大容量變壓器繞組直流電阻測量接線極性探究

劉大源

（大唐南京發(fā)電廠，江蘇南京 210046）

廣泛用于電力生產(chǎn)的大容量變壓器，多采用三相雙繞組Y/Δ 接線。大容量變壓器的繞組直流電阻測量是必做的試驗項目之一。通過測量繞組直流電阻，可以檢查繞組接頭焊接不良、匝間絕緣不良、分接頭移位、繞組引出線折斷等異常情況。大容量變壓器低壓側(cè)測量直流電阻時，會因接線方法問題，造成測試時間過長的現(xiàn)象。為了有效提高試驗人員的工作效率，需要對大容量變壓器Δ 接線低壓側(cè)直流電阻測試方法進行探究。

1 變壓器繞組直流電阻測量原理

變壓器繞組近似為大電感元件，可以等效為直流電阻R和繞組電感L。令某一時刻流過繞組的電壓、電流為u、i，則：

其中，t是時間；τ是時間常數(shù)。

當(dāng)繞組儲能完成后，通過計算可得到直流電阻R。一般情況下在測量時間為5～6τ時，直流電阻測試值趨近穩(wěn)定值[1]。采用變壓器直流電阻測試儀具有穩(wěn)定恒流源，有利于繞組直流電阻的快速測量[2]。

以一臺反極性三相雙繞組Y/Δ 變壓器為例，如圖1所示，Y 側(cè)A 相直流電阻測試時，需要將測試儀正負兩組線分別接至A 相出線端和中性點處。若施加在A 相繞組兩端的電壓為UA，則穩(wěn)定后三相繞組內(nèi)的電流IA、IB、IC分別為

圖1 測量變壓器Y側(cè)繞組直流電阻接線圖

此時鐵芯內(nèi)部磁場僅由A 相感應(yīng)生成。通過對A 相的徹底放電，即可實現(xiàn)變壓器鐵芯內(nèi)部大量剩磁的消除。

如圖2 所示，Δ 側(cè)a、c 兩相直流電阻測試時，需要將測試儀的正極線接至a 相、負極線接至c 相。若施加在a 相繞組兩端的電壓為U，則穩(wěn)定后三相繞組內(nèi)的電流Ia、Ib、Ic分別為

圖2 測量變壓器Δ側(cè)繞組直流電阻接線圖

令三相繞組相等，則

根據(jù)空心長直螺線管中心點磁感應(yīng)強度公式：

a 相鐵芯柱內(nèi)部磁感應(yīng)強度最高，b、c 兩相磁感應(yīng)強度相對較弱。假設(shè)不存在漏磁的情況，磁場完全僅在鐵芯之中，則有：

經(jīng)過變壓器直流電阻測試儀放電后，b、c 兩相的鐵芯柱內(nèi)剩磁相對較少，a 剩磁相對較高。若此為升壓變壓器，由于低壓側(cè)Δ 型接法且直流電阻小，則測試電流高，鐵芯剩磁相對較大。因剩磁造成測試時間的影響，換相測量直流電阻時間增長或減小。因此需要對Δ 型低壓側(cè)直流電阻的測試接線極性順序進行分析。

2 測試方法分析

假設(shè)rac測試結(jié)束后，不進行放電過程，直接進入rab的測量。接線圖見圖3。測量rac時，a 相接儀器正極、c 相接儀器負極。在進行rab的測量時，有兩種情況：a 相接儀器正極、b 相接儀器負極；a 相接儀器負極、b 相接儀器正極。假設(shè)測量rac時，回路電流穩(wěn)定后Ibc=2.5（A）。則在由a 相切換至b 相瞬間，各繞組的瞬間電流大小為

圖3 測量變壓器Δ側(cè)繞組直流電阻rab接線圖

當(dāng)a 相接儀器正極、b 相接儀器負極，測量變壓器直流電阻rab。測試接線如圖3所示。在rab的測量結(jié)束后：

列寫rb支路的一階電路電流全響應(yīng)方程，則有

將式（11）、式（12）代入式（13），得到方程I1（t）

當(dāng)a 相接儀器負極、b 相接儀器正極，測量變壓器直流電阻rba，測試接線如圖4所示。在rba的測量結(jié)束后

圖4 測量變壓器Δ側(cè)繞組直流電阻rba接線圖

將式（11）、式（15）代入式（13），得到方程I2（t）

分別繪制方程|i1（t）|和|i2（t）|的曲線如圖5所示。

圖5 兩種接線方式下的電流值曲線

當(dāng)t=5τ時，|I1（5τ）|=5-2.5 ·e-5，|I2（5τ）|=5-7.5·e-5，得|I1（5τ）|>|I2（5τ）|。

當(dāng)t=6τ時，|I1（6τ）|=5-2.5 ·e-6，|I2（6τ）|=5-7.5·e-6，得|I1（6τ）|>|I2（6τ）|。

根據(jù)曲線對比所示，|I1（t）|較|I2（t）|的曲線更快收斂于5 A 線。因此換相后采用a 相接儀器正極、b 相接儀器負極的方法，收斂更快，更利于節(jié)省測試時間。

在換相測試后，應(yīng)當(dāng)保持測試回路電流的極性，更利于節(jié)省測試時間。Δ 側(cè)繞組的測試過程如表1所示，直流電阻r下標(biāo)順序代表接線極性。測試過程應(yīng)按照表1縱向順序進行。

表1 Δ側(cè)繞組直流電阻測試接線順序表

3 試驗驗證及補充說明

取已運行多年的變壓器，進行直流電阻測試。變壓器的型號銘牌如表2所示。

表2 油浸式三相變壓器銘牌

變壓器高壓側(cè)為Y 接法，低壓繞組為Δ 接法，變壓器直流電阻測試儀采用20 A 檔進行測量。采用三種不同的測量接線方式進行低壓側(cè)直流電電阻的測量。

方式一：低壓繞組按照rab、rbc、rca測量順序；

方式二：低壓繞組按照rab、rcb、rca測量順序；

方式三：低壓繞組按照rab、rcb、rca測量順序，配合高壓繞組助磁法[3]。

變換不同的測試方法，測量直流電阻數(shù)值，并記錄測量時間，測量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 直流電阻測量結(jié)果

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可知，在進行Δ 側(cè)繞組直流電阻測量時，每次切換接線，均保持一相接線極性不變。同時結(jié)合助磁法進行測量，更有利于減少測量時間。若出現(xiàn)直流電阻測試時間過長的狀況，需要及時調(diào)整測量方法及接線，檢查試驗儀器的性能和試驗線的完好程度。

4 結(jié)束語

在進行低壓繞組直流電阻測量時，考慮接線極性能夠有效減少測量時間。采用不同試驗方法對220 kV變壓器進行繞組直流電阻測試，試驗結(jié)果與理論分析計算結(jié)果一致。在試驗前還應(yīng)做好各項準(zhǔn)備工作，避免因測試環(huán)境問題，造成較大的測量誤差。