摘" 要：風(fēng)能作為一種可再生、無(wú)污染的清潔能源，在日益枯竭的化石燃料的沖擊下，在人類(lèi)加倍關(guān)注全球環(huán)境惡化的情況下，為解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步、資源環(huán)境協(xié)調(diào)、風(fēng)能發(fā)電等問(wèn)題投入了大量資金，開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源。因?yàn)闆](méi)有油，就不會(huì)產(chǎn)生起火、爆炸、污染等問(wèn)題，損耗和噪聲都降到了一個(gè)新的水平，所以風(fēng)機(jī)中的一個(gè)重要設(shè)備就是干式變壓器，它廣泛應(yīng)用于新能源風(fēng)機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)中。干式變壓器直流電阻檢查要求在預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)范中進(jìn)行。變壓器直流電阻不均衡率的高低對(duì)其性能的影響至關(guān)重要。直流電阻試驗(yàn)是為了防止繞組導(dǎo)線斷裂、接頭焊接、接觸不良、匝間短路等問(wèn)題在運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生，檢查繞組質(zhì)量和回路完整性。干式變壓器的直流電阻不平衡率，也影響著正常運(yùn)行中變壓器高低壓側(cè)電流、電壓等數(shù)據(jù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：直流電阻;不均衡率;絕緣;電流;干式變壓器

中圖分類(lèi)號(hào)：TM412" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）02-0144-04

Abstract： As a renewable， pollution-free clean energy source， wind energy has invested heavily in solving problems such as economic and social progress， resource and environmental coordination， and wind energy power generation under the impact of increasingly exhausted fossil fuels and as mankind pays more attention to the deterioration of the global environment. A large amount of money has been invested to develop new and renewable energy sources. Because there is no oil， there will be no problems such as fire， explosion， and pollution， and loss and noise have been reduced to a new level. Therefore， an important equipment in the wind turbine is the dry-type transformer， which is widely used in the power generation system of new energy wind turbines. The DC resistance inspection of dry-type transformers is required to be carried out in the preventive test specifications. The imbalance rate of DC resistance of a transformer is crucial to its performance. The DC resistance test is to prevent problems such as winding wire breakage， joint welding， poor contact， and inter-turn short circuits from occurring during transportation， installation and operation， and to check the winding quality and circuit integrity. The DC resistance imbalance rate of dry-type transformers also affects data parameters such as current and voltage on the high and low voltage sides of the transformer during normal operation.

Keywords： DC resistance; imbalance rate; insulation; current; dry-type transformer

近年來(lái)，在國(guó)家政府、發(fā)電商、電網(wǎng)公司、各用電單位新時(shí)期提出的“雙碳”目標(biāo)等多方努力下，中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可謂風(fēng)起云涌。伴隨著常規(guī)機(jī)組被大量的新能源發(fā)電機(jī)組替代，新的挑戰(zhàn)再次出現(xiàn)在新能源發(fā)展面前。

電能質(zhì)量耐受標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低的新能源發(fā)電設(shè)備包含數(shù)千種電力、電子和機(jī)械設(shè)備。因此，當(dāng)系統(tǒng)電壓、頻率、波形出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)隨之發(fā)生變化;另一方面，風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行年數(shù)逐年增加，設(shè)備老化問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，設(shè)備的可靠性也在不斷下降，這就是風(fēng)機(jī)設(shè)備的老化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重的原因。

新能源風(fēng)機(jī)干式變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性與風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)、變頻器等相關(guān)重要設(shè)備的安全運(yùn)行直接相關(guān)。作為風(fēng)機(jī)上的重要設(shè)備之一，圍繞風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中受到新能源風(fēng)機(jī)干式變壓器三相直流電阻失衡的影響進(jìn)行論述。

