变压器绕组直流电阻测试有关问题探讨

保定市金达电力科技有限公司 张新功

共分以下几部分进行进行探讨：

一、概 述

二、绕组直流电阻测试测量原理

三、变压器直流电阻测试仪的性能指标要求

四、五柱式，低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻测试

五、三通道仪器的使用

六、变压器直流电阻测试仪使用有关问题探讨

七、变压器直流电阻测试验后的消磁问题

八、金达产品介绍

一、 概述

变压器绕组直流电阻测试是变压器出厂及预防性试验的主要项目之一，通过该项试验可以：

1、 检查绕组焊接质量；

2、 检查分接开关各个位置接触是否良好；

3、 检查绕组或引出线有无折断处；

4、 检查并联支路的正确性，是否存在由几根并联导线绕制成的绕组发生一处或多处断线的情况；

5、 检查层、匝间有无短路的现象；

6、 确定绕组的平均温升。

所以变压器绕组直流电阻测量既是简单常规的试验项目，但又是耗时、准确度要求高的项目，它是确保变压器生产质量、检修质量和安全运行的一个重要手段。

结合国家标准及电力设备预防性试验规程有关规定：

| 1、 l600kVA以上变压器，各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的2%，无中性点引出的绕组其线间差别不应大于三相平均值的1%。

2、1600kVA及以下的变压器，相间差别一般不大于三相平均值的4%，线间差别一般不大于三相平均值的2%。

3、与以前相同部位测得值比较，其变化不应大于2%。 不同温度下电阻值按下式换算：

R2＝R1

式中：R1、R2分别为在温度t1、t2下的电阻值；T为电阻温度常数，铜导线为235，铝导线为225。

二、 绕组直流电阻测试测量原理

电力变压器绕组的电感很大为数百亨至数千亨，而直流电阻很小最小至数百微欧，用稳压电源给大型变压器绕组充电达到稳定的时间可能长达数十分钟至数小时，因此如何快速准确测量电力变压器绕组的直流电阻一直是人们研究和追求的目标。

下图为稳压电源给绕组充电原理图见图一：

图一

Lx，Rx为绕组电感和电阻，合上开关K后可知：

E=

i=

其中，τ=为回路时间常数。

由此可见，i含有一直流分量和一衰减分量，当衰减分量衰减至零时i达到稳定值I=时，电感不起作用，此时可通过测量E和I来得到Rx。其充电曲线为图三所示的曲线①，由于大型变压器绕组的很大、很小，所以时间常数τ很大，需很长一段时间电流才能达到稳定，充电时间为5τ时，通过计算可知测得电阻比真实电阻还有0.67%的误差。

为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，而采用稳压稳流电源充电的方法可使稳定时间大为缩短。稳压稳流电源可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，在稳流状态下电源可保持回路电流恒定。

图二为稳压稳流电源给绕组充电原理图：

图二

RN为电流取样电阻，E为稳压稳流电源的最大稳压电压，I为仪器设定的稳流电流，开关K合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态，其充电曲线为图三所示的曲线②。

图三

从图三可以看出，稳压稳流电源充电达到电流稳定的时间比稳压电源充电达到电流稳定的时间快得多，E越高，充电达到设定的稳流电流I的速度越快，所以说稳压稳流电源用于变压器直流电阻测量是一种快速充电方法。由于Vx为：

Vx=iRX+Lx

电源进入稳流状态后，=0，这时通过测量绕组两端的电位VX及取样电阻RN两端的电位VN，可得绕组直流电阻RX为:

RX=RN

三、 变压器直流电阻测试仪的性能指标要求

稳压稳流电源的稳压电压为20V-60V，甚至更高至100V，稳流电流一般为从1mA--n*10 mA—n*100mA—nA—n*10A多档选择，最大输出电流最大已达100A，以覆盖PT、配电变压器及大容量变压器等感性试品的测量范围及满足变压器出厂时温升试验需快速准确测试直流电阻的要求。

稳压稳流电源的稳压电压E和最大稳流电流I决定了仪器的电源功率，从图三可知E越高充电速度越快，I越大铁芯磁通密度饱和程度越高，可有效降低电感L以缩短稳定的时间、I越大测量信号Vx越大，数据更准确稳定，E、I参数的选择将直接影响到仪器的便携性，E、I参数的选择应结合试品容量、仪器的便携性、测试速度等要求进行合理选择。

