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有載分接開關過渡電阻測試:直阻儀波形分析與異常識別

來源:北京康高特儀器設備有限公司 發布時間:2026-09-17 08:09:36 作者: 瀏覽次數:2818次 分類:技術文章

文章概述: 繞組直流電阻測的是繞組本體。切換開關停在某個位置時,過渡電阻并未接入回路,它的變值、開路與接觸不良都不會在這一測量中留下痕跡。把整個變換過程壓縮成一個阻值,時間軸上的信息便全丟了。 直阻儀在直流壓降法的基礎上連續記錄切換全過程的電壓與電流,逐點換算成動態電阻曲線,工程上稱為 DRM。JJG 1205-2025 說明了這類儀器的原理,四端測量結構,注入直流電流,測兩端電壓降,由電壓降與電流之比算出電阻值。把注流引線與取樣引線分開,引線自身的電阻便不再進入讀數。四端接線是前提。 波形能讀出的東西比一個阻值多。DL/T 265-2012 附錄 A 給出無異常與有異常的試驗波形,其中一例 YN 接線雙電阻式開關的橋接時長為 20.29 ms,三相開斷不同步時間 1.18 ms。另一例 D 接線雙電阻 V 型開關的橋接時長為 8.25 ms,不同步時間 0.24 ms。實際作業按 0.1 ms 采樣,8.25 ms 的窗口里約有 82 個點,取平均后隨機噪聲約被壓低 9 倍。 判據的適用范圍要先想清楚。±10% 的過渡電阻偏差判據只針對更換過渡電阻的場景,3 ms 的三相不同步時間限值還要求測試電流無斷續。現場條件不齊便無從比較。 異常波形有它自己的樣子。觸頭氧化會讓電流出現不圓滑變化,現場遇到的嚴重情況是斷續或閃變點。變值、開路與接觸不良留下的痕跡并不相同。這一點須先確認。

一、過渡電阻的狀態為什么必須靠波形來判斷

1、一次變換的四步動作

DL/T 265-2012《變壓器有載分接開關現場試驗導則》把電阻式分接開關的一次變換程序拆成四步:分接選擇器動觸頭離開靜觸頭,動觸頭合上相鄰靜觸頭,切換開關動作,一級變換完成。

這四步在電氣上留下的是回路電流與電壓隨時間的完整變化過程。過渡電阻只在中間一個很短的時間窗口內接入回路,靜態測量看不到這個窗口。

過渡電阻屬于分接開關本體的組成部分。GB/T 10230.1-2019《分接開關》中針對性能要求和試驗方法的分冊規定了分接開關的使用條件與技術要求,選型與驗收階段看的是本體參數,運行階段看的是它在回路中的表現,兩者不在同一份文件里。

2、過渡電阻在變換過程中的作用

變換過程中相鄰兩個分接之間存在電位差。直接把兩側短接會產生循環電流。過渡電阻串入回路,把該電流限制在觸頭能夠承受的水平。切換開關處于橋接狀態時兩側同時接通,限流任務全部由過渡電阻承擔。

阻值一旦發生變化,限流能力隨之改變,觸頭的燃弧時長與燒蝕速率也會跟著變化。判斷過渡電阻是否存在缺陷,需要知道它在被接入的那段時間里究竟呈現多少歐姆。

3、靜態直流電阻測量的盲區

測量繞組直流電阻時,切換開關停在某一個確定位置,過渡電阻并未接入回路。此時得到的數值只反映繞組本體。

過渡電阻的變值、開路、接觸不良,都不會在這一測量中留下痕跡,把整個變換過程壓縮成一個阻值,等于丟掉了時間軸上的全部信息。

4、動態電阻測量的位置

直阻儀在直流壓降法的基礎上連續記錄切換全過程的電壓與電流,按歐姆定律逐點換算成動態電阻曲線,工程上把這一方法寫作 DRM。

曲線的橫軸是時間,縱軸是回路電阻。DL/T 265-2012 的試驗項目表把過渡電阻值列為獨立項目,并規定宜使用直流法測量。動態電阻測量正是直流法在時間軸上的展開。

