蘇佳偉，陳懇

(云南師范大學(xué)，云南 昆明 650500)

變壓器是供配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到供配電系統(tǒng)的安全、質(zhì)量和效率，通過(guò)定期開(kāi)展預(yù)防性測(cè)試，實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)和潛在故障并及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，合理確定變壓器投入數(shù)量和配置三相負(fù)載，對(duì)保障供配電系統(tǒng)運(yùn)行安全和提高運(yùn)行效率具有重要意義[1].直流電阻和絕緣電阻對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的影響已被廣泛研究[2-8]，本文以在用10 kV變壓器作為測(cè)試對(duì)象，實(shí)際測(cè)量變壓器直流電阻和絕緣電阻，分析三相不平衡率，配合開(kāi)展交流耐壓試驗(yàn)和接地電阻測(cè)試，為變壓器的故障預(yù)判及安全使用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和預(yù)防性測(cè)試案例分析.

1 直流電阻和絕緣電阻的測(cè)試原理及要求

1.1 直流電阻測(cè)試要求及三相不平衡率的計(jì)算

電力變壓器低壓繞組的直流電阻由繞組電阻、引線電阻、中性線電阻和接觸電阻構(gòu)成，高壓繞組的直流電阻由繞組電阻、引線電阻、匝數(shù)電阻和接觸電阻構(gòu)成[2].變壓器繞組直流電阻三相不平衡率計(jì)算式為

(1)

式中，Rmax為直流電阻三相測(cè)量值的最大值；Rmin為直流電阻三相測(cè)量值的最小值；Rav為直流電阻三相測(cè)量值的平均值.

1.2 絕緣電阻的測(cè)試原理及要求

絕緣電阻是電氣設(shè)備絕緣層在直流電壓作用下呈現(xiàn)的電阻值，等于泄漏電流流過(guò)時(shí)的阻值，大小與絕緣內(nèi)部是否受潮以及表面是否清潔等因素有關(guān)[9].根據(jù)直流電路的歐姆定律，絕緣電阻計(jì)算式為

(2)

式中,R為當(dāng)電容充電電流和吸收電流都衰減到趨近零時(shí)的絕緣電阻阻值；U為測(cè)試絕緣電阻時(shí)施加的直流電壓；I為測(cè)試絕緣電阻時(shí)施加直流電壓U后流過(guò)的總電流.

當(dāng)測(cè)量溫度與產(chǎn)品出廠試驗(yàn)時(shí)的溫度不一致時(shí)，變壓器絕緣電阻的溫度換算系數(shù)[10]

(3)

式中，A為溫度換算系數(shù)；K為實(shí)測(cè)溫度值(℃)減去20的絕對(duì)值.校正到20 ℃時(shí)的絕緣電阻值計(jì)算應(yīng)滿足下列要求：

當(dāng)實(shí)測(cè)溫度為20 ℃以上時(shí)，取

R20=ARt;

(4)

當(dāng)實(shí)測(cè)溫度為20 ℃以下時(shí)，取

R20=Rt/A;

(5)

式中,R20為20 ℃的絕緣電阻值；Rt為實(shí)測(cè)電阻值；A為溫度換算系數(shù).

2 實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

1)樹(shù)脂澆注干式變壓器9臺(tái)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合GB1094.11 IEC60076-11，型號(hào)均為SCB10-800/10.5，絕緣等級(jí)F級(jí)，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Dyn11，投入使用日期為2009年；

2)直流電阻測(cè)試儀器為YR-05N變壓器直流電阻測(cè)試儀；絕緣電阻測(cè)試儀器為YD-6805智能型絕緣電阻測(cè)試儀；接地電阻測(cè)量?jī)x器為FSYB-D型一頻電網(wǎng)接地電阻測(cè)量?jī)x；

3)變壓器輸出電壓監(jiān)測(cè)使用Acrel PZ80智能電測(cè)表，電流互感器變比為2 000∶5.

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)一：變壓器直流電阻測(cè)量及三相不平衡率分析

測(cè)試條件:晴，測(cè)量溫度:8～13 ℃，相對(duì)濕度:52%～61%，分別測(cè)量高壓側(cè)A、B、C三相線間直流電阻RAB、RBC和RAC,及低壓側(cè)各相對(duì)中性點(diǎn)o的直流電阻Rao、Rbo和Rco，并轉(zhuǎn)換為20 ℃下標(biāo)準(zhǔn)電阻值.

