35 kV站用变压器直流电阻异常分析

付轶，刘涛，梁仕斌，廖彬，李贤

（1.昆明晋宁供电局，昆明 650600；2.云南电力技术有限责任公司，昆明 650217；

3.云南电力试验研究院（集团）有限公司，昆明 650217；4.临沧沧源供电局，云南 临沧 677400）

0 前言

站用变压器作为变电站中主要的变电设备，为变电站内一次和二次设备提供操作电源、保护电源和控制电源，保障变电站一次和二次设备的稳定运行，并对变电站直流系统充电，保障变电站在交流失压后直流系统的可靠供电，同时，为变电站通讯设备提供稳定的通讯电源，并提供变电站内的生活和工作用电，在变电站设备中具有重要的作用。

直流电阻测试是变压器预防性试验、大修、小修、分接档位调整及故障查找的重要试验项目之一，通过直流电阻试验，可以检查绕组有无层间、匝间短路，绕组及其抽头引出线是否断裂，分接开关动、静触头接触是否良好等情况[1-2]，为运行人员开展变压器情况分析提供了重要的数据支撑。

目前，现场运行人员在进行变压器故障查找及故障原因判断过程中，更多的是结合变压器直流电阻数据来判断变压器的好坏，缺乏对直流电阻数据的分析，并进而查找出具体的故障原因，对故障原因的判断也更多的依赖于固定经验，判断故障原因笼统，没有切中真正的故障点，导致处理故障时间延长，降低了供电可靠性，并导致未能制定有针对性的控制措施进行管控。

对此，本文将结合一起35 kV站用变压器故障情况，通过直流电阻试验和解体检查来分析、查明故障原因,并使运行人员掌握无载调压分接开关切换时变压器线圈绕组匝数变化及直流电阻数据变化情况。

1 事件概况

某变电站35 kV站用变高压侧A、B相跌落式熔断器掉落，变电站站用交流失压，调度台监控发现35 kV站用变部分数据无显示，经现场检查和初步分析判断该35 kV站用变压器损坏。该变压器为某公司生产的S11-50/35型变压器，容量为50 kVA，连接组标号为Dyn11，具有1、2、3档分接位，调压方式为无载调压。

2 现场检查及试验

1）现场检查：35 kV站用变外观正常，外壳无变形、无渗漏油情况，高、低压套管引线连接部位无烧蚀痕迹。检查站用变主控室二次回路无异常，主控室设备在直流系统供电下正常运行，表明故障部位未发生在二次回路。

2）绝缘电阻测试：脱开站用变压器高、低压侧引线及外壳接地引线，用2 500 V兆欧表摇测站用变压器高-低及地、低-高及地绝缘电阻，兆欧表指针指向“∞”，绝缘电阻摇测正常，同时，运行人员脱开站用变压器二次电缆两端，用2 500 V兆欧表摇测A、B、C、N线绝缘电阻，摇测时其他三相芯线与电缆铠装层短路接地，经摇测，二次电缆兆欧表指针指向“∞”，绝缘电阻摇测正常，撬开电缆沟盖板检查站用变二次电缆无烧伤及破损，未见电弧灼伤痕迹，对此，运行人员结合故障现象，判断站用变本体可能出现故障，并决定结合现有试验设备对该站用变压器进行直流电阻测试。

3）直流电阻测试：为确保测试数据的准确性，运行人员将直流电阻快速测试仪放置平稳，仪器外壳接地，反复几次切换站用变1档-3档分接开关，减少分接开关接触电阻影响，并最终将分接开关切换至测试档位上，测试线无缠绕，且尽可能短，减少测试线电阻影响，同时将测试夹钳夹在变压器测试套管上时反复转动几次，减少接触部位接触电阻，并将测试夹钳上的黑线（电压线）夹在测试部位内侧，红线（电流线）夹在测试部位外侧，仪器启动预热后，选用0-50 Ω电阻量程，10 A大电流档开始测试，当测试结果稳定后，显示当前环境温度及20 ℃下直流电阻数值。

