变压器直流电阻测量及其注意事项

浅谈变压器线圈直流电阻测量及其注意事项

　　  魏晓东

（江苏省电力建设第一工程公司，南京市，210028）

［摘要］变压器绕组直流电阻是变压器主要参数之一，测量变压器绕组直流电阻，能有效反映绕组匝间短路、绕组断股、分接开关接触状态以及导线电阻的差异和接头接触不良等缺陷故障，也是判断各相绕组直流电阻是否平衡、调压开关档位是否正确的有效手段。本文介绍了变压器线圈直流电阻的测量方法、注意事项及规范要求，对影响变压器绕组直流电阻准确度的因素进行了分析比较，提出了解决问题的建议和方法。

［关键词］变压器绕组　直流电阻　测量方法　注意事项

变压器绕组直流电阻的检测是一项很重要的试验项目，在《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB 50150-2006）中试验次序排在变压器试验项目的第二位。规程规定它是变压器大修时、无载开关调级后、变压器出口短路后和1～3年1次等必试项目，在变压器的所有试验项目中是一项较为方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流回路连接状况的试验，它能够反映绕组匝间短路、绕组断股、分接开关接触状态以及导线电阻的差异和接头接触不良等缺陷故障，也是判断各相绕组直流电阻是否平衡、调压开关档位是否正确的有效手段。长期以来，绕组直流电阻的测量一直被认为是考查变压器纵绝缘的主要手段之一，有时甚至是判断电流回路连接状况的唯一办法。

1.直流电阻测量方法

1.1.中、小型变压器的测量方法

在中、小型变压器的实际测量中，大多采用直流电桥法。双臂电桥的测量步骤如下：测量前，首先调节电桥检流计机械零位旋钮，置检流计指针于零位。接通测量仪器电源，具有放大器的检流计应操作调节电桥电气零位旋钮，置检流计于零位。接入被测电阻时，双臂电桥的电压桩头要靠近被测电阻，电流桩头要接在电压桩头的上面。测量前，应先估计被测线圈的电阻值，将电桥倍率选钮置于适当位置，将非被测线圈短路并接地，然后打开电源开关充电，待充足电后按下检流计开关，迅速调节测量臂，使检流计指针向检流计刻度中间的零位线方向移动，进行微调，待指针平稳停在零位上时记录电阻值，此时，被测线圈电阻值＝倍率数×测量臂电阻值。测量完毕，先放开检流计按　钮，再放开电源开关，以免在测量具有电感的直流电阻时其自感电动势损坏检流计。

1.2.大型变压器的测量方法

变压器绕组是由被测绕组的电感L和其电阻R组成的复杂电路。测直流电阻是在绕组的被试端子间通以直流，待瞬变过程结束、电流达到稳定后，记录电阻值及绕组温度。而此电路达到稳定时间的长短，取决于L与R的比值，即τ＝L/R，τ称为该电路的时间常数，理论计算当t=6τ时，电流已达稳定值的99.75%，为减少误差充电时间应大于6τ。随着变压器容量的增大，电感较大、电阻较小，电感可达到数百亨，时间常数较大。例如一台大型变压器，高压绕组电感为100H，电阻为0.4Ω，这时τ＝100/0.4=250s，t=6τ时，则需3.3h。因此，测量大型变压器的直流电阻需要很长的时间，特别是五柱铁芯和低压绕组为三角形连接的大型变压器，如果仍如中小型变压器那样，用几伏电压的小容量电池作为测量电源，则电流达到稳定的时间长达数小时至十多小时，这不仅太费时间，而且不能保证测量准确度。测直流电阻的关键问题是将自感效应降低到最小程度，缩短测量时间。为解决这个问题分为以下两种方法。