二、直流動態電阻測量的原理與接線

1、四端測量結構的作用

JJG 1205-2025《直流電阻測試儀檢定規程》在概述中說明,直阻儀采用四端測量結構,在被測電阻上施加直流電流,測量其兩端電壓降,由電壓降與電流之比算出電阻值。

電流注入回路與電壓取樣回路彼此分開以后,注流引線自身的電阻與端子接觸電阻不再進入取樣回路,若把兩者并在同一對端子上,端子接觸電阻會被一并計入讀數。

2、恒流源與感性負載的建立過程

變壓器繞組屬于大電感負載。直流電源加在繞組兩端以后,電流按指數規律上升,上升的快慢由繞組電感與回路總電阻之比決定。

電流尚未穩定時的讀數沒有意義。回路總電阻越小,這一比值越大,等待時間越長,分接開關觸頭接觸狀態的變化會改變回路總電阻,從充電曲線的斜率上可以間接看出來。不能替代直接測量。

3、電流通道與電壓通道的同步

動態電阻曲線上的每一個點,都由同一時刻的電壓與電流相除得到,兩個通道的采樣時刻必須對齊,否則變換瞬間會出現虛假的電阻跳變。

切換過程中的回路電阻在數毫秒內變化數倍,通道之間哪怕只有零點幾毫秒的時延,換算出的阻值偏差也會相當可觀。

4、采樣間隔與可分辨的時間尺度

以 0.1 ms 的采樣間隔記錄,每秒可得到一萬個數據點,三相開斷不同步時間若在毫秒量級,對應的數據點只有十來個。

判定不同步時間所需的時間分辨能力,與判定過渡電阻值所需的能力并不相同,前者要求分辨毫秒級的差異,后者要求在被接入的窗口內取得足夠多的點用于平均。側重點不同。

三、從波形換算過渡電阻的量化推演

1、直流壓降法的基本關系

回路電阻等于測得的電壓除以注入電流。這一關系在電流穩定時嚴格成立。

變換過程中電流本身也在變化。儀器若只記錄電壓而不記錄電流,波形上的每一次電壓跌落都會被誤讀成電阻下降。這一點決定了動態測量的通道配置。

2、窗口取平均對隨機噪聲的抑制

設過渡電阻被接入的時長為 T,采樣間隔為 t,窗口內的數據點數為兩者之比。

DL/T 265-2012 附錄 A 對一例無異常波形給出的橋接時長為 8.25 ms,按 0.1 ms 采樣,窗口內約有 82 個點。取平均以后,隨機噪聲按點數的平方根衰減,約被壓低 9 倍。

這是動態測量相對單點測量的直接收益,點數越多,阻值讀數越穩。

3、繞組時間常數與等待時長

繞組回路的時間常數等于電感與回路總電阻之比,以電感 2 H、回路總電阻 0.4 Ω 為例做一次演算,時間常數約為 5 s。

工程上按 5 倍時間常數判斷電流是否進入穩定區,對應的等待時長約為 25 s,若回路中串入過渡電阻使總電阻升到 5 Ω,時間常數降到 0.4 s,等待時長不足 2 s。

