變壓器直流電阻測量方法的改進(jìn)

王慶剛

【摘要】變壓器直流電阻的測量及結(jié)果分析是電力行業(yè)運維過程中的核對工作之一。本文主要介紹了直流電阻測量方法的原理，以及方法的改進(jìn)依據(jù)，并運用實例對方法進(jìn)行對比，從而給出相關(guān)檢測建議。

【關(guān)鍵詞】變壓器;直流電阻;繞組;分接開關(guān)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.040

Improvement of Transformer DC Resistance Measurement Method

WANG Qing-gang

（Liaoning Institute of Metrology，Shenyang 110004，China）

Abstract：The measurement of the DC resistance of the transformer and the analysis of the results are one of the checks in the operation and maintenance process of the power industry. This paper mainly introduces the principle of DC resistance measurement method and the improvement basis of the metho，compares the methods with examples，and gives relevant detection suggestions.

Key words：transformer;DC resistance;winding;tap changer

1引言

電阻是電器的基本參數(shù)之一。直流電阻就是元件通上直流電所呈現(xiàn)出的電阻，即元件固有的、靜態(tài)的電阻。變壓器直流電阻測量是變壓器出廠交接和預(yù)防性試驗的基本項目之一，也是變壓器故障或大修后的重要檢查項目[1]。變壓器直流電阻的測量需要考慮的因素有很多，包括在測量前要清楚直流電阻的位置;了解直流電阻的測量原理;清楚電阻的狀態(tài)模擬;了解相關(guān)測量方法及出現(xiàn)不良產(chǎn)品時應(yīng)采取的相關(guān)措施。本文主要對變壓器直流電阻的測量原理、測量方法、結(jié)果分析、解決措施等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1變壓器工作原理

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，其主要由初級線圈、次級線圈和鐵芯構(gòu)成，其中初級線圈在次級線圈里面。當(dāng)初級線圈通上交流電時，變壓器中的鐵芯就產(chǎn)生了交變磁場，從而使次級線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。初級線圈和次級線圈的匝數(shù)不同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不相等，利用這一原理實現(xiàn)改變電動勢大小的目的[2]。變壓器的主要功能有：電壓變換、電流交換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等。變壓器可以將電能轉(zhuǎn)化為高電壓低電流的形式，然后再轉(zhuǎn)換回去，可以大大減少電能在輸送過程中的損失，使其輸送距離更遠(yuǎn)。電力變壓器繞組可簡化、等效成一個電感線圈L與一個電阻R的串聯(lián)[3]如圖1所示。

如圖1（a）所示，R′為外接電阻值，E為電壓值，τ為回路的時間;L為繞組線圈的電感值。當(dāng)電路中通過直流電時，其經(jīng)過繞組R的電流將呈指數(shù)趨勢變化，計算公式如下：

當(dāng)暫態(tài)分量為0時，其測量電流值為E/（R+R′），此時算出的值即為直流電阻值。另外當(dāng)電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時候，其穩(wěn)定的時間取決于τ，而τ的值取決于L/（R+R′）。變壓器在施加直流電壓時，電感L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其外接電阻值R′和繞組值R，也就導(dǎo)致了τ的取值通常較大，從而導(dǎo)致其達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流的時間也較長。因此，對變壓器直流電阻的測量有兩種思路：思路1是減少電感I;思路2是增大電阻R和R′，從而縮短回路時間τ。

1.2運用充電過程中的電壓和電流來計算暫態(tài)電流下的直流電阻

思路1在實際應(yīng)用中稱為靜態(tài)測量法;思路2在實際應(yīng)用中稱為動態(tài)測量法。因動態(tài)測量法對儀器及相關(guān)配套要求較高，所以在實際應(yīng)用中靜態(tài)測量法應(yīng)用較為廣泛。

2靜態(tài)測量法

靜態(tài)測量法測量直流電阻的條件是電流達(dá)到穩(wěn)定的數(shù)值后才能通過電阻，然后計算直流電阻值。因此，如何能夠快速達(dá)到穩(wěn)定電流的狀態(tài)就成了靜態(tài)測量法的重點，而快速達(dá)到穩(wěn)定電流狀態(tài)需要減少回路時間。從公式（1）可以看出，T的取值取決于L/（R+R′），為了減小τ，我們需要從兩點出發(fā)：1）減少電感L;2）增大電阻值。

2.1減小電感值的方法

電感L的大小受單位電流產(chǎn)生的磁通變化量的影響[5]。單位電流產(chǎn)生的磁通量越大，變壓器的電感也越大;反之，單位電流產(chǎn)生的磁通量越小，變壓器產(chǎn)生的電感也越小。減小電感值的最基本方法是減小磁通量。目前應(yīng)用中主要采用助磁法、短路去磁法以達(dá)到減小磁通量的目的。助磁法的基本原理：較小的電流通過高壓電阻時可以使鐵芯快速飽和，而當(dāng)電流通過與高壓繞組串聯(lián)的低壓電阻時，高壓電阻可以更快地讓鐵芯飽和，從而縮短電感值。但值得注意的是，高低壓繞組的電流方向需保持一致，否則會起到相反的作用。

2.2電阻值增大的方法

增大電阻的方法是在被測回路中串聯(lián)一個可變電阻。其串聯(lián)電路及繞組電流變化如圖2所示。

1）將K₁和K₂完全關(guān)閉，串聯(lián)電路中只有一個電阻R，因為R的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于串聯(lián)電阻R_x，因此電流上升速度很快，如圖2（b）中i₁所示。

2）當(dāng)我們斷開K₂時，在串聯(lián)電路中增加了可變電阻R_x，因電阻值的變化，繞組電流平緩降低（從i₁到i₂）。

3）電阻增大的步驟是先進(jìn)行步驟1），當(dāng)電流上升到目標(biāo)值I=E（R+R_x）時，斷開K₂，繼而用較小的時間使電流快速穩(wěn)定，以達(dá)到縮短測量時間的目的。

3實際應(yīng)用

實用HVRL對容量為：240000 kVA，額定電壓為：（242±2×2.5%）/13.8 kV，對三相變壓器繞組的接線組別的主變低壓繞組直流電阻進(jìn)行測試，分別使用常規(guī)測試及助磁法進(jìn)行測試對比，結(jié)果見表1和表2。

從常規(guī)方法的測量時間和助磁法測量時間的比較可以看出，常規(guī)方法的測量總時長為：21+14+15=50分鐘，助磁法的測量總時長為：10+8+8=26分鐘。相比之下，助磁法測量時間減少了24分鐘。在滿足不平衡率的情況下，精度也較常規(guī)方法略有提高。

4結(jié)語

本文通過對變壓器的工作原理進(jìn)行簡述，從而引出縮短測量時間的兩種方法：1）電感值減小法：介紹電感值減少的原理和相關(guān)方法，如助磁法、短路法;2）電阻值增大法：用串聯(lián)的方法增大電阻，介紹了增大電阻值的原理及相應(yīng)的步驟。最后用具體的實例對比常規(guī)測量方法和助磁法的測量結(jié)果，可以得出，助磁法較常規(guī)測量方法可將測量時間縮短48%，在測量精度更高的同時，不平衡率也更高。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]朱英浩，沈大中.有載分接開關(guān)電氣機(jī)理[M].北京：中國電力出版社，2011.

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[4]董寶驊.大型油浸電力變壓器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2014.

[5]李峰，江棟才，黃譜章.電力變壓器直流電阻測量方法分析[J].電工技術(shù)，2021（8）：81-82+149.