检测、判断与验证
（海南电网公司三亚供电局，海南 三亚 572000）
摘 要：10kV配电变压器绕组断线故障，因高低压侧运行表计的电压、电流示数基本正常，故在常规运行状态下较难判断。本文针对物业小区用电检查中所发现的配电变压器运行安全隐患，通过专业检测计算、向量图分析，求出变压器各绕组的真实直流电阻、电压相位变化状况，以精确判断故障并建议及时采取技措予以排除，确保小区配电变压器的安全可靠运行。 关键词：变压器；直流电阻；向量；安全
0 引言
三亚供电局在对河西片区进行日常用电检查时，某小区物业管理部门反映，该小区大楼内的电梯无法正常起降，而小区的500kVA箱式变压器高低压电压、电流表计却指示基本正常。由于该变压器高压绕组为三角形接线，每相绕组在变压器内部头尾相接，无法从外部直接测量每相绕组的直流电阻，因此缺乏直接判断绕组内部缺陷的检测手段。供电部门技术人员通过对该配电变压器的专业检测，详细分析变压器绕组的内在串并联关系及向量图分析，准确判断故障部位，排除了故障隐患，于此撰文供同行参考研究。
1 箱式变电站的基本情况
该小区箱式变电站型号为XBW-Q-12/0.4，内设高压开关柜三面，低压开关柜五面，500kVA油浸式变压器一台。其中变压器为北京二变变压器有限公司2009年出品，型号为S11-500/10。配电变压器的接线组别为Dyn11（也就是△／Y 11型变压器绕组接线方式），高压绕组为三角型接线，低压绕组为星型接线，低压侧引出中性线。低压侧绕组的相角滞后高压绕组330度，用时钟的表示方法，假设高压侧绕组为中心12点时刻，那么低压侧绕组就在11点位置，夹角为30度。
Dyn11（△／Y 11）型变压器绕组接线及向量图如图1、图2所示。
A
B
C
C
a b c
330o
VAN
Van
A
n
B
图1 Dyn11型变压器绕组接线 图2 Dyn11型变压器绕组向量
1
2 变压器的实地测试与初判
首先用数字万用表对低压侧三相电压进行了测量：Ua=231V、Ub=230V、Uc=201V，从电压测量结果看，a、b相电压正常，c相电压偏低，虽大楼电梯无法正常使用，但尚能保证小区居民家里的日常生活用电。这是一般认为变压器貌似没有问题的表面现象。经过进一步的变压器绕组直流电阻测试，发现高压侧三相电阻的差异超大。误差△R计算方法如下：
ΔR＝〔（Rmax-Rmin)/Rp〕100%
式中：Rmax——最大一相电阻值；Rmin——最小一相电阻值；Rp ——三相线电阻或相电阻平均值。
表1 高压侧线圈直流电阻试验结果表
线圈档位
实测RAB（Ω）
实测RBC（Ω）
实测RCA（Ω）
误差（%）
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
2.7840 2.7100 2.6300 2.5600 2.4860
2.7850 2.7100 2.6300 2.5600 2.4860
5.5700 5.4200 5.3600 5.3500 4.9660
75.034 75.000 77.119 79.943 74.864
表2 低压侧线圈直流电阻试验结果表
低压侧
实测ao (mΩ)
1.390
实测bo (mΩ)
1.400
实测co (mΩ)
1.410
误差（%） 1.429
南方电网《电力设备预防性试验规程》规定，对1600kVA及以下的油浸式电力变压器，绕组直流电阻相间差别一般不大于三相平均值的4%，线间差别一般不大于三相平均值的2%。表1和表2实测数据表明，该变高压绕组直流电阻严重超标。
根据绕组直流电阻的试验结果及配电变压器高压侧的接线方式，经过测试数据分析发现，该变压器高压侧的C相绕组存在开路可能。因为变压器高压侧线圈三角型联接时，线间直流电阻RAB =A相直流电阻RA//另外两相直流电阻串联（RB+RC），其中//为并联符号（下同）。
3 试验数据验证C相绕组断线开路
A
变压器高压绕组三角形连接，C相绕组断线情况的接线图如下：
RA RB RC 断线
Ra Rb Rc
RA
a b c
C
A RC
RB B
A B C
X x Y Z
y z
断线
图3 Dyn11型变压器C相绕组断线情况下的接线
2
从图3绕组断了线的接线图中可得出直流电阻的等式RAB=RA，RBC=RB，RCA=RA+RB， 根据表1以变压器Ⅲ档实测数据为例可证实这个关系。 RAB=RA=2.6300Ω，RBC=RB=2.6300Ω， RCA=RA+RB=2.6300Ω+2.6300Ω=5.3600Ω
三相电力变压器出现这种直流电阻不平衡关系，有可能是某个调压档位触头接触不良引起，然而通过表1“试验结果表”证实该配电变压器的WSPⅡ63/10-6×5型无励磁分接开关五个档位均存在这种直流电阻等式关系，从而排除调档开关触头接触不良因素，基本可判断是变压器高压侧C相绕组开路。
4 安装交接试验验证C相绕组开路
变压器高压绕组三角形连接，三相绕组完好情况的接线图如下：
