35 kV站用變壓器直流電阻異常分析

付軼，劉濤，梁仕斌，廖彬，李賢

（1.昆明晉寧供電局，昆明 650600；2.云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，昆明 650217；

3.云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司，昆明 650217；4.臨滄滄源供電局，云南 臨滄 677400）

0 前言

站用變壓器作為變電站中主要的變電設(shè)備，為變電站內(nèi)一次和二次設(shè)備提供操作電源、保護(hù)電源和控制電源，保障變電站一次和二次設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，并對變電站直流系統(tǒng)充電，保障變電站在交流失壓后直流系統(tǒng)的可靠供電，同時(shí)，為變電站通訊設(shè)備提供穩(wěn)定的通訊電源，并提供變電站內(nèi)的生活和工作用電，在變電站設(shè)備中具有重要的作用。

直流電阻測試是變壓器預(yù)防性試驗(yàn)、大修、小修、分接檔位調(diào)整及故障查找的重要試驗(yàn)項(xiàng)目之一，通過直流電阻試驗(yàn)，可以檢查繞組有無層間、匝間短路，繞組及其抽頭引出線是否斷裂，分接開關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸是否良好等情況[1-2]，為運(yùn)行人員開展變壓器情況分析提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

目前，現(xiàn)場運(yùn)行人員在進(jìn)行變壓器故障查找及故障原因判斷過程中，更多的是結(jié)合變壓器直流電阻數(shù)據(jù)來判斷變壓器的好壞，缺乏對直流電阻數(shù)據(jù)的分析，并進(jìn)而查找出具體的故障原因，對故障原因的判斷也更多的依賴于固定經(jīng)驗(yàn)，判斷故障原因籠統(tǒng)，沒有切中真正的故障點(diǎn)，導(dǎo)致處理故障時(shí)間延長，降低了供電可靠性，并導(dǎo)致未能制定有針對性的控制措施進(jìn)行管控。

對此，本文將結(jié)合一起35 kV站用變壓器故障情況，通過直流電阻試驗(yàn)和解體檢查來分析、查明故障原因,并使運(yùn)行人員掌握無載調(diào)壓分接開關(guān)切換時(shí)變壓器線圈繞組匝數(shù)變化及直流電阻數(shù)據(jù)變化情況。

1 事件概況

某變電站35 kV站用變高壓側(cè)A、B相跌落式熔斷器掉落，變電站站用交流失壓，調(diào)度臺(tái)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)35 kV站用變部分?jǐn)?shù)據(jù)無顯示，經(jīng)現(xiàn)場檢查和初步分析判斷該35 kV站用變壓器損壞。該變壓器為某公司生產(chǎn)的S11-50/35型變壓器，容量為50 kVA，連接組標(biāo)號(hào)為Dyn11，具有1、2、3檔分接位，調(diào)壓方式為無載調(diào)壓。

2 現(xiàn)場檢查及試驗(yàn)

1）現(xiàn)場檢查：35 kV站用變外觀正常，外殼無變形、無滲漏油情況，高、低壓套管引線連接部位無燒蝕痕跡。檢查站用變主控室二次回路無異常，主控室設(shè)備在直流系統(tǒng)供電下正常運(yùn)行，表明故障部位未發(fā)生在二次回路。

2）絕緣電阻測試：脫開站用變壓器高、低壓側(cè)引線及外殼接地引線，用2 500 V兆歐表搖測站用變壓器高-低及地、低-高及地絕緣電阻，兆歐表指針指向“∞”，絕緣電阻搖測正常，同時(shí)，運(yùn)行人員脫開站用變壓器二次電纜兩端，用2 500 V兆歐表搖測A、B、C、N線絕緣電阻，搖測時(shí)其他三相芯線與電纜鎧裝層短路接地，經(jīng)搖測，二次電纜兆歐表指針指向“∞”，絕緣電阻搖測正常，撬開電纜溝蓋板檢查站用變二次電纜無燒傷及破損，未見電弧灼傷痕跡，對此，運(yùn)行人員結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷站用變本體可能出現(xiàn)故障，并決定結(jié)合現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備對該站用變壓器進(jìn)行直流電阻測試。

