电炉变压器直流电阻异常分析及对策

杨龙，杨新胜

（攀钢集团工程技术有限公司修建分公司，四川 攀枝花 617000）

变压器绕组直流电阻的测试是预防性试验和设备交接试验的基本项目之一，也是变压器检修后的重要检查试验项目，是发现绕组缺陷的重要手段。通过对直流电阻试验数据的分析，与出厂数据、历年试验数据进行综合比较，可以发现变压器引线接触不良、导线开焊、分接开关接触不良等缺陷，有利于指导检修工作的顺利开展，以达到快速准确地找出缺陷部位，采取有效措施、缩短检修工期，保证检修质量和变压器安全稳定运行的目的。

攀钢集团攀枝花钢钒有限公司炼钢厂共有6台额定容量为22 000 kVA的LF炉电加热变压器，均为有载调压电炉变压器，其中3方坯LF电炉变压器油的色谱分析值多次出现超标。为保证变压器的安全运行，对该变压器分解检查，发现其线圈存在变形、移位的故障现象，为此对该变压器进行了大修。大修后常规检查试验测量绕组直流电阻时，发现其调压绕组的直流电阻异常，分析排查原因后，确定是有载分接开关缺陷造成，采取措施后，线圈直流电阻恢复正常，保证了变压器的大修质量。

1 直流电阻异常现象

3方坯电炉变压器型号为HSSPZ-22000/35，三相，额定频率为50 Hz，冷却方式为OFWF。主要技术参数见表1。

表1 电炉变压器主要技术参数Table 1 Main Technological Parameters of Electric Furnace Transformer

大修主要项目为：除变压器低压侧3套“8”字线圈绕组外，其余9套绕组（高压绕组、调压绕组、串变绕组）均进行重新绕制、更换。针对调压绕组的直流电阻异常现象，多次切换调档动作后复测，数据仍无明显变化。电炉变压器直流电阻测量值如表2所示。从表2数据可以看出，该变压器的高压侧直流电阻、低压侧直流电阻及串变绕组直流电阻的偏差均在合格范围（2%）内，而调压绕组的直流电阻偏差较大，有些超出了合格范围（2%）。

2 数据分析

2.1 调压绕组三相之间直流电阻偏差分析

从表2中可以看出，调压绕组每档的直流电阻中，AmBm最大，AmCm次之，BmCm最小，每档都是同样的规律。为进一步确认这种规律性的直流电阻是否正常，对变压器调压绕组的内部接线方式进行了检查，调压绕组的内部接线方式如图1所示。

表2 电炉变压器直流电阻测量值Table 2 Measured Valves of Direction Current Resistance of Electric Furnace Transformer mΩ

从图1中可以看出，调压绕组的抽头引线在连接到有载分接开关上时，A相的引线最长，C相的引线最短 （A相引线平均长度为3.3 m、B相为2.5 m、C相为1.9 m，三相引线之间的电阻偏差达到了54.4%）。因此，也可以确认该变压器调压绕组每档三相之间的直流电阻偏差超标是因为引线结构导致，属于正常现象。检查油箱内部调压绕组与分接开关的接线情况后认为，调压绕组抽头引线与分接开关对应档位触头的连接是正确的，没有发现接线错误的情况。为此，又查阅了调压绕组在绕制完成后每相线圈直流电阻的测量值 （连接抽头引线前后的电阻值），测量值如表3所示。

图1 调压绕组内部接线Fig.1 Internal Wiring for Voltage Regulating Winding Coil

表3 调压线圈连接抽头引线前、后电阻值Table 3 Resistance Valves before and after Connecting Tap Lead Wires with Voltage Regulating Coil mΩ

从表3可以看出，在连接抽头引线前，调压绕组每档三相之间的电阻值偏差在2%的合格范围内；当连接抽头引线后，每档三相之间的电阻值偏差超出了2%，这说明了调压绕组每档三相之间的电阻值偏差超标是由于抽头引线造成的。

2.2 调压绕组相邻档位电阻值级差分析

级差是指变压器相邻两个分接档位的直流电阻值之差（取绝对值）。对于按固定匝数均匀抽头的变压器绕组，其级差值应大小一致，该变压器调压绕组设计时每段抽头匝数均为18匝，因此其级差也应大小一致。对调压绕组各档位下电阻值的级差进行统计，数据见表4。

表4 调压绕组各档位电阻测量值级差Table 4 Measured Values Difference in Class among Shift Resistance of Voltage Regulating Winding Coil mΩ

从表4数据分析，级差值都在17～18 mΩ，级差大小一致，没有出现突变、混乱的现象，也说明了调压绕组每档的抽头匝数是正确的。因此，也排除了调压绕组直流电阻异常是由于绕组大修绕制时匝数错误而引起的。