1" 風(fēng)機(jī)干式變壓器的基本原理

1.1" 風(fēng)機(jī)干式變壓器概況

干式變壓器的作用是為了輸送所有由風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生或消耗的電力，而改變發(fā)電機(jī)電壓以適應(yīng)中壓電網(wǎng)的電壓。本文以歌美颯G8X型號(hào)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的干式變壓器為例（型號(hào)：ABB-2350/36-Dyn11），圖1為變壓器實(shí)際安裝位置。

歌美颯G8X變壓器系統(tǒng)由以下元件組成：變壓器器件;自動(dòng)控制閥;溫度探測(cè)器 PT100;變壓器保護(hù)設(shè)備：含電弧探測(cè)器，無(wú)極繼電器，熔斷器，聯(lián)鎖裝置;風(fēng)扇裝置;機(jī)械固定錨點(diǎn);抑制共振的濾波式電阻器。

為了安全考慮，變壓器設(shè)計(jì)在與其他設(shè)備相獨(dú)立的設(shè)備間內(nèi)。設(shè)備間的進(jìn)出使用保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備的接地電路斷路器通過(guò)機(jī)械式聯(lián)鎖裝置進(jìn)行限制。

變壓器通過(guò)一根由熔斷器保護(hù)的撓性電纜連接到相關(guān)設(shè)備，通過(guò)一根三極電纜接至位于塔架下部的環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)設(shè)備。通過(guò)金屬氧化物自動(dòng)閥對(duì)變壓器進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。熔斷器位于低壓部分（690 V）的變壓器次級(jí)線圈中，保護(hù)機(jī)器不遭受因過(guò)電流或者短路引起的變壓器故障。熔斷器能保護(hù)變壓器與電氣柜的連接，以及其他自動(dòng)保護(hù)裝置（如FG2、FG5和FG8）在電氣柜內(nèi)接線。當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，信號(hào)被發(fā)送給中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備使之觸發(fā)，從而避免更為嚴(yán)重的問(wèn)題。根據(jù)變壓器的配置，三相線路的熔斷器斷開(kāi)電路，從而防止設(shè)備以單相繼續(xù)運(yùn)行。

當(dāng)繞組溫度超過(guò)130 ℃時(shí)，通過(guò)PT-100傳感器激活6個(gè)風(fēng)扇;風(fēng)扇在溫度達(dá)到120 ℃以下時(shí)停止使用。PLC還可以利用這一溫度激活機(jī)艙內(nèi)的各種加熱和冷卻元件，從而觸發(fā)報(bào)警器，使風(fēng)機(jī)在變壓器的任意繞組溫度超過(guò)155 ℃時(shí)切換到 PAUSE（STOP）模式。該報(bào)警在上述溫度下降5 ℃之前不會(huì)停止。當(dāng)溫度超過(guò)165 ℃時(shí)，報(bào)警器被觸發(fā)，風(fēng)電機(jī)組將切換到EMERGENCY（急停）模式。

1.2" 直阻測(cè)量風(fēng)機(jī)干式變壓器

變壓器的主要參數(shù)之一是測(cè)量變壓器繞組直流電阻。該裝置能有效地檢測(cè)缺陷故障，如繞組匝間短路，斷股繞組，分接開(kāi)關(guān)的接觸狀態(tài)，導(dǎo)線電阻的差異，接頭處的不良接觸等。檢測(cè)各相繞組直流電阻是否平衡，調(diào)壓開(kāi)關(guān)擋位正確，也是一種有效的檢測(cè)方法。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10228—2015《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》中6.2.1條對(duì)干式變壓器（配電變除外）的要求作了規(guī)定。中性點(diǎn)引出時(shí)繞組電阻不均衡率不大于2%（上線不大于2%）。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中還明確規(guī)定，直流電阻不均衡率如因線材、引線結(jié)構(gòu)等原因超過(guò)上述規(guī)定數(shù)值時(shí)，除需將實(shí)際數(shù)值記錄在出廠試驗(yàn)記錄中外，還應(yīng)注明出現(xiàn)此類(lèi)偏差的原因。但是，現(xiàn)在不少用戶強(qiáng)烈要求變壓器生產(chǎn)廠家符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求，對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)條款的理解還不夠清晰。由于結(jié)構(gòu)限制，需要投入較高的材料成本，才能滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求的容量在1 000 kVA以上的大型干式變壓器。干式配電變壓器容量隨著變壓器材料性能的提高和制造水平的提高，顯著超出標(biāo)準(zhǔn)限制的2 500 kVA，外接結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電阻失衡的問(wèn)題進(jìn)一步凸顯。

