調(diào)壓變壓器有載分接開關(guān)機(jī)械性能的在線檢測分析

劉漢順

摘 要：調(diào)壓變壓器在運(yùn)行過程中，需要技術(shù)人員采用科學(xué)的啟動(dòng)流程，保障調(diào)壓變壓器的運(yùn)行質(zhì)量。對(duì)變壓器的機(jī)械性能進(jìn)行優(yōu)化，技術(shù)人員應(yīng)該采用有載分接開關(guān)的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)方法，保證變壓器開關(guān)的在線監(jiān)測合格?？刂谱儔浩鞯妮敵鲭妷?，并且在控制電路工作的過程中，對(duì)交流基礎(chǔ)器線圈控制觸點(diǎn)進(jìn)行延時(shí)閉合處理，確保正常穩(wěn)壓程序的運(yùn)行良好。做好有載分接開關(guān)的風(fēng)箱屏蔽設(shè)計(jì)工作，應(yīng)該做好電弧區(qū)和金屬蒸氣凝結(jié)屏區(qū)的連接處理，從而顯著提升變壓器開關(guān)的機(jī)械性能。本文從調(diào)壓電壓器有載分接開關(guān)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行分析，提出幾點(diǎn)有利于開關(guān)機(jī)械性能滿足在線監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的可行性建議。

關(guān)鍵詞：變壓器；機(jī)械性能；在線監(jiān)測；分接開關(guān)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.048

在變壓器有載分接開關(guān)機(jī)械性能的在線檢測活動(dòng)中，技術(shù)人員應(yīng)該采用有效的質(zhì)量保障方法，顯著提升分接開關(guān)的使用壽命。通過對(duì)故障部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測，從而對(duì)故障部位的脆弱區(qū)域進(jìn)行功能強(qiáng)化處理，顯著提升變壓器開關(guān)的耐磨程度。有載分接開關(guān)容易發(fā)生故障的部位比較多，主要有切換開關(guān)處的故障和適擇開關(guān)處的故障。同時(shí)，在控制裝置故障檢測的過程中，技術(shù)人員還應(yīng)該重點(diǎn)檢測操縱結(jié)構(gòu)處的故障，采用檢測設(shè)備檢查大電流通過開關(guān)時(shí)，電子元器件的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

1 開關(guān)機(jī)械內(nèi)部主要材料性能檢測

在開關(guān)機(jī)械性能檢測過程中，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)并聯(lián)運(yùn)行控制故障進(jìn)行深度檢測、并聯(lián)運(yùn)行的電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)絕緣程度不夠高而導(dǎo)致的使用安全故障問題。調(diào)壓變壓器的內(nèi)部材料主要由金屬制成，金屬的耐弧性能受到材料種類的制約。

調(diào)壓變壓器開關(guān)中的金屬鎢陰極消耗量為0.001毫克/庫倫左右，金屬鎢的比重為19.3毫克/立方毫米。在線檢測時(shí)，開關(guān)中的金屬鎢部件極電消耗體積應(yīng)該不高于0.0000518立方毫米/庫倫為宜。調(diào)壓變壓器開關(guān)中的金屬銀陰極消耗量為0.003毫克/庫倫左右，金屬鎢的比重為10.5毫克/立方毫米。在線檢測時(shí)，開關(guān)中的金屬鎢部件極電消耗體積應(yīng)該不高于0.000285立方毫米/庫倫為宜。調(diào)壓變壓器開關(guān)中的金屬鋼陰極消耗量為0.013毫克/庫倫左右，金屬鎢的比重為8.9毫克/立方毫米。在線檢測時(shí)，開關(guān)中的金屬鎢部件極電消耗體積應(yīng)該不高于0.00146立方毫米/庫倫為宜。

2 調(diào)壓變壓器有載分接開關(guān)機(jī)械性能的在線檢測分析

（1）開關(guān)觸頭拉簧的機(jī)械性能檢測。調(diào)壓變壓器分載開關(guān)的機(jī)械性能良好，變壓器的電壓調(diào)節(jié)功能就會(huì)更加強(qiáng)大。對(duì)于調(diào)壓變壓器開關(guān)的檢測與分析，主要考察開關(guān)機(jī)械傳動(dòng)效果是否良好。

