一起110kV變壓器有載分接開(kāi)關(guān)故障原因分析

張雄清 林 毅 舒鳳舟 黃建明

（舟山電力局，浙江 舟山 316000）

在電力系統(tǒng)中電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量重要指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)較大，會(huì)引起系統(tǒng)電壓大幅波動(dòng)，為穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓，提高電壓質(zhì)量，最有效的措施是用有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行電壓調(diào)整。有載分接開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)作為變壓器的重要組件，它的穩(wěn)定性、可靠性直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)電網(wǎng)電壓質(zhì)量水平和變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。有載分接開(kāi)關(guān)的操作可以通過(guò)電動(dòng)操作和手動(dòng)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)操作主要是在故障處理和檢修試驗(yàn)時(shí)應(yīng)用，電動(dòng)操作主要應(yīng)用于對(duì)運(yùn)行中的變壓器進(jìn)行調(diào)檔。運(yùn)行中的有載調(diào)壓變壓器調(diào)檔切換頻繁，電動(dòng)操作系統(tǒng)中的電子、電器及機(jī)械元件容易損壞，發(fā)生故障的概率也比較高。下面以一起110kV變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的故障為例，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 概述

普陀變#1主變，2003年投入運(yùn)行，有載分接開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)為上海華明電力設(shè)備制造有限公司，其電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)為 SHM-I智能型電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，由SHM-I電動(dòng)機(jī)構(gòu)與HMK7控制器組成。SHM-I智能型電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，是一種智能型、通用的有載分接開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)，其顯著特點(diǎn)是采用先進(jìn)的信息技術(shù)、微電子元件、計(jì)算機(jī)技術(shù)替代傳統(tǒng)的有觸點(diǎn)、要靠機(jī)械動(dòng)作來(lái)完成電器功能的電器元件。

SHM-I電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)為單相異步電機(jī)，額定電壓為220V。該電機(jī)定子上有兩套繞組，一套是主繞組，另一套起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間互差90°，在起動(dòng)繞組回路中串接起動(dòng)電容C，作電流分相用，并通過(guò)離心開(kāi)關(guān)與主繞組并聯(lián)在單相電源上。電機(jī)通電后，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在該磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁轉(zhuǎn)矩為

式中，I1為流過(guò)主繞組的電流，I2為流過(guò)起動(dòng)繞組的電流，θ為I1與I2之間的夾角，θ和I2與起動(dòng)電容有關(guān)，選擇電容器的電容量適當(dāng)，就能使θ接近90°，就可以獲得最大的電磁轉(zhuǎn)矩。

2 故障現(xiàn)象

2013年2月19日，運(yùn)行人員上報(bào)普陀變#1主變有載分接開(kāi)關(guān)無(wú)法調(diào)檔緊急故障。變電檢修班接到檢修任務(wù)后，馬上對(duì)普陀變#1主變進(jìn)行處理。在處理前發(fā)現(xiàn)，普陀變1#主變有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔不到位，檔位停留在7檔和8檔之間，檢修人員手搖有載分接開(kāi)關(guān)至8檔，在手搖過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)有卡澀現(xiàn)象。檢修人員通過(guò)電動(dòng)操作把有載分接開(kāi)關(guān)從8檔調(diào)至7檔，調(diào)檔過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈后，電機(jī)停止，有載分接開(kāi)關(guān)未調(diào)節(jié)到位，繼續(xù)按電動(dòng)降檔按鈕，電機(jī)又轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈后停止，如此反復(fù)，直到調(diào)節(jié)至7檔，用同樣方式從7檔調(diào)到8檔，剛開(kāi)始現(xiàn)象同上。經(jīng)過(guò)幾次電動(dòng)操作后，電機(jī)突然恢復(fù)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，此后1#主變可以正常向上或向下調(diào)檔，但剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的前幾圈比較緩慢，后來(lái)突然加速直到調(diào)檔到位，故障暫時(shí)排除。2013年2月21日，普陀變1#主變有載分接開(kāi)關(guān)又出現(xiàn)無(wú)法調(diào)節(jié)檔位故障。