同一臺設備測繞組與測過渡電阻,兩者的等待時長差異很大,這一差異來自回路電阻,不來自儀器本身。耗時不可類推。

4、時間分辨率換算到觸頭行程

把時間軸上的分辨率換算到觸頭行程上,需要知道動觸頭在橋接段的平均運動速度,若速度為 1 m/s,0.1 ms 對應 0.1 mm 的位移。

這一量級與觸頭表面燒蝕坑的深度接近,波形上的細部特征有可能對應到具體的觸頭位置。該對應關系需要結合開關型號的行程曲線才能確定,僅憑波形反推并不可靠。

5、三相不同步時間的判讀誤差

DL/T 265-2012 規定三相觸頭開斷不同步時間不大于 3 ms,判定該值取三相波形上對應特征點的時刻之差。

特征點判定的不確定性約為一個采樣間隔的量級,在 3 ms 的限值下,0.1 ms 的采樣間隔對應的相對不確定度約為 3%。

附錄 A 中兩例無異常波形給出的不同步時間為 1.18 ms 與 0.24 ms,分別為限值的 39% 與 8%,判讀余量都很充裕。讀數可信。

四、無異常波形的特征

1、附錄 A 給出的波形構成

DL/T 265-2012 以資料性附錄的形式給出有載分接開關的試驗波形。附錄 A.1 收錄無異常開關的波形,A.2 收錄有異常的波形。

所給波形的橫軸為時間,分度按 40 μs 標注,縱軸為回路電流。圖 A.1 為一次繞組 YN 接線雙電阻 V 型分接開關變換程序的直流試驗波形。

2、橋接時長與三相開斷不同步時間

附錄 A 對兩例交流波形給出了分析結果。一次繞組 YN 接線雙電阻式 MR 型分接開關,橋接時長 20.29 ms,進入橋接后的三相開斷不同步時間 1.18 ms。一次繞組 D 接線雙電阻 V 型分接開關,橋接時長 8.25 ms,三相開斷不同步時間 0.24 ms。

兩組數據放在一起可以看出,橋接時長與不同步時間并不同步變化。前者相差約 2.5 倍,后者相差約 5 倍。

3、接線方式帶來的波形差異

YN 接線與 D 接線的回路結構不同。D 接線的一相與其余兩相構成回路,過渡電阻接入以后,整個回路的電流分配會發生變化。

同一臺開關在不同接線方式下測得的橋接時長并不相同,比較兩臺開關的橋接時長,前提是接線方式一致。條件不齊則無意義。

4、零序試驗中的限流表現

附錄 A 對三相三柱式變壓器零序試驗波形的分析指出,三相三柱式變壓器的零序阻抗較小,分接開關切換過程中串入繞組的過渡電阻對試驗電流的限制作用比較明顯,切換結束后零序電流逐步恢復穩定。

