变压器绕组电阻快速测量方法研究

甘 鹏 汤春荣 任 达

（1.南瑞集团有限公司 （国网电力科学研究院有限公司） 2.扬州思赫智能电气有限公司）

0 引言

电力变压器是电网中能量转换、传输的核心，也是电网最重要和最关键的设备之一［1］。变压器试验项目较多，其中，绕组电阻测量是电力变压器的例行试验项目和交接试验项目，也是电网公司规定的变压器产品抽检必检项目［2-3］。

通过绕组电阻测量，可以检查导电回路是否存在短路、开路或者错接，同时可判断导线的焊接点、引线与套管连接是否良好、分接开关接触是否良好等，还可以核对绕组所用导线材质及规格是否符合设计要求［4］。同时，变压器短路阻抗和负载损耗从常温校正到参考温度的数值需要绕组电阻值参与换算。在温升试验中，采用测量变压器冷态绕组电阻和温升试验刚断电时的热态绕组电阻，用以计算变压器绕组的温升［5］。

本文先介绍变压器绕组电阻的测量方法，然后对绕组电阻的快速测量的原理及方法进行研究，并采用具备快速测量功能的直流电阻测试仪测量一台配电变压器的绕组电阻，对测试时间进行研究，研究结果可为变压器试验人员提供参考。

1 标准要求及快速测量的意义

标准规定［6］：当三相变压器绕组为Y联结无中性点引出时，应测量其线电阻AB、BC、CA，如有中性点引出时，应测量其相电阻AO、BO、CO，但对中性点引线电阻所占比例较大的yn联结组且低压为400V的配电变压器，应测量其线电阻ab、bc、ca及中性点对一个线段的电阻，如ao；当三相变压器绕组为D联结时，首尾端引出的应测量其相电阻，封闭三角形的试品应测量其线电阻。对于带有分接的绕组，应在所有分接下测量其绕组电阻。

温升试验中，从电源断开到测得第一个有效热电阻的时间，不宜超过：额定容量小于100MVA的变压器，2min；额定容量100MVA至小于500MVA的变压器，3min；额定容量不小于500MVA的变压器，4min。

测量绕组电阻时，当接通直流电源后，充电电流要经过一个暂态过程才能达到稳定值，暂态过程持续时间，对于小型变压器，一般需要几分钟，对于大型变压器，可达十几甚至几十分钟以上［7］，所以，缩短暂态过程时间，加快测量速度，具有重要意义。特别是变压器温升试验时，用测量电阻来计算绕组温升，应从负荷切断以后1min内开始测量，在10min～12min内，每隔30s～60s进行一次测量，而且测量的电阻要准确，因此，需要快速且准确的测量绕组电阻。

2 测量方法

通常采用直流压降法测量变压器绕组电阻。直流压降法是采用的欧姆定律

只要测量出电路中的电压降U和电流I，即可计算出绕组电阻R。当变压器的绕组电阻值较小时，可采用图1方式进行测试。

图1 绕组电阻较小时的测试原理图

图1中，设电压表的内阻为rV，其支路电流值为lV，则变压器的绕组电阻为：

由式4可知，当rV越大，R越小，测量误差α越小，因此该种接线适用于测量小电阻。

当绕组电阻值较大时，采用图2所示接线方式，

图2 绕组电阻较大时的测试原理图

设电流表内阻为rA，考虑电流表上的电压降后，变压器绕组电阻为：

直流压降法的关键在于所使用的电流表和变压表要有足够的精度，才能保证测量的电阻的精度，通常采用的指针式电流表及电压表，其精度较低，造成测量误差较大。同时，由于直流压降法测量值需要计算、接线复杂、必须同时读取两块表的示数等原因，所以现在很少直接采用该方法［8］。

随着电子技术发展，将微处理器等电子元件应用到变压器绕组电阻测量仪器中，出现了基于直流压降法原理的数字式仪器。数字式仪器原理图见图3，组成部分包括稳压恒流电源，放电线路、放大滤波电路、模数变换 （A／D）、微处理器 （CPU）及显示器、打印机、通讯接口等。