實(shí)驗(yàn)二：變壓器絕緣電阻測(cè)量及交流耐壓試驗(yàn)

測(cè)試條件:晴，測(cè)量溫度:8～13 ℃，相對(duì)濕度:52%～61%，分別測(cè)量耐壓前和耐壓后的絕緣電阻，將測(cè)得值換算為20 ℃下的絕緣電阻(R20).交流耐壓試驗(yàn)采用外施高壓耐壓法，按出廠試驗(yàn)值80%(高壓側(cè)試驗(yàn)電壓28 kV，低壓側(cè)試驗(yàn)電壓4 kV)開(kāi)展耐壓試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間1 min.

實(shí)驗(yàn)三：變壓器接地電阻測(cè)試

測(cè)試條件:晴，測(cè)試溫度:8～13 ℃，相對(duì)濕度:52%～61%，測(cè)量完成后將測(cè)量阻值轉(zhuǎn)換為20 ℃下標(biāo)準(zhǔn)值.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)一

9臺(tái)變壓器的直流電阻值和三相不平衡率計(jì)算結(jié)果如表1，高壓側(cè)三相不平衡率均小于2%，低壓側(cè)三相不平衡率均小于4%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求[11].

表1 變壓器直流電阻及三相不平衡率分析Table 1 Transformer DC resistance and three-phase unbalance rate

對(duì)各相與中性點(diǎn)三相不平衡率較大的序號(hào)為1、7、8和9的變壓器進(jìn)一步利用Acrel PZ80智能電測(cè)表測(cè)量其帶負(fù)載時(shí)的相電壓和線電壓，選取某天9:00—10:00監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔15 min.計(jì)算三相電壓與平均值的相對(duì)誤差，并對(duì)5個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的相對(duì)誤差求得平均值，分析變壓器輸出三相電壓的平衡性.A相、B相、C相電壓與平均值相對(duì)誤差如圖1所示，AB相、BC相、AC相電壓與平均值相對(duì)誤差如圖2所示.可以看出，4臺(tái)變壓器相電壓與平均值的差異在0.08%以內(nèi)，線電壓與平均值的差異在0.045%以內(nèi)，表明變壓器輸出三相電壓差異很小，輸出三相電壓平衡.

圖1 相電壓與平均值的相對(duì)誤差Fig.1 Relative error between phasevoltage and average value

圖2 線電壓與平均值的相對(duì)誤差Fig.2 Relative error between line voltage and

3.2 實(shí)驗(yàn)二

變壓器耐壓前后絕緣電阻測(cè)量數(shù)據(jù)和交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果如表2所示.可以看出，所有變壓器高壓側(cè)絕緣電阻均大于10 000 MΩ，絕緣情況良好，但在低壓側(cè)序號(hào)為2、3、4、7和8的變壓器出現(xiàn)了絕緣電阻值低于10 000 MΩ的現(xiàn)象，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求[10].序號(hào)為4、7和9的變壓器鐵芯對(duì)地的絕緣電阻異常，需進(jìn)一步監(jiān)測(cè).

表2 變壓器絕緣電阻及交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of transformer insulation resistance and AC withstand voltage test

3.3 實(shí)驗(yàn)三

9臺(tái)變壓器接地電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示，變壓器實(shí)測(cè)接地電阻較小，表明接地狀態(tài)良好，符合≤0.5 Ω的標(biāo)準(zhǔn)要求[10].

表3 變壓器接地電阻Table 3 Transformer grounding resistance

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)試變壓器自投入使用至今已達(dá)12 a，通過(guò)實(shí)驗(yàn)一測(cè)量直流電阻，分析變壓器三相不平衡率，觀察變壓器三相輸出電壓，結(jié)果說(shuō)明測(cè)試變壓器繞組、開(kāi)關(guān)和套管之間引線的連接狀態(tài)良好，繞組匝間不存在短路故障，對(duì)變壓器三相電壓輸出的相對(duì)誤差分析進(jìn)一步證明變壓器輸出狀態(tài)正常.但隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，因焊接氧化、連接松動(dòng)等導(dǎo)致接觸不良、繞組缺陷而出現(xiàn)三相不平衡，會(huì)導(dǎo)致變壓器相間或相與地間產(chǎn)生循環(huán)電流，增加變壓器的附加損耗，甚至導(dǎo)致變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行.

實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三表明變壓器耐壓前后高壓側(cè)絕緣電阻狀況良好，接地狀態(tài)良好.但部分變壓器低壓側(cè)絕緣電阻低于標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明該部分變壓器存在絕緣缺陷.有3臺(tái)變壓器存在鐵芯絕緣電阻偏低的問(wèn)題，會(huì)增加變壓器自身?yè)p耗，存在誘發(fā)多點(diǎn)接地導(dǎo)致變壓器接地電流增大，造成接地環(huán)流，引發(fā)變壓器局部發(fā)熱和損壞的可能，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè).