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1 引言 變壓器繞組直流電阻測試是變壓器出廠(chǎng)及預防性試驗的主要項目之一。按照IEC標準和國標GB1094，變壓器在制造過(guò)程中、大修后、交接試驗和預防性試驗以及繞組平均溫升的測定和故障診斷中等都必須進(jìn)行該項試驗。 近幾年有關(guān)電力變壓器直流電阻的測試方法已在參考文獻中詳細論述。這些方法可以分為兩大類(lèi)：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量法。所謂靜態(tài)測量法，指待繞組充電電流穩定后進(jìn)行測量，它包括，增大回路電阻的電路突變法、高壓充電低壓測量法、磁通泵法等，它們都存在測量過(guò)程須依賴(lài)人工干預的缺點(diǎn)。所謂動(dòng)態(tài)測量法，指不需要等到穩定后再測量，而是利用電感線(xiàn)圈充電過(guò)程中的電壓、電流數據來(lái)測量其電阻。在動(dòng)態(tài)測量法中，二階振蕩法對于回路中所串聯(lián)的電容有較高的要求，還要求嚴格把握電流極值點(diǎn)，若di／dt≠0，而電感的數值又很大，所產(chǎn)生的電感壓降UL＝Lx（di／dt）疊加于直流電阻極小的壓降UR上，則降低測量精度。一般而言，靜態(tài)測量法消耗時(shí)間較長(cháng)，但是測量數據比較可靠；動(dòng)態(tài)測量法快速高效，但是測量數據有時(shí)不太可靠。 本文針對它們的各自特點(diǎn)，借助于TI（TexasInstrument）公司信號處理器（DSP），提出了“消磁動(dòng)態(tài)法”，力求將兩類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)集于一體，解決智能化、快速、可靠測量大型電力設備直流電阻的問(wèn)題，尤其是大容量的三相五柱變壓器的快速測量。 2 測試系統原理分析 2．1 消磁法基本思路 常規研究三相三柱變壓器的方法是把電力變壓器繞組等效于電感和電阻的串聯(lián)，繞組電流變化過(guò)程為 下面簡(jiǎn)要分析三相五柱變壓器的互感耦合繞組的電路過(guò)渡過(guò)程，其等效電路如圖1所示。其中，R1為原邊電阻；R2為副邊電阻折合值；L為對應于激磁電抗的電感。此電路的阻抗函數為： 造成加電后感性繞組存在過(guò)渡過(guò)程的原因是磁通不能突變。當由一穩態(tài)轉換到別一穩態(tài)時(shí)就需要過(guò)渡時(shí)間。如果略去剩磁，則測量變壓器直流電阻時(shí)，其起始狀態(tài)磁通為零。如果我們設法在整個(gè)測量過(guò)程中保持這種零狀態(tài)，那就從根本上消除了過(guò)渡過(guò)程，達到快速測量的目的。 測量高（中）壓線(xiàn)圈的直流電阻的同時(shí)，在中（低）壓線(xiàn)圈中加反向電流，目的是抵消電流磁場(chǎng)。也就是說(shuō)，當測量高壓側直流電阻時(shí)，除在高壓待測相線(xiàn)圈中加電流外，還應在相應的中壓側線(xiàn)圈中加一反向電流，使此電流產(chǎn)生之磁勢與高壓側產(chǎn)生之磁勢大小相等方向相反，如能同時(shí)加入則性能達到相互抵消。即，保證在整個(gè)測量過(guò)程中保持“零磁通”狀態(tài)。其簡(jiǎn)圖如圖2（略去低壓繞組）所示。 設高壓側有N1匝，中壓側有N2匝，則高壓側磁勢為N1i1，中壓側為N2i2，如N1i1＋N2i2＝0，則i2＝－N1·i1／N2，因N1／N2＝u1／u2，故，由銘牌上給定的某一分頭電壓比，即可求出匝數比。 當測量低壓側繞組時(shí)，其簡(jiǎn)化電路如圖3所示。由圖可知，中低壓匝數比為中壓線(xiàn)電壓和低壓線(xiàn)電壓之比，如設中壓線(xiàn)電壓為u2，低壓為u3，則N2／N3＝（u2／ 2．2動(dòng)態(tài)測試法基本思路 僅靠“靜態(tài)”的方法并不能很好地解決測量的準確性與快速性這個(gè)矛盾。為此，本文提出了在“靜態(tài)”測量的思路基礎之上的“動(dòng)態(tài)”測試法。其原理示意圖見(jiàn)圖4，圖中，UN是串入繞組中的高精密標準電阻RN上端電壓，E為被測繞組端電壓。 