油浸式非晶合金變壓器繞組直流電阻測量檢測技術(shù)

檢測原理
繞組直流電阻測量基于歐姆定律，其核心原理是通過在被測繞組上施加一個穩(wěn)定的直流電流，并精確測量該電流及在繞組兩端產(chǎn)生的電壓降，從而計(jì)算出繞組的直流電阻值。對于油浸式非晶合金變壓器，此測量具有特殊意義。科學(xué)依據(jù)在于，繞組的直流電阻直接反映了導(dǎo)體材料的完整性、導(dǎo)體的截面積、長度以及連接點(diǎn)的質(zhì)量。電阻值的異常變化通常指示著以下潛在問題：

1. 導(dǎo)線斷裂或裂紋：導(dǎo)致有效導(dǎo)電截面積減小，電阻增大。

2. 焊接或連接不良：如分接開關(guān)觸點(diǎn)接觸電阻增大、繞組引線與套管導(dǎo)桿連接松動等，會在連接點(diǎn)處產(chǎn)生局部電阻增大。

3. 匝間或?qū)娱g短路：雖然直流電阻測量對少數(shù)匝間短路不敏感，但嚴(yán)重的短路會改變并聯(lián)支路的有效長度，導(dǎo)致電阻變化。

4. 繞組變形：機(jī)械應(yīng)力可能導(dǎo)致導(dǎo)體被拉伸或擠壓，引起電阻變化。

非晶合金鐵心的飽和磁密較低，且磁滯回線形狀與硅鋼片有顯著差異，在直流電流注入時，鐵心會迅速飽和。這要求測試過程必須考慮鐵心磁化與退磁的過程，以避免因鐵心剩磁導(dǎo)致合閘涌流過大或影響繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。

檢測項(xiàng)目
繞組直流電阻檢測項(xiàng)目需系統(tǒng)性地覆蓋變壓器的所有導(dǎo)電回路，主要包括：

1. 繞組本體電阻測量：

   • 高壓繞組電阻：在所有分接位置上進(jìn)行測量。

   • 低壓繞組電阻：在所有分接位置上進(jìn)行測量。

   • 中性點(diǎn)引出線電阻（如適用）。

2. 分接開關(guān)回路電阻測量：這是檢測的和難點(diǎn)。需驗(yàn)證每個分接位置下，開關(guān)動、靜觸頭的接觸電阻是否穩(wěn)定且符合要求。通過比較不同分接位置的電阻值，可以判斷分接開關(guān)是否存在接觸不良或定位錯誤。

3. 引線及連接件電阻測量：包括套管導(dǎo)桿、繞組內(nèi)部引線、匯流排連接點(diǎn)等。這些部位的電阻通常包含在整體繞組電阻中，異常時需進(jìn)行分解排查。

4. 相同電阻不平衡率計(jì)算：對三相繞組，計(jì)算任意兩相繞組的電阻之差與三相平均值的比值。此項(xiàng)目是判斷繞組對稱性和連接缺陷的關(guān)鍵指標(biāo)。

檢測范圍
油浸式非晶合金變壓器因其空載損耗極低的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于對能效要求苛刻的領(lǐng)域，繞組電阻檢測是其生產(chǎn)制造、交接驗(yàn)收及運(yùn)維檢修中的強(qiáng)制性項(xiàng)目。

• 電力行業(yè)：配電網(wǎng)中的柱上變壓器、箱式變電站、配電室內(nèi)的干式及油浸式變壓器，特別是10kV及以下電壓等級的節(jié)能改造項(xiàng)目。

• 工業(yè)領(lǐng)域：工廠、礦山、冶金企業(yè)的動力變壓器，要求檢測其承受頻繁啟停和負(fù)載波動后的繞組狀態(tài)。

• 新能源領(lǐng)域：光伏逆變站、風(fēng)電場的升壓變壓器，檢測其應(yīng)對諧波和復(fù)雜運(yùn)行工況的能力。

• 軌道交通：牽引供電系統(tǒng)的輔助變壓器。

• 建筑樓宇：商業(yè)中心、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等場所的配電變壓器，確保供電可靠性。

檢測標(biāo)準(zhǔn)
國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對繞組直流電阻測量均有嚴(yán)格規(guī)定，但在具體指標(biāo)上存在差異。

• 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 1094.1-2013 《電力變壓器 第1部分：總則》：規(guī)定了電阻測量的一般要求。

  • GB/T 1094.10-2022 《電力變壓器 第10部分：聲級測定》雖不直接相關(guān)，但系列標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)了全面檢測理念。

  • DL/T 596-2021 《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》：是運(yùn)維檢修的核心標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了繞組直流電阻的測量周期、要求及評判標(biāo)準(zhǔn)。例如，對于1.6MVA以上的變壓器，各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%（無中性點(diǎn)引出的線間差別不大于1%）。與以前相同部位測得值比較，其變化不應(yīng)大于2%。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60076-1:2011 《Power transformers - Part 1: General》：與GB/T 1094.1基本等效，是通用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

  • IEEE Std C57.12.90-2015 《IEEE Standard Test Code for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers》：提供了詳細(xì)的測試方法和程序，特別是在分接開關(guān)測試方面有詳盡描述。

• 對比分析：

  • 一致性：中西方標(biāo)準(zhǔn)在基本原理、測量方法上高度一致。

  • 差異性：IEC和IEEE標(biāo)準(zhǔn)通常更側(cè)重于測試程序的描述和通用性要求，而DL/T 596等國內(nèi)運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)則結(jié)合了中國電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給出了更具體、更嚴(yán)格的周期性試驗(yàn)指標(biāo)和判斷閾值。在電阻不平衡率的要求上，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)通常更為具體和量化。

