配電變壓器直流電阻故障測試分析與防范措施

王觀友

（廣東電網(wǎng)湛江吳川供電局，廣東 湛江 524500）

變壓器直流電阻是變壓器出廠交接和預(yù)防性試驗(yàn)的基本項(xiàng)目，同時(shí)也是變壓器發(fā)生故障后的重要檢查項(xiàng)目。多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)配電變壓器進(jìn)行直流電阻測試能有效檢查分接開關(guān)是否良好、繞組焊接質(zhì)量及層間有無短路等故障，對(duì)提高運(yùn)行管理水平及供電質(zhì)量有著重要的促進(jìn)作用。

1 配電變壓器直流電阻故障測量的重要意義

配電變壓器是配網(wǎng)運(yùn)維、電氣試驗(yàn)人員在日常工作中常接觸的電氣設(shè)備之一。每年都有大量配變經(jīng)交接試驗(yàn)后投入運(yùn)行，配電變壓器的預(yù)試項(xiàng)目較多，其中直流電阻測試是必可不少的項(xiàng)目之一。通過直阻測試可以檢查出變壓器繞組是否存在焊接不良，即由于繞組和引線焊接處不良而造成電阻偏大，或多股并聯(lián)繞組中有部分沒有焊接上，從而增大電阻。還能檢測出主要包括電鍍層脫落、分接開關(guān)不清潔、彈簧壓力不夠等，或在箱蓋上固定的分接開關(guān)在緊固箱蓋后使開關(guān)受力不均，導(dǎo)致接觸不良。還能檢測出三角形接線時(shí)，其中一相斷線測出的三線段電阻和預(yù)計(jì)值相比有較大的差距。此外變壓器套管、繞組和導(dǎo)電桿處的連接區(qū)域也會(huì)因接觸不良而增加直流電阻。

2 配電變壓器直流電阻故障測試分析

2.1 配電變壓器直流電阻不平衡超標(biāo)

（1）引線電阻差異

本文所分析研究的供電局某中小型變壓器的引線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 供電局某中小型變壓器的引線結(jié)構(gòu)

從圖1可知，各繞組直流電阻值因各線繞組的引線長短不同也存有差異，極有可能導(dǎo)致直流電阻因不平衡率而超標(biāo)。根據(jù)變壓器引線結(jié)構(gòu)的具體尺寸和通過對(duì) S13－800kVA／S11－1 000／10 kVA變壓器二次側(cè)直流電阻的測試計(jì)算，可得出表1變壓器的直流電阻及不平衡率。

從表1可得知，配電變壓器繞組會(huì)受引線的影響導(dǎo)致不平衡率超標(biāo)，變壓器是三項(xiàng)線圈直流電阻接觸最近的區(qū)域，因此a和c是兩相繞組的直流電阻受引線影響最大的部分，主要因?yàn)閍和c端部引線和b相比較長且N離Z、X比Y遠(yuǎn)，所以不平衡系數(shù)較易超標(biāo)。

表1 配電變壓器的直流電阻及不平衡率

（2）繞組斷股

這種情況通常會(huì)致使直流電阻的不平衡率超過標(biāo)準(zhǔn)，比如某配電變壓器，經(jīng)過色譜分析發(fā)現(xiàn)總烴的含量急劇增加，對(duì)于其直流電阻進(jìn)行測試，結(jié)果高低壓側(cè)和制造廠與歷年的數(shù)據(jù)相比較沒有異常，不過高壓側(cè)的直流電阻A、B相是比較大的，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 直流電阻測試值

對(duì)于A＼B相的直流電阻加大的原因，可以分析為直流電阻在配電變壓器運(yùn)行中收到幾次較為嚴(yán)重的短路電流沖擊，因此懷疑導(dǎo)致繞組斷股是引發(fā)短路電流沖擊的因素。經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，故障區(qū)域在A相的引線套管的根部附近，還與套管壓帽焊接在一起，整個(gè)引線燒斷的面積占總面積的十分之一，所以和該引線有連接的B相的直流電阻也在逐漸變大。

2.2 配電變壓器測量數(shù)值不穩(wěn)

