变压器直流电阻测试分析

李真

概述:

变压器绕组的直流电阻是变压器出厂、交接和预防性试验测试的基本项目之一，也是变压器发生事故后的重要检查项目，这是因为直流电阻及其误差对综合诊断变压器绕组（饱括导电杆、引线的连接、分接开关及其绕组整个系统）的故障可提供重要信息。通过测量直流电阻，可以检查绕组接头的焊接质量和绕组有无匝间短路，电压分接头各个位置接触是否良好，以及实际位置与分接指示位置是否一致，引线是否存在断开，多股并绕的绕组是否断股的情况。本文介绍了变压直流电阻误差产生的原因、并进行结果分析。

关键词：变压器 直流电阻 绕组 不平衡率

前言：变压器绕组直流电阻的测试试验是变压器出厂、交接和预试时的基本项目,也是变压器出现故障后分析故障原因经常使用的方法。直流电阻不平衡率是判断变压器是否合格的重要因素，以下介绍一些三相变压器直流电阻误差产生的原因、结果分析。

1.变压器直流电阻测量反方法的基本原理

电 力变压器绕组可用等效于被测绕组的电感L和电阻R串联电路表示。如图一所示。

当t=0，合上开关K，直流

电压E加于被测绕组时，由于

电感中的电流不能突变，所以

直流电源刚接通瞬间，L中的

电流为零，电阻中也无电流， 图一变压器直流电阻测量基本电路

因此，电阻上没有压降，此时 E-外施直流电压；K-开关；R-绕组的直流电阻；

全部外施电压加在电感的两端。 Lx-绕组电感；i-通过绕组的电流

回路方程式：

E=iR+Ldi/dt

则突然加一个直流电压时绕组电流为：

i=E/R(1-e^-τ/T)

式中τ=L/R为回路时间常数。由此可见，接通直流电压时，i含有1个直流分量和1个衰减分量。当衰减分量衰减至0时，即i达到稳定值I=E/R时，可以通过测量E和I，得到R。电路达到稳定时间的长短，取决于L和R的比值，即该电路的时间常数τ=L/R。由于大型变压器的τ值比小变压器的τ值大得多，所以大型变压器达到稳定的时间相当长，即τ越大，达到稳定的时间越长；反之，

τ越小，时间越短。

2.常用测量方法

(1)电压电流法（又称电压降法）如图二所示

其原理是在被测绕组施加一直流电压，测出通过绕组的电流，根据欧姆定律，即可算出绕组的直流电阻。即：

R=U/I

式中R-根据欧姆定律算出的直流电阻值，（Ω）；

U-施加在被测绕组两端的直流电压，（V)；

I-测出通过绕组的电流，（A)。

在被试绕组上通以直流电流，再测量绕组两端的电压降，绕后按（1）式算出绕组。

为 减小仪表造成的测量误差，测量小电阻时采用图二（a）接线，（图中电压表的内阻应尽量选用较大的）；测量大电阻时采用图二（b）的接线（图中电流表的内阻应尽量选用较小的）。

(a) (b)

(a)测量小电阻接线 (b)测量大电阻接线

图二 用电压降法测狼变压器绕组直流电阻的接线图

有时为了获的更进一步的准确数值，测量的电阻还应采用下面方法进行校正：

如用图二（a）接线时，考虑电压表内阻r_V上分路电流I_V，则被测绕组电阻应为：

R=U/(I-I_V)=U/(I-U/r_V)

如用图二（b）接线时，考虑电流表内阻r_A上的电压降，则被测绕组电阻应为：

R=(U-Ir_A)/I

电压降法所用的直流电源，采用蓄电池比较合适。由于变压器线圈的电感较

大，所以在测量时，必须注意待充电电流稳定后，方可接入电压表进行读数。而

在断开电源前，一定要先断开电压表，以防反电势损坏电压表。

测量时所加电流，不要超过变压器线圈额定电流的20%（或Ie/5),以免发热造成测量误差。同样，测量时间过长，也会引起发热，因而力求测量迅速。

由于电压降法需要换算，消耗电能多等原因，所以除测量极小电阻（10^-3欧姆左右）采用外，一般很少采用电压降法，而采用电桥法或直流电阻测量仪

2. 电桥法

常用直流电桥有单臂电桥和双臂电桥。

3. 直流电阻测量仪法

该测量仪可以在较短时间内测量出变压器绕组的直流电阻，主要用于大型变压器的自流电阻测量。

3.测量结果诊断标准

依据GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》；DL/T59—1996《电力设备预防性试验规程》和Q/CSG114002—2011《电力设备预防性试验规程》规定，各相电阻与历次测得值各自相比较，互差[(R

_大-R_小)/R_平均]。1600kVA及以下三相变压器，各相测得值的相互差值应小于平均值的4%，线间测得值的相互差值应小于平均值的2%；1600kVA以上三相变压器，各相测得值的相互差值应小于平均值的2%，线间测得值的相互差值应小于平均值的1%。上述内容要校正引线影响并换算至同一温度比较。相间超过2%为不合格。

