基于变压器直流电阻不平衡原因分析及处理方案余冰

基于变压器直流电阻不平衡原因分析及处理方案余冰

余冰

北京市城市照明管理中心北京市100078

摘要：本文分析了三相变压器在生产过程导致直流电阻不平衡率超标的原因，并在此基础上提出了消除不平衡率超标的办法和相应的查找办法。

关键字：直流电阻；不平衡率；分接开关

一、引言

根据GB1094.1-1996的规定，变压器绕组直流电阻的测量属于变压器的例行试验，不论在生产过程还是事故分析中都必须做这项试验。根据GB651.1-86，GB6450-86中规定，对于10kV级，容量不超过1600kVA(干式变压器2500kVA)的变压器，其相电阻的不平衡率规定为4%，线电阻不平衡率为2%，并注明：如果三相变压器的直流电阻值是由于线材及引线结构等原因超过了规定值，应写明引起这一偏差的原因，同时出厂试验报告中应给出具体实测值，使用单位将验收试验值与出厂值进行比较，要求偏差不能超过2%。

二、变压器绕组直流电阻不平衡率超标原因

1）绕组出现局部发热严重；

2）绕组的三相电流和电压的不平衡；

3）变压器送电后跳闸；

4）变压器出现单相运行。

2.1导体本身质量

导体本身电阻率超标

有的变压器绕组的直流电阻偏大，主要原因是市场上供应的纸包扁铜线质量较差，导线中的铜、银含量均低于国家规定的标准限额，就算是同一尺寸的导线，其电阻率也彼此有一定偏差。为了控制变压器直流电阻的不平衡率，必须严格控制导线的电阻率，有条件的话应对每次采购的导体进行电阻率的测量，若不合格，则坚决不用，同一台变压器的绕组所使用的导线则最好采用同一厂家生产的同一批号的同一规格的导线，这样可将由此导致的三相直流电阻不平衡率降到最低。

导体截面大小

有时即便采用了电阻率合格的导线，但由于导线截面尺寸的偏差，也可能导致绕组直流电阻不平衡率的超标。对于扁铜线，主要是导体的宽度或厚度偏比较大，导致截面偏差较大，造成导体的尺寸不合格。对于导体采用铜箔绕组则主要表现为铜箔的厚度偏差上。以常规的0.5mm厚度的铜箔为例：制造厂的厚度偏差为±0.03，现有有两卷铜箔，一卷偏差为为+0.02，另一卷偏差为-0.02，如果将这两卷加工成绕组，则绕组的不平衡率为：0.04&pide;0.5=8%，这远远超过了国家标准规定的相电阻的不平衡率不超过4%的规定，但从单卷的铜箔来说它却是合格的铜箔。

因此在采购扁铜线时需要严格检测几何尺寸。

2.2引线结构的影响

由于变压器结构设计上的原因，各相至中性点的引线长短均不相等。中、小型变压器的引线结构如图1所示，其中b相引线最短，c相引线最长，因此各绕组的直流电阻就存在差异，线间Rab≈Rbc<Rca，相间Rbo<Rao<Rco，导致了直流电阻不平衡率的超标。对于三相绕组直流电阻非常接近的变压器，a、c两相绕组的直流电阻受引线的影响最大，因此，不平衡率很容易超标。