有載分接開關(guān)中風(fēng)箱屏蔽應(yīng)該體現(xiàn)嚴(yán)密性，開關(guān)機(jī)械傳統(tǒng)原理應(yīng)該有效地運(yùn)用到機(jī)械性能檢測活動(dòng)中去。電動(dòng)機(jī)與搖臂的運(yùn)轉(zhuǎn)速度應(yīng)該保持在一定的水平，重點(diǎn)對(duì)拉簧的機(jī)械性能進(jìn)行檢測，保證拉簧在多次伸拉之后，還能夠保持一定的彈性。其中，蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)和弓形板主要負(fù)責(zé)減輕變壓器開關(guān)的震蕩效果。變壓器撥輪件與槽輪的配合應(yīng)該協(xié)調(diào)，能夠在變壓器系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中保持聯(lián)動(dòng)性。分載開關(guān)的動(dòng)輔觸頭中動(dòng)主觸頭和定觸頭之間應(yīng)該保證轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，并且觸頭處的絕緣效果是否符合分接開關(guān)的觸動(dòng)要求，也是分接開關(guān)機(jī)械性能在線檢測的重要環(huán)節(jié)。

（2）變壓器開關(guān)常規(guī)化沖擊檢測。對(duì)調(diào)壓變壓器開關(guān)進(jìn)行常規(guī)化沖擊檢測，我們發(fā)現(xiàn)，調(diào)壓范圍越大的分接開關(guān)，其全范圍梯度越小。其中，自耦中性點(diǎn)有載分接開關(guān)中性點(diǎn)的調(diào)壓范圍為245±10%的水平，其全范圍梯度僅為11%，此種分接開關(guān)采用全糾配合雙螺旋的結(jié)卷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，為中壓進(jìn)波的性能特點(diǎn)。

高壓中性點(diǎn)有載分接開關(guān)中性點(diǎn)的調(diào)壓范圍為210±7X1.4%的水平，其全范圍梯度為16%，此種分接開關(guān)采用全糾配合四個(gè)方向螺旋的結(jié)卷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，為前端進(jìn)波的性能特點(diǎn)。高壓中性點(diǎn)有載分接開關(guān)中性點(diǎn)的調(diào)壓范圍為220±10X1.46%的水平，其全范圍梯度為7.8%，此種分接開關(guān)采用全糾配合四螺旋的結(jié)卷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，為前端進(jìn)波的性能特點(diǎn)。高壓中性點(diǎn)有載分接開關(guān)中性點(diǎn)的調(diào)壓范圍為115±6X1.66%的水平，其全范圍梯度高達(dá)50%，此種分接開關(guān)不采用螺旋結(jié)卷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前端進(jìn)波的性能特點(diǎn)比較顯著。在基本檢測活動(dòng)中，技術(shù)人員應(yīng)該做好數(shù)據(jù)采集工作，以豐富的信息資料庫來指導(dǎo)于開關(guān)零件的檢測活動(dòng)。在數(shù)據(jù)采集過程中，利用傳感器和A/D零件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，采用人工智能技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，進(jìn)行故障檢測與診斷操作。在參考模型建立與特征提取活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別與分類處理，同時(shí)根據(jù)狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)輔助決策。

（3）分接開關(guān)電流電阻阻值檢測。有載分接開關(guān)主要向檢測部位發(fā)送信號(hào)，同時(shí)受到受監(jiān)測部位反饋回來的信息，同分接開關(guān)硬件的機(jī)械性能作出評(píng)估。有載分接開關(guān)使用信號(hào)變送器，同時(shí)發(fā)送振動(dòng)信號(hào)和電流信號(hào)，根據(jù)實(shí)時(shí)控制器中的反饋信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、分析與存儲(chǔ)。

