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变压器预防性试验综述

李卓，赵强

(宣化钢铁集团有限责任公司，宣化075100)

关 键 字：电力变压器；预防性实验；变压器性能

1  概述

随着社会经济的迅速发展，电力的需求在经济发展中的地位也日益突出。这就对电力变压器的性能提出了更高的要求，而考核变压器合格的重要手段是变压器试验。本文着重研究的是变压器试验中数据测量的目的、测量具体要求及测量的方法和数据的分析与处理，试验具体包括如下内容：(1)直流电阻的测定；(2)绝缘电阻的试验；(3)吸收比的试验；(4)交流耐压的试验。

2  试验内容及方法

2．1  直流电阻的测量

2．1．1  测量的目的和要求

变压器绕组直流电阻的测量属于变压器的例行试验，所以每一台变压器不论是在新投运前或是运行中都要进行直流电阻的测量。

测量变压器直流电阻的目的主要是检查变压器的以下几个方面：

1)绕阻导线连接处的焊接或机械连接是否良好，有无焊接或焊接不良的现象；

2)引线与套管、引线与分接开关的连线是否良好；

3)引线与引线的焊接或机械连接是否良好；

4)导线的规格、电阻率是否符合要求；

5)各项绕组的电阻是否平衡；

2．1．2  测量的方法

变压器绕组直流电阻的测量有两种方法：电桥法和伏—安表法。

2．1．2．1  电桥法

使用电桥法测量变压器绕阻直流电阻是常用的方法，测量直流电阻使用直流电桥，在正确合理使用电桥的条件下可以得到较高的准确度。在变压器直流电阻测试时，通常使用0．05—0．1级的电桥。直流电桥可分为单臂电桥和双臂电桥两种。

1)单臂电桥(惠司登电桥)

单臂电桥用来测量直流电阻值大的绕阻电阻，其原理如附图1。

图中R1、R2和R3是桥臂电阻，Rx是被测电阻，P是接在电桥对角线的检流计，E是直流电源。I0是通过检流计的电流，I1和I2分别是电桥平衡时通过桥臂的电流。调整电桥的电阻使检流计指零，此时有I0=0，于是有

I1*Rx=I2*R3    (3—1)

I1*R2=I2*R1    (3—2)

两式相除有

Rx／R2=R3／R1

由此得到

Rx=R2*R3／Rl    (3—3)

式中(3—3)R2／R1经常做成比例臂，而R3是可变电阻，通过调节R3使电桥平衡(检流计指零时)，测得电阻Rx的数值。

常用的单臂电桥R3是4位读数，准确级0．1—0．5级，更准确的电桥R3可以是5位，可以达到0．01—0．05准确级。

2)双臂电桥(凯尔文)电桥

双臂电桥是用来测量电阻值较小的绕组电阻，其原理如图2。

对图中的三角形123进行角星转换，可以得到图3：

这是一个如附图1的单臂电桥线路，略去推导，根据平衡条件最后可以得出：

Rx=Rn*R4／R3+r*(R4*R~3－R3*R～4)／R3*(r+R～3+R～4)

=Rn*R4／R3+r*R～3*(R4／R3－R~4／R～3)／r+R+3+R～4    (3—4)

在R4／R3=R～4／R~3时，式(3—4)就变成式(3—3)。

双臂电桥有较高的准确度，在正确合理使用时可以得到准确的测量结果。

2．1．2．2  伏—安表法

伏—安表法中伏特表和电流表均带来系统误差。因为电流表的指示I中包含有通过伏特表的电流Iu，而测量结果需校正Iu在伏特表两端到变压器上的引线压降Uu。其测量结果有一定的误差，而且在测量中工作繁琐，故此方法已逐渐被电桥法取代。近年来由于电子技术的发展，许多仪器制造厂相继开发出基于伏—安表法的数字微欧计，或变压器直流电阻测量装置，这些仪器不但使用方便，而且在变压器试验场合使用时其准确度高于双臂电桥，因而被广泛使用。

2．1．3  试验中应注意的事项

(1)除了执行安全规程的有关规定外，还应注意由于变压器各次绕组的电感作用，在直流电阻的试验中，拉合电源开关时，将会在各次绕组中感应出高电压。须谨防伤人。

(2)由于变压器的充电时间较长，在直流电阻测试中合上电源以后，电流不会很快稳定，而有一个充电的过程。试验中，应等电流稳定之后，即表针稳定之后，才能读取数值。

(3)试验时，应先合上电源，在接入电压表或检流计，测量完毕，先断开电压表和检流计，再断开电源。

2．1．4  测量结果的判定

根据电器试验标准的规定，凡是变压器线间直流电阻其最大值与最小值的差与其三项平均值的比值不得大于2％；变压器相间直流电阻其最大值与最小值的差与其三项平均值的比值不得大于4％。如若超过标准，则判定变压器直流电阻超标，应检查维修。每次所测电阻值都应在同一温度下进行，若比较结果直流电阻虽然未超标，但每次测量的数值都有所增加，这种情况也应引起重视。