2" 干變直流電阻失衡原因分析

2.1" 繞組線材原因

繞組電阻主要反映了標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10228—2015《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》中提到的線材原因。由于線材截面、電阻率、繞制導(dǎo)線長(zhǎng)度等誤差，使繞組電阻發(fā)生變化，從而引起變壓器三相電阻不平衡的現(xiàn)象。

因?yàn)楦唠妷豪@組的匝數(shù)多，導(dǎo)線長(zhǎng)，截面小，所以阻力大。相對(duì)于線材造成的阻值誤差而言，三相阻值失衡的沖擊要小一些。因?yàn)榈蛪豪@組匝數(shù)少，導(dǎo)線短，截面積大，其電阻值小。由于低壓繞組線材造成的三相電阻失衡，更顯著地影響著系統(tǒng)電流。

2.2" 零線排引起的電阻不平衡

干式配電變壓器具有容量大、低壓繞組電阻小等特點(diǎn)，但其產(chǎn)品外形尺寸較大、零線排長(zhǎng)較長(zhǎng)。而這樣的設(shè)計(jì)造成變壓器三相電阻失衡，其中零線排造成的電阻影響是最主要的原因。如圖2所示的低壓繞組及零線排電阻回路。

圖2中，Ra、Rb、Rc分別指低壓繞組a、b、c三相電阻，三者數(shù)值相等;R1表示在零線上的直流電阻，在b和c之間。R2表示零線排直流電阻，在b和a之間;R0表示銅排直流阻，在0至a之間。

以ABB-2350/36-DYN11干式變壓器為例，根據(jù)零線排布的分布規(guī)律，我們已經(jīng)知道了這一點(diǎn)。Ra=Rb=Rc=447 μΩ。得

R1=R2=12.18 μΩ，

R0=4.06 μΩ。

最大阻值不均衡率按圖2電路計(jì)算為

R=（Ra0+Rb0+Rc0）/3=[（Ra+R0）+（Rb+R2+R0）+（Rc+R1+R2+R0）]/3，

Δr=ΔR/R=（Rmax-Rmin）/（Ra0+Rb0+Rc0）/3=24.36/463.24=5.26%，

式中：ΔR為最大值與最小值之差;R為三相電阻平均值。

通過(guò)上述計(jì)算能夠得出如下結(jié)論：在干式變壓器采用零線排放的情況下，其電阻不均衡率超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4%這一限值。由此可見(jiàn)，零線排對(duì)三相電阻失衡產(chǎn)生更大影響這一情況，在大容量干式配電變壓器中表現(xiàn)得更為突出。

2.3" 零線排引起電阻不平衡對(duì)變壓器的影響

以圖2為例，以a繞組為例，各繞組電阻損失的計(jì)算過(guò)程是

Pa=I2Ra+I02R0。

按照上述式子進(jìn)行推導(dǎo)可知，a相繞組上所消耗的電阻損耗值為R，而其余的電阻損耗則消耗在繞組之外的銅排上。

結(jié)合前面的計(jì)算能夠得出，繞組的溫升并不會(huì)受到零線排電阻的影響。這是因?yàn)樽儔浩骼@組自身的電阻值并沒(méi)有出現(xiàn)變化，所以由零線排所引起的電阻不平衡，對(duì)變壓器二次電壓不平衡率產(chǎn)生的影響相對(duì)較小，在實(shí)際情況中可將其忽略不計(jì)。

