一种基于电阻温度系数的变压器绕组材质鉴别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变压器绕组材质鉴别技术领域。
【背景技术】
[0002] 电力变压器，尤其是IOkV级别的配电变压器中，长期存在着使用铝线代替铜线的 现象。特别是近年来，由于国内外铜价居高不下，铝绕组变压器的数量呈现大幅度增加的趋 势。现行尚未对变压器绕组的材质做出限定，但要求若使用铝绕组需在变压器型号上明确 标识。目前市面上存在的铝绕组变压器绝大部分则属于生产厂家为了节省成本将绕组由铜 线偷换为铝线的情况，电力用户在购买和运行时并不知情。
[0003] 由于铜铝材质特性上的差异，铝绕组变压器本身存在着性能上的不足。同时变压 器生产企业数量巨大，许多不具备质量控制和试验检测等必要能力的小企业混迹其中，其 生产的铝绕组变压器质量更是难以保证。根据国家电网公司变压器类设备事故统计分析表 明：变压器绕组是变压器损坏事故的主要损坏部位，超过总损坏事故的70%，其中绕组抗 短路强度不够和绝缘有缺陷是损坏事故的主要原因。由事故分析可见，变压器绕组的质量 问题极易引起安全事故，使用现有的铝绕组变压器将极大地增加变压器损坏的风险，在整 个电力系统运行中埋下安全隐患。因此必须加强变压器绕组的质量控制，甄别出电力系统 中以次充好的铝绕组变压器。
[0004] 我国电力变压器出厂必须经过例行试验、型式试验和特殊试验，其中与变压器绕 组密切相关的试验包括：绕组电阻测量、短路试验、空载试验、温升试验等。这些试验都不能 用于检测铝绕组变压器，国内外也没有相关的研究。
[0005] 目前，设备管理部门只能通过吊罩后破坏绕组绝缘才能检测出绕组导体类型。但 是，该方法费时费力、准确度不高同时具有不可逆性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种可有效无损的鉴别变压器绕组材 质的方法，以简单快捷地实现铜铝绕组变压器的鉴别。
[0007] 本发明的目的通过如下技术方案实现：
[0008] -种基于电阻温度系数的变压器绕组材质鉴别方法，步骤为：
[0009] 1)将待测变压器放置于20-100°C的高温试验箱中，周围布置4个测温点，分别为： 顶层油温点、绕组接头点、正面底部点、背面顶部点，通过测量这四个点的温度来判断变压 器绕组的温度；改变高温试验箱的温度，待变压器温度完全稳定即4个测温点的温度相同 且与试验箱设定温度一致时，通过变压器直流电阻测试仪测量变压器绕组的直流电阻； [0010] 2)对测量得到的不同温度下的变压器绕组直流电阻值进行数据分析：
[0011] 铜和铝的电阻随温度的变化关系分别如式（1)和⑵所示：
[0012]
[0013] Rt= R 〇 (1+4. 666X 10 3t) (2)
[0014] 式中：Rt为金属材料在t °C时的电阻值；RO为0 °C时的电阻值；t为摄氏温度；
[0015] 根据式⑴和式⑵分别得到铜和铝的电阻温度分度表，取铜和铝电阻温度分度 表值的平均值作为基于电阻温度系数变压器绕组材质鉴别方法的参考值形成表格；
[0016] 对试验测得的不同温度下的变压器绕组直流电阻值数据进行分析；设试验测得变 压器绕组在tl°C、t2°C时的直流电阻值分别为RU R2,通过查基于电阻温度系数变压器绕 组材质鉴别方法的参考值表格得两对应温度点11°C、t2°C时的值分别为kl、k2 ;若R2/R1大 于k2/kl，则判定绕组材质为错，若R2/R1小于k2/kl，则判定绕组材质为铜。
[0017] 本发明为了有效甄别变压器绕组材料是铜还是铝，提出了基于电阻温度系数的变 压器绕组材质鉴别方法。通过测量变压器绕组不同温度时的直流电阻值，由电阻值的变化 情况来鉴别绕组材质。测量原理简单，判断准确度高，无需吊罩破坏绕组绝缘，是一种无损 检测方法。