直流电阻试验数据可以看出，高压绕组从1档至3档直流电阻未出现规律性减少情况，1档、2档线间直流电阻阻值明显过大，其线间不平衡率远远超过规程[3]规定1 600 kVA 及以下的变压器线间差别一般不大于三相平均值的2%的要求。高压侧3档及低压侧绕组的直流电阻数据则满足规程[3]规定的线间差别一般不大于三相平均值2%的要求，且通过试验数据发现站用变压器在1档、2档时，RAB约为RAC及RBC直流电阻数值的2倍。

为进一步对直流电阻测试数据进行分析，笔者结合该35 kV站用变历史直流电阻测量试验数据进行比对，发现站用变在高压侧1档、2档时，测试数据较历史数据有较大偏差，存在明显的故障现象。

高压侧3档及低压侧绕组数据较历史数据没有明显变化，其中，低压侧绕组数据与历史试验数据变化不满足规程[3]规定相同部位变化值不大于2%的要求，但考虑到其线间差别没有大于三相平均值的 2%，以及变压器由于引线电阻及接触电阻影响情况，判断低压绕组直流电阻数据合格。

3 直流电阻数据分析

3.1 无载调压分接开关接线原理

无载调压为在变压器不带电情况下，调节分接开关对变压器进行调压，以满足电网运行方式和可靠电压质量的要求。目前县级供电企业35 kV站用变压器及配电网变压器在无特殊要求情况下，基本采用无载调压方式。文献[4]提出当线圈电压较高，或电流较大时，分接开关采用图1方式进行接线，在线圈中部进行调压。

在此种情况下，通过调节变压器箱盖上的无载调压分接开关，使分接开关的的滑片在静触头A2-A3（1档）、A3-A4（2档）、A4-A5（3档）之间切换，进而使变压器匝数通过绕组抽头A2-A3、A3-A4、A4-A5之间改变，实现变压器变比的改变，从而完成调档工作。

文献[5]提出变压器直流电阻随着分接开关的切换出现规律性递减或递增，文献[6]指出变压器分接开关切换后直流电阻应符合极差规律。从图1可以看出，在正常运行情况下，变压器在1档时绕组线圈匝数最多，2档次之，3档最少，也就意味着变压器在1档时其直流电阻最大，2档次之，3档最小，同时，由于厂家设计考虑及极差规律要求，变压器各档位之间直流电阻数值相差在一定范围内，在无故障情况下，各相间、线间直流电阻应平衡，因此，各档位间直流电阻数值不会出现明显偏大或偏小情况。

图1 无载调压分接开关接线原理图

3.2 直流电阻数据分析

该型号35 kV站用变压器“△”接线采用A连z，B连x，C连y方式连接。文献[7]中提到，当变压器采用“△”接线时（A连z，B连x，C连y），其相电阻：

式中，Ra为A相绕组电阻，Rb为B相绕组电阻，Rc为C相绕组电阻，RAB、RAC、RBC为线间电阻，Rp=（RAB+RAC+RBC）/2，如果变压器三相绕组平衡，则相电阻等于1.5倍线电阻，即R相=3R线/2，R线=2R相/3。

在正常情况下，忽略小部分接线电阻及接触电阻，则 Ra≈Rb≈ Rc，RAB≈RAC≈RBC, 从试验数据看出，变压器在3档的时候，RAB、RAC、RAB直流电阻平衡，数据测试正确，对此，根据3档数据及公式R相=3R线/2，可知道Ra≈Rb≈Rc≈800 mΩ。

对照站用变压器高压侧“△”接线及绕组抽头示意图（图2），可知站用变压器在1档及2档时，只有当A相绕组电阻在Ra=0的情况下，则 RAB=Rb+Rc，RAC=Rc，RBC=Rb，RAB才能约为RAC及RBC直流电阻数值的2倍，且使RAC、RBC及RAB与测试数据基本相符，表明A相绕组存在问题。