2．2  绝缘电阻的测量

2．2．1  测量的目的和意义

绝缘电阻试验在制造厂是对产品的绝缘材料、制作工艺，产品整体状态进行质量监督，而在运行中是为了对绝缘进行维护管理。其试验的主要目的是：在变压器制造过程中，用来确定绝缘的质量状态及发现生产中可能出现的局部或整体缺陷，并作为产品是否可以继续进行绝缘强度试验的一个辅助判断手段。同时向用户提供产品出厂前的绝缘特性测量实测数据，用户可以由此对比运输、安装、运行中由于吸潮、老化及其他原因引起的绝缘劣化，使变压器及其他电器设备的绝缘事故防患于未然，从而获得在维护上有价值的历史资料。

2．2．2  测量方法

2．2．2．1  绝缘电阻的物理现象

在对绝缘施加直流电压时，流过绝缘介质的电流是随着时间的增加而逐渐减小，并逐渐趋于稳定值。这个电流是三种电流之和，他们分别是位移电流，吸收电流，泄漏电流。(见图4)

(1)位移电流：位移电流是在施加电压时，对绝缘介质的几何电容充电时的电流，一般在极短的时间内衰减。当撤去电压时，流过和充电时相反的放电电流，同样很快衰减。

(2)吸收电流：吸收电流是绝缘介质在施加电压后，由于介质的极化，偶极子转动等原因而产生的。它是随时间衰减，而且是缓慢衰减的电流。

(3)泄漏电流：泄漏电流是由于在绝缘介质内部或表面移动的带电粒子产生的传导电流。它一般不随时间的改变而变化。

严格的讲，绝缘电阻是外施电压除以全电流后的值。由于电流是随时间变化的量，所以绝缘电阻也是随时间变化的量，只有当时间很长，全电流衰减到泄漏电流时，绝缘电阻才达到稳定值。

2．2．2．2  绝缘电阻的试验方法及注意事项

目前，产品的绝缘电阻的试验一般采用绝缘电阻表法，他属于直流试验方法。在测量变压器高压侧或低压侧时，应对另一侧接地，而且在测量时应按顺序测量，因为在测量变压器绕组的绝缘电阻时，变压器的线圈间和线圈对地都会有一定的电容充电现象，如若不按顺序测量，线圈间的电容就会重新重电，其测量的准确度就会下降，影响测量结果。对被试品施加完一次直流电压以后，必须将电极短路接地1分钟以上，将剩余电荷尽量放完，然后再进行下一组的试验，否则，残存的电荷将对测量结果产生影响。

过去广泛使用的绝缘电阻表是用装在内部的手摇直流发电机作为直流高压电源，其电压是脉动的，仪表的指示也和磁电式直流表的情况相同，同样是表示瞬时值的平均值。使用这种绝缘电阻表，除了要按照使用说明书保证接线的正确外，在绝缘电阻测量时要维持每分钟转速大于等于120转，而且转速要均匀。

逐渐取代手摇绝缘电阻表进行测量的其他型式的绝缘电阻表很多，比较典型的基本原理是采用交流或直流电源，经高压发生器产生直流高压，并设计了自动采样，自动计时等功能。一般有2．5kv和5kv两档电压供不同试品选择，在显示屏上可直接显示各种测量项目的结果，实现了绝缘电阻的自动测量。

按照下表测量变压器绝缘电阻的接线说明进行接线

绝缘电阻测量时的注意事项：

1)严格按照仪表使用说明书的要求，正确连接仪表端子与被试品线端，避免由于接线错误造成的测量误差。

2)高压测试连接线应尽量保持架空，确需使用支撑时，要保证支撑物的绝缘状态和距离，必要时要加以确认，以保证测量结果的可信性。

3)一般的绝缘电阻表均设有屏蔽端子，当测试环境条件污秽严重或相对湿度较大时，被试品的外绝缘表面泄漏电流会对绝缘电阻的测量结果产生较大的影响，在这种情况下，要利用绝缘电阻表的屏蔽端子采用相应的屏蔽措施。

4)如果所使用的仪表本身不具备自动放电功能，那么每次测量结束后要对地放电。

2．3  吸收比试验

2．3．1  吸收比的含义

60秒与15秒的绝缘电阻值之比成为吸收比，由于总的电流是随着时间的增加而逐渐衰减的，因此，试品的绝缘电阻随着时间的增加而逐渐上升，并趋向稳定。在开始时上升较快，以后上升速率逐渐降低。特别是试品的绝缘性能良好时，需要很长的时间才能达到稳定值，且绝缘电阻值较高。其电阻随时间变化的曲线斜率可以用来说明绝缘的状态。