4.直流电阻测试分析

试验中造成直流电阻不平衡超标的因素是多方面的。我们要找出引起测量结果超标的原因，从而进行缺陷处理，最后诊断变压器是否可以安全投入运行。

4.1试验过程有人为因素引起的测量结果不合格

在对试验结果是否合格诊断中，首先排除人为因素造成的试验结果不准确因素，然后才可进一步对变压器进行有序、合理的测试，并根据测量结果进行诊断。常见的人为因素造成的测试不准确可有以下几种因素：

（1）测量仪器的选择不正确，仪器本身精度不够，测量方法选用不恰当。

常用的直流电桥有单臂电桥和双臂电桥。一般测量2欧以上电阻时用单臂电桥，测量2欧以下电阻时用双臂电桥，测量仪器的正确度应不低于0.5级。部分直流电阻测试仪的准确度本身存在着不合格的问题，引起测量的误差。因此，要求测量前要对仪器有清楚的了解，并对照仪器出厂说明书了解变压器的类型、容量，从而选用合适的经有关部门鉴定合格的仪器及采用合理的测量方法。仪器应按有关规定送检。

例如测量一台S₉-50/10的油浸变压器，测量低压侧绕组直流电阻用单臂电桥，测试结果误差较大，后更换双臂电桥，误差在规定的范围内。

（2）在测量变压器绕组直流电阻前，未断开与变压器连接的设备，造成测量的影响。

例1.一台800kVA的变压器，测量高压侧绕组时因低压侧重复接地未拆除，直流电阻测量时指针摆动厉害，化费很长时间才能稳定，后分析查出原因，拆除重复接地线，测试才得以顺利进行。

（3）接线的方法不正确。

试验时接线顺序混乱会使测量数据有较大的分散性。电压线接头应在电流线接头内侧（仪器电位线在绕组接线端子靠近绕组一侧）。试验人员要注意在试验开始之前对试验设备的连线情况进行检查。

（4）充电时间短。

测量时间应充足。由于变压器绕组具有较大的电感，通过绕组的电流，将从零到稳定值的充电过程。

（5）绕组的平均温度测量不准确，造成直流电阻换算结果超出规定范围。

为了与以前的数值比较，应将不同温度下测得的直流电阻按下式换算到同一温度下进行比较。

R_θ=Rt(T+θ)/(T+t)

6. 测量引线截面不够，接触不良，长度太长，线夹焊接不良。这些原因造成电阻值增加，引起测量结果不准确。

7. 对前次直流电阻测试没有充分放电，也会造成第二次测试时指针摆动厉害。

4.2变压器本身存在问题造成的测量结果不合格

影响直流电阻不平衡的因数很多，有的与变压器的设计结构、导线材质、绕组回路各个元件本身故障等愿因有关，也有与变压器的运行、维护状况有关。

1. 引线电阻的差异及导线质量问题，使的相间距离总是存在着Lca≈2Lab≈2Lcb≈2M0的关系，这一关系将导致三相变压器存在着程度不同的直流电阻结构性不平衡。在接线组别为Yyn0的10kV配变0.4kV侧大容量尤为突出。对三相绕组直流电阻非常接近情况，a、c两相绕组受引线影响很大。以630kVA～1000kVA的配变低压直流电阻不平衡率为主。经调查有关资料分析，由于引线结构的原因引起直流电阻不平衡率超标占相当的比例（80%左右）。

110kV级有载变压器的有载调压开关布置在A相侧，C相引线的长度比A相长，也存在结构原因引起直流电阻不平衡率超标的可能。

例2.一台SFSZ-240000/220kV主变低压侧绕组直流电阻出厂试验实测数据：

R ab=2.447mΩ； Rbc=2.424mΩ； Rca=2.456mΩ。线间最大误差1.27%，原因是变压器引线造成，因为低压是△接

连接线长度分别Lab=Lbc=2.8m；

Lca=8.1m。

导线截面均为4×240mm²，

后更换连接线截面（连接线截面

均为4×400mm²），低压电阻平衡

率降低至1%以内满足规程要求。

实际连线如图三示。

图三 低压△接连接线图

例3.一台S₉-630/10kV变压器各相直流电阻如表1所示。

表1 S₉-630/10kV

变压器直流电阻

直流电阻	Ra0(Ω)	Rb0(Ω)	Rc0(Ω)	误差（%）
实测值	0.001630	0.001607	0.001681	4.51
出厂说明书各出引线电阻	0.000311	0.000265	0.000355	29
扣除引线电阻后	0.001319	0.001342	0.001326	1.73

显然，根据实测结果，直流电阻不平衡率为4.51%，超出了试验规程的规定值。制造厂家应写明原因并按实际数据考核出厂，在交接试验中加以复测，并核对出厂试验数据。由于扣除引线电阻后的误差小于2%，因此，可以认为变压器直流电阻不平衡率是不合格的。

