同一台变压器,用两台不同型号的直阻仪测,读数可能差出百分之几;同一个人用同一台仪器,前后两次测也可能对不上。这类分歧在现场并不少见,而原因往往不在操作,在仪器与被测对象没有配上对。
变压器绕组直流电阻的测试对象是大型电感:绕组既有电阻,也有可观的电感,还要叠加上铁芯磁路的影响。这决定了直阻仪不是一台“能测小电阻的万用表”,而是一台要在充电过程、信噪比与剩磁后果之间做取舍的专用仪器。选型时真正需要盯住的,是电流档、准确度与消磁功能这三个维度,因为它们分别管着测试链条上的三段:能不能测快、测得准不准、测完之后留下什么。
本文按这三个维度展开:先讲每个维度背后的物理与技术约束,再讲判读这些参数时该看什么、该避开哪些坑,随后说明三个维度如何放在一起权衡,末尾给出常见误区与常见问题的处理。
绕组等效为一个电阻与一个大电感串联。接通直流之后,电流按指数规律上升,达到稳定需要一段时间,这段时间由电路的时间常数决定:时间常数等于电感量除以电阻值。变压器容量越大,电感越强而电阻越小,时间常数随之变大,等待读数稳定的时间便越长。
理论上,充电时间达到六倍时间常数时,电流已达稳定值的百分之九十九点七五。这个数字看着不大,但换算到大型变压器上,等待时间可能是几十分钟。电流档的作用正在于此:提高测试电流,可以加快铁芯饱和、压低等效电感,从而缩短等待时间;反过来,电流过小则充电缓慢,读数长时间跳动。
直阻测量的判据是明确的:三相不平衡率与历史数据的变化率。这意味着仪器给出的读数,要能支撑两个百分量级的比较。准确度不是数字越小越好,而是要与判据的分辨能力匹配,同时还要看固定误差项在微欧量级下占比多少。
直流电阻试验会在铁芯中留下剩磁,这是试验本身的必然后果,而不是操作失误。剩磁在变压器投运时可能引发励磁涌流,进而导致继电保护动作。因此消磁不是加分项,而是试验流程中需要处理的一环。
选仪器时若只盯着其中一段,容易顾此失彼:电流档够大而准确度不足,读数虽快却判不准;准确度够高而缺少消磁手段,数据漂亮却给投运留下隐患。三个维度各自对应一个可核查的指标,也各自对应一类可以事先规避的风险。
测试电流偏小时,铁芯难以进入饱和,绕组的等效电感居高不下,充电过程被拉长。更麻烦的是,此时读数与试验开始之前铁芯所处的磁状态有关:同一个绕组在不同时间测量,可能得到不同的结果。这种不一致性不会在单次测量中暴露,却会让历史数据的纵向比较失去意义。
电流过大则走向另一个方向。绕组有电阻,电流通过便会发热,而电阻随温度升高而变大。如果测量时间较长、电流又偏大,测到的其实是已经被自己加热了的绕组,读数会随时间缓慢漂移。这种漂移与真正的缺陷在数据形态上不易区分,是现场误判的来源之一。
关于电流取多大,北京康高特(KGT)代理的 MEGGER 品牌在其绕组电阻测量应用指南中给出了明确的区间判断:应尽量使铁芯饱和,这通常在测试电流约为额定电流的百分之一时发生;任何情况下不应超过额定电流的百分之十,超过这一比例可能因绕组发热而导致读数错误。该指南同时指出,典型的测试电流大致落在额定电流的千分之一到百分之几之间,电流过低会导致被测电阻读数不一致。
这条区间的价值在于它给出了上下两个边界:下边界由磁饱和决定,上边界由发热决定。选型时可以据此核算——先看被测变压器绕组的额定电流,再推算仪器在该绕组上实际能输出多大电流,判断是否落在这个区间内。一台只有一两档电流的仪器,在绕组额定电流跨度很大的场合便难以两头兼顾。
该指南还提到一条实用的现场判断:若仪器提示输入电压过载,或无法以所选电流为变压器充电,说明所选电流已超过额定电流的百分之十,应改选下一较低的电流档再重新开始。