2.4" 外負(fù)載影響變壓器電阻失衡

變壓器在低壓供電系統(tǒng)中將10 kV或6 kV電壓轉(zhuǎn)換成380 V/220 V電壓向用戶供電。因?yàn)殡娏Φ氖褂锰攸c(diǎn)和負(fù)荷的波動(dòng)等因素，變壓器在運(yùn)行中通常會(huì)面臨三相負(fù)荷不平衡的情況。若變壓器在三相負(fù)荷失衡的條件下運(yùn)行，則會(huì)造成變壓器三相溫升不均，進(jìn)而產(chǎn)生三相繞組電阻及輸出電壓的不均。

假定變壓器三相負(fù)荷平均為額定負(fù)荷的70%。其中，最大相位負(fù)載為平均三相負(fù)載的110%，最小相位負(fù)載為平均三相負(fù)載的90%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，干式變壓器在三相負(fù)荷失衡的情況下，由于線材和引線結(jié)構(gòu)（如零線排、側(cè)出線）造成的電阻失衡，會(huì)使干式變壓器的三相電阻失衡，從而造成變壓器內(nèi)部失衡。

但是，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電力主回路中，變頻器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三相電壓、負(fù)荷的平衡率，保證三相負(fù)荷平衡。因此，不會(huì)出現(xiàn)由于三相電壓或負(fù)荷失衡造成的三相電阻失衡現(xiàn)象。

3" 結(jié)論

通過(guò)上述分析可得出的結(jié)論如下。

當(dāng)干式變壓器的線材致使三相電阻不均衡率超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值時(shí)，其對(duì)干式變壓器三相繞組溫升的影響，要比不均衡率在規(guī)定值內(nèi)時(shí)更大。不過(guò)，相對(duì)而言，其對(duì)輸出電壓不均衡的影響程度要低一些。所以，由線材引起的三相繞組電阻失衡問(wèn)題，必須得到變壓器制造廠家的高度重視。當(dāng)干式變壓器三相電阻不均衡率超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，這種情況很可能是引線結(jié)構(gòu)中零線排出所導(dǎo)致的，但這種電阻不平衡對(duì)變壓器三相繞組的溫升影響不大，對(duì)輸出電壓不平衡的影響也微乎其微。

因此，如果因引線結(jié)構(gòu)等原因?qū)е轮绷麟娮璨痪饴食^(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，我們要求廠家在出廠測(cè)試記錄時(shí)，不僅要對(duì)實(shí)際數(shù)值進(jìn)行詳細(xì)記錄，還要對(duì)差異產(chǎn)生的原因作出明確說(shuō)明。

由于干式變壓器三相繞組溫度升高存在較大差異，若三相負(fù)荷不平衡，有可能導(dǎo)致其電阻不平衡超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，并且這一因素的影響遠(yuǎn)比結(jié)構(gòu)性因素的影響更大。三相負(fù)荷失衡對(duì)變壓器影響最大的方面是二次電壓失衡。不過(guò)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用的干式變壓器不會(huì)因?yàn)樨?fù)荷不平衡而出現(xiàn)不平衡溫升的情況。

4" 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的逐年增加，將清潔能源發(fā)電視為電網(wǎng)未來(lái)規(guī)劃的重要方向之一，風(fēng)電機(jī)組中大量應(yīng)用干式變壓器，變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響十分重要。

本文簡(jiǎn)明扼要地介紹了干式變壓器在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所起到的重要作用，研究了新能源風(fēng)機(jī)干式變壓器三相直流電阻不平衡的原因，變壓器直流電阻不平衡率的控制是一個(gè)系統(tǒng)的全面的工程，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)對(duì)變壓器的溫度運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，在設(shè)備干式變壓器運(yùn)行的全壽命周期要加以重視，定期測(cè)量變壓器直流電阻不平衡率，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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第一作者簡(jiǎn)介：馬進(jìn)（1990-），男，工程師。研究方向?yàn)殡姎夤こ獭?/p>