王鼎彪 史海青 王偉 楊紅燕

摘要：本文通過闡述變壓器有載分接開關(guān)的切換原理，分析分接開關(guān)的常見故障，通過相應(yīng)的案例，提出相應(yīng)有載分接開關(guān)維護(hù)的相關(guān)政策建議，進(jìn)而為主變有載開關(guān)機(jī)構(gòu)故障分析提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變壓器 ?有載分接開關(guān) ?過渡波形 ?典型故障

1 概述

為了確保電壓質(zhì)量，電網(wǎng)對(duì)變壓器進(jìn)行調(diào)壓，有載分接開關(guān)作為一種在線動(dòng)態(tài)裝置，處在頻繁帶負(fù)載調(diào)壓的工作狀態(tài)中。通常情況下，變壓器在分接切換后接觸電阻是否良好，以及絕緣性能等只有通過常規(guī)試驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。但是，對(duì)于有載分接開關(guān)的過渡過程無法進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。在一定程度上通過有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試試驗(yàn)，研究分析有載分接開關(guān)的過渡時(shí)間、過渡波形、過渡電阻和三相同期性等參數(shù)，進(jìn)而在一定程度上判斷其潛在缺陷、故障[1]。

2 有載分接開關(guān)的切換原理

對(duì)于有載分接開關(guān)來說，通常情況下借助電阻過渡原理進(jìn)行相應(yīng)的處理，它能帶負(fù)載變換變壓器調(diào)壓繞組的分接頭，對(duì)于分接開關(guān)來說，其變換操作在于兩個(gè)轉(zhuǎn)換的交替組合觸頭，輪流交替選擇分接頭[2]。

3 分接開關(guān)常見故障

3.1 機(jī)械故障

對(duì)于分接開關(guān)來說，內(nèi)部緊固件松脫、異常機(jī)械磨損、機(jī)械強(qiáng)度與剛度不足等是其主要的機(jī)械故障。如果變壓器的分接開關(guān)出現(xiàn)機(jī)械故障，并且繼續(xù)運(yùn)行，在這種情況下，容易引發(fā)二次突發(fā)電氣故障，分接開關(guān)出現(xiàn)的故障主要表現(xiàn)為機(jī)械故障[3]。

3.1.1 快速機(jī)構(gòu)故障

通常情況下，快速機(jī)構(gòu)是指根據(jù)預(yù)定的速度和程序，使得切換開關(guān)或選擇開關(guān)快速切換的機(jī)構(gòu)，快速機(jī)構(gòu)的故障形式主要表現(xiàn)為機(jī)構(gòu)不切換、切換過快過慢，以及切換失敗等。對(duì)于快速機(jī)構(gòu)來說，如果故障比較輕，一般情況下容易燒毀過渡電阻，反之如果故障比較嚴(yán)重，在這種情況下容易燒毀有載分接開關(guān)的觸頭系統(tǒng)，甚至在一定程度上導(dǎo)致變壓器事故出現(xiàn)彈性[4]。

3.1.2 緊固件松脫故障

在有載分接開關(guān)內(nèi)部，螺釘、螺栓等緊固件，無論是種類，還是數(shù)量都比較多，對(duì)于這些緊固件，如果選用不當(dāng)或者防松措施不合理，在這種情況下，容易導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)生振動(dòng)，在正常運(yùn)行時(shí)，容易產(chǎn)生電磁振動(dòng)，在這兩種振動(dòng)的共同作用下，緊固件發(fā)生松退甚至出現(xiàn)脫落，進(jìn)而在一定程度上威脅到分接開關(guān)運(yùn)行的安全性、可靠性。觸頭連接線、過渡電阻引線等連接導(dǎo)電部件的緊固件，其接觸處通常情況下容易產(chǎn)生電腐蝕，進(jìn)而在一定程度上容易使得螺釘、螺栓頭部變小，進(jìn)一步使得分接開關(guān)發(fā)生故障[5]。

3.1.3 觸頭故障

觸頭對(duì)于分接開關(guān)來說，是最主要的部件。通常情況下，動(dòng)、定觸頭的磨損和電蝕是觸頭故障的主要表現(xiàn)形式。在換擋切換時(shí)，分接開關(guān)必然產(chǎn)生磨損，甚至拉弧，這些因素在一定程度上影響觸頭的使用壽命[6]。

3.2 電氣故障

3.2.1 發(fā)熱故障

受磨損、電蝕、壓力彈簧疲勞失效及快速機(jī)構(gòu)機(jī)械故障等因素的影響和制約，在一定程度上容易使得分接開關(guān)觸頭出現(xiàn)接觸不良，進(jìn)一步導(dǎo)致接觸電阻不斷增大，同時(shí)使得觸頭接觸處發(fā)熱，甚至引發(fā)觸頭燒毀等事故。通常情況下，對(duì)于開關(guān)的載流觸頭接觸情況通過測(cè)量變壓器繞組直流電阻法的方式進(jìn)行分析[7]。

3.2.2 放電故障

對(duì)于放電故障來說，根據(jù)嚴(yán)重程度，通常情況下可以將其分為局部放電、火花放電和高能電弧放電。受高電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，在分接開關(guān)的內(nèi)部，由于絕緣油劣化或者絕緣材料不良等，進(jìn)而在一定程度上引發(fā)放電故障[8]。