2.3 调压绕组在正、负极性下对应档位的电阻值分析

该电炉变压器的调压原理不同于传统的双绕组分接开关调压方式，是利用了第三绕组调压(串联变压器调压)来进行的，在主变压器的油箱里增加了一台串联变压器，主变压器、串联变压器的低压绕组串联，利用设置在主变压器的高压调压绕组给串联变压器高压绕组供电，通过改变主变压器高压调压绕组的分接来改变施加在串联变压器高压绕组的电压，使串联变压器的低压绕组的电压随之改变。由于主、串变低压绕组是串联在一起的，所以他们的合成电压将是两个低压绕组电压的代数和。当分接开关正接时，合成电压等于主变低压侧绕组电压与串变低压侧绕组电压之和；当分接开关负接时，合成电压等于主变低压侧绕组电压与串变低压侧绕组电压之差。

通过上述变压器的接线和调压原理可知，变压器1～5档和7～11档共用一套绕组，通过分接开关的倒换使绕组的极性发生改变，从而达到调压的目的。调压绕组在正、负极性下各档对应的匝数如表5所示。

表5 调压绕组正、负极性下各档位对应匝数Table 5 Turns Corresponding to Shifts Under Positive and Negative Polarity of Voltage Regulating Winding Coil

从表5可以看出，调压绕组的1和11档、2和10档、3和9档、4和8档、5和7档的匝数相同，因此所对应的直流电阻也应该是一致的。根据表2的测量值可以看出，调压绕组在有载分接开关正接时各档的电阻值与负接时对应的各档电阻值差异很大，偏差达3%以上，这是明显的异常现象。

3 原因分析及对策

3.1 原因分析

该变压器进行直流电阻试验时，除了调压绕组的测量数据有异常外，高压侧绕组、低压侧绕组及串变绕组的电阻测量值均正常，并且测量时使用的是同一套仪器和试验接线，试验方法严格执行操作规程，因此可以排除测量仪器故障和人为操作失误的原因。

分析上述试验数据认为，如果绕组本身存在缺陷或者引线焊接不良、接头松动，一般表现为个别档位及局部的电阻值异常，或者是所有档位的电阻值偏差较大。而测量值反映出来的异常现象主要是调压绕组在有载分接开关处于正接和负接状态时，对应档位的直流电阻偏差大。因此判断是有载分接开关存在问题。

3.2 采取的措施及效果

该变压器使用的是德国MR有载分接开关，安装在变压器油箱内部，因此需将分接开关吊出油箱后，分离切换芯子和分接选择器进行检查。检查的主要内容为：（1）分接开关紧固件是否松动或脱落；（2）载流触头是否有磨损、烧蚀或过热痕迹；（3）过渡电阻是否有断裂松脱现象；（4）软连接导线是否有断股、起毛现象；（5）传动机构弹簧、卡爪是否有裂痕变形；（6）所有绝缘件有无开裂、爬电痕迹；（7）切换芯子及油室是否污染。

检查后发现，分接选择器上固定负极性静触头绝缘板的金属支撑件出现裂纹，三个静触头表面存在明显的磨损痕迹。分析认为，在频繁的切换过程中，负极性绝缘板上的静触头与动触头咬合时不同步，导致绝缘板松动，开关在负接时触头接触不良，分接选择器如图2所示。

图2 分接选择器Fig.2 Tap Selector

将绝缘板金属支撑件和三个静触头进行更换处理后，将有载分接开关回装，再次测量调压绕组的各档位直流电阻，并计算各档位下电阻值的级差，见表6。

表6 分接开关缺陷处理后的调压绕组电阻测量值及各档位的级差Table 6 Measured Values of Resistance of Voltage Regulating Winding Coil after Handling On-load Tap Switch Defect and Difference in Class of Shifts

由表6可以看出，调压绕组的直流电阻值恢复了正常。因此，在变压器使用了一定时间或者有载分接开关切换操作了一定次数后，要将有载分接开关吊出油箱进行维护、检修，能够及时发现开关存在的缺陷，保证有载分接开关机械和电气性能的安全可靠运行。

4 结语

攀钢集团攀枝花钢钒有限公司炼钢厂LF电炉变压器大修后调压绕组的直流电阻出现异常，原因是在频繁的切换过程中，负极性绝缘板上的静触头与动触头咬合时不同步，导致绝缘板松动，开关在负接时触头接触不良导致。更换绝缘板金属支撑件和静触头后，线圈直流电阻恢复正常，保证了变压器的大修质量。因此，变压器使用了一定时间或者有载分接开关切换操作了一定次数后，要及时将有载分接开关吊出油箱进行维护、检修，以保证有载分接开关机械和电气性能的安全可靠运行。