提高工作电压实现变压器绕组直流电阻的快速测量

第２４卷第１期　２００７年１月　ＡＮＨＵＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　度瓠电蠢　４１　提高工作电压实现变压器绕组直流电阻的快速测量　Ｆａｓｔ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＤＣ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｒａｉｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｖｏｌａｇｅ　ｔ晏　松　李友忠　梁小冰　（１广两大学电气工程学院，广西南宁５３０００４；２．宿州供电公司，安徽宿州２３４０００）　摘要：通过分析变压器绕组直流电阻测量的暂态过程特性、铁心磁滞现象以及剩磁对测量过程的影响，提出提高工作电压　实现变压器绕组直流电阻快速测量的方法。现场实例验证该方法可以有效地消除剩磁的不利影响，并能快速准确得到绕组　直流电阻的测试结果。　关键词：变压器；绕组；直流电阻；提高工作电压；铁心剩磁　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｗｈｅｎ　ａ　ＤＣ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ｓｗｉｔｃｈｅｄ　ｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｆａｓｔ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ＤＣ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｈｒｏｕＩ　ｒａｉｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｓｉｔｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｖａｌｉｄ　ｆｏｒ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂａｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｑｕｉｃｋｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ＤＣ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｒａｉｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ；ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　变压器绕组直流电阻的测量是主变压器在交　接、大修、预防性试验等环节中必不可少的试验项　目［ｔｌ。直流电阻试验可以检查出绕组内部导线的焊　接质量、引线与绕组的焊接质量、绕组所用导线的　变压器绕组在通人直流电流后，其等效电路　如图ｌ所示，图ｌ是１个一阶动态电路。设电源电　压为　，绕组电感为　，绕组电阻为尺，初始条件　规格是否符合设计要求，分接开关、引线与套管等　载流部分的接触是否良好、三相电阻是否平衡。直　流电阻的现场实测中，曾发现了诸如变压器接头　松动、分接开关接触不良、挡位错误等许多缺陷，　对保证变压器安全运行起到了重要作用。　变压器绕组刚通电时呈现电感大、电阻小的　特性，特别对于大容量变压器更是明显，电感值可　以达到数百亨，而其低压侧电阻值只有几毫欧。当　直流电流通入变压器绕组后，必然有一个暂态过　Ｊ垄ｌ　１殳压器绕组且流电阻测重寺效一阶动恐电烙Ｊ茎｝　为　＝０，电路的响应为一阶零状态响应。　电路的微分方程为：　＝　渡过程，充电电流达到稳定值需要一定长的时间。　现场工作实践表明，变压器容量越大，充电时间也　越长，再加上铁心剩磁对充电过程的影响，往往造　成充电电流不稳，致使测量电桥指针来回摆动，甚　至偏转至正负最大刻度，发生仪表损坏的危险；而　，Ｌｔ　ｄｉ尺　Ⅱ　Ⅱ＋ｉｔ＝Ｕｓｎｎ　令　＝，ｓ，　Ｌ＝下则以上方程变为：　下　＝，ｓ　对于数字化智能型测试仪则出现数据显示紊乱，　甚至测不出数据而报错的现象。电气试验人员在　现场测试中往往对此感到无所适从，有时甚至会　作出变压器绕组出现问题的错误判断。鉴于此，有　必要对变压器绕组直流电阻测量过程进行深人分　析探讨。　电流　的解为：　解此微分方程并考虑到初始条件ｉｔｌｏ）＝Ｏ，可得　上　一ｉｔ＝Ｉｓ（１一ｅ　、　上式中下＝　为时间常数，　随时间变化的曲　１直流电阻测试的暂态过程分析　维普资讯 http://www.cqvip.com

