大容量变压器低压直流电阻异常问题的分析与实践

方 扬

(国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，浙江 杭州 310051)

变压器绕组直流电阻测量是变压器电气试验的基本项目之一。通过直流电阻测量试验，可以判断变压器器身导线型号规格是否满足供货要求，检查绕组及引线的焊接水平，载流部分搭接是否良好，分接开关挡位是否有误，绕组或引出线是否断线以及绕组层间和匝间是否存在短路等缺陷[1-2]，对保障电网主设备安全平稳运行有着至关重要的作用。本文通过对2 起220 kV 变压器低压侧直流电阻测试中遇到的典型实际问题进行分析，总结提出变压器现场直流电阻测试异常的判断方法，有效提升了缺陷研判和故障处理的效率。

1 变压器低压直阻测试模型分析

1.1 理想等效模型

浙江电网中220 kV 三绕组变压器广泛采用Ynd11 型连接组别，其低压侧为△接线。变压器低压直阻理想模型等效图如图1所示。

图1 主变低压侧△接线等效图

容易看出：

也就是说，在理想等效模型下，直流电阻不平衡的主要原因在于各相线圈绕制的工艺偏差以及每相引线的长短差异。如果直流电阻超差，可以直观反映出变压器内部绕组断股、短路、焊接或接触不良等问题。

1.2 实际等效模型

在现场试验工作中，直流电阻测试仪是通过在低压套管上部接线端子引出测试线来测量线间直流电阻Rab、Rac、Rbc。如考虑套管导电杆自身电阻及上下搭接面的接触电阻（ra、rb、rc）时，则等效电路图可化为如图2所示。

图2 低压侧直阻测量实际等效图

同理，上式（6）可化为：

正常情况下，低压绕组的直流电阻R约为数十Ω，而绕组引出线、搭接面、套管导电杆等的电阻r约为数十μΩ，因此在理想状态下上述接触电阻可忽略不计，理想模型可以适用。

如直阻测试发现异常，常见情况为套管导电杆存在缺陷或搭接面接触不良时，电阻r将呈数十倍增加，其阻值相对于绕组直阻不可忽略，因此在该异常情况下理想模型不能适用，需使用实际模型进行分析。

2 变压器直阻异常案例分析

2.1 套管搭接面接触不良

以某变电站220 kV1#主变低压直阻异常为例，该主变型号SSZ11-180000/220，2017年投产，接线组别Ynd11。

2019年11月4日，在进行1#主变低压侧直流电阻测试时，发现低压侧线间电阻值不平衡率达到2.65%，超过规程规定的1%。测试结果不合格。测试数据如表1所示。

表1 1#主变低压侧直流电阻测试数据及出厂数据

从测试数值中可以看出，Rab、Rbc均有明显增大，且增加幅度接近，Rca无明显变化。根据实际等效模型，基本可以判断为低压B相套管导电杆自身电阻及上下搭接面的接触电阻rb较另外两相出现明显增长。

11月5日，对该主变进行放油处理，油位降至主变本体侧面上部手孔封板以下，打开手孔封板首先检查低压套管与低压绕组引线搭接情况，a、b相套管与绕组引线搭头如图3所示。

图3 套管导电杆与绕组引线搭头

该主变低压套管导电杆下部接线端子与绕组引线仅通过单螺栓固定，主变运行振动下存在松动隐患。检查发现b 相接线端子紧固螺母存在松动，a、c 相较紧固。测试套管上端引出位置与绕组引线间的接触电阻（包含搭接面），测数据如表2所示。

表2 套管上端引出位置与绕组引线间的接触电阻 μΩ

从表2中可以看出，b相套管上端引出位置与绕组引线间的接触电阻（包含搭接面）明显比其他两相偏大，与模型预测结果相符。对b 相搭接面处理并紧固后再次进行接触电阻测试，b 相测试数据为31µΩ。复测低压侧直流电阻，测试数据如表3所示。

表3 1#主变低压侧直流电阻复测值

复测低压侧线间直阻不平衡率为0.38%，符合规程规定，测试数据合格。证明了此案例低压侧直流电阻线间不平衡率超标的原因是低压b 相套管与绕组引线搭界面接触不良。在主变运行过程中，内部绕组、铁芯在电磁场作用下产生振动，采用单螺栓固定方式动稳定性差，在主变振动的影响下螺栓容易产生松动，进而导致搭接面接触不良，即rb偏大，造成线间直阻Rab、Rbc同步同幅度增大。

2.2 仪器及试验接线问题

在对大容量变压器低压绕组进行直流电阻测试时，不同的仪器精度、测试接线方式都会对直阻测试结果产生较大的影响。

以某变电站220 kV 2#主变低压直阻异常为例，该主变型号SSZ10-180000/220，2010年投产，接线组别Ynd11。

2020年10月15日，在进行2#主变低压侧直流电阻测试时，发现低压侧线间电阻值不平衡率达到40.64%，严重超过规程规定的1%。测试结果不合格。测试数据如表4所示。

表4 2#主变低压侧直流电阻测试数据及出厂数据

从测试数值中可以看出，Rab显著增大，而Rbc、Rca无明显异常。根据实际等效模型，如绕组、搭接面等处任意电阻出现异常，将至少会影响两个线电阻的测试值。而现场实测只有Rab发生明显变化，测试主变低电压阻抗、油色谱试验数据无异常，可初步判断为直流电阻试验仪器和接线方法的配合上存在问题。

于是现场改用助磁法进行直流电阻测试，将变压器高压绕组串联接入低压绕组的充电回路，采用同相位、同极性的高压绕组来助磁。由于高压绕组的匝数远多于低压绕组，通入直流充电电流后，利用高压绕组产生的巨大磁动势，使变压器铁芯迅速趋于饱和，时间常数减小，从而达到快速测量的目的。助磁法测试数据如表5所示。

表5 2#主变低压侧直流电阻复测值

复测低压侧线间直阻不平衡率为0.47%，符合规程规定，测试数据合格。证明此案例中低压侧直流电阻线间不平衡率超标的原因是试验仪器和接线方法的配合上存在问题。部分仪器使用常规试验接线方法测量大容量变压器低压直阻时存在时间久、精度低的问题，为提升试验精度和效率，建议采用助磁法进行测试。

3 结束语

对变压器进行直流电阻测试可以发现内部绕组的重大隐患。在现场工作中，当变压器直阻偏差超标时应结合变压器内部结构仔细分析，并注意与该设备历年试验数据进行纵向比较，与同类设备试验数据进行横向比较。同时应参考其他试验数据，如变压器短路阻抗、油色谱检测等，一般可以较为准确地判断缺陷部位及原因，有效提升缺陷研判和故障处理的效率。