電工學(xué)測量繞組電阻的過渡過程所設(shè)的方程式為：

式中，L為被測繞組電感；T為時(shí)間常數(shù)；Rx為被測繞組電阻。運(yùn)用該方程式在瞬時(shí)電流I達(dá)到穩(wěn)定值I＝U／Rx過程中選取不同的充電時(shí)間t計(jì)算I，由此得知，配電變壓器高壓繞組有較大的電阻和很大的電感，有時(shí)電感會(huì)達(dá)到數(shù)千H。例如，1 600 kVA變壓器測高壓繞組在對(duì)電阻值進(jìn)行測量時(shí)，充電時(shí)間大約為5 min，電橋會(huì)在未穩(wěn)定之前一直處于不平衡狀態(tài)，從而出現(xiàn)測量不穩(wěn)定現(xiàn)象。

2.3 外界干擾、儀器設(shè)備因素

無論是電壓回路還是電流回路斷線，當(dāng)測量引線接觸不好時(shí)會(huì)立即出現(xiàn)斷路且電橋不能平衡，當(dāng)雙臂電橋B按鈕下的接點(diǎn)出現(xiàn)不良接觸時(shí)，指針就會(huì)立即出現(xiàn)左右擺動(dòng)現(xiàn)象。此外，外界電磁干擾會(huì)在中性點(diǎn)引線不拆時(shí)通過引線進(jìn)入儀器內(nèi)部，使放大器輸出有大幅度擺動(dòng)。測量一次繞組時(shí)，若不及時(shí)拆除二次繞組接地短路線，那么二次繞組的感應(yīng)電勢會(huì)對(duì)一次繞組的測量產(chǎn)生干擾。最后溫度不平衡或不穩(wěn)定同樣會(huì)降低測量數(shù)值的準(zhǔn)確度，即低溫度出現(xiàn)負(fù)偏差，高溫度出現(xiàn)正偏差。

2.4 配變故障實(shí)例分析

某供電局的一臺(tái)S11－800 kVA配變發(fā)生故障后，進(jìn)行絕緣、直阻、油樣等項(xiàng)目測試。（1）絕緣電阻試驗(yàn)結(jié)果：高對(duì)地3 000 MΩ、低對(duì)地絕緣電阻5 000 MΩ、高對(duì)低絕緣電阻0MΩ；（2）直流電阻（Ⅱ）試驗(yàn)結(jié)果：高壓側(cè)（Ⅱ）AB0.0084Ω、BC0.0125Ω、CA0.0214Ω，低壓側(cè)（Ⅱ）ao0.71 mΩ、bo0.71 mΩ、co2.51mΩ。（3）絕緣油樣試驗(yàn)：抽取配變絕緣油樣試驗(yàn)，絕緣油試驗(yàn)?zāi)蛪?7 kV。

從直阻測量數(shù)據(jù)分析，該配變直阻相間差別大于三相平均值的4%，線間差別大于三相平均值的2%，且高對(duì)低絕緣電阻為0，可判定該配變故障燒毀直接原因是配變高低壓C相繞組燒壞，C相高低壓繞組短接。

3 配電變壓器直流電阻故障防范措施

3.1 做好投運(yùn)前檢測工作

首先要做好投運(yùn)前檢測，主要包括以下幾點(diǎn)：（1）排油閥、套管、蓋板、油位計(jì)等有無滲油現(xiàn)象。（2）油位是否清晰的標(biāo)識(shí)在與環(huán)境相符的油位線上，過低則在冬季輕負(fù)荷停運(yùn)時(shí)降低油位過高會(huì)促使配電變壓器投入運(yùn)行時(shí)有較大的負(fù)荷，從而提升油溫，極有可能從油枕頂部的呼吸器連接處溢出油膨脹。（3）呼吸器的吸潮劑是否失效。（4）防爆管的防爆膜是否完好；（5）變壓器一／二次出現(xiàn)套管與導(dǎo)線的連接是否良好。（6）變壓器外殼接地對(duì)變壓器起著直接保護(hù)作用，因此要觀察其是否可靠牢固。（7）用1 000～2500 V兆歐表測量變壓器的一／二次絕緣，并對(duì)測量時(shí)的環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，絕緣電阻沒有強(qiáng)制性的數(shù)值規(guī)范要求，但要不低于出廠值的70%。對(duì)于運(yùn)行環(huán)境惡略、復(fù)雜的場所的直流電阻，應(yīng)在設(shè)計(jì)和建設(shè)施工期間的電阻選型充分考慮足夠的備用芯，檢修維護(hù)人員可利用設(shè)備停修的機(jī)會(huì)對(duì)直流電阻進(jìn)行絕緣測試并做好記錄，對(duì)此分析其中的劣化。