3）直流電阻測試：為確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，運(yùn)行人員將直流電阻快速測試儀放置平穩(wěn)，儀器外殼接地，反復(fù)幾次切換站用變1檔-3檔分接開關(guān)，減少分接開關(guān)接觸電阻影響，并最終將分接開關(guān)切換至測試檔位上，測試線無纏繞，且盡可能短，減少測試線電阻影響，同時(shí)將測試夾鉗夾在變壓器測試套管上時(shí)反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)幾次，減少接觸部位接觸電阻，并將測試夾鉗上的黑線（電壓線）夾在測試部位內(nèi)側(cè)，紅線（電流線）夾在測試部位外側(cè)，儀器啟動(dòng)預(yù)熱后，選用0-50 Ω電阻量程，10 A大電流檔開始測試，當(dāng)測試結(jié)果穩(wěn)定后，顯示當(dāng)前環(huán)境溫度及20 ℃下直流電阻數(shù)值。

直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，高壓繞組從1檔至3檔直流電阻未出現(xiàn)規(guī)律性減少情況，1檔、2檔線間直流電阻阻值明顯過大，其線間不平衡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)程[3]規(guī)定1 600 kVA 及以下的變壓器線間差別一般不大于三相平均值的2%的要求。高壓側(cè)3檔及低壓側(cè)繞組的直流電阻數(shù)據(jù)則滿足規(guī)程[3]規(guī)定的線間差別一般不大于三相平均值2%的要求，且通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)站用變壓器在1檔、2檔時(shí)，RAB約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍。

為進(jìn)一步對直流電阻測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，筆者結(jié)合該35 kV站用變歷史直流電阻測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)站用變在高壓側(cè)1檔、2檔時(shí)，測試數(shù)據(jù)較歷史數(shù)據(jù)有較大偏差，存在明顯的故障現(xiàn)象。

高壓側(cè)3檔及低壓側(cè)繞組數(shù)據(jù)較歷史數(shù)據(jù)沒有明顯變化，其中，低壓側(cè)繞組數(shù)據(jù)與歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化不滿足規(guī)程[3]規(guī)定相同部位變化值不大于2%的要求，但考慮到其線間差別沒有大于三相平均值的 2%，以及變壓器由于引線電阻及接觸電阻影響情況，判斷低壓繞組直流電阻數(shù)據(jù)合格。

3 直流電阻數(shù)據(jù)分析

3.1 無載調(diào)壓分接開關(guān)接線原理

無載調(diào)壓為在變壓器不帶電情況下，調(diào)節(jié)分接開關(guān)對變壓器進(jìn)行調(diào)壓，以滿足電網(wǎng)運(yùn)行方式和可靠電壓質(zhì)量的要求。目前縣級供電企業(yè)35 kV站用變壓器及配電網(wǎng)變壓器在無特殊要求情況下，基本采用無載調(diào)壓方式。文獻(xiàn)[4]提出當(dāng)線圈電壓較高，或電流較大時(shí)，分接開關(guān)采用圖1方式進(jìn)行接線，在線圈中部進(jìn)行調(diào)壓。

在此種情況下，通過調(diào)節(jié)變壓器箱蓋上的無載調(diào)壓分接開關(guān)，使分接開關(guān)的的滑片在靜觸頭A2-A3（1檔）、A3-A4（2檔）、A4-A5（3檔）之間切換，進(jìn)而使變壓器匝數(shù)通過繞組抽頭A2-A3、A3-A4、A4-A5之間改變，實(shí)現(xiàn)變壓器變比的改變，從而完成調(diào)檔工作。