４２　ｃ　ｗＥＲ　第２４卷第１期　２００７年１月　线见图２。一般认为换路后时间经３丁　５丁后，电路　进入稳态［２１。由于大容量变压器绕组　＞＞尺，故充电　过程可达几十分钟甚至更长时间。所以要想减少　充电时间，则必须从减小测量回路电感　和增大　服剩磁影响，无法顺利建立起磁场，从而得不到正　确的直流电阻测量数据。　３　用提高工作电压法实现直流电阻快速　测量回路电阻尺的值两个方面来考虑。　图２充电电流随时间变化曲线图　２　铁心剩磁对测量过程的影响　铁磁材料的磁化曲线表明，其磁化过程具有　磁滞现象。即磁化曲线是一闭合曲线，上升磁化曲　线与下降磁化曲线不重合。下降时，磁通密度　的　变化总是滞后于磁场强度日的变化，当日下降到　０时，　没有下降到０而是下降到某一数值　ｒ，称　为剩余磁通密度。若要消除剩磁则必须反向增大　磁场强度，对应于Ｂ＝０的反向磁场强度日。称为矫　顽力［３１。　大型变压器较中小型变压器而言，其剩磁现　象更为严重。根据试验规程，按高、中、低压顺序测　量绕组直流电阻，在高压侧绕组直流电阻测试完　毕并切断电源后，铁心中仍存在一定量的剩磁，这　势必对中、低压侧绕组的直流电阻测试带来不利　影响。其原因分析如下。　当在变压器绕组上加一直流电源时，待充电　电流稳定后，必然要在绕组线圈中建立一磁场，其　磁通链Ｏ＝Ｌｉ，而且磁通的方向与电流方向符合右　手螺旋定则。若该磁场与剩磁反向，则充电电流首　先要克服掉剩磁影响，才能建立起自己的磁场。则　必有：　日≥　，　是以上提到的矫顽力。　又因为：　Ｈ＝ｎｉ，ｒｔ为绕组单位长度平均匝数。　所以，剩磁　ｒ愈大，要求通人的充电电流ｉ就　愈大。若充电电流偏小，使得Ｈ＜Ｉｔ。，则不能完全克　测量并消除剩磁影响的原理分析　在以上分析中，根据时间常数可知丁＝　，实现　大容量变压器绕组直流电阻快速测量的有效途径　是减小测量回路电感，迫使铁心磁密迅速饱和是大　大减小绕组电感的重要途径。原理分析如下。　铁磁材料的磁化曲线和磁导率曲线见图３。　图３铁磁材料的磁化曲线和磁导率曲线图　从磁化曲线可以看出当Ｂ随日快速增加到一　定值后进人饱和区，此后随着日的增加，　增加的　非常缓慢，曲线趋于平缓。根据　ｎ＝鲁可算出相　应于日各个值下的磁导率　，由图３中所示的磁　导率／ｘ　曲线可知，开始磁化时，　较小，以　后迅速增大，在Ｂ／Ｈ比值最大的一个点上，磁导率　达最大值，以后又减小下来。铁心磁密愈饱和，磁　导率愈小。　因为机＝Ｌｉ，而磁链　＝　钆，再根据磁通钆等　于磁动势除以磁通所经过路径的磁阻尺　，即钆＝　，于是有：　Ａｍ＝ｗ２ｔｘ　ＳＬ　：　：　：　尺　式中：　一线圈的匝数　，　一磁通所经磁路的截面积和平均长度　一磁路的磁导　由上式可见　与磁路的磁导率　成正比，当　变压器给定，则线圈的匝数、磁路的截面积和平均　长度都是定值，　只与　有关。综上分析，迫使铁　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２４卷第１期　２ｆ）ｆ）７年１月　ＡＮＨＵＩ麦瓠电知　　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　４３　心磁密迅速饱和可以有效减小绕组电感￡的值，　认真检查分析初步判断是剩磁影响所致，更换另　从而使时间常数仁　Ｌ减小一台工作电压为２４　ｖ的ＪＤ２５２０型直流电阻测试　，实现变压器绕组直流　仪，测试过程顺利。测量结果见表１。　电阻的快速测量。　由此可见，提高工作电压后，充电电流增大，　为此有人提出把高、低　压绕组串连起来通以电流测　表１提高工作电压后的直流电阻测量结果　量，采用同相位和同极性的　高压绕组增加励磁的“助磁　法”　。虽然此方法可以大大　提高测试速度和数据的可信　度；但是由于要保证高低压　绕组建立的磁场同向，而且　对低压侧进行测量时，还要　注意充电电流方向的选择，　以确保利用剩磁助磁而不是　剩磁减磁，所以其接线相对　复杂一些，对试验人员技术　理论水平要求也高。若提高工作电压，从而增大充　不仅有效克服了剩磁影响，而且充电时间较短，可　电电流，同样可以达到迫使铁心磁密迅速饱和而　以迅速达到稳定状态，现场实际应用效果很好，有　减小绕组电感的目的，而且不需为了避免剩磁可　效防止了在直流电阻测不出来的情况下就认为绕　能带来的不利影响去考虑中、低压侧绕组直流电　组有问题的误判断。　阻测量时充电电流的方向。因此提高工作电压法　可以有效地克服剩磁，顺利建立起磁场，有效解决　５结语　测量时充电时间长的问题，且该法简单易行。由于　现在变压器直流电阻测试仪器设备不断改进和发　变压器绕组直流电组测量是变压器各项试验　展，其工作电压和充电电流也不断得到提高，根据　项目中相当费时费力的一项。根据现场工作经验，　仪器厂家提供的资料，工作电压可以达到２４　Ｖ，充　一旦遇到充电时间过长或数据显示不稳的现象发　电电流可提高到２０　Ａ，所以这种方法在现场工作　生，试验人员往往不知如何下手解决，容易做出绕　实践中可以得到实现和应用。　组出现问题的错误判断。通过以上分析，提高工作　电压，从而增大充电电流是解决此类问题的简单　４现场工作实际案例分析　易行、可靠实用的办法。此办法不仅可以提高工作　现介绍安徽省宿州供电公司１　１０　ｋＶ红庙变电　效率，而且也提高了测试数据的可信度。　站２号主变压器大修后直流电阻的测试实例。变　（收稿日期：２００６—１１－１１）　参考文献　压器型号为ＳＦＳ２９—３　１５０００／１　１０，其绕组联结组别　［１１　ＤＩＪＩ＂５９６—１９９６，电力设备预防性试验规程【ｓ］　为Ｙｎ，ｙｎｏ．ｄｌ　１，是青岛变压器厂生产的三绕组变压　【２］邱关源．电路【Ｍ１．高等教育出版社　器。中、低压额定电压分别为３５　ｋＶ、１０　ｋＶ。使用的　【３］叶东．电机学【Ｍ１．天津科学技术出版社　测试设备为保定金迪公司生产的ＪＤ２５２０型直流　『４］王朗珠，姚一平．“助磁法”在大型变压器低压侧直流电阻测试中　电阻测试仪。　的运用『Ｊ］．高压电器，２ｏｏ３（２）　高压绕组测量时使用的工作电压是１２　Ｖ，测　量过程顺利。接下来用同一台ＪＤ２５２０型测试仪测　作者简介：　量中压侧绕组直流电阻时出现了充电不稳定，数　晏松（１９７９一），男，研究生，主要研究方向为高电压与绝缘技术。　李友忠（１９６３一），男，高级技师，长期从事电气设备的试验、检修工作。　字显示器显示的结果变化剧烈的现象，等待３０分　梁小冰（１９４６一），女，教授，主要研究方向为电力系统分析与计算、高　钟后，显示的数据与正常偏差很大且不稳定。经过　电压与绝缘技术。