同时，结合图1，站用变压器高压侧3档数据正确，说明A相绕组首端A-绕组抽头A4-引线-分接开关-引线-绕组抽头A5-A相绕组末端x的回路良好，运行正常。1档、2档数据不正确，但RAB、RAC、RBC均有数据测出，且要满足Ra=0的条件，表明A相绕组在以下几个方面可能存在故障：

1）A相绕组抽头A3-A5间的绕组断裂。

2）A相绕组1档、2档的公共绕组抽头A3与引线连接部位断裂。

3）A相绕组抽头A3至分接开关间的引线出现断裂。

4）A相绕组分接开关静触头A3与动触头无接触。

图2 站用变高压侧“△”接线及绕组抽头示意图

4 故障原因分析

根据直流电阻试验结果，该站用变压器直流电阻数据没有出现规律性变化，且站用变压器在1档、2档时，RAB约为RAC及RBC直流电阻数值的2倍，3档测试数据正确。笔者结合日常工作经验，变压器直流电阻异常大部分原因基本是因为分接开关动、静触头由于氧化或接触不良，导致接触电阻增大，对此，首先考虑该站用变压器故障原因为分接开关部分档位动、静触头接触接触不良或者无接触原因引起，但在日常工作中，分接开关动、静触头间接触电阻的影响不会使直流电阻出现明显过大或明显过小情况，因此除考虑分接开关动、静触头有问题情况外，考虑其他方面也应存在问题。

站用变压器在1档、2档时，RAB约为RAC及RBC直流电阻数值的2倍，3档测试数据正确，表明A相绕组应该出现短路情况，但整个绕组没有出现短路状况，最有可能产生短路的部位应为1档和2档公共抽头引线或联接部位出现问题，使Ra=0，才能使测量数据同理论分析相符合。

通过解体检查，发现A相绕组与抽头A3连接部位出现烧融断裂。文献[2]提出绕组抽头与引线的连接采用铜焊或气焊，当出现“虚焊”或焊接不牢固时，由于接触电阻影响，其直流电阻将升高，若变压器内部或系统发生短路故障，产生的短路电流使绕组温度急剧上升，绝缘材料过热劣化，短路电动力造成匝间短路，甚至使导线断股。正常情况下，若系统或变压器内部没有发生短路故障，则虽然出现“虚焊”或焊接不牢固情况，直流电阻会受影响上升，但不会出现明显过大情况。

因此，结合A相分接开关与绕组抽头A3、A4连接的动、静触头出现烧融情况，其余分接开关动、静触头出现氧化痕迹，判断故障原因为35 kV站用变压器由于运行年限长，A相绕组分接开关静触头A3、A4与动触头由于接触不良，接触电阻增大，出现发热和电弧烧伤现象，电弧分解出具有导电性质的碳合物和融化的铜微粒[8]，最终形成短路，产生较大短路电流，导致A相绕组抽头A3与引线联接部位烧断，并使A相绕组分接开关与绕组抽头A3、A4连接的动、静触头出现烧坏，同时，产生的短路电流使站用变高压侧A相、B相高压跌落式熔断器熔断，是造成此次故障的原因。

5 结束语

1）直流电阻试验是一项非常简便及实用的检测变压器各绕组直流电阻是否平衡、分接开关接触状态及变压器档位是否正确的有效手段，通过对直流电阻数学公式分析，可以对故障现象进行简单判断，必要时，应开展绝缘电阻试验、变比试验及油化试验，并进行解体检查。

2）无载调压分接开关接线原理及直流电阻变化情况对日常无载调压变压器调档及分析各档位直流电阻情况具有参考意义。

3）分接开关动、静触头接触由于接触不良、氧化而形成接触电阻增大，是造成直流电阻异常最常见的原因，但当直流电阻数据明显偏大或偏小时，应考虑有其他的故障因素。

4）变压器内部导线与导线的联接、绕组抽头与引线的联接部位由于“虚焊”或焊接不牢固，会导致接触电阻上升，影响直流电阻试验数据，当系统或变压器内部出现短路时，可能导致联接部位烧断。