3.2 做好運(yùn)行中防范工作

定期檢查三配電變壓器相電壓是否平衡，如果有嚴(yán)重失衡則需采取調(diào)整措施。為防止分接開關(guān)和線圈因受潮影響而損壞，為此要觀察油位、有無滲漏及配電變壓器油色等，發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)要及時(shí)消除。定期清理配電變壓器上的污垢，定期測量接地電阻是否符全技術(shù)要求（100 kVA以下的不大于10Ω、100 kVA及以上的不大于4Ω）。裝拆配電變壓器引出線作業(yè)時(shí)要嚴(yán)格按照檢測工藝進(jìn)行，避免引出線內(nèi)部出現(xiàn)斷裂。檢查接地有無斷線、脫焊現(xiàn)象和套管有無閃絡(luò)現(xiàn)象。用導(dǎo)電膏涂抹在接觸面上，除了增大接觸面和導(dǎo)電能力，同時(shí)還能減少氧化。定期開展配變絕緣電阻和直流電測試，直流電阻測試時(shí)，要求將運(yùn)行檔放在最后一次測量。為避免交流電阻串入直流電阻的影響，應(yīng)在端子箱處明顯的標(biāo)識(shí)交流端子并與直流端子以明顯的距離隔開。與此同時(shí)直流回路繼電器與交流繼電器、小開關(guān)及接觸器等設(shè)備保持相當(dāng)?shù)木嚯x，避免交流回路的電壓切除中所產(chǎn)生的電弧把交流電壓引入直流回路，同時(shí)為避免直流長線路耦合電容的影響，可在跳合閘出口加裝大功率的重動(dòng)繼電器。

3.3 做好大容量配變的繼電保護(hù)

例如大容量配變的差動(dòng)保護(hù)，要求大容量配電變壓器的保護(hù)范圍可達(dá)變壓器的全部，還能無任何延時(shí)保護(hù)。變壓器差動(dòng)保護(hù)需要在變壓器的兩側(cè)裝設(shè)二組電流互感器TA1和TA2。適當(dāng)?shù)剡x擇TA1和TA2的變化方式和連接方式，使變壓器在額定負(fù)荷下二組電流互感器二次電流相等。此時(shí)通過繼電器繞組中的電流等于零。當(dāng)變壓器外部發(fā)生故障時(shí)，變壓器中有穿越性短路電流通過，由于變壓器一、二次的電流是同步增長的，其差值仍為零，繼電器仍不動(dòng)作。而當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，如果變壓器是單側(cè)電源供電，則電源側(cè)有短路電流經(jīng)過TA1、流向短路點(diǎn)，在TA1的二次有較大的電流，而TA2沒有短路電流，因此繼電器線圈中有電流通過，分別向QFl和QV2發(fā)出跳閘命令，確保變壓器安全運(yùn)行。

3.4 加強(qiáng)配電變壓器運(yùn)行維護(hù)管理

配變的運(yùn)維是供電局運(yùn)維人員的核心業(yè)務(wù)之一。通過對(duì)配電變壓器的巡視（包括定期巡視、特巡、夜巡、故障巡視等）、負(fù)荷監(jiān)測、紅外測溫、局放測試等到運(yùn)維手段，密切監(jiān)測配變的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)消缺，防止配變燒損。為防止出現(xiàn)寄生回路并造成影響，除了嚴(yán)格審核把關(guān)直流電阻的設(shè)計(jì)、改造和施工之外，還可在定期檢驗(yàn)中測量兩組獨(dú)立的直流電阻，對(duì)于板件內(nèi)回路應(yīng)盡可能采用弱電電源設(shè)計(jì)且兩組的直流電阻之間保留足夠的距離，防止焊接點(diǎn)接近虛接而形成寄生回路。

4 結(jié)束語

總之，配電變壓器配網(wǎng)運(yùn)維、電氣試驗(yàn)人員在日常工作中常接觸的電氣設(shè)備，其中變壓器的直流電阻試驗(yàn)是必可不少的試驗(yàn)項(xiàng)目，通過測量可以檢查出變壓器是否存在焊接不良或分接開關(guān)是否接觸不良等問題，因此要及時(shí)分析故障原因，落實(shí)防范措施，提高配變的安全運(yùn)行水平，確保電力穩(wěn)定供應(yīng)。

［1］ 葉衛(wèi)忠.電力變壓器的故障診斷與分析［D］.杭州：浙江大學(xué)，2009.

［2］ 朱付鎖，陳志強(qiáng)，梁春光，石榮，吳文選.變壓器故障誤判斷及防范措施［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2014，20：51－52.