变压器绕组直流电阻快速测量方法研究

变压器绕组直流电阻快速测量方法研究

陈永维

1.标准要求及快速测量的意义

标准规定: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,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.电力变压器直流电阻测量的基本原理

电力变压器绕组可等效为一个电感Lx和一个电阻Rx的串联电路,绕组直流电阻测量的基本电路如图1所示｡

例如一台大型变压器,高压绕组Lx约115H,电阻0.484Ω,则T=115/0.484=238s,则5T=1190s=19.8min因此充电电流要20min以后才能稳定｡为减小时间常数T=Lx/Rx,缩短充电时间t,达到快速测量直流电阻的目的｡可从3个方面入手:一是减小测量回路的电感,二是增大测量回路的电阻,三是强制进入稳态｡减小电感的方法,通常是加大测量电流,使铁心饱和,由于导磁系数的减小使电感减小｡这种方法一般需增大测量电源的容量｡增大测量回路的电阻是较常用的一种方法,但在测量回路中串入附加电阻会使测量灵敏度降低,为此需相应提高电源电压,但这样增加了电源的能耗｡更有效的缩短测量时间的方法是强制进入稳态,为了达到快速测量的目的,可采用增大回路电阻的电路突变法｡

3.消磁法和助磁法

3.1消磁法及其原理

消磁法原理是使得变压器在绕组直流电阻的整个测量过程中,在忽略剩磁的情况下,保持铁芯磁通为零｡测量绕组直流电阻的过渡过程是由于磁通不能突变引起的,由一种稳态转换到另一种稳态时需要过渡时间｡如果充电电流等值电路略去剩磁,并设法在测量直流电阻的整个过程中保持铁芯磁通为零的话,就可以从根本上消除过渡过程,从而达到快速测量的目的｡如何保持铁芯磁通为零呢?双绕组变压器若把其二次绕组的两端短接,就可以基本上消除铁芯中的磁通,使激磁电感Lm1和Lm2的值降低到接近于零的数值｡把绕组的等值电感显著地减小,时间常数τ也就随之减小,充电过程加快,充电电流就可以很快达到稳定值｡对于三绕组变压器,可以采取高中压(或低中压)绕组反向同时加电流的方法以抵消磁场,实现减小电感的目的｡

例如,当测量高压侧绕组直流电阻时,除在高压待测相绕组中加电流外,还应在相应中压侧加一电流,使此电流产生的磁势与高压侧产生的磁势大小相等、方向相反而互相抵消,保证整个测量过程中磁通保持在基本为零的状态｡设高压侧的匝数为N1,电流为I1,中压侧的匝数为N2,电流为I2,若使磁势N1I1=N2I2,则I2=N1I/1N2｡又由于N1/N2=U1/U2,则I2=U1I1U2｡故由变压器铭牌上给定的某一分接头电压比和通入高压侧绕组上的电流I1,就可得出通入中压侧绕组的电流I2｡

3.2助磁法及其原理

助磁法与消磁法相反,其出发点是基于变压器同一铁芯柱上高、低压绕组工作在饱和状态下的激磁电流相差数十倍,因此把高、低压绕组串联起来,借助于高压绕组的安匝数,使变压器铁芯饱和,从而降低电感,即减小充电时间常数以达到快速测量的目的｡值得注意的是,高、低压绕组的电流方向要一致,这样才能达到增磁的目的｡下面以湖北省某电厂为例来说明助磁法的接线原理｡该厂主变型号为SFP7———360000/220,接线组别为Ynd11｡其向量图见图2,根据向量图画出的变压器绕组及测量接线图如图3所示。

图2主变联接组向量图

图3变压器绕组及测量接线向量图

图3是测量低压侧ac相绕组直流电阻接线图｡由于测量低压侧绕组直流电阻时,充电时间很长,充电电流有时会无法稳定｡因此,采用助磁法将高压绕组串联接入充电回路中,这样既加大了测量电路的电阻,又抵消了铁芯中的磁通量,可大大缩短充电时间｡当使用20A恒流电流充电时,测量某一相绕组直流电阻只需15min,同时还可以测量该相高压绕组直流电阻,这就更进一步地节省了测量时间｡消磁法和助磁法的测量操作都比较简便,采用这2种方法测量大型变压器绕组直流电阻可大大提升工作效率｡助磁法比起消磁法又更为简单,因助磁法只需1台恒流源就可以完成测量｡但值得注意的是:恒流源的输出电流不宜太大,过大的电流会使绕组温度迅速上升,从而引起直流电阻随温度上升而上升,从而带来试验误差｡

结语

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｡

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