基于DSP变压器直流电阻的“消磁动态”方法测试

1 引言

变压器绕组直流电阻测试是变压器出厂及预防性试验的主要项目之一。按照IEC标准和国标GB1094，变压器在制造过程中、大修后、交接试验和预防性试验以及绕组平均温升的测定和故障诊断中等都必须进行该项试验。

近几年有关电力变压器直流电阻的测试方法已在参考文献中详细论述。这些方法可以分为两大类：静态和动态测量法。所谓静态测量法，指待绕组充电电流稳定后进行测量，它包括，增大回路电阻的电路突变法、高压充电低压测量法、磁通泵法等，它们都存在测量过程须依赖人工干预的缺点。所谓动态测量法，指不需要等到稳定后再测量，而是利用电感线圈充电过程中的电压、电流数据来测量其电阻。在动态测量法中，二阶振荡法对于回路中所串联的电容有较高的要求，还要求严格把握电流极值点，若di/dt≠0，而电感的数值又很大，所产生的电感压降UL=Lx(di/dt)叠加于直流电阻极小的压降UR上，则降低测量精度。一般而言，静态测量法消耗时间较长，但是测量数据比较可靠；动态测量法快速高效，但是测量数据有时不太可靠。

本文针对它们的各自特点，借助于TI(TexasInstrument)公司信号处理器(DSP)，提出了“消磁动态法”，力求将两类方法的优点集于一体，解决智能化、快速、可靠测量大型电力设备直流电阻的问题，尤其是大容量的三相五柱变压器的快速测量。

2 测试系统原理分析

2.1 消磁法基本思路

常规研究三相三柱变压器的方法是把电力变压器绕组等效于电感和电阻的串联，绕组电流变化过程为：

其中，τ=Lx/Rx为回路时间常数;Rx、Lx为被测变压器绕组直流电阻、电感；E、i为电源和回路电流。

下面简要分析三相五柱变压器的互感耦合绕组的电路过渡过程，其等效电路如图1所示。其中，R1为原边电阻;R2为副边电阻折合值;L为对应于激磁电抗的电感。此电路的阻抗函数为：

此电路的强制响应(即端电压的稳态分量)和自然响应分别为：

电路的全响应为强制响应与自然响应之和，即：

待定常数A可由初始条件求得。因此，端电压的时间变化函数为：

那么，若[p] [p] 全部功能，与常规的设计相比，利用F240芯片使得系统硬件电路简单，体积减小，软件编程也变得容易。为实现本系统功能，F240外扩64Kbyte数据存储单元用于数据的运算处理和存储；采用MAX715芯片提供系统所需的多种电压;电源监控芯片MAX691确保电源的正常供应、RAM的写保护以及系统低压检测功能;通信接口采用MAX232芯片;选用了REF02精密电压/温度传感器芯片，可以同时测量环境温度；用户接口配备了192×128点阵液晶显示器和4×4键盘便于参数的显示和用户的各种功能操作；而数据的采集、跳变沿捕捉、“看门狗”、程序的存储等都由F240实现。在测试前将全部测试钳夹住变压器端子，由计算机控制换接测量端。

4 测量任务

4.1 计算相间电阻、线间电阻的不平衡率

在GB6451-86《三相浸式电力变压器技术参数和要求》系列标准中，规定了三相绕组直流电阻不平衡率的限值。当容量为1600kVA时，要求相电阻不平衡率≤±4%、线电阻不平衡率≤±2%;当容量更大时，则相电阻不平衡率(中性点引出时)和线电阻不平衡率均≤2%。所以，必须根据测量结果计算出相应电阻不平衡率。

4.1.1 相及线电阻不平衡率表达式

设三相变压器三个相绕组的电阻值分别为Ra、Rb和Rc；设最大相绕组、最小相绕组分别为Rmaxp和Rminp。由此，按相电阻不平衡率Sp的定义，有：

又设在三相变压器的三个线端a、b和c中的任意两个端子间的线电阻分别表示为Rab、Rbc和Rca，且设Rmaxl最大、Rminl最小。由此，按线电阻不平衡率Sl的定义有：

4.1.2Y或Z联结时线电阻不平衡率表达式

从用直流电源测电流电阻角度看，Y联结与Z联结并没有什么区别，均有：

Rab=Ra+Rb，

Rbc=Rb+Rc，

Rca=Rc+Ra。

当Ra最大Rc最小时，则Rab最大，Rbc最小。则式(13)变换为：

由式(14)可知，在Y联结及Z联结时的线电阻不平衡率S1总是等于相电阻不平衡率Sp的一半。

4.1.3 D联结时线电阻不平衡率的计算

在D联结时，每次测得的线电阻，是由两相绕组串联后再与第三相绕组并联。设Ra最大、Rc最小，因此，线电阻不平衡率S1为：4.2 绕组直流电阻值R75的换算

变压器绕组的电阻大小受温度影响，测量时，应记录当时的环境温度(最好测出绕组温度)。没有浸油的变压器，以室温作为测试温度。已浸油的，以油面温度作为测试温度。若变压器运行后，绕组温度比室温高得多，最好待温度降低到稳定后再测量。有关R75换算方法，参见相关资料，此处省略。

5 测试结果及可信度分析

表1中的A表示一台报废的三相变压器(容量为1250kVA，联接组别：Y0/Δ)，B表示一台1250kVA的三相变压器(联接组别：Y0/Δ)，H表示高端直流电阻。表2为某工厂巨型三相五柱变压器：容量240MVA，电压242/15.75kV，联接组别：Y0/Δ，其中，L表示低端直流电阻，H表示高端直流电阻。观察测量数据可知，它们的差别属于正态分布，数据是可信的〔6，7〕，并且测量时间较短，效率高。由表1中的SP和SL可知：A报废，B是正常的。由表2可知：该变压器的SP和SL已经超过2%，应该着手检查及时排除故障。

6 结束语

本方法的特点在于合理地将静态与动态测试方法有机地统一了起来，它特别适用于各种不同容量、不同联结组、铁心为五柱式或三柱式的电力变压器的绕组直流电阻的快速、准确、可靠的测量；该方法的另一个特点是合理地选用DSP数字处理器，可以快速、准确地进行数据处理；由于采用蓄电池供电，不需要增加新的设备，该方法极易于在现场实施。