浅论变压器直流电阻测量方法及注意事项

和志远

摘要：变压器的直流电阻的测量是变压器交接/检修及预防性试验的主要项目之一，也是故障后必不可少的试验项目.通过该项试验项目，可以检查绕组接头的焊接质量，绕组匝间有无短路，绕组或引出线有无断裂，分接开关各个位置的接触状况及位置指示准确度，确定绕组平均温升.多股导线并绕的绕组是否有断股等情况.对于大容量的变压器，传统测量直流电阻的方法一直存在测量误差大、时间长的问题。随着变压器的直流电阻测试方法的发展和进步，出现了不同原理的集中测量方法。本文综合对比了这几种测量原理，并以数据和模型为基础，以最直观的方式让读者快速掌握几种测量方法的原理和差异。

关键词：变压器;直流电阻;测试方法

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、变压器直流电阻测量方法的介绍

（一）降压法原理介绍

这是一种测量直流电阻的最简單的方法。在被试电阻通以直流电流，用合适量程的毫伏表或伏特表测量电阻上的降压，然后根据欧姆定律计算出电阻，即为降压法。

为了减小接线所造成的测量误差，测量小电阻（1Ω以下）时，采用图1-1（a）所示接线，测量大电阻（1Ω及以上）时，采用图1-1（b）所示接线。

按图1-a接线时，考虑电压表PV内阻rV的分路电流IV，则被试绕组电阻应为：

R'=U/（I﹣IV）=U/（I﹣U/rV）

实际上，现场测量一般均以R=U/I计算，则绕组电阻测量误差为（R/rV）×100%，R越小，误差越小，所以此种接线适用于小电阻。

按图1（b）接线时，考虑电流表PA电阻rA上的电压降，则被试绕组电阻应为

R'=（U﹣I/rV）/I

若仍以R=U/I计算，绕组实际电阻应减去差值α=rA，绕组电阻测量误差为（rA/R）×100%，R越大，误差越小，所以此种接线适用于测量大电阻。

降压法所用的直流电源，可采用蓄电池，精度较高的整流电源、恒电流等。

由于变压器绕组电感较大，所以测量时必须注意在电源电流稳定后，方可接入电压表进行读数;而在断开电源前，一定要先断开电压表，以免反电动势损坏电压表。

降压法虽然比较简单，但准确度不高，灵敏度偏低，厂家与运行部门多采用电桥法测量绕组直流电阻。

（二）电桥法原理介绍

用电桥法测量时，常采用单臂电桥法和双臂电桥等专门测量直流电阻的仪器。被测电阻10Ω以上时，采用单臂电桥;被测电阻1Ω及以下时，采用双臂电桥。对于小容量变压器，单臂电桥可采用4.5V以上的干电池作为电源，双臂电桥采用1.5～2V的多节并联干电池或蓄电池作为电源，直接测量变压器绕组直流电阻。

当变压器容量较大时，用干电池等作为电源，充电时间很长，现在一般厂家及运行部门均采用全压恒电流作电桥的测量电源。常用分恒流源有QHY-5A型、QHY-7A型等。图2所示接线，大大缩短了测量时间，而且操作简单，受到了试验人员的欢迎。

用电桥法测量准确度高，灵敏度高，并可直接读数。

用电桥测量变压器绕组时，由于绕组电感较大，同样需等充电电流稳定后，在合上检流计开关;测取读数后拉开电源开关前，先断开检流计。测量220kV及以上的变压器绕组电阻时，在切断电源前，不但要断开检流计开关，而且要将被试品接入电桥的测量电压线也断开，防止由于拉电源瞬间的反电动势将桥臂电阻的绝缘击穿和桥臂电阻对地等部位击穿。

（三）助磁法原理介绍

该方法是强迫铁芯磁通迅速饱和，从而降低自感效应，减少测量时间。

（1）用大容量直流电源，增加测量电流的值。如用2只190Ah的蓄电池，通40A的电流，测量250MVA/500kV自耦变压器中压绕组的直流电阻值，每个分接只需1～2min。