电流档不只看上限值,还要看档位的分布。变压器高低压绕组的电阻值相差悬殊:低压绕组可低至数十微欧乃至更低,高压绕组则可达到几欧到几十欧;有载分接开关在各个分接位置的电阻也在变化。单一电流档很难同时覆盖两端,档位越密,越容易找到既满足饱和要求、又不致发热的那一档。
量程方面同样要看下限。低压绕组的微欧级电阻对仪器的分辨力提出直接要求,量程下限压得越低,微小电阻的读数越可靠。
当被测绕组本身的电流不足以让铁芯快速饱和时,工程上采用助磁法:把高压绕组与低压绕组串联起来通电流,借助高压绕组匝数多、安匝数大的特点,用较小的电流即可使铁芯饱和,从而压低等效电感、缩短充电时间。这一做法在大型变压器低压侧(三角形接法)的测量中尤为常见。
前面提到的这份应用指南也给出了同样方向的建议:若读数在合理的时间内不能稳定到预期值附近,应先检查引线、连接与仪器;必要时可同时在高压与低压绕组注入电流,并将此列为推荐做法。该指南同时提示,大型变压器低压侧为三角形接法时,充磁与读数稳定的过程可能明显更长。
选准确度之前,先要看清楚这个读数要用来判什么。DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》对绕组直流电阻给出了判据。
对于 1600 千伏安以上的变压器,各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的 2%;无中性点引出的绕组,线间差别不应大于三相平均值的 1%。对于 1600 千伏安及以下的变压器,相间差别不应大于三相平均值的 4%,线间差别不应大于三相平均值的 2%。此外,与以前相同部位测得值比较,其变化不应大于 2%。
三条判据里,前两条是横向比较,第三条是纵向比较。纵向这一条对仪器的要求其实更高:它要求*的读数与若干年前的读数可以放在一起比,任何一次测量的系统偏差都会被误读成设备的变化。
三相不平衡率通常按三相读数的极差除以三相平均值再取百分数计算。这里要留意的不是公式本身,而是三个读数必须是在相同条件下取得的:同一电流档、同一接线方式、相近的绕组温度。若三个读数的测量条件不一致,算出来的不平衡率便没有可比性。
规程在方法与说明中还给出两条与测量直接相关的要求:有载分接开关宜在所有分接处测量,无载分接开关在运行分接锁定后测量;封闭式电缆出线或气体绝缘金属封闭开关设备出线的变压器,电缆与开关设备侧绕组可不进行定期试验。这两条决定了实际需要测量的点数,也间接影响对仪器效率的要求。
直阻仪的准确度通常写成“正负(读数乘零点二个百分点再加二个字)”这样的形式。它有两部分:一部分与读数成比例,读数越大,这一项的量值越大;另一部分是固定的,与读数大小无关,取决于仪器显示末位的变化量。
理解这两部分的差别,是判断某档量程上实际准确度水平的关键。以满量程较低的微欧段为例,比例项贡献的量值很小,固定项便成为主导;而在高阻段,比例项上升,固定项的影响相对下降。因此看准确度参数时,不能只看百分比那一项,还要结合各量程的实际显示位数去估算固定项的量级。
分辨力是仪器能显示出来的细微变化,准确度是读数与真值的接近程度。两者相关但不等同:一台分辨力很高的仪器,若稳定性不足,末位数字可能持续跳动,读出来的数并不更可靠。选型的稳妥做法是同时看分辨力、示值误差与稳定性这三项,而不是只看其中一个。
在计量层面,这三项也都被纳入了检定。JJG 1205-2025《直流电阻测试仪检定规程》适用于测量感性负载直流电阻的数字式直流电阻测试仪的各类检定与使用中检查;该规程由市场监管总局于 2025 年 6 月 11 日发布、2025 年 12 月 11 日实施,代替了 JJG 1052-2009 中的直流电阻测试仪部分,归口单位为全国电磁计量技术委员会,主要起草单位包括广东省计量科学研究院、中国计量科学研究院与河南省计量测试科学研究院。规程文本明确,与 JJG 1052-2009 相比,除编辑性修改外,技术部分的变化包括增加适用范围及修改准确度等级的定级方法、调整电阻示值误差检定点、修改电阻示值稳定性测量时间等。