在变压器出厂前进行的温升试验中，通过测量绕组冷态电阻值和温升试验终了时热状态下的电阻值来计算绕组的平均温度，根据规定应在温升加载终了后两分钟内测得第一点真实电阻值才有效，并每间隔30秒测量温升加载终了后20分钟内的直流电阻，通过测量20分钟内的直流电阻来得到温升试验终了时热状态下的电阻值。为解决五柱式，低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻在温升试验中两分钟内测得真实电阻的要求，采用100A大电流加助磁方法来进行，因为采用助磁方法仪器测试电流还能达到100A，要求仪器的稳压电压大于80V，另外在温升试验中还要求测试仪器具备两通道测量功能。

从上述的仪器测试原理可知，测量原理建立在=0的基础上，稳流电源的稳定性将直接影响测试值的稳定性，在大容量变压器低压绕组测量时就能得到有效检验，不同厂家的仪器相同的测试电流档位其测试数据的稳定性相差甚远。金达公司的直阻仪要求电流纹波系数≤0.5‰(电流纹波系数为仪器最大负载条件下供电回路交流电流与恒定直流电流之比)。

充电过程中绕组储存的能量为LI2，L、I越大储存的能量越大，测试完成后仪器设计有放电电阻及三极管相串联的快速放电回路来释放储存的能量，如图四所示：

图四

R3为放电电阻，R1、R2为驱动三极管工作的分压电阻，放电回路正向不导通、反向导通。直阻测试完成后图二原理图中开关K断开，刚开始放电的一段时间放电电压较高，三极管呈导通状态放电回路主要由放电电阻释放能量，随着放电电压的降低三极管进入截止状态，其等效于高阻状态以快速释放完最后能量。上述放电回路是一种快速且安全的方法。

根据l600kVA以上变压器线间差别不应大于三相平均值的1%的要求，测试仪器的准确度高出两个级别即0.25%，0.2%的准确度可满足测试要求。

720MVA及以上容量变压器、部分干式变压器其低压电阻为n*100μΩ, 测试该类型变压器器要求仪器的最高分辩率达到0.1μΩ。

四、 五柱式、低压d联接变压器低压绕组直流电阻测试

快速准确测量五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻是变压器直流电阻测试仪领域的难点，目前解决该难点采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。

绕组电感L由下式表示：

L=

式中：K=0.4;

n—匝数；S—铁心截面（cm2）;—铁心回路长度（m）; μ—导磁系数。

从上式可知电感L决定于绕组的匝数、铁心的几何尺寸和硅钢片的导磁系数，n、S、是已知的，只有μ是能改变的。图五为铁心磁通密度B与磁场强度H，导磁系数μ与磁场强度H的关系曲线。

当磁场强度H很大，铁心磁通密度强度趋于饱和时，μ就大幅度下降，变压器的电感L也随之减小，从H=nI/可知，要增大H就要提高稳定电流I，一般需要施加电流达2~3倍空载电流，才能有效地减小L。

图五

五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组低压绕组采用四端法测试时，达到铁心饱和的励磁电流需几十安以上，从试验经验看100A励磁电流可满足720MVA容量变压器的测试要求。

采用图六所示的高低压绕组串联助磁方法，其高低压绕组的电流方向一致，由于高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，l0A的励磁电流即可满足所有容量变压器的要求。

图六

下表为几个现场试验结果：

100A四端法和10A助磁法在一台750MVA、500kV/220kV/35KV自耦变压器的测试结果

10A助助磁法在一台750MVA、500kV/20kV变压器的测试结果

10A助助磁法在一台750MVA、500kV/220kV/35kV自耦变压器的测试结果

10A助助磁法在一台420MVA, 220kV/20kV变压器的测试结果

五、 三通道仪器的使用

三通道变压器直流电阻测试主要为解决YN有载分接绕组的快速测试问题，其原理见下图：

’

RA、RB、RC为绕组电阻，Rxo’ 、 RYO’ 、RYZ为上述变压器内部标示的中性点引出点至各绕组的连线电阻，ROO’ 为变压器标示的中性点引出点至变压器外部套管间的电阻。

三通道测试时稳流电源设计为IA=Ic=IB，IN=0，则：

RAO=RA+Rxo’

RBO=RBRYO’

RCO= RC +RYZ-RYO’

而单通道测试而传统四端法测试时

RAO=RA+Rxo’ +ROO’