（2）将高压、低压绕组串联起来通上电流，采用同相位和同极性的高压绕组助磁。由于高压绕组匝数远比低压绕组多，用较小的电流值使铁芯饱和。如一台360MVA/220kV变压器。铁芯为五柱式，低压绕组为三角形联接，通10A电流，在15min内就可以同时测出一相的高压、低压绕组的电阻值。

（3）采用恒压恒流源法的直阻测量仪法。它利用电子电路实现自动调节，在极短时间内把稳压源平稳地入稳流源，而且输出电流最大达40A，适用于各类变压器测量。如果高、低压绕组同时测量，解决了三相五柱式大容量变压器直流电阻测量的困难。如电阻大约30～40min，该方法测量接线图如图3所示。

（四）消磁法原理介绍

和第三种的助磁法相反，消磁法力求通过铁芯的磁通为零。使用的方法有以下两种：

（1）零序阻抗法。该方法仅适用于三柱铁芯YN联接的变压器。将三相绕组并联起来同时加电流，由于磁通需经过气隙闭合，磁路的磁阻增大，绕组的电流随之减小，达到测量电阻时间短的目的。

（2）磁通势抵消法。试验时除被绕组加电流外，非被测绕组中也通电流，使两者产生的磁通势大小相等而方向相反，达到相互抵消，使铁芯中磁通趋近与零，绕组中的电感量降到最小值达到缩短测试时间和目的。如对一台120MVA/220kV三相五柱式变压器采用消磁法和恒流法测量高、中、低压绕组的直流电阻测量，3min达到稳定。比单用恒流法缩短充电时间10倍以上。消磁法测量高压绕组直流电阻接线图如图4所示。

（五）几种变压器直流电阻测试比较

压降发和电桥法测量变压器直流电阻作为传统的测量方法，测量原理较为简单，单随着时代的发展，在面对较大容量的变压器测量，特别是五柱铁芯和低压绕组为三角形接线的大型变压器时，这两种测试方法暴露出测量时间长及测量误差较大的问题。有时测量时间甚至达到数小时至十数小时。

经过多年的研究，基于助磁发和消磁法的技术取得重大突破，至今已经非常成熟，现下普遍使用的各类型变压器绕组直流测试仪，便是基于这两种测试原理为产生的。目前使用的变压器绕组直流电阻测试仪品种比较多，但共同的一个特点就是快速测量，且准确性高，能较好满足现场使用的要求。

二、数据标准及计算

（一）试验标准

按《规程》要求

（1）对于l600kVA以上的变压器，测得的各相绕组电阻值相互间的差别不应大于三相平均值的2%;无中性点引出的绕组，线问差别不应大于三相平均值的l%。

（2）对于l600kVA及以下的变压器，相问差别一般不大于三相平均值的4%，线间差别一般不大于三相平均值的2%。

（3）变压器的直流电阻与同温下产品出厂实测数值比较（与以前相同部位测得值比较），其变化不应大于2%。

（4）各相绕组电阻与以前相同部位、相同温度下的历次结果相比，不应有明显差别。

（5）三相不平衡率是判断的重要标准，各种标准、规程都作了详细明确的规定。交接时与出厂时比较三相不平衡率应无明显变化，否则即使小于规定值也不能简单判断为合格。

分析数据时，要综合考虑相关的因素和判据，不能单搬规程的标准数值，而要根据规程的思路、现场的具体情况，具体分析设备测量数据的发展和变化过程。

2、试验结果的计算：

测量三相电力变压器绕组直流电阻时，最好能测量每相绕组的直流电阻。对于无中性点引出的三相变压器，测出线电阻后进行换算。

当绕组为Y形接线时，如图5-b所示，各相直流电阻为

式中Ra、Rb、Rc——每相绕组相直流电阻，Ω;

RAB、RBC、RAC——两相间的线直流电阻，Ω。

当三相电阻平衡时，R相为Ra的相电阻，R线为RAB的线电阻，则有

当绕组为△形接线时，如图图5-a所示，各相直流电阻如下

式中Ra、Rb、Rc——每相绕组相直流电阻，Ω;

Rav—平均电阻，Ω;