这段沿革对选型有直接意义:准确度等级的定级方法在新版规程中被修订,说明“同为零点二级”这一说法在不同版本规程下的含义未必一致,比较不同厂家的准确度指标时,宜确认其依据的是哪一版规程。
温度是直阻测量里常被低估的误差源。规程给出的换算式为 R 二等于 R 一乘(T 加 t 二)再除以(T 加 t 一),其中 R 一、R 二分别为温度 t 一、t 二下的电阻值,T 为电阻温度常数,铜导线取 235,铝导线取 225。
这一换算式对绕组温度 t 一的取值相当敏感。按此式做一阶估算,绕组温度若偏差 1 摄氏度,换算结果的相对偏差约为 1 除以(235 加绕组温度),在常温附近约为百分之零点四;若温度偏差达到 5 摄氏度,相对偏差便接近百分之二。需要说明的是,这是按上述换算式做的量级估算,不是任何标准给出的误差条款,但足以说明问题:温度测量的偏差对结果的影响,可以达到仪器本身误差的十倍量级。
由此得出的选型启示很实际:与其一味追求准确度再高一个台阶的仪器,不如确保绕组温度能测准、测稳,并且每次测量都记录温度。规程给出了换算式与温度常数,但并未统一规定换算的基准温度,因此现场应固定采用同一基准,使历次数据具备可比性——这一点比基准本身取多少更重要。
铁芯由硅钢片叠装而成,属铁磁材料,具有磁滞特性。绕组中通入直流电流后,铁芯被磁化;断开电流,磁感应强度并不沿原路返回零点,而是保留一部分,这便是剩磁。
直流电阻试验恰恰是在绕组上施加较大直流电流并持续一段时间,因此试验本身即为剩磁的来源之一。学术期刊《电气技术》2022 年首期刊出的《一种变压器剩磁削弱技术研究》一文明确指出,变压器在出厂前需要做直流电阻试验,而直流电阻试验会使变压器产生剩磁;此外,空载变压器拉闸时也会产生剩磁。该文同时指出,直流电阻试验所加电流越大、时间越长,铁芯中的剩磁量越大。
剩磁的核心风险在投运环节。上述文献说明,当有大量剩磁的变压器投运时,在励磁涌流作用下会产生较大的冲击电流,引起电压升高,从而引起重瓦斯保护动作跳闸,也会造成变压器近端的设备、仪器损坏;大量剩磁还会对变压器的相关试验结果造成干扰,并产生较多的谐波分量和直流分量,降低电网质量,对电网中的电力电子器件造成危害。
《人民长江》2022 年增刊刊出的《巨型主变压器合闸时差动保护误动分析及优化》一文,从一起工程事件给出了同样的机理分析:变压器铁芯中残留一定的剩磁,且输入功率越大、时间越长,剩磁量便越多;由于直流分量的影响,涌流中的二次谐波分量减少,冲击合闸时的制动系数降低,使二次谐波制动闭锁失效。该文据此提出,变压器在进行直流电阻试验之后应先消磁再投运。
两篇文献的来源不同、角度不同,结论一致:直阻试验之后不处理剩磁,风险落在下一次合闸上。
消磁的基本思路都是设法缩小铁芯的磁滞回线,使剩磁趋近于零,具体做法上分为两条路线。
直流消磁又称反向冲击法:在绕组两端正向、反向交替通入逐级递减的直流电流,使磁滞回线一圈一圈缩小。这条路线的消磁效果明显,但需要不断改变电流的方向与大小,衰减次数不足便可能困在小范围内的小回线里出不来。
交流消磁则利用交流电流方向本身不断变化的特点,从大到小递减外加电流,磁滞回线随之缩小。它对电源的要求不同,而且对于大型变压器,可能因电流达不到而受限。
《人民长江》那篇文章还归纳了另外几条措施:由发电机带变压器零起升压、减小直流电阻测量电流、提高铁芯温度等,并指出提高温度的方法因可能损伤绝缘、实施困难而一般不予采用。其中“减小直流电阻测量电流”这一条尤其值得注意——它与前文电流档的取舍直接相关:电流档在满足饱和要求的前提下取低一些,本身即有助于减少剩磁的产生量。