3 原因分析

從上述現(xiàn)象，我們可以得出以下幾個(gè)結(jié)論。第一點(diǎn)是在手搖過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有卡澀現(xiàn)象，說(shuō)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)良好，有載分接開(kāi)關(guān)內(nèi)部正常；第二點(diǎn)是檢修人員電動(dòng)操作過(guò)程中，電機(jī)都能轉(zhuǎn)動(dòng)，而控制回路中也無(wú)繼電器、接觸器等電器元件，說(shuō)明電機(jī)轉(zhuǎn)幾圈后停止，不是由于電機(jī)控制回路接觸不良引起的斷線，電機(jī)控制回路正常，HMK7控制器功能良好；第三點(diǎn)電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，而且多次電動(dòng)操作后能夠恢復(fù)正常檔位調(diào)節(jié)，說(shuō)明電機(jī)的起動(dòng)繞組和主繞組正常，沒(méi)有擊穿；第四點(diǎn)是電機(jī)起動(dòng)比較緩慢，與正常有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔時(shí)電機(jī)起動(dòng)比較明顯變慢，說(shuō)明電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不夠。根據(jù)式（1）可以知道，起動(dòng)繞組和主繞組確定后，電磁轉(zhuǎn)矩主要與起動(dòng)電容器的電容量有關(guān)。當(dāng)電容量變化，電磁轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，因此我們懷疑故障是由于電機(jī)的起動(dòng)電容引起的。

4 故障處理

2013年2月21日，普陀變1#主變有載分接開(kāi)關(guān)無(wú)法調(diào)節(jié)檔位，變電檢修人員對(duì)SHM-I電動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)電機(jī)有兩個(gè)起動(dòng)電容器，兩個(gè)電容器處于并聯(lián)狀態(tài)，其中一個(gè)電容器擊穿，如圖1所示，更換電容器后，1#主變有載分接開(kāi)關(guān)檔位調(diào)節(jié)恢復(fù)正常，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)也恢復(fù)正常，故障排除，因此可以確認(rèn)故障是由于起動(dòng)電容器擊穿引起的。電容器擊穿，起動(dòng)電容減小，電磁轉(zhuǎn)矩變小，因此電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程比較緩慢。由于起動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩不夠大，電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈后因?yàn)樽枇νＶ罐D(zhuǎn)動(dòng)。有載分接開(kāi)關(guān)多次電動(dòng)操作后，有載分接開(kāi)關(guān)能夠恢復(fù)正常調(diào)檔，但剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的前幾圈電機(jī)比較緩慢，這主要是由于電容和繞組經(jīng)過(guò)多次通電后，電容器和繞組的溫度升高，電容器的電容量和繞組的電阻都發(fā)生了變化，電磁轉(zhuǎn)矩變大，雖然沒(méi)有達(dá)到電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的要求，但已經(jīng)大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)遇到阻力，有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔恢復(fù)正常。

圖1 電機(jī)起動(dòng)電容

5 結(jié)論

變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的電動(dòng)操作系統(tǒng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓，其可靠和穩(wěn)定性直接影響供電質(zhì)量和變壓器的安全運(yùn)行。在日常的檢修維護(hù)工作中，檢修人員對(duì)電動(dòng)操作系統(tǒng)的查檢比較缺乏，特別是電機(jī)部件的檢查。今后在變壓器檢修工作中，我們要加強(qiáng)對(duì)有載分接開(kāi)關(guān)單相電機(jī)起動(dòng)電容器的檢查，特別是那種運(yùn)行年限比較長(zhǎng)的變壓器，及時(shí)排除安全隱患。

[1] 耿偉,耿潔宇.變壓器有載分接開(kāi)關(guān)常見(jiàn)問(wèn)題的分析和處理[J].變壓器,2012(3).

[2] 嚴(yán)震池.電機(jī)學(xué)[M].北京：中國(guó)電力出版社,1999.