有載分接開關(guān)機(jī)械性能需要滿足一定的匹配值要求，額定電流100A時(shí)，其電阻阻值為2.7歐姆到3.2歐姆之間為正常狀態(tài)，此時(shí)的電阻截面面積應(yīng)該控制在3.3平方毫米以上。當(dāng)分接開關(guān)構(gòu)件的額定通過電流為50A時(shí)，其電阻阻值為5.5歐姆到7.5歐姆之間為正常狀態(tài)，此時(shí)的電阻截面面積應(yīng)該控制在1.7平方毫米以上。額定電流30A時(shí)，其電阻阻值為9歐姆到12.5歐姆之間為正常狀態(tài)，此時(shí)的電阻截面面積應(yīng)該控制在1.0平方毫米以上。額定電流10A時(shí)，其電阻阻值為27歐姆到35歐姆之間為正常狀態(tài)，此時(shí)的電阻截面面積應(yīng)該控制在0.5平方毫米以上。在自適應(yīng)負(fù)荷系統(tǒng)的分析過程中，技術(shù)人員可以根據(jù)電壓偏移情況改變繞組分接自行進(jìn)行調(diào)壓，并且根據(jù)跟蹤得來的負(fù)荷數(shù)值變化情況，具體改變繞組接法自行進(jìn)行調(diào)容操作處理。采用自適應(yīng)負(fù)荷處理分擔(dān)的方式，需要技術(shù)人員進(jìn)行有載開關(guān)系統(tǒng)的機(jī)械性能保障性提高，從而使得整個(gè)系統(tǒng)具備負(fù)荷換相和分相無功補(bǔ)償功能。

（4）有載開關(guān)易損毀部位的重點(diǎn)檢測。該重點(diǎn)對(duì)分接開關(guān)中易發(fā)生事故的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測。

其中，有載分接開關(guān)中的操作機(jī)構(gòu)機(jī)械限位和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，容易發(fā)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)力不足的問題 ，因此，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力最大值進(jìn)行測算，滿足驅(qū)動(dòng)最大值中電動(dòng)機(jī)不會(huì)出現(xiàn)零件過熱燒毀現(xiàn)象。有載分接開關(guān)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也是機(jī)械性能檢測的重點(diǎn)部分。其中，傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的頂蓋角尺齒輪卡滯問題對(duì)于分解開關(guān)安全性影響比較大。調(diào)壓變壓器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸發(fā)生脫落現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞傘形齒輪。調(diào)壓變壓器開關(guān)構(gòu)件絕緣的在線監(jiān)測，是保障電力變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)良好的檢測關(guān)鍵，也是確保變壓器用電安全得以實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。采用局部放電的方法，對(duì)調(diào)壓變壓器有載開關(guān)機(jī)械性能進(jìn)行檢測，主要通過使用人為方法給受檢部位局部加熱，從而測量有載開關(guān)中的脈沖電流。技術(shù)人員可以采用超聲波測量、光測量和化學(xué)測量的方法，完善有載分接開關(guān)在線檢測的基本流程。

（5）有載分接開關(guān)的短路在線監(jiān)測。由于防止有載分接開關(guān)短路的工程建設(shè)是整個(gè)開關(guān)電源可靠性設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，因此，技術(shù)人員必須要考慮到特殊情況下調(diào)壓變壓器運(yùn)行系統(tǒng)的電路穩(wěn)定性。比如，技術(shù)人員必須要考慮到連續(xù)陰雨天氣對(duì)有載分接開關(guān)構(gòu)件機(jī)械性能的影響，確保調(diào)壓變壓器的重要部分出現(xiàn)漬水等現(xiàn)象時(shí)，短路過流中IGBT系統(tǒng)會(huì)被過高的電壓擊穿時(shí)，整條電路不會(huì)徹底斷開。采用泰克APO73的示波器測量儀器，主要用于采集電壓和電流信號(hào)。

使用負(fù)荷換相控制方法，對(duì)有載調(diào)容開關(guān)與有載調(diào)壓開關(guān)的數(shù)值波動(dòng)情況進(jìn)行在線檢測。根據(jù)數(shù)據(jù)信息采集的情況，進(jìn)行分接開關(guān)機(jī)械性能的綜合分析與判斷。對(duì)分接開關(guān)進(jìn)行有效的輸出控制，采用有載調(diào)容控制、無功補(bǔ)償控制、有載調(diào)壓控制的多種方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)于換相設(shè)備在線負(fù)荷數(shù)值的準(zhǔn)確測定。對(duì)于變壓器設(shè)備的在線監(jiān)測與分析，技術(shù)人員應(yīng)該使用電流互感器和電壓互感器進(jìn)行信號(hào)濾波和實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)值的采集與處理，并且在調(diào)容開關(guān)的晶閘管觸發(fā)信號(hào)在線監(jiān)測過程中，使用一定的切換策略，同時(shí)對(duì)有載分接開關(guān)的多種機(jī)械性能進(jìn)行檢測與記錄。