同一只過渡電阻在不同回路條件下的表現可以相差很多,判斷它是否存在異常,需要先明確當前回路在多大程度上放大了它的作用。

5、一段波形可以讀出的四項內容

一段完整的變換波形至少可以讀出四項內容。過渡電阻接入期間的阻值水平,接入持續的時長,三相之間特征點的時刻差,以及切換結束后阻值回到繞組本體的過程是否平滑。

這四項與 DL/T 265-2012 的試驗項目相互對應。阻值水平對應過渡電阻值的測量,時刻差對應三相開斷不同步時間,末一項對應測試電流的連續性。

五、異常波形的識別

1、電流的不圓滑變化

附錄 A 收錄的一例異常波形為消弧線圈雙電阻分接開關觸頭氧化的 600 V 交流試驗波形。其分析指出,分接開關變換過程中電流出現不圓滑變化。

變化率出現突變,說明回路電阻在變化過程中出現了非預期的臺階,觸頭表面氧化層使接觸電阻升高,在觸頭壓力變化的瞬間形成跳變。

2、電流斷續

同一例波形標注的另一特征是電流斷續,回路在某一時刻完全失流,說明橋接過程中出現了兩側同時斷開的窗口。

這一窗口意味著變換瞬間繞組電流被強制截斷,對感性回路而言,截斷會在繞組兩端產生過電壓。

3、測試電流閃變點

該例波形的第三項標注是測試電流閃變點,閃變與斷續的區別在于失流的時長,閃變對應的中斷更短,可能只有一個采樣間隔。

按 0.1 ms 采樣,只持續一個采樣間隔的失流在波形上表現為一個偏離曲線的點,儀器若未做連續記錄,這一點很容易被漏掉。

4、方法本身的可觀測邊界

附錄 A 對上述消弧線圈雙電阻分接開關的分析同時指出,其切換的橋接過程在交流試驗中不能顯示。

這一條提示了一個方向性結論:不同試驗方法對同一臺開關的可觀測性并不相同。某一方法看不到的特征,不能據此斷定該特征不存在。方法各有邊界。

5、三類缺陷在波形上的區分

過渡電阻變值、開路、接觸不良在波形上留下的痕跡并不相同。

變值使接入期間的阻值水平整體偏移,波形形狀仍然完整,開路使接入期間的電流降到接近零,平臺變成深坑。接觸不良表現為阻值在窗口內跳動,平均值可能仍然落在允許范圍以內。

判讀順序宜先看窗口的形狀是否連續,再看窗口內的平均值是否落在允許范圍,末了核對切換結束后阻值是否回到繞組本體。

六、測量結果的不確定度分項拆解

1、示值誤差的兩項構成

JJG 1205-2025 對直阻儀的示值誤差以兩項相加的形式給出:與電阻示值有關的系數乘以示值,加上與滿量程值有關的系數乘以滿量程。

規程同時規定,兩項系數之比不小于 5,且兩項之和不超過對應準確度等級的數值,0.1 級的限值為 0.1%,0.2 級為 0.2%,0.5 級為 0.5%。

2、量程選擇對誤差允許上限的影響

以與示值有關的系數取 0.05%、與滿量程有關的系數取 0.01% 的 0.1 級儀器為例做一次演算。

測量 100 mΩ 的過渡電阻,選用 200 mΩ 量程時,誤差允許上限為 0.05% 乘 100 mΩ 與 0.01% 乘 200 mΩ 之和,即 0.07 mΩ,約合讀數的 0.07%。

同一個讀數若放在 2 Ω 量程上,第二項變成 0.01% 乘 2000 mΩ,即 0.2 mΩ,誤差允許上限升至 0.25 mΩ。量程放大 10 倍,允許上限約增至原來的 3.6 倍。

在讀數不變的前提下,量程選擇對結果的影響大于儀器等級本身。

3、穩定性限值的換算

規程規定,5 min 內電阻示值的變化量上限不大于其誤差允許上限的五分之一。

沿用上面的算例,允許變化量為 0.07 mΩ 的五分之一,即 0.014 mΩ。相對于 100 mΩ 的讀數,這一限值約為 0.014%。

穩定性反映的是儀器在讀數窗口內的漂移,動態電阻曲線的平臺段能否取平均,取決于這一項。

4、溫度漂移在判據中的份額

銅導體的電阻溫度系數約為每攝氏度 0.4%,油溫在測量期間變化 1 ℃,繞組電阻隨之變化約 0.4%。

DL/T 265-2012 對觸頭接觸電阻的測量要求試驗全過程阻值穩定,任意時刻的阻值與初始值之比偏差不大于 1%。這一限值折算到溫度上,相當于允許油溫變化約 2.5 ℃。

若現場油溫在測量期間變化超過這一幅度,阻值的變化將同時包含缺陷與溫度兩項貢獻。兩者無法分離。

5、引線接觸電阻的殘余影響

四端測量結構把電流引線的電阻排除在取樣回路之外,殘余的誤差來源是電壓取樣引線與端子的接觸電阻,其量級通常在微歐。

相對于歐姆量級的繞組電阻,這一項可以忽略。相對于同一量級的過渡電阻,則需要用同一對鉗口重復測量以確認。

引線在測量中受到拉拽或溫度變化時,接觸狀態會改變,讀數隨之漂移。工況記錄中應寫明引線的布置方式。

6、分項的改進優先級

按對結論的影響排序,量程選擇排在首位,因為它同時影響誤差允許上限的兩項。緊隨其后的是油溫穩定性,它決定阻值變化的歸屬。

采樣間隔與特征點判定方法排在第三位,它影響的是時間類判據,引線接觸電阻排在末位,在四端接線正常時影響可以忽略。

這一排序的前提是被測阻值處于毫歐到歐姆量級,被測對象換成高阻值繞組時,各項權重會重新分配。排序不可照搬。

七、判據的適用前提與比較邊界

1、過渡電阻偏差判據的適用場景

DL/T 265-2012 規定,電阻式分接開關更換過渡電阻時,使用電橋法測量更換的過渡電阻連同連線與接線端子的電阻值。如無銘牌過渡電阻值,可與其他相過渡電阻的阻值比較,偏差不大于 ±10%。

