電力變壓器有載分接開關(guān)的故障分析

許志軍

摘要：有載分接開關(guān)性能是由機(jī)械性能和電氣性能來保證的。機(jī)械性能和電氣性能是相互聯(lián)系的整體，兩者缺一不可。一旦分接開關(guān)機(jī)械出現(xiàn)故障，往往導(dǎo)致分接開關(guān)二次突發(fā)的電氣故障。本文主要探討電力變壓器有載分接開關(guān)在電力性能和機(jī)械性能方面存在的故障及檢修要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力變壓器有載分接開關(guān)故障

中圖分類號(hào)：TM403.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0136-01

近年來，有載調(diào)壓分接開關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。盡管不同生產(chǎn)廠家的開關(guān)控制電路結(jié)構(gòu)有所不同，但相對(duì)來說它們還是比較簡單的。一般情況下，電動(dòng)機(jī)朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為“升壓”分接變換，而朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為“降壓”分接變換。在某些情況下，可以使用制動(dòng)器使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；而在另一些情況下，也可使用電氣裝置或機(jī)械離合器來控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在分接開關(guān)動(dòng)作不同步的情況下，人們最關(guān)心的，也是最容易出現(xiàn)運(yùn)行問題的地方是如何進(jìn)行分接變換以及如何對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器進(jìn)行控制。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，有載分接開關(guān)的故障大多反映在機(jī)械的故障上，在110kV及以上變壓器分接開關(guān)故障中，機(jī)械故障率占93.4%，電氣故障僅占6.6%。

1 有載分接開關(guān)工作原理

有載分接開關(guān)是一種能在勵(lì)磁狀態(tài)下變換分接位置的電器裝置。有載分接開關(guān)調(diào)壓的基本原理，就是在變壓器繞組中引出若干分接頭后，通過它在不中斷負(fù)載電流的情況下，由一個(gè)分接頭切換到另一個(gè)分接頭，來改變有效匝數(shù)，即改變變壓器的電壓比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的。在變換分接頭過程中，必須利用電阻實(shí)現(xiàn)過渡，以限制其過渡時(shí)的環(huán)流。通常采用電阻式組合型有載分接開關(guān)。實(shí)際工作中，電阻限流有載分接開關(guān)的結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)部分，即切換開關(guān)、選擇開關(guān)、操作結(jié)構(gòu)。這些中的哪一部分出現(xiàn)問題都會(huì)直接影響變壓器的正常運(yùn)行。

2有載分接開關(guān)目前使用中存在的問題

2.1 機(jī)械故障

（1）緊固件松脫的故障及其診斷。對(duì)于電阻過渡的高速轉(zhuǎn)換有載分接開關(guān)，緊固件鎖固與否直接影響其工作可靠性。有載分接開關(guān)在變換操作的過程中，切換機(jī)構(gòu)的動(dòng)、定觸頭系統(tǒng)在快速機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能釋放后以快速相遇而閉合撞擊，并發(fā)生機(jī)械振動(dòng)（機(jī)械振動(dòng)頻率為500Hz左右）。同時(shí)，分接開關(guān)還受到變壓器電磁振動(dòng)的影響。此時(shí)，連接傳動(dòng)構(gòu)件和導(dǎo)電部件的緊固件若選用不當(dāng)（如采用4.8級(jí)普通螺栓和普通螺母）或防松措施不力（止退墊片未鎖好）時(shí)，會(huì)受這些機(jī)械振動(dòng)與電磁振動(dòng)共同的作用，開始松退或甚至脫落，嚴(yán)重威脅分接開關(guān)工作的安全性和可靠性。

（2）快速機(jī)構(gòu)的動(dòng)作故障及其診斷?？焖贆C(jī)構(gòu)是使切換開關(guān)或選擇開關(guān)按照預(yù)定的速度和程序進(jìn)行快速切換的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以視為切換開關(guān)或選擇開關(guān)的“心臟”。分接開關(guān)的技術(shù)性能指標(biāo)常常取決于快速機(jī)構(gòu)的性能。快速機(jī)構(gòu)的動(dòng)作故障包括機(jī)構(gòu)不切換、屬于機(jī)械故障，其結(jié)果輕則燒毀過渡電阻，成變壓器事故。切換過快或過慢和切換失敗等故障，這些故障都重則燒毀有載分接開關(guān)的觸頭系統(tǒng)，甚至往往構(gòu)快速機(jī)構(gòu)一旦釋放，必須毫不停頓地到達(dá)終點(diǎn)，在幾十萬次的變換操作中，一次也不許失敗，否則將會(huì)產(chǎn)生過渡觸頭橋接時(shí)間過長而燒毀過渡電阻器的嚴(yán)重事故?？焖贆C(jī)構(gòu)決不允許出現(xiàn)不切換故障。