(1)助磁法。助磁法是迫使铁芯磁通迅速趋于饱和，从而降低自感效应可缩短时间常数。

1)用大容量蓄电池或稳流源通大电流测量。

2)采用恒压恒流源法的直阻测量仪。在测量低压绕组时可把高、低压侧串联起来通电流测量，采用同相位和同极性的高压绕组助磁。由于高压绕组的匝数远比低压的多，借助于高压绕组的安匝数，使变压器铁芯饱和，降低电感，即可降低时间常数，达到快速测量的目的。现测量500kV 连云港伊芦变电所的TCP346TR 750/750/240MVA型YNad11变压器低压绕组直流电阻，当直接采用3381变压器电阻测试仪测量时，电阻达到了13mΩ，与厂家值差距很大（厂家值为9.5 mΩ），且时间长达2小时。而在使用该仪器测量时同时采用高、低压绕组串联通电流的助磁法，时间则缩短为30－40min。测试回路图如下：

此图为测量Rac的接线图

测试结果如下：

被测绕组	测量电流（A）	直流电阻值（mΩ）	油温（℃）
Rac	5	9.778	21
Rbc	5	9.886	21
Rab	5	9.875	21

(2)消磁法。消磁法与助磁法相反，力求使通过铁芯的磁通为零。使用的方法有两种。

1)零序阻抗法。该方法仅适用于三柱铁芯YN连接的变压器。它是将三相绕组并联起来同时通电，由于磁通需经气隙闭合，磁路的磁阻大大增加，绕组的电感随之减小，为此使测量电阻的时间缩短。

2)磁通势抵消法。试验时除在被测绕组通电流外，还在非被测绕组中通电流，使两者产生在磁通势大小相等、方向相反而互相抵消，保持铁芯中磁通趋近于零，将绕组的电感降到最低限度，达到缩短测量时间的目的。

2.测量时的注意事项

2.1.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。

2.2.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。， 

2.3.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。

2.4.剩磁的影响：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。

2.5.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。

2.6.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。

2.7.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。曾对一台SFL2-16000/35型变压器，35ｋV侧直流电阻进行测量；发现其直流电阻出现极大的不平衡，结果如下：

分接头位置	A0	B0	C0	误差
1	0.1835	0.1846	0.1849	0.76%
2	0.1984	0.1786	0.1801	8.8%
3	0.1734	0.1748	0.1751	0.97%
4	0.1854	0.1688	0.1703	9.5%
5	0.1636	0.1652	0.1652	0.97%
6	0.1743	0.1590	0.1605	9.3%
7	0.1536	0.1553	0.1554	1.16%

从测试结果A相偶数分接的直流电阻大于同相相邻分接的直流电阻，怀疑是分接开关接触不良造成，后来检查发现A相双数动触头至切换开关之间的一条公共引线的连接螺栓松动。其故障点的接触电阻达到2400μΩ，紧固后重新测量，绕组直流电阻正常。开关接触不良是造成直流电阻偏差的重要因数之一，为防止分接开关故障，在分接开关换档时，必须来回转动分接开关手柄10数次，以消除表面的氧化膜和油污，使其接触良好。

2.8.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。

3.测量结果分析

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。

3.1.规范要求

根据规范要求，三相变压器应测出线间电阻，有中性点引出的变压器，要测出相电阻；带有分接头的线圈，在大修和交接试验时，要测出所有分接头位置的线圈电阻，在小修和预试时，只需测出使用位置上的线圈电阻。由于变压器制造质量、运行单位维修水平、试验人员使用的仪器精度及测量接线方式的不同，测出的三相电阻值也不相同，通常引入如下误差公式进行判别

△Ｒ％＝［（Ｒｍａｘ－Ｒｍｉｎ）/ＲP］×100％

ＲP＝（Ｒａｂ +Ｒｂｃ +Ｒａｃ ）／３

式中   △Ｒ％――――误差百分数

   Ｒｍａｘ――――实测中的最大值（Ω）

   Ｒｍｉｎ――――实测中的最小值（Ω）

   ＲP――――三相中实测的平均值（Ω）                                             

规范要求，1600KVA以上的变压器，各相线圈的直流电阻值相互间的差别不应大于三相平均值的２％，1600KVA以下的变压器，各相线圈的直流电阻值相互间的差别不应大于三相平均值的４％，线间差别不应大于三相平均值的２％；本次测量值与上次测量值相比较，其变化也不应大于上次测量值的２％。