文獻(xiàn)[5]提出變壓器直流電阻隨著分接開關(guān)的切換出現(xiàn)規(guī)律性遞減或遞增，文獻(xiàn)[6]指出變壓器分接開關(guān)切換后直流電阻應(yīng)符合極差規(guī)律。從圖1可以看出，在正常運(yùn)行情況下，變壓器在1檔時(shí)繞組線圈匝數(shù)最多，2檔次之，3檔最少，也就意味著變壓器在1檔時(shí)其直流電阻最大，2檔次之，3檔最小，同時(shí)，由于廠家設(shè)計(jì)考慮及極差規(guī)律要求，變壓器各檔位之間直流電阻數(shù)值相差在一定范圍內(nèi)，在無故障情況下，各相間、線間直流電阻應(yīng)平衡，因此，各檔位間直流電阻數(shù)值不會(huì)出現(xiàn)明顯偏大或偏小情況。

圖1 無載調(diào)壓分接開關(guān)接線原理圖

3.2 直流電阻數(shù)據(jù)分析

該型號(hào)35 kV站用變壓器“△”接線采用A連z，B連x，C連y方式連接。文獻(xiàn)[7]中提到，當(dāng)變壓器采用“△”接線時(shí)（A連z，B連x，C連y），其相電阻：

式中，Ra為A相繞組電阻，Rb為B相繞組電阻，Rc為C相繞組電阻，RAB、RAC、RBC為線間電阻，Rp=（RAB+RAC+RBC）/2，如果變壓器三相繞組平衡，則相電阻等于1.5倍線電阻，即R相=3R線/2，R線=2R相/3。

在正常情況下，忽略小部分接線電阻及接觸電阻，則 Ra≈Rb≈ Rc，RAB≈RAC≈RBC, 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，變壓器在3檔的時(shí)候，RAB、RAC、RAB直流電阻平衡，數(shù)據(jù)測試正確，對此，根據(jù)3檔數(shù)據(jù)及公式R相=3R線/2，可知道Ra≈Rb≈Rc≈800 mΩ。

對照站用變壓器高壓側(cè)“△”接線及繞組抽頭示意圖（圖2），可知站用變壓器在1檔及2檔時(shí)，只有當(dāng)A相繞組電阻在Ra=0的情況下，則 RAB=Rb+Rc，RAC=Rc，RBC=Rb，RAB才能約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍，且使RAC、RBC及RAB與測試數(shù)據(jù)基本相符，表明A相繞組存在問題。

同時(shí)，結(jié)合圖1，站用變壓器高壓側(cè)3檔數(shù)據(jù)正確，說明A相繞組首端A-繞組抽頭A4-引線-分接開關(guān)-引線-繞組抽頭A5-A相繞組末端x的回路良好，運(yùn)行正常。1檔、2檔數(shù)據(jù)不正確，但RAB、RAC、RBC均有數(shù)據(jù)測出，且要滿足Ra=0的條件，表明A相繞組在以下幾個(gè)方面可能存在故障：

1）A相繞組抽頭A3-A5間的繞組斷裂。

2）A相繞組1檔、2檔的公共繞組抽頭A3與引線連接部位斷裂。

3）A相繞組抽頭A3至分接開關(guān)間的引線出現(xiàn)斷裂。

4）A相繞組分接開關(guān)靜觸頭A3與動(dòng)觸頭無接觸。

圖2 站用變高壓側(cè)“△”接線及繞組抽頭示意圖

4 故障原因分析

根據(jù)直流電阻試驗(yàn)結(jié)果，該站用變壓器直流電阻數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)規(guī)律性變化，且站用變壓器在1檔、2檔時(shí)，RAB約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍，3檔測試數(shù)據(jù)正確。筆者結(jié)合日常工作經(jīng)驗(yàn)，變壓器直流電阻異常大部分原因基本是因?yàn)榉纸娱_關(guān)動(dòng)、靜觸頭由于氧化或接觸不良，導(dǎo)致接觸電阻增大，對此，首先考慮該站用變壓器故障原因?yàn)榉纸娱_關(guān)部分檔位動(dòng)、靜觸頭接觸接觸不良或者無接觸原因引起，但在日常工作中，分接開關(guān)動(dòng)、靜觸頭間接觸電阻的影響不會(huì)使直流電阻出現(xiàn)明顯過大或明顯過小情況，因此除考慮分接開關(guān)動(dòng)、靜觸頭有問題情況外，考慮其他方面也應(yīng)存在問題。