（6）常用傳感儀器的機(jī)械性能檢測分析。制電路、輸出電路等進(jìn)行配合工作。負(fù)載率對(duì)于開關(guān)電源的元器件穩(wěn)定型的影響比較明顯，以電阻器為例，當(dāng)電路系統(tǒng)中的運(yùn)行環(huán)境為50攝氏度時(shí)，負(fù)載率對(duì)電阻器的可靠性會(huì)產(chǎn)生較為明顯的影響，半導(dǎo)體器件的失效率比正常情況下增加了500-600倍。

使用皮爾遜101電流傳感器測量流過三組晶閘管的總電流，或者使用泰克TCP31230ADC電流抬頭，作為測量主通路晶閘管的門極觸發(fā)電流之用，對(duì)有載開關(guān)的觸發(fā)電流在單位時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)情況進(jìn)行把握。并且要及時(shí)地根據(jù)在線檢測的情況，進(jìn)行調(diào)壓變壓器內(nèi)部構(gòu)件的擴(kuò)容增強(qiáng)處理。因此，電路系統(tǒng)中開關(guān)電源設(shè)計(jì)師在開展調(diào)壓變壓器有載分接開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用時(shí)，應(yīng)該盡量避免其負(fù)載率過大而導(dǎo)致的電源故障的問題。使用泰克TCPA300AC/DC放大器作為門極電流的放大器效果檢測之用，對(duì)調(diào)壓變壓器有載分接開關(guān)中的信號(hào)異常波動(dòng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉，并且使用泰克P5200A50MGZ高壓差分探頭，主要負(fù)責(zé)測量主通路晶閘管兩端的電壓變化情況。

（7）基本檢測中的電流熱源測定傳感器分析技術(shù)。一般情況下，電路系統(tǒng)適用于霍爾電流熱源測定傳感器分析技術(shù)，通過終端接入直接檢測IGBT系統(tǒng)中的電流I的最大值，然后將其與設(shè)定的合理閥值進(jìn)行參考標(biāo)書的對(duì)比。用比較器的輸出比較在電閘斷開的情況下，整條電路中的控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)弱，再對(duì)電閘接通的過程中，整條電路中在電流運(yùn)行狀況下峰值水平控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)變化的情況。

通過自動(dòng)跟蹤負(fù)荷大小和電壓偏移的具體情況，指導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)容和處理。但是一般情況下，變壓器的調(diào)壓分接數(shù)量比較少，需要短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行甩負(fù)荷處理，容易對(duì)敏感負(fù)荷造成影響。因此，技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真考察高壓差分探頭的數(shù)據(jù)采集情況，進(jìn)行變壓器調(diào)壓和調(diào)容的相關(guān)處理工作。 在狀態(tài)評(píng)估的過程中，技術(shù)人員應(yīng)該采用模糊邏輯分析的方法，用專家系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采集手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的深度分析、在數(shù)據(jù)采集的過程中，原有數(shù)據(jù)可能會(huì)含有噪聲，技術(shù)人員需要準(zhǔn)確識(shí)別這些干擾因素。并且根據(jù)參考模型物征提取的情況進(jìn)行機(jī)械性能評(píng)估。在參考模型建立的過程中，還要考慮到歷史數(shù)據(jù)信息，將歷史中部件可能存在的問題進(jìn)行對(duì)應(yīng)記錄，從而完善機(jī)械故障報(bào)警機(jī)制。已經(jīng)識(shí)別成功的故障，應(yīng)該給出檢修檢疫，并且將診斷的結(jié)果報(bào)請給上一級(jí)單位。

