大型变压器低压绕组直流电阻测试时间过长问题的研究

曲晓峰 李贻凯

（南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广州 510000）

变压器绕组直流电阻测量是预防性试验项目中必不可少的项目，在变压器在制造过程中、大修后、交接试验和绕组平均温升的测定及故障判断等都必须进行此项试验，准确测量绕组的直流电阻对确定变压器的健康状况有十分重要的意义。测量变压器绕组直流电阻有以下意义：①检查绕组接头的焊接质量和绕组间是否存在匝间短路；②电压分接头开关的各个位置接触是否良好以及分接开关实际位置与指示位置是否相符；③检查绕组或者引出线有无断折处；④多股导线并绕的绕组是否有断股等情况。

快速测量绕组的直流电阻对减少设备检修时间，减轻劳动强度，快速判断设备健康状况，增加设备可用率方面有一定的意义。本文主要介绍了某蓄能水电厂500kV主变预防性试验过程中出现的低压绕组直流电阻测量时间过长的现象，并对该现象进行了分析，提出了解决方法。

1 变压器直流电阻测量原理

变压器绕组直流电阻测量的等效电路原理图如图1所示，其中L，R为充电电感以及被测电阻。

图1 测量接线原理图

由图1可得测量回路的过渡过程应该满足

电路达到稳定时间的长短，取决于L与R的比值，τ称为时间常数。由于大型变压器的τ值较大，故其达到稳态的时间就相对比较长，一般情况下t=5τ时电流已达到稳定值的99.3%，t=6τ等于电流达到稳定值的99.75%。图2为电流随时间变化关系曲线图。

图2 电流随时间变化关系曲线图

从时间常数τ=L/R可知，减小τ，缩短充电时间的方法有两种减小电感L或者增加电阻R。在实际测量过程中发现，当检测主变低压绕组直流电阻时如果将主变高压侧绕组三相短接接地，则测量时间会非常长；当将主变高压侧绕组开路时，或者采用助磁法进行测量时，电流稳定时间就会大幅减少。

2 低压侧绕组直流电阻测试理论分析

2.1 数学模型

高压侧绕组开路时低压侧绕组直流电阻测量原理在第1部分已经进行了分析，下面对高压绕组短接接地时低压侧绕组直流电阻测量时间较长的原因进行分析，图3为高压绕组短接接地时低压侧绕组直流电阻测量简化原理图。

图3 高压绕组短路接地法测量原理图

由图3可知

初始条件为i1( 0) = i2(t) = 0 ，拉氏变换求解可得

由拉氏逆变换可得

式中，r1、 L1为变压器低压侧绕组电阻、电感； r2、L2为变压器高压侧绕组电阻、电感；E为直流电压源；M为互感；K为耦合系数； ∂1、 ∂2为系数。

实例分析：

以某500kV变压器为例： r1=0.0027Ω（75℃），r2=0.7735Ω（75℃），L1≈0.7H，L2≈220H。将 r1、L1、r2、 L2代入式（9）至式（11），设K=0.95，E=1V，可得

通过式（12）及式（13）式做出高压绕组短路接地法以及高压绕组开路法，两种方式下的电流i1随时间变化关系曲线图，如图4所示，可以明显看出高压侧开路时电流收敛较快。

2.2 某蓄能水电厂主变低压绕组直阻实例分析

笔者在日常对某厂500kV变压器低压绕组进行直流电阻测试时使用了3种方法，试验情况如下：表1为高压绕组短接接地时低压侧绕组直流电阻测量结果，简称高压侧绕组短路接地法；表2为高压侧绕组开路时低压侧绕组直流电阻测量结果，简称高压侧绕组开路法；表3为采用助磁法低压侧绕组直流电阻测量结果，简称助磁法，测试接线原理如图5所示。

图4 两种方式下的i1电流随时间变化关系曲线图

表1 高压侧绕组短路接地法测量结果

表2 高压侧绕组开路法测量结果

（续）

表3 助磁法测量结果

图5 助磁法接线原理图

从表1至表3对比中不难看出，高压侧绕组开路法、高压侧绕组短路接地法以及助磁法测量低压侧绕组直流电阻的测量结果准确度基本一致，但从测试时间上来看，助磁法同高压侧绕组开路法测量的速度相当，均明显优于高压侧绕组短路接地法，这一点与前文理论分析结论一致。

3 结论

在日常维护、测量变压器低压侧直流电阻时，发现存在测试时间过长的问题。通过将三相变压器简化为单相进行理论分析，可以得出在测量低压侧绕组绝缘时，使用高压侧绕组开路测试法或助磁法的测试速度明显优于高压侧绕组短路接地测试法的速度。笔者分别使用上述3种方法对某水电厂500kV主变进行低压侧绕组直流电阻测试，现地试验结果与理论分析计算结果一致。

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