快速測量變壓器繞組直流電阻的方法

摘要：針對變壓器繞組的特性，提出了一種在過渡過程中測取其直流電阻的新方法，該方法具有簡單、快速、準確的特點。同時進行了模擬試驗，并給出了以單片機為核心的智能儀器實現方案。
關鍵詞：變壓器直流電阻快速測量單片機

1前言

電力變壓器在制造、大修后，交接和預防性試驗中以及繞組平均溫升的測定和故障診斷等都必須進行繞組直流電阻的測量，以對電力變壓器的特性進行分析與判斷[1]。特別在預防性試驗中，試驗人員希望快速測出繞組的直流電阻并接近于實際運行狀態下的直流電阻值。但在實際測量中，由于變壓器的繞組具有很大的電感和微小的電阻，其固有時間常數t=L/R很大，采用常規的電橋法或直流壓降法測量，常常需要較長的時間才能達到平衡，從而無法實現快速測量[2]。盡管以后采取增大回路電阻的電路突變法、短路去磁法等方法來加快電路電流達到穩定值的時間，雖然有所改善，但效果不大，不能從根本上實現快速測量。現研究出一種新的快速測量方法，該方法簡易可靠，易于擴展。現介紹如下供參考。

2新方法的基本原理

電力變壓器繞組可等效為一個電感和電阻R的串聯回路。繞組直流電阻的基本測量電路圖見圖1所示。合上開關K，回路電壓方程式為:E=L（di/dt） iR。考慮到開關的非理想性，設合上開關后電壓E的時刻為t=0，此時電路中的瞬

由式（5）可見，測量變壓器繞組直流電阻時不管電路狀態如何,只需依次測取式（5）中的i（t1）、i（t2）、i（t3），在電源電勢E已知的條件下即可得到R的值。因此可使測量時間任意的短,以實現快速測量電力變壓器繞組的直流電阻R。
本方法的突出優點是，從根本上排除了電路的穩定狀態對測量的影響，可zui大限度地實現快速測量。這是其它測量方法無法達到的，它克服了傳統測量方法所需電源容量大及串入電阻、電容等附加測量元件對測量準確度的影響。

3新方法的模擬試驗

根據上述原理，使用Y/D（Z）型工頻試驗變壓器和HT-1712F型直流穩壓電源進行了模擬試驗。試驗中利用串聯在測試電路中的取樣電阻來取得電流信號，電源電壓取為2.02V，取樣電阻R5=3.11Ω。用TDS-220型示波器錄取試驗波形（見圖2所示）。

式中:US1、US2、US3分別為式（5）式中的i（t1）、i（t2）、i（t3）相對應的取樣電阻上的電壓。利用示波器所取得的數據進行計算處理,可以得到A值與時間的對應關系，見圖3。

顯然，i=Us/Rs，據此比較式（6）與式（5）可得:R=Rs·E·A……（7）

即A值與R值僅相差一系數。比較圖3與圖2可見，當時間經過約0.4s，即電源電壓達到穩定后，A值幾乎不變，求得這一段中A的平均值為0.525（V-1），從而由式（7）求得R=3.298Ω，去除取樣電阻后為0.188Ω（這當中還包含有接觸電阻）。這一結果與使用CA10型號速測儀測得的結果（0.180Ω）十分接近，說明了式（5）的正確性與可行性。由圖3可見，測量所需時間不足1s，達到了快速測量的目的。

雖然模擬試驗所采用的是工頻試驗變壓器與實際的電力變壓器的特性不盡相同，但能反映基本實質過程。實際中的電力變壓器繞組直流電阻為mΩ級，可能會出現由于取樣電阻值的微小變化而引起測取的直流電阻存在較大的誤差，從而影響測量準確度。所以在實際測量中應采用準確度高、頻帶寬的電流傳感器，而盡量避免采用取樣電阻。如果電流信號過小還應當在取樣/保持電路之前加放大器以放大信號滿足測量的需要。

4新方法的具體實現


綜上rn所述，新方法是依次測取式（5）中的各電流值，并進行一定的計算，另外還需進行一定的分析比較以提高測量準確度。

單片機內含定時/計數器，并能進行一定量的計算，完滿足上述要求，選用單片機制作的智能儀器還具有簡單、可靠、易于擴展的優點。圖4示出實現新方法以單片機為核心的智能儀器，以實現直流電阻的快速測量。

圖中，單片機數據處理部分主要完成從A/D轉換器讀入并存儲數據（即式（5）中的各電流值），利用式（5）進行計算并存儲所得結果，分析、比較計算所得數據，對有效數據進行平均得出zui終結果以及將zui終結果轉化為BCD碼以供顯示等。單片機的控制部分主要是定時以控制采樣/保持電路和A/D轉換器的工作，控制單片機讀入A/D轉換的結果和顯示所得結果等。單片機采用圖5所示的程序流程。
圖5單片機程序流程

5結語

經過理論推導和模擬試驗得出了一種快速測量電力變壓器繞組直流電阻的新方法，并初步簡要介紹了智能儀器系統中單片機的功能和程序流程及實現方法，對電力部門測量變壓器繞組直流電阻有積極推動作用。

這種新方法具有以下的特點:

（1）在現場試驗測量中，可以實現快速測量;
（2）不需要大容量電源，可減輕試驗設備重量和體積，從而降低了試驗成本;
（3）無需減小時間常數τ，提高了測量準確度;
（4）采用了以單片機為核心的智能儀器系統，可進行數據處理、分析、顯示，進一步提高了測量準確度;
（5）智能儀器系統簡單、可靠，測量過程能自動完成，不需要人工干預;
（6）易于擴展,可方便實現其他功能，如人機對話、計算機網絡聯網通訊;通過修改程序，還能實現其他的功能等。

參考文獻
[1]鐘洪壁,電力變壓器檢修與試驗手冊[M].北京:中國電力出版社.2000年
[2]李滿坤.周理兵,大型電力變壓器直流電阻測試的方法及特點[J].變壓器.2000年.37（7）
[3]邱關根,電路[M].北京:高等教育出版社.1999年