要误区有：

（1）交接试验现场，认为绕组温度与环境温度相同。沿用制造厂的经验，忽视了GB1094.1的规定。

（2）出厂报告只标明环境温度，不标明绕组温度。满足某些条件时，绕组温度与环境温度相同，但二者意义不同，严谨做法是二者均标明[12]。环境温度主要靠测量得到，绕组温度的认定离不开分析判断。