3.2.有关换算

在进行比较分析时，一定要在相同温度下进行，如果温度不同，则要按下式换算至20℃时的电阻值。

Ｒ20℃＝ＲtＫ，　Ｋ＝（T＋20））/（T＋t）

式中　Ｒ20℃――――20℃时的直流电阻值（Ω）

　　　Ｒt――――t℃时的直流电阻值（Ω）

      T――――常数（铜导线为235，铝导线为225）

　　　ｔ――――测量时的温度

为了确定缺陷所在的相别，对于无中性点引出的三相变压器，还需将测得的线间电阻换算成每相电阻。设三相变压器的可测线间电阻为Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒａｃ，每相电阻为Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ，当变压器线圈为Ｙ型联接时，相电阻为

Ｒａ＝（Ｒａｂ＋Ｒａｃ－Ｒｂｃ）／２

Ｒｂ＝（Ｒａｂ＋Ｒｂｃ－Ｒａｃ）／２

Ｒｃ＝（Ｒａｃ＋Ｒｂｃ－Ｒａｂ）／２

如果三相平衡，相电阻等于0.5倍线电阻；当变压器线圈为△型联接，且ａ连ｙ、ｂ连ｚ、ｃ连ｘ时，Ｒａ＝（Ｒａｃ－ＲＰ）－ＲａｂＲｂｃ／（Ｒａｃ－ＲP）

Ｒb＝（Ｒａｂ－ＲＰ）－ＲａｃＲｂｃ／（Ｒａｂ－ＲP）

Ｒc＝（Ｒｂｃ－ＲP）－ＲａｂＲａｃ／（Ｒｂｃ－ＲP）

当变压器线圈为△型联接，且ａ连ｚ、ｂ连ｘ、ｃ连ｙ时，

    　Ｒａ＝（Ｒａｂ－ＲＰ）－ＲａｃＲｂｃ／（Ｒａｂ－ＲP）

　　　Ｒb＝（Ｒｂc－ＲＰ）－ＲａｂＲａｃ／（Ｒｂｃ－ＲP）

Ｒc＝（Ｒａｃ－ＲP）－ＲａｂＲｂｃ／（Ｒａｃ－ＲP）

式中ＲP＝（Ｒａｂ＋Ｒｂｃ＋Ｒｃａ）／２，如果三相平衡，相电阻等于1.5倍线电阻。

3.3.    实例分析    

从实际测量结果中可以看出，引起变压器线圈电阻值超出规范要求的因数很多，在测量技术上主要有电桥精度不够、测量接线错误、引线电阻及其接线电阻过大、变压器充电时间短、电桥的电压不足等；在变压器本身上，主要有分接头接触不良、线圈或引线焊接不良、断裂、套管导杆与引线接触不良、线圈匝间、层间、相间发生短路等。对于三角形接线的变压器，如果从电阻数值上已经反映出缺陷只在一相时，可按下列简化式求得相电阻进行分析确定，即当Ｒａｂ=Ｒｂｃ≠Ｒａｃ，则Ｒｂ＝Ｒｃ≠Ｒａ。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

以上仅是我对影响变压器直流电阻测量的几个主要方面及注意事项几点粗浅分析。检测变压器直流电阻是检测故障的有效方法之一，但对变压器的故障分析应综合进行，包括变压器油中气体色谱分析、绝缘电阻试验、绕组变形试验等等。通过及时检测，认真安装与检修，对预防变压器故障是极其必要的，应认真对待。

参考文献：

1.李建明，朱康。高压电气设备试验方法。北京，中国电力出版社，2003.2

2.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