檢測方法

1. 電壓降法：傳統(tǒng)方法，需外接穩(wěn)定直流電源、標(biāo)準(zhǔn)電阻器、電壓表和電流表。通過計(jì)算得出電阻值。操作繁瑣，精度受表計(jì)影響，現(xiàn)已較少用于現(xiàn)場檢測。

2. 電橋法：

   • 單臂電橋（惠斯通電橋）：適用于測量1Ω以上的電阻，精度高，但測量速度慢，且需要人工平衡。

   • 雙臂電橋（凱爾文電橋）：專門用于測量低電阻（1Ω以下），通過消除引線電阻的影響，提高了測量精度。曾是變壓器繞組電阻測量的主要手段，但同樣存在操作復(fù)雜、耗時長的問題。

3. 現(xiàn)代直流電阻測試儀法：當(dāng)前的主流方法。采用開關(guān)電源技術(shù)、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器控制，實(shí)現(xiàn)了自動化測量。其操作要點(diǎn)包括：

   • 接線：采用四線制測量法，將電流輸出線和電壓采樣線分開，徹底消除測試線和接觸電阻的影響。

   • 電流選擇：根據(jù)變壓器容量和額定電壓選擇合適的測試電流，通常為繞組額定電流的1%~10%，既要保證測量靈敏度，又要避免繞組過熱。

   • 穩(wěn)定判據(jù)：啟動測量后，儀器自動施加電流并監(jiān)測電壓、電流值。待鐵心磁化過程穩(wěn)定，繞組電感效應(yīng)減弱，讀數(shù)穩(wěn)定后方可記錄結(jié)果?，F(xiàn)代儀器具備“穩(wěn)態(tài)”自動判斷功能。

   • 消磁（退磁）：對于非晶合金變壓器，測量后的退磁尤為重要。先進(jìn)的測試儀內(nèi)置有自動退磁程序，通過施加幅值遞減的正反向直流電流，有效消除鐵心剩磁，保障變壓器安全投運(yùn)。

   • 分接切換：測量不同分接位置時，應(yīng)在儀器停止輸出后，再操作分接開關(guān)，以防電弧損壞開關(guān)觸頭。

檢測儀器
用于繞組直流電阻測量的儀器統(tǒng)稱為“變壓器直流電阻測試儀”。

• 技術(shù)特點(diǎn)：

  • 高輸出電流：提供數(shù)安培至上百安培的穩(wěn)定直流電流，以適應(yīng)不同容量變壓器的測量需求。

  • 高測量精度：通常達(dá)到0.2%級，分辨率可達(dá)1μΩ甚至更高。

  • 快速穩(wěn)定：采用恒流源技術(shù)與動態(tài)采樣算法，能有效克服繞組電感的影響，加速讀數(shù)穩(wěn)定。

  • 數(shù)據(jù)管理與輸出：內(nèi)置存儲器，可存儲大量測試數(shù)據(jù)，并配備藍(lán)牙、USB或RS232接口，可將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)分析。

  • 安全保障：具備完善的過流、過壓保護(hù)功能，以及高壓反電動勢防護(hù)能力。

  • 自動消磁功能：針對非晶合金等易飽和鐵心，具備一鍵式或可編程的自動消磁模式。

  • 三相同時測量：高端型號可同時對三相繞組施加電流并測量，極大提高了工作效率，并消除了先后測量因溫度變化引入的誤差。

結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)分析方法：

   • 絕對值比較：將測得電阻值與出廠值、銘牌值或設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。

   • 相同比較：計(jì)算三相（或三線）繞組的電阻不平衡率：不平衡率 = (Rmax - Rmin) / Ravg * 。

   • 歷次比較：與歷史測量數(shù)據(jù)，特別是交接驗(yàn)收數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢比較。

   • 分接位置比較：分析同一繞組在不同分接位置下電阻值的變化規(guī)律是否符合理論預(yù)期。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 核心標(biāo)準(zhǔn)：遵循DL/T 596等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

     • 1.6MVA以上變壓器，相間差別不大于三相平均值的2%；無中性點(diǎn)引出時的線間差別不大于1%。

     • 與以前相同部位測得值比較，其變化不應(yīng)大于2%。

   • 縱向變化：當(dāng)本次測量值與初值差超過2%時，應(yīng)引起高度警惕，分析原因。

   • 分接開關(guān)分析：若所有分接位置上的電阻值呈現(xiàn)規(guī)律性偏差，或某一特定分接位置的電阻顯著偏大，則極有可能為該位置的分接開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良。

   • 引線連接分析：若某一相的整體電阻偏大，而相同不平衡率超標(biāo)，可能為該相繞組引線連接處（如套管導(dǎo)桿）存在焊接或壓接缺陷。

   • 環(huán)境因素校正：測量時的繞組溫度（油溫）與比較基準(zhǔn)的溫度可能不同，必須將電阻值換算到同一溫度（通常是75℃或20℃）下進(jìn)行比較。換算公式為 R2 = R1 * (T + t2) / (T + t1)，其中T為銅導(dǎo)線取235，鋁導(dǎo)線取225。

通過系統(tǒng)性的測量、科學(xué)的分析和嚴(yán)格的評判，繞組直流電阻檢測能有效發(fā)現(xiàn)油浸式非晶合金變壓器繞組及回路的早期隱性缺陷，是保障其安全、穩(wěn)定、運(yùn)行不可或缺的技術(shù)手段。