主變有載開關(guān)機構(gòu)故障分析

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)維護的相關(guān)政策建議，進而為主變有載開關(guān)機構(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)對變壓器進行調(diào)壓，有載分接開關(guān)作為一種在線動態(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)試驗進行相應(yīng)的測量。但是，對于有載分接開關(guān)的過渡過程無法進行有效的監(jiān)測。在一定程度上通過有載分接開關(guān)動作特性測試試驗，研究分析有載分接開關(guān)的過渡時間、過渡波形、過渡電阻和三相同期性等參數(shù)，進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

對于有載分接開關(guān)來說，通常情況下借助電阻過渡原理進行相應(yīng)的處理，它能帶負(fù)載變換變壓器調(diào)壓繞組的分接頭，對于分接開關(guān)來說，其變換操作在于兩個轉(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 機械故障

對于分接開關(guān)來說，內(nèi)部緊固件松脫、異常機械磨損、機械強度與剛度不足等是其主要的機械故障。如果變壓器的分接開關(guān)出現(xiàn)機械故障，并且繼續(xù)運行，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)為機械故障[3]。

3.1.1 快速機構(gòu)故障

通常情況下，快速機構(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)快速切換的機構(gòu)，快速機構(gòu)的故障形式主要表現(xiàn)為機構(gòu)不切換、切換過快過慢，以及切換失敗等。對于快速機構(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)致機械產(chǎn)生振動，在正常運行時，容易產(chǎn)生電磁振動，在這兩種振動的共同作用下，緊固件發(fā)生松退甚至出現(xiàn)脫落，進而在一定程度上威脅到分接開關(guān)運行的安全性、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，進而在一定程度上容易使得螺釘、螺栓頭部變小，進一步使得分接開關(guān)發(fā)生故障[5]。

3.1.3 觸頭故障

觸頭對于分接開關(guān)來說，是最主要的部件。通常情況下，動、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，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構(gòu)機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，進一步導(dǎo)致接觸電阻不斷增大，同時使得觸頭接觸處發(fā)熱，甚至引發(fā)觸頭燒毀等事故。通常情況下，對于開關(guān)的載流觸頭接觸情況通過測量變壓器繞組直流電阻法的方式進行分析[7]。

3.2.2 放電故障

對于放電故障來說，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。受高電場強度的影響，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，進而在一定程度上引發(fā)放電故障[8]。

4 故障實例

某110kV變電站，型號為SFSZ-20000/110的2號主變。該主變有載開關(guān)原為德國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)繞組直流電阻測試值見表1，在調(diào)壓1分頭高壓繞組直流電阻互差達7.33%，5分頭直流電阻互差達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，橋接前C相動作比較早，與A、B相時間相比，橋接前的這段時間比較長，經(jīng)過橋接后，三相差不多是同時。在這種情況下，可以判斷，在C相的單數(shù)側(cè)動觸頭和主通斷靜觸頭的接觸配合上出現(xiàn)問題，切斷時晚，接通時也慢，這種故障多是主通斷靜觸頭松動或嚴(yán)重?zé)g造成的。

綜合分析該主變?nèi)毕?，可能存在的問題主要包括：

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)動后的到位程度不一致，影響動靜觸頭接觸面積;⑤在有載開關(guān)切換傳動中軸上固定的B、C相切換觸頭松動。

4.2 缺陷處理

2013.5.18對該主變有載開關(guān)進行了吊出檢查，發(fā)現(xiàn)C相切換機構(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合格。

5 有載分接開關(guān)的維護

5.1 例行試驗

分接開關(guān)的例行試驗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)或使用時間定期吊芯檢查，主要檢查快速機構(gòu)和觸頭的磨損情況以及儲能彈簧、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

變壓器在運行中應(yīng)對電流、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、運行聲音、開關(guān)切換聲音等有無異常，用紅外等帶電監(jiān)測技術(shù)密切監(jiān)測。分接開關(guān)在運行中如發(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，會出現(xiàn)重瓦斯跳閘、變壓器差動保護跳閘甚至過壓釋放裝置動作等。

6 結(jié)束語

作為變壓器和有載分接開關(guān)的狀態(tài)檢測和狀態(tài)檢修，判斷開關(guān)本體內(nèi)部故障的技術(shù)，應(yīng)利用例行試驗和狀態(tài)檢測技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)變壓器和分接開關(guān)運行中的故障，加強狀態(tài)檢修，及時維護分接開關(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：

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

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

[3][4][5][6]高長明.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[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：65.