RA RB RC
Ra Rb Rc
RA
a b c
C
A RC
RB B
A B C
X x Y Z
y z
图4 Dyn11型变压器三相绕组完好情况下的接线
从图4绕组完好的接线图可得出RAB=RA//(RB+RC)，RBC= RB//(RA+ RC)，RCA= RC// RA+RB) 通过联列后解该三元一次方程组可得到如下公式
RA=RBC-RP-（RBC×RCA）/(RBC-RP) RB=RCA-RP-（RCA×RAB）/(RCA-RP) RC=RAB-RP-（RAB×RBC）/(RAB-RP)
其中RP=（RAB+ RBC+RCA）/2
表3 交接试验变压器线圈直流电阻试验结果表
线圈档位
实测RAB（Ω）
实测RBC（Ω）
实测RCA（Ω）
误差（%）
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
1.7960 1.7550 1.7020 1.6520 1.6030
1.7970 1.7570 1.7050 1.6530 1.6060
1.7990 1.7550 1.7030 1.6540 1.6050
0.167 0.114 0.176 0.121 0.187
仍以变压器Ⅲ档交接试验数据为例，线间直流电阻测试值为 RAB=1.7020Ω，RBC=1.7050Ω，RCA=1.7030Ω
经计算各相间直流电阻计算值为RA=2.5660Ω，RB=2.5500Ω，RC=2.5490Ω
去除试验设备及其试验温度等外在因素的影响，RA(正常、交接测试数据)≈RAB (故障、断线实测数
3
据)，也就充分证明该变压器高压侧C相绕组确实断开了。
在电力变压器测试分析实践中，还有一种极其简易的算法，在计算相间直流电阻时，完全可以忽略线间直流电阻的微小不平衡认为是相等的，采用近似算法如下。
令三相绕组的相间直流电阻相等为RA，角型联接时，设线间直流电阻为R，它相当于2个RA串联后再与1个RA并联（2RA//RA）；
即：R=2RA//RA=2RA×RA/2RA+RA=2RA/3 因为 R=2 RA/3
所以 RA＝1.5R=1.5×1.7=2.55≈RAB(故障、断线实测数据)。
这种近似分析方法可极大的方便现场测试人员迅速判断变压器内部断线故障的性质。
5 发生C相断线故障的理论分析
△/Y11接线变压器正常运行时两侧电压、电流相位关系如图5、图6所示。
UAB
IAB 30o
IA
UCA
Ua
UBC
IC
30o ICA
Ia
30o
IBC
IB
UCA
UAB
Uc
UBC
Ub
Ic
Ib
图5 变压器正常运行时两侧电压相位关系 图6 变压器正常运行时两侧电流相位关系
当△/Y接法变压器高压侧C相绕组断线或接头断线，则该绕组电流为零，而C相铁芯柱仍有磁通，这是由于A、B两相绕组产生的主磁通经C相铁芯柱构成回路而形成，这个合成磁通会在C相铁芯柱上的低压侧绕组产生一个与正常时低压侧C相电势大小相等，方向相反的电势。实际上由于磁路上的变化，C相低压侧的电压略低于正常电压，而且相序由顺时针方向变为逆时针方向。向位角也由120度变为60度。
6 变压器绕组断线故障原因分析
（1） 导线接头处焊接不良；
（2） 分接开关接线松脱、动触头损坏； （3） 搬运时振动强烈，使引线断开；
（4） 绕组发生匝间，相间短路或对地短路而烧断；
4
（5） 制造工艺、雷击造成绕组内部断线。
因本例变压器故障后，运行声音没有很大异常，而且分接开关五个档位反映为同一故障现象，故分析判断倾向于第二项分接开关C相动触头损坏或第五项绕组内部断线。
经停运设备，并对该台变压器进行吊芯检查，发现外观裸露部分没有明显断线故障现象，分接
A相
B相
C相
开关各相动静触头接触良好，但变压器的油质劣化非常严重，变压器油色已成焦黄色。进一步将高压侧C相绕组（C-Z）在Z处断开，在证实分接开关接触良好的情况下，用万用表测量，A-Z相通，C-Z电阻为无穷大，证实本文的判断，确实是C相绕组内部开路故障。
在Z处断开C相绕组， 实测C-Z绕组电阻为无 穷大，确认C相绕组内 部断线。 图 图7 变压器吊芯检查图片
7 结束语
该小区在出现供电系统无法正常启动电梯的情况下，物业管理部门被电压基本正常所蒙蔽，通过从相邻小区另外引接电源供电梯使用的方式，让该配电变压器继续带病运行是非常危险的。据统计变压器绕组断线故障会带来以下危害：a） 由于相序变化，造成电动机拒动，轻载电机甚至会发生反转；b)低压侧三相电压出现不平衡现象；c） 变压器实际容量减少；d） 严重时变压器断线处会产生电弧，烧毁分接开关甚至整个箱式变压器本体。三亚供电局此次及时对该箱式变压器进行专业检测，确定故障原因，排除故障隐患，避免了箱式变压器被烧毁的风险。目前该配电变压器已停运，安排返厂维修。
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