RBO=RBRYO’ +ROO’

RCO= RC +RYZRYO’ +ROO’

三通道与单通道测试方法对比，各相电阻测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻，末端连线电阻与中性引线接入点O’位置有关。

因为三通道测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻, RA、RB、RC阻值越大其测试值中中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻影响的份量越小。因为高压绕组线圈电阻较大，部分绕组末端连线电阻可以忽略，三通道测量的三相电阻值均不包括中性点引线电阻，与单通道测试值不破坏原有测试数据的规律。

RA、RB、RC阻值较小，如中压侧或低压侧，其测试值中中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻影响的份量相对加大，与单通道测试值甚至会严重破坏原有测试数据的规律，两者之间甚至无可比性。

下表为一台50MVA/110KV变压器高压侧单/三通道的电阻实测数据，采用三通道测量其阻值要比单通道测量电阻值小2.7-3.4mΩ，约为单通道测量值的1%，且三相电阻不平衡率变化较小，所以对直流电阻测量值的判断影响不大。

从上述分析可知三通道测量仅适用于高压侧YN绕组的直流电阻值测试，不适用于中压或低压侧星形带中性头绕组测试。

六、 变压器直流电阻测试仪使用有关问题探讨

1、l0A的励磁电流外加助磁方法即可满足所有容量变压器的测试要求，是一种经典有效的方法，从实测经验看其数据的稳定性比40—50A的测试仪更好，所以在仪器选型中不一定一味选择大电流的测试仪器，

在使用40—50A的测试仪测试数据不够稳定时，建议采用l0A助磁方法。

2、进行三通道测量时可同时测量三相绕组直流电阻、进行各有载位置的测试时间仅需传统方法的三分之一，具有缩短测试时间的优势，但由于三通道测量值中不包括中性点引线电阻，它对变压器中性引线接触等状况的判断不具有确定性，在三通道测量前应充分认识中性引线对电阻测量的影响，在三通道测量前可事先用单通道测量一至两个分接档位，以便单/三通道测量值比较和检查中性引线的状况，在试验报告上应注明三通道测试，以便测试比较和备查。

因为由于三通道测量值中不包括中性点引线电阻及部分绕组末端连线电阻，变压器制造厂不宜采用三通道测量方法。

三通道测量仅适用于高压侧YN绕组的直流电阻值测试，进行全部有载位置的测试可有效缩短时间，而对于单一位置YN绕组三相电阻测试时间比传统四端法还要长，不具有缩短测试时间的优势，如电厂主变高压侧为无载分接宜采用传统四端法测试。

3、试验接线

下图为几种接线方式，C为电流端，P为电位端，（a）、(b)、(c)为正确接法，(d)、(e) 因为电位端包括过渡连接电阻为不正确接线方法。

4、仪器使用应注意的问题

为了防止测试过程中错误断开电流回路，避免绕组产生感应电势对仪器的损坏及人员安全，仪器使用应注意：

(l) 测量结束后应充分放电后才能断开接线；

(2) 测试过程中必须避免电流回路断路和交流电源断电；

(3) 测试过程或测量结束后充分放电前，不允许无载调压绕组切换分接位置。

七、 变压器直流电阻测试后的消磁问题

近几年来随着变压器容量越来越大，仪器的测试电流越来越大，大容量变压器进行直流电阻试验后铁芯将产生严重剩磁，剩磁影响到变压器的正常投运问题越来越突出。

下面举一剩磁例子，一台360MVA容量变压器在制造厂采用100A结合助磁方法进行温升试验后，用空载试验方法进行消磁，其起始阶段其空载电流能达到正常空载电流的十几倍，经过半小时左右空载电流才能回到正常范围。

100A结合助磁方法进行温升试验时是产生剩磁最大的直流电阻试验，变压器在制造厂在采用100A结合助磁方法进行温升试验后逐台用空载试验方法进行消磁。

为保证变压器进行直流电阻试验后剩磁不足以影响到变压器的正常投运，有些省份规定测试仪的工作电流不得超过5A，所以可以认为剩磁不一定需完全消掉，而是如何将剩磁减小到一个合理水平。

可对剩磁过大的变压器进行一次较小电流的直流电阻试验，其阻值的稳定代表较小电流产生的剩磁重新建立，以达到变压器进行直流电阻试验后产生的剩磁用直流电阻试验的方法来解决。