3 測試系統介紹 整個(gè)測試系統以TMS320F240為控制中心，系統框圖如圖5所示。TMS320F240（16位定點(diǎn)處理器），將高性能DSP內核和豐富的微控制器外設功能集于單片之中，從而成為傳統的多微處理器單元（MCU）和昂貴的多片設計的理想替代品〔5〕。F240具有16路10bit A／D輸入接口，由于它優(yōu)良的性能使得依靠單一的芯片基本上可以完成系統全部功能，與常規的設計相比，利用F240芯片使得系統硬件電路簡(jiǎn)單，體積減小，軟件編程也變得容易。為實(shí)現本系統功能，F240外擴64Kbyte數據存儲單元用于數據的運算處理和存儲；采用MAX715芯片提供系統所需的多種電壓；電源監控芯片MAX691確保電源的正常供應、RAM的寫(xiě)保護以及系統低壓檢測功能；通信接口采用MAX232芯片；選用了REF02精密電壓／溫度傳感器芯片，可以同時(shí)測量環(huán)境溫度；用戶(hù)接口配備了192×128點(diǎn)陣液晶顯示器和4×4鍵盤(pán)便于參數的顯示和用戶(hù)的各種功能操作；而數據的采集、跳變沿捕捉、“看門(mén)狗”、程序的存儲等都由F240實(shí)現。在測試前將全部測試鉗夾住變壓器端子，由計算機控制換接測量端。 4．1 計算相間電阻、線(xiàn)間電阻的不平衡率 在GB6451－86《三相浸式電力變壓器技術(shù)參數和要求》系列標準中，規定了三相繞組直流電阻不平衡率的限值。當容量為1600kVA時(shí)，要求相電阻不平衡率≤±4％、線(xiàn)電阻不平衡率≤±2％；當容量更大時(shí)，則相電阻不平衡率（中性點(diǎn)引出時(shí)）和線(xiàn)電阻不平衡率均≤2％。所以，必須根據測量結果計算出相應電阻不平衡率。 4．1．1 相及線(xiàn)電阻不平衡率表達式 設三相變壓器三個(gè)相繞組的電阻值分別為Ra、Rb和Rc；設最大相繞組、最小相繞組分別為Rmaxp和Rminp。由此，按相電阻不平衡率Sp的定義，有： 從用直流電源測電流電阻角度看，Y聯(lián)結與Z聯(lián)結并沒(méi)有什么區別，均有： Rab＝Ra＋Rb， Rbc＝Rb＋Rc， Rca＝Rc＋Ra。 當Ra最大Rc最小時(shí)，則Rab最大，Rbc最小。則式（13）變換為： 4．1．3 D聯(lián)結時(shí)線(xiàn)電阻不平衡率的計算 在D聯(lián)結時(shí)，每次測得的線(xiàn)電阻，是由兩相繞組串聯(lián)后再與第三相繞組并聯(lián)。設Ra最大、Rc最小，因此，線(xiàn)電阻不平衡率S1為： 變壓器繞組的電阻大小受溫度影響，測量時(shí)，應記錄當時(shí)的環(huán)境溫度（最好測出繞組溫度）。沒(méi)有浸油的變壓器，以室溫作為測試溫度。已浸油的，以油面溫度作為測試溫度。若變壓器運行后，繞組溫度比室溫高得多，最好待溫度降低到穩定后再測量。有關(guān)R75換算方法，參見(jiàn)相關(guān)資料，此處省略。 表1中的A表示一臺報廢的三相變壓器（容量為1250kVA，聯(lián)接組別：Y0／Δ），B表示一臺1250kVA的三相變壓器（聯(lián)接組別：Y0／Δ），H表示高端直流電阻。表2為某工廠(chǎng)巨型三相五柱變壓器：容量240MVA，電壓242／15．75kV，聯(lián)接組別：Y0／Δ，其中，L表示低端直流電阻，H表示高端直流電阻。觀(guān)察測量數據可知，它們的差別屬于正態(tài)分布，數據是可信的〔6，7〕，并且測量時(shí)間較短，效率高。由表1中的SP和SL可知：A報廢，B是正常的。由表2可知：該變壓器的SP和SL已經(jīng)超過(guò)2％，應該著(zhù)手檢查及時(shí)排除故障。 6 結束語(yǔ) 本方法的特點(diǎn)在于合理地將靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測試方法有機地統一了起來(lái)，它特別適用于各種不同容量、不同聯(lián)結組、鐵心為五柱式或三柱式的電力變壓器的繞組直流電阻的快速、準確、可靠的測量；該方法的另一個(gè)特點(diǎn)是合理地選用DSP數字處理器，可以快速、準確地進(jìn)行數據處理；由于采用蓄電池供電，不需要增加新的設備，該方法極易于在現場(chǎng)實(shí)施。 |