站用變壓器在1檔、2檔時(shí)，RAB約為RAC及RBC直流電阻數(shù)值的2倍，3檔測試數(shù)據(jù)正確，表明A相繞組應(yīng)該出現(xiàn)短路情況，但整個(gè)繞組沒有出現(xiàn)短路狀況，最有可能產(chǎn)生短路的部位應(yīng)為1檔和2檔公共抽頭引線或聯(lián)接部位出現(xiàn)問題，使Ra=0，才能使測量數(shù)據(jù)同理論分析相符合。

通過解體檢查，發(fā)現(xiàn)A相繞組與抽頭A3連接部位出現(xiàn)燒融斷裂。文獻(xiàn)[2]提出繞組抽頭與引線的連接采用銅焊或氣焊，當(dāng)出現(xiàn)“虛焊”或焊接不牢固時(shí)，由于接觸電阻影響，其直流電阻將升高，若變壓器內(nèi)部或系統(tǒng)發(fā)生短路故障，產(chǎn)生的短路電流使繞組溫度急劇上升，絕緣材料過熱劣化，短路電動(dòng)力造成匝間短路，甚至使導(dǎo)線斷股。正常情況下，若系統(tǒng)或變壓器內(nèi)部沒有發(fā)生短路故障，則雖然出現(xiàn)“虛焊”或焊接不牢固情況，直流電阻會(huì)受影響上升，但不會(huì)出現(xiàn)明顯過大情況。

因此，結(jié)合A相分接開關(guān)與繞組抽頭A3、A4連接的動(dòng)、靜觸頭出現(xiàn)燒融情況，其余分接開關(guān)動(dòng)、靜觸頭出現(xiàn)氧化痕跡，判斷故障原因?yàn)?5 kV站用變壓器由于運(yùn)行年限長，A相繞組分接開關(guān)靜觸頭A3、A4與動(dòng)觸頭由于接觸不良，接觸電阻增大，出現(xiàn)發(fā)熱和電弧燒傷現(xiàn)象，電弧分解出具有導(dǎo)電性質(zhì)的碳合物和融化的銅微粒[8]，最終形成短路，產(chǎn)生較大短路電流，導(dǎo)致A相繞組抽頭A3與引線聯(lián)接部位燒斷，并使A相繞組分接開關(guān)與繞組抽頭A3、A4連接的動(dòng)、靜觸頭出現(xiàn)燒壞，同時(shí)，產(chǎn)生的短路電流使站用變高壓側(cè)A相、B相高壓跌落式熔斷器熔斷，是造成此次故障的原因。

5 結(jié)束語

1）直流電阻試驗(yàn)是一項(xiàng)非常簡便及實(shí)用的檢測變壓器各繞組直流電阻是否平衡、分接開關(guān)接觸狀態(tài)及變壓器檔位是否正確的有效手段，通過對直流電阻數(shù)學(xué)公式分析，可以對故障現(xiàn)象進(jìn)行簡單判斷，必要時(shí)，應(yīng)開展絕緣電阻試驗(yàn)、變比試驗(yàn)及油化試驗(yàn)，并進(jìn)行解體檢查。

2）無載調(diào)壓分接開關(guān)接線原理及直流電阻變化情況對日常無載調(diào)壓變壓器調(diào)檔及分析各檔位直流電阻情況具有參考意義。

3）分接開關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸由于接觸不良、氧化而形成接觸電阻增大，是造成直流電阻異常最常見的原因，但當(dāng)直流電阻數(shù)據(jù)明顯偏大或偏小時(shí)，應(yīng)考慮有其他的故障因素。

4）變壓器內(nèi)部導(dǎo)線與導(dǎo)線的聯(lián)接、繞組抽頭與引線的聯(lián)接部位由于“虛焊”或焊接不牢固，會(huì)導(dǎo)致接觸電阻上升，影響直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)或變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路時(shí)，可能導(dǎo)致聯(lián)接部位燒斷。