4 故障實(shí)例

某110kV變電站，型號(hào)為SFSZ-20000/110的2號(hào)主變。該主變有載開關(guān)原為德國(guó)TU公司產(chǎn)品， 2006年9月因有載開關(guān)上蓋炸裂噴油，更換為上海賽力電工電器制造有限公司制造的FYX2Ⅲ250/110-7型有載開關(guān)。

4.1 缺陷分析

2013.3.11該主變110kV側(cè)繞組直流電阻測(cè)試值見表1，在調(diào)壓1分頭高壓繞組直流電阻互差達(dá)7.33%，5分頭直流電阻互差達(dá)6.3%，與規(guī)程規(guī)定值相比，明顯超出;而且在5分頭，C相繞組直流電阻的值大于其在3、4分頭的值。根據(jù)“線性調(diào)壓”原理，此種現(xiàn)象不應(yīng)該出現(xiàn)，通過深入分析，造成這種現(xiàn)象的原因可能是：①C相有載分接開關(guān)1、5分頭接觸不良;②有載分接開關(guān)1、5分頭切換不到位;③有載分接開關(guān)其他問題。

表1

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分接從01向02切換 ? ? ? ? ? ?分接從05向04切換

圖1

從圖1看出：1分頭到2分頭和5分頭到4分頭切換波形，配合切換波形，單到雙時(shí)，橋接前C相動(dòng)作比較早，與A、B相時(shí)間相比，橋接前的這段時(shí)間比較長(zhǎng)，經(jīng)過橋接后，三相差不多是同時(shí)。在這種情況下，可以判斷，在C相的單數(shù)側(cè)動(dòng)觸頭和主通斷靜觸頭的接觸配合上出現(xiàn)問題，切斷時(shí)晚，接通時(shí)也慢，這種故障多是主通斷靜觸頭松動(dòng)或嚴(yán)重?zé)g造成的。

綜合分析該主變?nèi)毕荩赡艽嬖诘膯栴}主要包括：

①110kV繞組同復(fù)合式分接開關(guān)1分頭和5分頭的連接不良;②有載分接開關(guān)C相在1分頭和5分頭選擇部分接觸不良;③有載開關(guān)C相切換不到位，接觸面積小，影響直流電阻值;④有載開關(guān)切換傳動(dòng)中軸扭曲變形，造成A、B、C相從上到下分層布置的開關(guān)，雖然同軸，但是轉(zhuǎn)動(dòng)后的到位程度不一致，影響動(dòng)靜觸頭接觸面積;⑤在有載開關(guān)切換傳動(dòng)中軸上固定的B、C相切換觸頭松動(dòng)。

4.2 缺陷處理

2013.5.18對(duì)該主變有載開關(guān)進(jìn)行了吊出檢查，發(fā)現(xiàn)C相切換機(jī)構(gòu)彈簧、壓力釋放彈簧彈力不夠，經(jīng)過廠家更換彈簧后試驗(yàn)合格。

5 有載分接開關(guān)的維護(hù)

5.1 例行試驗(yàn)

分接開關(guān)的例行試驗(yàn)主要包括絕緣油檢查和開關(guān)的吊芯檢查。分接開關(guān)中的絕緣油在多次切換后顏色變黑，絕緣性能下降，應(yīng)更換新油。分接開關(guān)應(yīng)根據(jù)切換次數(shù)或使用時(shí)間定期吊芯檢查，主要檢查快速機(jī)構(gòu)和觸頭的磨損情況以及儲(chǔ)能彈簧、觸頭壓力彈簧等部件的疲勞情況，通過定期檢查能發(fā)現(xiàn)和排除開關(guān)內(nèi)部的潛伏性故障。

5.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

變壓器在運(yùn)行中應(yīng)對(duì)電流、電壓以及變壓器的溫度、分接開關(guān)的擋位等原始參數(shù)做好記錄，并經(jīng)常巡視檢查變壓器油位、運(yùn)行聲音、開關(guān)切換聲音等有無異常，用紅外等帶電監(jiān)測(cè)技術(shù)密切監(jiān)測(cè)。分接開關(guān)在運(yùn)行中如發(fā)生故障，除油中氣體成分和電氣參數(shù)發(fā)生變化外，一般常伴有如氣味、聲音、溫度、油位及負(fù)載等的變化，如發(fā)生放電性等較大故障，會(huì)出現(xiàn)重瓦斯跳閘、變壓器差動(dòng)保護(hù)跳閘甚至過壓釋放裝置動(dòng)作等。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為變壓器和有載分接開關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)和狀態(tài)檢修，判斷開關(guān)本體內(nèi)部故障的技術(shù)，應(yīng)利用例行試驗(yàn)和狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器和分接開關(guān)運(yùn)行中的故障，加強(qiáng)狀態(tài)檢修，及時(shí)維護(hù)分接開關(guān)，保持變壓器分接開關(guān)操作可靠性，減少故障發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德明.變壓器分接開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]趙幼揚(yáng)，張德明.有載分接開關(guān)氣體繼電器頻繁動(dòng)作的對(duì)策[J].變壓器，2004，41（10）：45-47.

[3][4][5][6]高長(zhǎng)明.有載分接開關(guān)爆炸的原因分析及預(yù)防[J].電工技術(shù)，2001（2）：48，58.

[7][8]謝毓成.電力變壓器手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：65.