2.2 電氣故障

（1）緊固件松動(dòng)引發(fā)的電氣故障。定觸頭特別是定弧觸頭的絕緣支座的引坡（動(dòng)弧觸頭滾入或切入的引橋）的設(shè)計(jì)，理論上完全能承受來自切線方向的切換力。由于早期的復(fù)合式分接開關(guān)定弧觸頭的絕緣支座的背面沒有設(shè)置銷釘?shù)戎雇斯潭ㄑb置，一旦緊固定弧觸頭的螺紋或螺母出現(xiàn)松動(dòng)，動(dòng)弧觸頭的切換力作用在引坡的側(cè)面上，每次撞擊時(shí)支座的位置就會(huì)變動(dòng)，并造成的歪斜。也就是說隨著切換次數(shù)的增加，不僅絕緣支座的引坡易斷裂，而且變形歪斜達(dá)到一定程度會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作卡剎。這在有些仿V型200、500A規(guī)格和SYJZZ型復(fù)合式選擇開關(guān)上容易出現(xiàn)。

（2）有載分接開關(guān)在運(yùn)行中要經(jīng)受電（電場）、熱和力的三種破壞勢力。這三種破壞勢力對(duì)分接開關(guān)狀態(tài)的影響分別稱為電致變態(tài)、熱致變態(tài)和力致變態(tài)。當(dāng)破壞勢力得逞，引起狀態(tài)質(zhì)變，就會(huì)形成電氣故障，它包括熱的故障、電的故障和形變的故障。熱的故障通常指分接開關(guān)觸頭接觸不良，接觸電阻逐漸增大，局部過熱、溫度升高。根據(jù)其嚴(yán)重程度，熱性故障常常為被分為輕度過熱（一般低于150℃）、低溫過熱（150～300℃）、中溫過熱（300～700℃）、高溫過熱（一般高于700℃）四種故障情況。電的故障通常指分接開關(guān)內(nèi)部在高電場強(qiáng)度的作用下，造成絕緣性能下降或劣化的故障，根據(jù)放電的能量密度不同，電故障又分為局部放電、火花放電和高能電弧放電三種故障類型。形變的故障通常指分接開關(guān)在通過短路電流情況下，載流導(dǎo)體或傳動(dòng)構(gòu)件在承受巨大電動(dòng)力的作用下，產(chǎn)生的永久的機(jī)械變形與損壞或觸頭斥開而產(chǎn)生的熔焊與燒毀。

3電力變壓器有載分接開關(guān)故障的防止措施

（1）加速SYXZ型、C型或D型老式有載分接開關(guān)淘汰。從上述事故實(shí)例反映這類老式分接開關(guān)在設(shè)計(jì)上存在有不合理性，結(jié)構(gòu)性能比較落后，運(yùn)行的故障率較高，屬于淘汰型的產(chǎn)品，目前電網(wǎng)上已采用這類老式（含D型）的分接開關(guān)，在檢修和使用上無價(jià)值時(shí)，應(yīng)以性能較好的分接開關(guān)來更換。

（2）仿M型分接選擇器防止故障措施。從上述事故實(shí)例反映，仿M型分接選擇器主要存在絕緣板條開裂和機(jī)械強(qiáng)度不足；隨著絕緣水平等級(jí)的升高，籠式結(jié)構(gòu)剛度不足，容易受力變形，引發(fā)動(dòng)觸頭合上不到位等缺陷。①加強(qiáng)籠式絕緣板條的機(jī)械強(qiáng)度。采用高強(qiáng)度環(huán)氧玻璃絲擠拉桿來替代原3020酚醛層壓紙板，徹底解決層壓板條在使用中分層開裂的缺陷，大幅度地提高機(jī)械強(qiáng)度、介電性能。②加強(qiáng)動(dòng)觸頭支架的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。分接選擇器動(dòng)觸頭支架增加其加強(qiáng)筋，并且增強(qiáng)尼龍材質(zhì)中玻璃絲含量增至30%，大幅度提高觸頭支架的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。③分接選擇器籠式結(jié)構(gòu)的剛性。CM型D級(jí)分接選擇器軸向尺寸長，剛性差，其籠子中部增一絕緣支撐環(huán)，能防止絕緣板條向內(nèi)變形阻滯動(dòng)觸橋的運(yùn)動(dòng)或向選擇器動(dòng)觸頭支架外變形可能造成動(dòng)定觸頭接觸不良；同時(shí)大大提高分接選擇器籠子剛性，減少籠子受外部引線拉力而引起扭曲變形，動(dòng)定觸頭閉合到位，提高分接選擇器觸頭工作可靠性?！?/p>

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