RAB、RBC、RAC——两相间的线直流电阻，Ω。

当三相电阻平衡时，则有R相=l.5R线。

三、测量时的注意事项

（一）测量变压器绕组时

应注意记录测量时的温度，对于新安装好尚未带电运行的变压器，应将变压器上层温度作为变压器绕组的温度。在线圈温度稳定的情况下进行测量，要求变压器油箱上、下部的温度之差不超过5℃。且为了与出厂及历次测量的数值比较，应将不同温度下测量的直流电阻换算到同一温度，以便于比较。

（二）由于变压器线圈存有电感：

测量时的充电电流不太稳定，一定要在电流稳定后再计数，提高一次回路直流电阻测量的正确性和准确性。必要时需采取缩短充电时间的措施。，

（三）感应电势的影响会使测量结果出现分散性：

大型变压器之相绕组由于磁路有联系，当测完一相而测量一相时，由于试验接线和顺序混乱，会使前一相的充电电势和两相的感应电势相反，根据楞次定律和法拉第电磁感应定律，此感应电势产生的感应电荷必将影响其充电电流，从而导致测量的电阻发生变化，由于测量顺序的分散及不确定性，从而引起测量结果误差及分散性。

（四）剩磁的影響：

剩磁会对充电绕组的电感值产生影响，从而使测量时间增长，从而对测量产生影响。同时大型变压器绝缘采用夹层绝缘较多，由于剩磁存在，在做变压器局部放电等试验时会出现局部强电场。造成故障，因此对大型变压器绕组进行直流电阻测量时应控制充电电流在1.0A左右，从而减小剩磁。

（五）引线电阻对各相绕组直流电阻的影响：

由于变压器各相绕组的引线长短不同，可能导致其不平衡率超标，其中a、c两相绕组的直流电阻受引线的影响最大。引线和套管导杆或分接开关之间连接不紧，都可能导致变压器直流电阻不平衡超标。

（六）导线质量对绕组直流电阻的影响：

某些变压器绕组的导线的铜和银的含量低于国家标准规定限额。并且有些导线截面尺寸偏差不同，都可能导致绕组直流电阻不平衡超标。

（七）分接开关接触不良造成变压器直流电阻超标。

分接开关接触点压力不够和接点表面镀层材料氧化都会造成开关接触不良。而开关接触不良，则可能造成变压器直流电阻超标。

（八）绕组断股：

变压器运行中受到短路电流冲击后易发生断股，从而导致其直流电阻不平衡率超标。此时及时测量其直流电阻可及时发现故障，及时检修。

从实际测量结果中看，引起变压器线圈电阻值超出规范要求的因数很多。现将几种常见故障现象的测量结果分析如下表：

故障现象（与正常情况下的测试值相比较） 分析结果

Y型接线 △型接线

一个线间电阻值不变，两个线间电阻值测不出（阻值很大） 两个线间电阻较正常值上升1.5倍，一个线间电阻值为正常值的3倍 一相线圈断裂

一个线间电阻值不变，两个线间电阻值降为正常值的（0.5～1）倍 两个线间电阻值增至正常值的（1～3）倍，一个线间电阻值降至正常值的（0～1）倍 一相线圈匝间短路

一个线间电阻值不变，两个线间电阻值升高 一个线间电阻值不变，两个线间电阻值升高 一相引线与导电杆接触不良

三个线间电阻值测不出（阻值很大） 一个线间电阻等于正常值的3倍，两个线间电阻值测不出（阻值很大） 两相线圈断裂

三个线间电阻都降至正常值的（0.5～1）倍，其中有一个的阻值低得多 三个线间电阻值都降至正常值的（0～1）倍，其中有两个的阻值低得多 两相线圈匝间短路

三个线间电阻值较正常值增大，其中有一个的阻值增的大得多 三个线间电阻值较正常值增大，其中有一个的阻值增的大得多 两相引线与导电杆接触不良

四、结语

变压器绕组直流电阻的测量是变压器试验中一个重要的试验项目。作为高压试验技术人员，我们在试验过程中要做到会操作也会分析，知方法也知原理，这样才能在变化时做到准确的分析和判断。

参考文献：

[1]陈天翔，王寅仲，温定筠，海世杰《电气试验》，中国电力出版社

[2]李建明，朱康。高压电氣设备试验方法。北京，中国电力出版社，2003.2

[3]江苏省电力工业局，江苏省电力试验研究所。北京，中国电力出版社，2004.1