图1图2

为了消除引线结构带来的差异可采取以下措施：

1）在保证强度和绝缘距离足够的情况下，尽量的减小低压套管的间距，缩短a、c两相的引线长度，使三相引线电阻基本接近。

2）适当增加a、c两相首端引线铜（铝）排的厚度或宽度。

3）在保证引线允许载流量的情况下，适当减小b相引线的截面。

4）为Yn联结，找出a、b、c三相电阻的平衡点，然后将中性点引出线焊接在该点上，如图2所示。

5）将3个绕组中电阻值最大的绕组套在b相，可以降低b相引线较短所产生的影响。

在现场实践中，可以选择上述一种方法单独使用，也可以几种方法配合来用。

2.3结构件连接不紧的影响

由大量的现场检修和试验结果数据表明，结构件连接不紧是导致变压器直流电阻不平衡率超标的主要原因。

1）绕组与套管的导电铜螺栓连接处有氧化膜或者是紧固螺母有松动。

2）绕组分接引线电缆头与分接开关导柱连接处有松动。

3）引线与套管导杆之间连接不紧。

4）套管铜棒与引线之间接触不良。

5）穿缆引线鼻与将军帽接触不紧。

某厂对1台SJL-1000／10型配电变压器做预防性试验时，发现低压侧直流电阻严重超标，测试结果见表1。由表1可以看出，不平衡率已经远远超过4％，由此怀疑绕组出现了问题。后经过吊心检查，发现c相低压绕组与套管导电铜螺栓连接处的软铜排发热并且变色，连接处的紧固螺母已经松动。于是清除表面氧化膜，重新紧固螺母后，再次测量，不平衡率为0.84%，符合了要求。

可采取以下措施来解决：

1）提高安装与检修的质量，细心检查各个连接部位是否连接良好。

2）在运行过程中，可利用色谱分析结果综合判断或红外线测试，及时检测出不良部位，并及早处理。

2.4分接开关的影响

分接开关接触不良

有载、无载分接开关动静触头接触不良，是主变压器各类缺陷中数量最多的一种，高达40％，给变压器安全运行带来很大威胁。造成接触不良的直接原因有：分接开关不清洁、接点处表面镀层易于氧化脱落、落接触点弹簧压力不够、触头烧毛等。

某厂在对一台66kV有载调压变压器进行预防性试验时，发现直流电阻在多档位处出现不平衡率超标现象，经过油色谱分析，发现氢的含量较高。现取其中一档数据进行分析，线电阻RAB=264.2mΩ，RBC=262.9mΩ，RCA=256.1mΩ，绕组Y连接，经过计算相电阻RAO=134.3mΩ，

RBO=141.1mΩ，RCO=132.2mΩ，发现B相存在缺陷，随后对该变压器大修，发现B相的有载分接开关触头弹簧压力不足，后经处理后再测，三相电阻平衡。

可通过以下方法消除影响：

1）对老型号分接开关进行技术改造，在结构设计上采取有效措施，保证触头接触良好；

2）定期检查避免分接开关机件各部分螺钉松动；

3）有载调压开关5～6年至少检修1次。

分接开关指位指针移位

另外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率超标。

为消除分接开关指位指针移位造成直流电阻不平衡率超标，出厂前应进行分接开关试验，核对分接开关位置是否正确。在分接开关检修后，也应进行核对。

此外，短路冲击、长期过载运行、频繁调压都会导致变压器直流电阻不平衡率超标

三、直流电阻不平衡的检查

逐步进行，每步检查完毕后都应试验再次确认，可快速准确地检出故障点。

3.1多次重复试验

检查有载调压开关接触处表面是否氧化，可以通过多次调节有载调压开关，使触头反复接触来去除氧化膜。如测量前后数值没有较大变化，或三相直流电阻同时成比例的减小，可以排除这种可能。

3.2检查易拆接部位

首先检查外接引线处是否存在螺丝松动或过度氧化的现象。若未发现故障点，则将直流电阻偏大相的将军帽取下，将测试线直接接到导电杆上，如果没有减小，就需要将高压套管里的油放空，拔出套管，检查引线与绕组连接处的焊点有无脱焊、虚焊现象。若没有，则将切换开关筒内的油放出，吊出切换开关，测量切换开关和过渡电阻的直流电阻，并对切换开关的接触头进行打磨处理。若仍未发现故障点，则将绕组分为两部分进行判断，分别测量高压引线至切换开关接头的直流电阻和切换开关接头至中性点部位的直流电阻，找出是哪部分直流电阻增大。

3.3放油检查。

将变压器本体中的油放尽后，检修人员从入孔进入变压器内部。检查各个连接处接线螺丝有无变形或烧损，并观察绕组有无变形，若仍不能判定故障点，则应将变压器吊罩，进一步检查确认，若不能准确判断故障部位，可结合变压器绕组变形试验来进行判断。