把消磁功能集成进直阻仪,价值在于流程闭环:一次接线完成测量之后,随即在同一套回路上做消磁,不必另行搬来消磁装置、重新接线。对于需要逐档测试有载分接开关的场合,测量与消磁交替进行,这种集成带来的时间节省相当可观。
边界也要看清楚。内置消磁的输出能力受仪器本身电流档的约束,其适用的变压器容量范围与消磁彻底程度,须以所用仪器的说明为准;若对消磁效果有明确的量化验证要求,仍需按相应方法单独检测。消磁是否彻底,一般依据励磁电流的波形是否对称、是否仍含偶次谐波分量来判断:当波形上下对称且偶次谐波分量消失时,可认为剩磁已基本消除。
前面三章讨论的三个维度,都可以在单相测量的框架下理解。实际作业中还有一条独立的效率线索:三相测量。
对于带中性点引出的星形接法绕组,可以三相同时加电、独立采样,一次测出三相电阻与三相不平衡率;对于不带中性点的星形接法与三角形接法,也有相应的三通道测量方式。一次接线完成全部三相数据的采集,既省去了反复换相与放电的时间,也避免了换相过程中条件漂移带来的不一致。
这一能力与电流档直接相关:三相测量时仪器需要同时为多相供电,各相实际获得的电流由所选档位决定,未必等于单相测量时该档位的电流。因此在核算电流是否达到饱和要求时,须按三相模式下各相实际获得的电流计算,而不是按仪器型号标注的电流值直接套用。这一点在选型时容易被忽略。
大电感绕组的读数需要等待稳定,而“稳定”这件事本身需要判据。一种实用的做法是让仪器自动计算若干时间点之间的电阻值变化率,例如 5 秒、15 秒、30 秒三个时间点的变化率,供操作人员判断数据是否已经收敛。变化率持续偏大,说明充电尚未完成或存在接触问题;变化率降到很小的水平,读数才可用于判定。
这个功能的价值在于把“等够了没有”从经验判断变成可观察的量,对经验不足的操作者尤其有用。
输出电流的上限是常被拿来比较的参数,但它解决的是“能不能推动大变压器”这一个问题。若档位稀疏、量程下限偏高,在微欧段便可能读不准。看电流档,宜同时看上限值、档位数与各档对应的量程下限。
如前所述,准确度由比例项与固定项两部分构成。在微欧段,固定项的占比可能远高于比例项,仅凭百分比一项无法判断该档的实际水平。
消磁可以在事后用单独的装置完成,但那样需要重新接线、重新准备,且在现场工期紧张时容易被省略。更重要的是,消磁的效果与试验电流的大小直接相关——事后消磁并不能挽回大电流长时间试验已经造成的剩磁量。把这个环节前移到选型阶段考虑,比事后补救更省事。
温度偏差对结果的影响可以达到仪器误差的十倍量级,但现场记录温度往往做得粗。选型时把“能否方便、准确地记录与换算温度”纳入考量,收益可能高于追求更高的准确度等级。
末位数字跳得细,不等于读数更可信。选型时三项一起看:分辨力、示值误差、稳定性。
不是。电流应在“能使铁芯饱和”与“不使绕组发热”之间取值。按前面提到的应用指南的经验判断,铁芯饱和通常发生在测试电流约为额定电流的百分之一时,而测试电流在任何情况下不应超过额定电流的百分之十。超过上界会因绕组发热而使读数失真。
要连同固定项一起看。判据要求分辨的是百分之二与百分之一量级的差别,以及与历史数据相比百分之二的变化率,从这个角度看,仪器的示值误差水平需要与判据留出足够的余量;同时要意识到温度换算引入的不确定度往往更大,仅仅提高仪器准确度并不必然改善判断结论的可靠性。
剩磁是直流试验的普遍后果,只是容量越大、试验电流越大、时间越长,剩磁量越大,风险越突出。是否在每次试验后都消磁,宜按被测设备的电压等级与容量、以及现场的作业要求确定,而不是一概而论。
按所选三相档位下每一相实际获得的电流核算,而不是按仪器型号标注的电流值直接套用。若该数值明显低于单相测量时可用的电流,在大容量变压器上可能达不到饱和所需的电流。