3 調(diào)壓變壓器有載分接開關(guān)構(gòu)件色譜分析檢測法

變壓器開關(guān)構(gòu)件絕緣檢測的檢測原理通用的為色譜分析法，變壓器開關(guān)等構(gòu)件在電、熱、化學(xué)、局部電弧等因素的作用下會(huì)迅速釋放出低分子的氣體，變壓器油中溶解氣體組分分析DGA的詳細(xì)參數(shù)，通過研究新型傳感器的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)于分接開關(guān)機(jī)械性能的準(zhǔn)確評(píng)估。在具體檢測活動(dòng)中，技術(shù)人員需要利用智能決策支持進(jìn)行故障診斷。

其中，電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理規(guī)則和專家系統(tǒng)同時(shí)為分解開關(guān)的機(jī)械性能檢測活動(dòng)提供技術(shù)支撐。有載開關(guān)在線檢測活動(dòng)中，根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，我們能夠根據(jù)測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)機(jī)械性能中的故障問題。測試檔位5升6，平均電流為2.02A，電流增量為2.65A，高峰振動(dòng)幅度值為8.93G，低頻振動(dòng)峰值為8.13G，此時(shí)的測試結(jié)果顯示為正常。測試檔位6降5，平均電流為2.11A，電流增量為4.13A，高峰振動(dòng)幅度值為7.89G，低頻振動(dòng)峰值為10.20G，此時(shí)的測試結(jié)果顯示為正常。測試檔位5降4，平均電流為2.10A，電流增量為2.46A，高峰振動(dòng)幅度值為8.41G，低頻振動(dòng)峰值為5.60G，此時(shí)的測試結(jié)果顯示為正常。測試檔位4升5，平均電流為2.04A，電流增量為4.25A，高峰振動(dòng)幅度值為6.90G，低頻振動(dòng)峰值為10.13G，此時(shí)的測試結(jié)果顯示為正常。我們分析調(diào)壓變壓器本體油和有載分接開關(guān)色譜對(duì)比數(shù)據(jù)，能夠?qū)Ψ纸娱_關(guān)的機(jī)械性能進(jìn)行深度判斷。其中，取樣部位本體H2為22，分接開關(guān)為12351.取樣部位為總烴本體為36.1，分接開關(guān)的色譜分析數(shù)據(jù)為17655.6.取樣部位二氧化碳的本體數(shù)據(jù)為1063，而此時(shí)的分接開關(guān)數(shù)據(jù)為1218.最新的有載開關(guān)機(jī)械性能分析方法，主要用于FFA檢測的傳感新方法中，無需現(xiàn)場專家便可通過參數(shù)對(duì)應(yīng)指標(biāo)分析確定FFA的具體濃度。

4 結(jié)束語

對(duì)于有載分接開關(guān)的機(jī)械性能檢測，技術(shù)人員應(yīng)該基于OLTC原理開展檢測效果的深度剖析。其中，OLTC主要是檢測操動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角、觸頭碰撞的振動(dòng)效果，對(duì)于局部出現(xiàn)過熱信號(hào)進(jìn)行認(rèn)真處理。利用振動(dòng)傳感器檢測分接開關(guān)中局部過熱產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，能夠準(zhǔn)確評(píng)估調(diào)壓變壓器部件中存在過熱的程度。使用OLTC內(nèi)部與局部過熱檢測的方法，能夠有效掌握高峰用電情況下分接開關(guān)的發(fā)熱效率，并且迅速采取針對(duì)性的措施，幫助分接開關(guān)進(jìn)行降溫處理，防止夏季用電高峰期出現(xiàn)有載分接開關(guān)過熱出現(xiàn)的構(gòu)件熱熔現(xiàn)象。

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[10] 趙彤，張黎，李慶民等.有載分接開關(guān)振動(dòng)信號(hào)特征提取的混沌動(dòng)力學(xué)分析方法[C].//2007年全國電氣設(shè)備安全與信息技術(shù)研討會(huì)暨中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)能源與信息專委會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2007：130-134.

[11] 毛愛華.有載調(diào)壓分接開關(guān)機(jī)械狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)的研究[D].清華大學(xué)，2011.