這條判據的適用場景是更換過渡電阻,并非每次例行試驗都適用,比較對象是銘牌值或其余相的實測值。兩者不可混用。

判據所針對的測量對象包含連線與接線端子,把儀器夾在過渡電阻本體兩端測得的數值會偏小,與判據比較時不能直接代入。

2、三相不同步時間判據的配套要求

DL/T 265-2012 的試驗項目表把三相觸頭開斷不同步時間不大于 3 ms 列為標準,并規定該項試驗在交接時、分接開關大修時、隨同變壓器檢修試驗周期進行。

同一條目下的另兩項要求是與制造企業的技術要求相符、測試電流無斷續,三項同時滿足才算合格。

分接開關的試驗周期掛在兩道時間節點上。交接階段依據 GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》,運行階段依據 DL/T 596-2021《電力設備預防性試驗規程》。兩者的適用時段不同,試驗項目也不完全重疊。

制造企業對分接開關現場試驗另有技術要求時,執行制造企業的要求。判據的優先次序并不固定。DL/T 574-2021《電力變壓器分接開關運行維修導則》管的是檢修環節的工作項目與工藝要求,現場試驗的具體方法仍以 DL/T 265-2012 為準。

3、交直流兩類方法的分工

DL/T 265-2012 的試驗項目表中,過渡電阻值的測量宜使用直流法,觸頭變換程序、電流連續性、三相開斷不同步時間的測量宜使用交流法。

這一分工的依據是兩類方法的可觀測性差異,交流法在變換過程中提供連續的通流路徑,橋接狀態與斷流窗口都能在波形上顯示。直流法以穩定的注入電流為參照,電阻的具體數值更容易換算。

兩類方法給出的信息并不重疊。用交流波形去判斷過渡電阻的阻值,缺少換算所需的同時刻電流參照,用直流曲線去判斷三相不同步時間,需要先確認曲線上存在可以對應的特征點。

4、不可直接橫向比較的情形

同一臺開關在不同接線方式下測得的橋接時長不同,附錄 A 的兩組數據已經說明了這一點,不同型號開關的觸頭行程與運動速度不同,橋接時長本身并非可比參數。

進行比較的前提包括接線方式一致、油溫接近、采樣間隔一致、特征點的判讀定義一致。條件不齊時,兩組數據的差值既包含開關狀態的差異,也包含測量條件的差異。差值無從歸屬。

5、限值之內仍需回答的問題

標準給出的是限值,不是診斷結論。三相不同步時間從 0.5 ms 增大到 2.5 ms,仍在限值以內,但變化趨勢本身值得關注。

判斷趨勢需要歷史數據,同一測點在不同檢修周期的曲線疊放在一起,才能看出限值之內的漂移。這一環節沒有標準可依,只能依靠試驗臺賬。臺賬不可缺。

八、儀器配置與現場實施的要點

1、量程與電流輸出能力

過渡電阻的阻值通常在歐姆量級,大容量變壓器繞組直流電阻通常在毫歐到歐姆量級,兩者相差不算大,儀器的量程需要同時覆蓋這兩類測量。

DL/T 265-2012 對觸頭接觸電阻的測量規定使用直流壓降法,測試電流不小于 100 A,連續通電測試 60 s。這一電流水平遠高于過渡電阻測量的需要,兩類測量不宜用同一檔位完成。