先看电流是否偏低、铁芯是否尚未饱和;再检查接线是否牢固、电流端与电压端的接线顺序是否正确、接触面是否清洁;若条件允许,可采用高压与低压绕组同时注入电流的方式加快饱和。排除上述因素后仍不稳定,还应检查仪器的稳定性。
常见原因包括:绕组温度不同且未做换算或换算基准不一致、电流档不同导致饱和程度不同、铁芯残留磁状态不同、接线与接触状态有变化。逐项固定这些条件之后再做比较,历史数据的纵向分析才有意义。
需要。JJG 1205-2025 适用于该类测试仪的检定与使用中检查,可按规程要求安排周期检定与使用中检查。选型时可留意厂家是否提供与规程对应的检定或校准支持。
选直阻仪这件事,说到底是把三个维度各自对应的一段链条接完整:电流档决定能不能在合理的时间内把铁芯推到饱和,准确度决定读数能否支撑百分之二与百分之一量级的判定,消磁功能决定测完之后给变压器留下什么。三者缺一,测试链条便有断点。
从标准与规范的角度看,这条链条的两端也都有据可依:一端是判据,DL/T 596-2021 给出了不平衡率与变化率的限值、温度换算式与温度常数;另一端是量值溯源,JJG 1205-2025 已自 2025 年 12 月 11 日起实施,把感性负载的测量能力与准确度定级纳入该类型测试仪的检定。选型时把这两端对齐,参数的取舍便有了准绳。
北京康高特(KGT)自主研发的 TRW-310 变压器三相直流电阻测试仪,其设计正是围绕这几个维度展开的。据官方产品页,该仪器集助磁法测试、三相测试(星形带中性点、星形、三角形)与消磁功能于一体,并明确标注由北京康高特(KGT)自研。
电流档与量程方面,官方技术参数按型号分别给出。单相 10 安型号的电流档为 10 安、5 安、1 安、0.1 安、10 毫安、1 毫安,电阻测试范围标注为 500 微欧至 50 千欧;单相 20 安型号为 20 安、10 安、5 安、1 安、0.2 安、10 毫安、小于 1 毫安,范围 0.5 毫欧至 25 千欧;单相 40 安型号为 40 安、20 安、10 安、5 安、1 安、0.2 安、10 毫安、小于 1 毫安,范围 0.1 毫欧至 25 千欧;单相 50 安型号为 50 安、20 安、10 安、5 安、1 安、0.2 安、10 毫安、小于 1 毫安,范围 75 微欧至 25 千欧。三相 20 安、40 安、50 安型号则同时提供单相档位与两两成对的组合档位,电阻测试范围标注为 100 微欧至 25 千欧。需要说明的是,官方产品简介中另有一处写“测试范围 0 至 25 千欧”,与参数表中单相 10 安型号标注的 50 千欧不一致,前者应理解为对整体覆盖范围的概略描述,具体以所选型号的参数表为准。
准确度方面,官方标注为正负(读数乘 0.2% 加 2 个字)。三相测试可对星形带中性点、星形与三角形接法的绕组采用三相测量方式,并据此计算出三相不平衡率。此外,仪器在测试过程中可自动计算 5 秒、15 秒、30 秒内的电阻值变化率,辅助判断测试数据的稳定性,这一设计正对应前文所说的“稳定与否应当可观察”。
其他与现场使用相关的参数:工作电源为交流 220 伏,允许偏差正负百分之十,频率 50 或 60 赫兹;使用温度为零下 10 摄氏度至 50 摄氏度;相对湿度小于百分之九十且不结露;本机可存储 200 条数据并支持 U 盘存储,配有热敏打印机;显示与操作采用 7 寸工业级真彩屏,全触控加一键飞梭。官方产品页未列示的项目,如整机重量、外形尺寸与防护等级,本文不作补充。
把选型的三个维度、标准给出的判据与规程划定的量值边界,同仪器的实际参数放在一起对照,一台直阻仪是否适配手上的变压器,答案会清楚很多。