八、 金达产品介绍

金达十几年长期专注于变压器进行直流电阻不断完善、改进和创新，已形成小电流至大电流，从小量程至大量程，从PT、小变压器至大容量变压器，从单通道、双通道至三通道，助磁、消磁一体等等适用不同试品范围的十来种仪器型号的产品，操作界面直观、清晰、方便，仪器保护功能完善，金达的直流电阻测试仪产品在全国众多厂家中一直代表着领先地位。下面着重绍介绍金达公司新投产的BZC3391E及BZC3395D两种产品

(一) BZC3391E变压器直流电阻测试仪

该仪器集助磁测量和消磁功能于一体，仪器采用助磁方法可快速准确测量所有容量的铁芯五柱低压角接绕组的直流电阻，消磁功能可大大降低变压器直流电阻测量后的直流剩磁，对于YNd联接变压器高低压试验接线可一次完成，针对不同类型的绕组设计有不同的测试方式，该仪器是220kV—500kV电压等级变压器现有直流电阻测量的理想换代产品，也是金达公司的招牌产品。产品设计侧重于大型变压器。

● 技术指标

稳流电流：1A、10A

测量范围： 1A：100mΩ ~ 20Ω

10A：1mΩ ~ 2Ω

1A 三通道：≤ 10Ω

10A三通道：≤ 1Ω

准 确 度：±(0.2% R+1个字)

● 产品特点

1、对于YNd联接变压器高低压试验接线可一次完成;

2、助磁方法可快速准确测量所有容量的铁芯五柱低压角接绕组的直流电阻;

3、YN绕组三相同时加电测试，进行多分接测试可节省大量测试时间;

4、YN绕组三相逐相测试，AN、BN、CN绕组逐相加电测量且自动完成，该方法适用于无载分接绕组YN绕组测试;

5、有U盘存储、数据打印、数据掉电存储、微机通讯、AC380V错接保护等功能;

6、变压器直流电阻实验做完后，可选择消磁方式对变压器进行消磁以降低变压器剩磁。

● 测试方式选择

对于最常见的YNd联接变压器高低压试验接线可一次完成

(二) BZC3395D变压器直流电阻测试仪

BZC3395D变压器直流电阻测试仪在传统的10A四端法直流电阻测试仪基础上，从接线到操作介面充分结合现场的使用特点及要求而设计的新型直流电阻测试仪，星形及三角形接法绕组试验接线均可一次完成，针对不同类型的绕组设计有不同的测试方式，该仪器是110kV及以下电压等级的理想测试仪器。产品设计侧重于常规变压器的使用方便性。

● 技术指标

● 产品特点

1、星形及三角形接法绕组试验接线均可一次完成;

2、测试电流多档选择，测量范围宽，可满足多试品测量要求;

3、YN绕组纵向测试功能;

4、星形及三角形接法逐相测试，并计算不平衡率，也可选择某相测试;

5、YN绕组三相逐相测试，AN、BN、CN绕组逐相加电测量且自动完成，该方法适用于无载分接绕组YN绕组测试;

6、有U盘存储、数据打印、数据掉电存储、微机通讯、AC380V错接保护等功能;

7、仪器可记录保存高低压绕组的所有数据、无需手工记录;

8、含相同性能的BZX3397直流消磁系统还包括消磁功能，可选择消磁方式对变压器进行消磁以降低变压器剩磁

● 测试方式

或：

CN或cn:为四端法测量方式

AN、BN、CN: 为YN接法绕组手动选相测量方式，该方式适用于有载分接绕组纵向测试;

AN+BN+CN:为YN接法绕组逐相测量方式,该方式适用于无载分接绕组横向测试;

(an+bn+cn): yn接法绕组一次接线方式；

AB+BC+CA: 为D接法绕组一次接线方式；

(ab+bc+ca):为d接法绕组一次接线方式;

在右上角显示AB+BC+CA 、ab+bc+ca或an+bn+cn时，可通过按 、 键选择逐相测量方式，还是选择对某相电阻进行测试，液晶屏左下角将显示：相序××时为手动选相测量方式

右下角显示AB+BC+CA、an+bn+cn或ab+bc+ca时为逐相测量方式。

● 显示介面

九、 联系方式

单位：保定市金达电力科技有限公司

电话：0312-*******,3335413

网址：http://www.jindachina.com/

张新功：138********

Email: zxg@bdjinda.com.cn