（2）连接接触不良，一般表现为某档或某几个档的直流电阻的不平衡率超标。

测试试验表明，引线和套管导电杆或分接开关之间连接不紧，都可能导致变压器直流电阻不平衡超标。

例4.一台S₉-1250/10kV，连接组别为Yyn0变压器,其直流电阻如表2所示。

表2 S₉-1250/10变压器联结直流电阻值。

分接位置	直流电阻（Ω)			最大不平衡率 （%）
	RAB	RBC	RCA
Ⅰ	0.622	0.621	0.537	14.33
Ⅱ	0.512	0.509	0.511	0.53
Ⅲ	0.488	0.489	0.490	0.20

从表2数据看出，Ⅰ档R_AB、R_BC线间电阻大于R_CA线间电阻，Ⅱ、Ⅲ档数据正常，可以认为Ⅰ档B相绕组直流电阻有问题。现将线电阻换算成相电阻，可以看出B相电阻最大，计算公式为：

R_A=(R_CA+R_AB-R_BC)/2=(0.537+0.622-0.621)/2=0.269（Ω)

R_B=(R_AB+R_BC-R_CA)/2=(0.622+0.621-0.537)/2=0.353（Ω)

R_C=(R_BC+R_CA-R_AB)/2=(0.621+0.537-0.622)/2=0.268（Ω)

式中R_AB、R_BC、R_CA-绕组线电阻；

R_A、R_B、R_C-绕组相电阻

经吊芯检查发现，10kV侧B相绕组Ⅰ档分接引线与分接开关导电杆内螺丝连接松动，紧固螺丝后，在测平衡率符合要求。

3. 分接开关问题，主要分为以下两种

①分接开关接触不良，多表现为某档或几档的直流电阻的不平衡率超标。

分接开关接触压力不够将导致接触点表面镀层材料易于氧化，进而引发接触不良。因此，有载和无载励磁分接开关接触不良也是导致变压器直流电阻不平衡率超标的一个原因。

②分接开关指位指针移位也会导致变压器绕组直流电阻不平衡超标。一般为测量数据散乱，不符合正常规律。

在正常情况下，在分接开关各分接位置下所测直流电阻应符合按分接位置递减的规律。如果不符合这个规律，且三相分接开关情况右相同，此现象可能是分接开关位置指示器角度安装得不正确而引起。对于分相切换接头位置的分接开

关，这种不规律现象可能只发生在一相上，这就是分接开关的错位。

例5.一台S₉-1000/10变压器预防性试验中，发现直流电阻不平衡率达8.2%,

与上次数据比较，各数据都明显偏大。经吊芯检查，分接开关接触点压力不够，A相尤为明显，有过热变色、烧损痕迹。更换分接开关后，测试数据正常。

例6.一台S₉-1600/10变压器，第一次测测得R_A0直流电阻数据如表3所示。

表3 S₉-1600/10变压器直流电阻数据

分接位置	1	2	3	4	5	6	7	8	9a	9b
RA0（Ω）	11.51	11.73	11.63	11.18	12.10	12.60	12.55	1.946	2.166	11.87
分接位置	9c	10	11	12	13	14	15	16	17	—
RA0（Ω）	11.71	11.88	11.56	11.33	11.67	11.41	11.52	11.52	1.97	—

从表3变压器实测直流电阻值可见，数据杂乱无章，无规律可循。通过变比测试，发现变比也是如此，诊断可能分接开关有问题。在厂家技术人员的协助下，打开有在开关进行检查，发现场安装指示不明确，安装人员在例行试验后二次安装时位置装错，导致实际档位与显示档位不符。处理后，第二次测量直流电阻数据如表4，试验结果正。

表4 S₉-1600/10变压器故障处理后的直流电阻数据

分接位置	1	2	3	4	5	6	7	8	9a	9b
RA0（Ω）	1.740	1.706	1.673	1.639	1.608	1.576	1.544	1.514	1.480	1.478
分接位置	9c	10	11	12	13	14	15	16	17	—
RA0（Ω）	1.477	1.508	1.539	1.567	1.597	1.627	1.654	1.684	1.714	—

如原始档直流电阻平衡，调动分接开关后直流电阻不平衡时，应首先考虑分接开关是否有问题。

4. 绕组断股、匝间短路

变压器绕组断股多数为短路断股，一般发生在变压器事故中，易造成绕组烧断、烧损，其结果必然导致直流电阻不平行率超标。

结束语：

（1）、在对试验结果是否合格诊断中，先排除人为因素造成的试验结果不准确因素，然后才可进一步对变压器进行合理的测试，并根据测量结果进行诊断。

（2）、影响直流电阻不平衡的因数很多，有的与变压器的设计结构、导线材质、绕组回路各个元件本身故障等愿因有关，也有与变压器的运行、维护状况有关，所以在试验时应该综合分析直流电阻不平衡的因数。

致谢：

本部门各位师傅对本文撰写提出宝贵意见,特此致谢。

参考文献

［1］Q/CSG114002—2011《电力设备预防性试验规程》

［2］GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》。

［3］陈化钢，电力设备预防性试验方法及诊断技术，中国科学技术出版社。

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