2、通道配置與溫度記錄

動態電阻測量對采樣間隔的要求,由需要分辨的時間尺度決定。要分辨 0.1 ms 量級的中斷,采樣間隔不能大于該量級的一半。

多通道同時接入可以讓三相波形建立在同一時間基準上,分開測量再對齊,會引入通道之外的時延。

溫度記錄的用途是把繞組電阻換算到同一溫度下比較。沒有溫度記錄,不同時間測得的阻值缺少可比性。記錄不可省。

3、退磁與放電

繞組在直流測量后殘留磁通。殘留磁通會使下一次測量的充電過程變慢,也會在變壓器重新投運時引起勵磁涌流。

直阻儀應具有消弧功能,這是 JJG 1205-2025 在通用技術要求中列明的項目。儀器在測量結束后執行自動退磁與自動放電。退磁過程本身會在繞組中產生變化的電流,若在退磁未結束時拆除引線,可能產生危險電壓。

現場作業的順序宜先確認退磁與放電的提示結束后,再拆除引線。

4、北京康高特(KGT)代理的 DV POWER 直阻儀

北京康高特(KGT)代理的瑞典 DV POWER 直阻儀中,RMO40TT 線組測試儀把繞組電阻測量與有載分接開關動態電阻分析集成在同一臺設備內。

按官方產品頁列出的規格,其測試電流覆蓋 5 mA 至 40 A 直流,測量范圍 0.1 μΩ 至 100 kΩ,在 0.1 μΩ 至 1.999 kΩ 區間的典型精度為讀數的 0.1% 加滿量程的 0.1%。有載分接開關 DVtest(DRM)的采樣間隔為 0.1 ms。

該型號另設振動測量通道,可接 ICP 加速度計,并配有溫度測量通道。防護等級在蓋子閉合時為 IP67,整機質量 13.5 kg。

北京康高特(KGT)代理的 RMO25TD 抽頭轉換開關分析儀和線組電阻計同樣帶有載開關動態電阻測試功能,內置調壓開關控制模塊,可由儀器直接完成變換操作。把變換操作與波形記錄納入同一臺設備,可以減少人工操作的時序分散。

5、讀參數表時的兩處易錯

其中一處是精度表達式的讀法。廠商標稱的精度由讀數項與滿量程項相加,兩項系數之比與兩項之和共同決定規程口徑下的準確度等級。只看讀數項的那一個百分數,判不出等級。

另一處是工作電流過沖。規程規定直流電阻負載條件下工作電流接通時,過沖量值不大于工作電流的 20%。電流出現過沖時,若電壓尚未跟上,同一時刻換算出的阻值會偏低約 17%。

過沖發生在曲線的起始段,這一段的數據不可用于讀數,判讀宜從平臺段開始。起始段不可讀數。

九、記錄與判讀的固定順序

1、需要保留的記錄字段

一次完整的過渡電阻與波形測量,記錄應包含分接位置、變換方向、油溫或繞組溫度、注入電流、量程檔位、采樣間隔、波形文件。

變換方向必須記錄,因為升檔與降檔的觸頭動作順序不同,波形形狀也不同。

2、判讀的固定次序

判讀宜按固定次序進行,先確認波形的時間軸刻度與起點,再核對三相波形的同步關系,然后讀取過渡電阻接入窗口內的阻值,末了檢查切換結束后阻值回到繞組本體的過程。

次序固定的作用是避免在讀數之前先形成結論。順序不可顛倒。

3、與歷史曲線的比對

同一臺變壓器在不同檢修周期測得的曲線疊放比較,可以看出過渡電阻的阻值是否單向漂移、接入時長是否變化、三相不同步時間是否擴大。

單次測量落在限值以內,并不等于狀態沒有變化。趨勢同樣重要。

十、結語

過渡電阻的缺陷只有在變換過程中才能顯形。靜態直阻測量給出的是繞組的一個數值,動態電阻曲線給出的是這個過程本身。

把波形記錄下來,判斷的依據從一次讀數變成一條曲線。判據的適用范圍、測量條件的一致性、誤差分項的量級,都需要在讀曲線之前先想清楚。

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