【附图说明】
[0018] 图1是基于电阻温度系数的变压器绕组材质鉴别方法示意图；
[0019] 图2显示铜的一次函数和三次函数电阻温度关系式的相对误差；
[0020] 图3是铜和铝电阻随温度的关系曲线；
【具体实施方式】
[0021] 如图1所示，一种基于电阻温度系数的变压器绕组材质鉴别方法，步骤为：
[0022] 1)将待测变压器放置于高温试验箱（20-KKTC )中，周围布置4个测温点，分别 为：顶层油温点、绕组接头点、正面底部点、背面顶部点，通过测量这四个点的温度来判断变 压器绕组的温度；改变高温试验箱的温度，待变压器温度完全稳定即4个测温点的温度相 同且与试验箱设定温度一致时，通过变压器直流电阻测试仪测量变压器绕组的直流电阻；
[0023] 2)对测量得到的不同温度下的变压器绕组直流电阻值进行数据分析：
[0024] 铜和铝的电阻随温度的变化关系分别如式（1)和（2)所示：
[0025]
[0026] Rt= R0 (1+4. 666X 10 3t) (2)
[0027] 式中：Rt为金属材料在t °C时的电阻值；RO为0 °C时的电阻值；t为摄氏温度；
[0028] 根据式（1)和式（2)分别得到铜和铝的电阻温度分度表，见表1、表2。取铜和铝 电阻温度分度表值的平均值作为基于电阻温度系数变压器绕组材质鉴别方法的参考值形 成表格，见表3。
[0029] 表1铜电阻温度分度表
[0030]
[0031] 表2铝电阻温度分度表
[0032]
[0033] 表3基于电阻温度系数变压器绕组材质鉴别方法参考值
[0034]
[0036] 对试验测得的不同温度下的变压器绕组直流电阻值数据进行分析；设试验测得变 压器绕组在tl°C、t2°C时的直流电阻值分别为RU R2,通过查基于电阻温度系数变压器绕 组材质鉴别方法的参考值表格得两对应温度点11°C、t2°C时的值分别为kl、k2 ;若R2/R1大 于k2/kl，则判定绕组材质为错，若R2/R1小于k2/kl，则判定绕组材质为铜。
[0037] 本发明方法的原理如下：
[0038] 由于金属的电阻率与温度间近似地存在线性关系，则金属的电阻值和温度的关系 也近似为线性：
[0039] Rt= R〇(l+a t) (3)
[0040] 式中：Rt为金属材料在t°C时的电阻值；RO为(TC时的电阻值；a为金属的电阻温 度系数。
[0041] 精确计算时，金属电阻和温度存在如下关系：
[0042] Rt= R〇(l+a t+β t2+yt3+......) (4)
[0043] 式中：a、β、γ分别为一次电阻温度系数、二次电阻温度系数、三次电阻温度系 数。
[0044] 温度不同时，金属的电阻温度系数不一样。铜铝在20°C时的电阻温度系数分别为 0.00393,0. 00429,其余温度时的电阻温度系数可由国标《GB 3956-1983电气装备电线电 缆铜、铝导电线芯》给出的电阻温度系数校正系数Kt进行修正：
[0047] 计算可得铜和铝在0°C时的校正系数分别为1. 0853、1. 0877,由此得到铜和铝在
[0045]
[0046] 〇°C时的电阻温度系数分别为0. 00393X I. 0853 = 0. 004265、0. 004666。则铜和铝的一次函 数电阻温度关系式为：
[0048] Rt= R0 (1+4. 265X 10 3t) (7)
[0049] Rt= R0 (1+4. 666X 10 3t) (8)
[0050] 《JB/T 8623-1997工业铜热电阻技术条件及分度表》给出了铜的三次函数电阻温 度关系式为：
[0051] Rt= R0 [1+4. 280X 10 3t-9. 31X10 st(t-100)+1. 23X 10 9t2(t-100)] (9)