图3 数字式仪器原理图

图3中，RN为标准电阻，W1、W2分别为被测变压器绕组，当回路通过恒定电流I时，可测出W1、W2上电压降V1、V2，可得：

通过式9、式10即可计算出变压器的高压侧及低压侧绕组电阻值。因为电压、电流等参数采用数字式方法采集和计算，数字式测试仪的准确级较高，可做到0.1～0.2级。

3 快速测量方法

变压器绕组在直流激磁时电感很大，因此直流电路中电流的稳定时间较长［9］。经研究，缩短绕组电阻测试时间可采用以下两种方法：

（1）减小时间常数法

变压器绕组电阻测量的等值电路图见图4，其中E为直流电阻测试仪的直流电源，L、R分别为变压器的充电电感与直流电阻。

图4 绕组电阻测量的等值电路图

图4中，合上回路开关K后直流电源E开始给变压器绕组充电，充电电流

式11中，时间常数τ＝L／R （12）

变压器绕组具有很大的电感和很小的电阻，变压器的容量越大，绕组的电感就越大，而电阻越小，因而其时间常数较大。为减小时间常数τ，有两种方法，一是减小电感L，二是增加回路电阻R。

①减小L的方法

式中，K为磁常数，n为线圈匝数，S为铁心截面，l为铁心回路长度，μ为导磁系数。对于成品变压器，K、n、S、l均无法改变，仅有μ可以改变，要减小μ，就要增大I，即提高测量绕组电阻时的直流电流电流。

②增大R的方法

通过在测试回路中串联一电阻R1，可以减小时间常数τ。串联电阻后，时间常数变为

因串入的电阻R1对充电电流有影响，操作程序为：首先将R1调至最大值，回路开关闭合，i1＝0，E全部用来平衡绕组中的感应电势，随后i开始上升，随着i的上升将R值适当调小，使R值能保证预定的稳定电流I。

（2）恒流源法

恒流源采用电子线路，测量线路中的电流可以预先设定，在电流接近预定值时，再逐步降低电压使得电流稳定在预定值，则可缩短测试时间。恒流源通过在测试线路内提高测试电压 （提高稳定电流值）的方式，可以缩短测量时间。

当需要快速且准确的测量出绕组电阻时，可选择电流大、无载电压较高的恒流源。

4 试验研究

恒流源一般和电阻测量装置一起使用，基于直流压降法及恒流源原理的制成直流电阻测试仪，具备快速准确测量变压器绕组电阻功能，可根据被测变压器的直流电阻选择测试电流，其电流范围从mA级到100A，无载电压从20V到80V。直流电阻测试仪的自动化程度高、准确度高、功能齐全，当前普遍采用直流电阻测试仪进行变压器绕组电阻测量。

采用1台直流电阻测试仪对1台配电变压器的绕组电阻进行测量，见图5。配电变压器的参如下：相数：三相；额定电压10／0.4kV；容量：400kVA。

图5 试验现场图

采用直流电阻测试仪测量变压器绕组电阻的测试接线示意图见图6，仪器具有双通道，采用双恒流源设计，测量时可高、低压绕组同时测量。

图6 测试接线示意图

选择好直流电阻测试仪的测试电流档位，按下直流电阻测试仪的 “开始”按钮即可开始测试，不同测试电流下的测试时间见表1。

表1 不同测试电流下的绕组电阻测试时间

（续）

从表1可看出，随着测试电流的增大，测试时间随之变短，对于该台变压器的高压绕组测试电流≥0.1A、低压绕组测试电流≥10A，测试时间≤30s，可有效降低绕组电阻测试时间，满足温升试验时绕组电阻测量的时间要求。因此在当前技术条件下，基于大电流、恒流源的直流电阻测试仪，可作为变压器绕组电阻测量的理想仪器。

需要注意的是，测试电流也不可选择过大，否则变压器绕组因通过大电流而造成直流电阻发热，阻值产生变化，影响测量结果。在使用直流电阻测试仪进行变压器绕组电阻测量时，选取多大的测试电流，需要根据测试时间及测试准确度综合考虑。

5 结束语

绕组电阻测量是电力变压器重要的试验项目。绕组电阻测量的基本方法为直流压降法。为对绕组电阻进行快速测量，需要减小时间常数τ，有两种方法，一是减小电感L，二是增加回路电阻R，减小回路电感可通过提高稳定电流方法实现，增大回路电阻可通过在回路中串入一可调电阻实现。

本文采用具备快速测量功能的直流电阻测试仪对一台配电变压器的绕组电阻进行测量，比较各测试电流下的测试时间，对快速测量技术进行验证，研究结果可为变压器试验人员提供参考。