2．3．2  测量吸收比的意义

测量吸收比可以判断电力设备是否受潮，这是因为绝缘材料干燥时，泄漏电流成分很少，绝缘电阻由充电电流所决定。在摇到15秒时，充电电流仍比较大，于是这时的绝缘电阻就比较小；到摇到60秒时，根据绝缘材料的吸收特性，这时的充电电流已较接近饱和，绝缘电阻就比较大，所以吸收比就比较大。而绝缘受潮时，泄漏电流分量就大大的增加，随时间变化的充电电流影响就比较小，这时泄漏电流和摇的时间没有什么关系，这样，其比值就很接近了，换言之，吸收比就降低了。

2．3．3  吸收比的分析判断

(1)绝缘电阻高，吸收比低，是绝缘良好的表现，为了对绝缘的状态进一步判断，可采用对变压器加温的方法，在升温或降温的过程中对绝缘电阻和吸收比进行监测，其绝缘电阻随温度的增高而减小，吸收比随温度的增高而增大。

(2)绝缘电阻低，吸收比高，往往是变压器油的绝缘电阻偏低或介质损耗因数偏高所致。

(3)在绝缘电阻测量过程中，如果对所测吸收比结果不甚满意，可采用10分钟的绝缘电阻测量，用极化指数来帮助判定变压器绝缘是否存在缺陷，是十分有效的方法。在正常情况下，油脂绝缘结构的极化指数应大于1．5。(极化指数是指遥测被试品的10分钟与1分钟的绝缘电阻的比值)

2．4  交流耐压试验

2．4．1  交流耐压试验的意义和目的

为了保证变压器符合安全可靠运行的要求，除了变压器的绝缘性能，电气性能符合国家标准外，还必须使变压器的绝缘电气强度符合要求。变压器的电气强度是考核变压器在正常工作电压和非正常状态下(如遭受雷雨过电压，操作过电压等作用)能安全可靠运行的必要条件。只有通过这些作用电压和局部放电的考核，才可以说变压器已经具有上网运行的基本条件。因此每台变压器均应承受诸如短时工频耐压，冲击耐压和局部放电测量等考试的考核。由于本论文只考虑变压器的预防性试验，故只做变压器的短时工频耐压试验。

外施耐压试验的目的是考核绕组对地和绕组之间的主绝缘强度。这一目的对于全绝缘变压器来说完全能达到，对于分级绝缘的变压器则只能考核绕阻对铁轭的端绝缘，绕阻部分引线的对地绝缘强度，至于绕阻对地和绕阻之间的绝缘强度则无法达到考核的目的。对于此种变压器只能用感应耐压试验的方法来达到考核绕组对地和绕组之间，以及相关引线的绝缘强度的目的。

2．4．2  短时工频耐压试验的方法及注意事项

短时工频耐压试验对绝缘施加一次相应的额定耐受电压(有效值)，其持续时间为1分钟和频率达数百赫而持续时间不超过1分钟的试验。

外施耐压试验时，变压器的被试绕组及其引线和其它相连的元件(如开关等)均承受同一试验电压，而非被试绕组则短路接地。对于全绝缘变压器(即绕组的首末端绝缘水平相同)，绕组首末端的工频绝缘水平和工频耐受电压值一致。对于分级绝缘变压器(即绕组的首末端绝缘水平不同)外施耐压的试验值和绕组末端的工频绝缘水平一样。其接线原理图见图5。

短时工频耐压的注意事项：

(1)试验变压器应装有过流保护跳闸装置

(2)三相变压器试验试不用分相进行，但是必须将同一绕组的三相所有引出线均短封接地后再进行试验，否则不仅影响试验电压的准确性而且可能危害变压器的主绝缘。

(3)试验中如有放电或击穿现象发生时，因立即降低电压，切断电源，以免事故扩大。

2．4．3  工频耐压试验的分析及判断

耐压试验后，判断变压器试验是否合格，按照GB1094．3—85第10条规定“如果未发现内部绝缘击穿或局部击穿，则试验合格”。由于，目前技术水平有限，尚没有一种有效的手段来判断变压器是否发生了局部损伤，因此这一问题还有待于进一步努力与探索。

现根据以往的试验经验总结出变压器不合格的主要原因有以下几点：

(1)在交流耐压试验中，主要靠监视电流表的变化来判断变压器的交流耐压试验是否合格。当电流表突然上升或下降，并且被试品有放电的声响，则说明变压器有问题，应查明原因。

(2)绝缘性能变坏。如变压器油中进入水分、固体绝缘受潮、绝缘老化等。

(3)试验方法和电压测量方法不正确。如在进行变压器试验时，未将被试绕组短封接地，非被试绕组可能对地放电，误判为不合格。

2．5  小结

本文结合《电力设备预防性试验规程》，通过对变压器预防性试验的基本方法及内容的论述，能正确分析试验中出现的异常现象，正确综合的判断测试结果，以保证变压器在运行中的可靠性。