[0052] 现有文献未给出铝的更精确的电阻温度关系式，故先对铜的一次函数电阻温度关 系式、三次函数电阻温度关系式进行偏差分析，由式（7)和式（9)可得铜的一次函数和三次 函数电阻温度关系式的相对误差如图2所示。可以看出铜的一次函数和三次函数电阻温度 关系式从〇°C到KKTC的最大相对误差仅为0. 1%，说明一次函数电阻温度关系式的准确度 已经较高。故铝的电阻温度关系可由式（8)表示，由此得到铜和铝的电阻温度关系曲线如 图3所示。
[0053] 例如，用两台S11-M-50/10铜铝绕组配电变压器进行试验。由于变压器受热很慢， 试验共选择了三个温度点：35°(：、55°(：、75°(：，表4为不同温度时铜铝绕组变压器直流电阻 值。
[0054] 表4电阻温度系数法实例数据
[0055]
[0056] 取75°C和35°C电阻值进行验证。铜铝绕组变压器75°C与35°C电阻值的比分别为 33. 12/29. 02 = L 1413,42. 10/36. 35 = L 1582。查阅表 3 得 75°C与 35°C 电阻值比的参考 值为1. 3355/1. 1566 = 1. 1547.可以看出铜绕组变压器两温度电阻值之比小于参考值，铝 绕组变压器两温度电阻值之比大于参考值。验证了该方法的准确性和有效性。取55°C与 35°C数据，75°C与55°C数据计算可得相同结论。
【主权项】
1. 一种基于电阻温度系数的变压器绕组材质鉴别方法，其特征是，步骤为： 1) 将待测变压器放置于20-100°C的高温试验箱中，周围布置4个测温点，分别为：顶层 油温点、绕组接头点、正面底部点、背面顶部点，通过测量这四个点的温度来判断变压器绕 组的温度；改变高温试验箱的温度，待变压器温度完全稳定即4个测温点的温度相同且与 试验箱设定温度一致时，通过变压器直流电阻测试仪测量变压器绕组的直流电阻； 2) 对测量得到的不同温度下的变压器绕组直流电阻值进行数据分析： 铜和铝的电阻随温度的变化关系分别如式（1)和（2)所示：Rt= R〇(l+4. 666X 10 3t) (2) 式中：Rt为金属材料在t°C时的电阻值；R0为0°C时的电阻值；t为摄氏温度； 根据式（1)和式（2)分别得到铜和铝的电阻温度分度表，取铜和铝电阻温度分度表值 的平均值作为基于电阻温度系数变压器绕组材质鉴别方法的参考值形成表格； 对试验测得的不同温度下的变压器绕组直流电阻值数据进行分析；设试验测得变压器 绕组在tl°C、t2°C时的直流电阻值分别为Rl、R2,通过查基于电阻温度系数变压器绕组材 质鉴别方法的参考值表格得两对应温度点tl°C、t2°C时的值分别为kl、k2 ;若R2/R1大于 k2/kl，则判定绕组材质为错，若R2/R1小于k2/kl，则判定绕组材质为铜。
【专利摘要】一种基于电阻温度系数的变压器绕组材质鉴别方法，先将待测变压器放置于20-100℃的高温试验箱中，周围布置4个测温点，分别为顶层油温点、绕组接头点、正面底部点、背面顶部点，通过测量这四个点的温度来判断变压器绕组的温度；然后改变高温试验箱的温度，待变压器温度完全稳定即4个测温点的温度相同且与试验箱设定温度一致时，通过变压器直流电阻测试仪测量变压器绕组的直流电阻；再对测量得到的不同温度下的变压器绕组直流电阻值进行数据分析。本发明通过测量变压器绕组不同温度时的直流电阻值，由电阻值的变化情况来鉴别绕组材质。测量原理简单，判断准确度高，无需吊罩破坏绕组绝缘。
【IPC分类】G01N27/14
【公开号】CN105092660
【申请号】CN201510368895
【发明人】周年荣, 黄星, 张林山, 毛天, 常亚东, 杜林 , 唐魁
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院, 重庆大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月29日