南昆線增壓變分接開關(guān)滅弧的解決方案

辜賢江

（南寧鐵路局供電處，工程師，廣西 南寧 530029）

南昆線2005年擴(kuò)能時(shí)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，在百威段牽引變電所主變27.5 kV一側(cè)引入了增壓變壓器（以下簡稱增壓變）以提高供電能力。增壓變使用的有載分接開關(guān)是采用高速電阻切換原理，靠電弧觸頭在電流過零點(diǎn)時(shí)油中熄弧進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)換的。隨著運(yùn)能的提高，百威段喜屯至板其區(qū)間負(fù)荷較大且變化劇烈，分接開關(guān)在沖擊性負(fù)荷的作用下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)預(yù)想進(jìn)行頻繁動作，導(dǎo)致分接開關(guān)內(nèi)絕緣油的碳化和污染速度加快，需要經(jīng)常性的停電退出進(jìn)行維護(hù)，給鐵路正常運(yùn)輸帶來了很大的干擾。因此，必須對其滅弧方式進(jìn)行改進(jìn)，以滿足擴(kuò)能對運(yùn)輸設(shè)備提出的要求。

1 運(yùn)行暴露的問題

南昆線使用的是電氣化鐵道專用自耦有載增壓變壓器，它串聯(lián)接入牽引變電所主變低壓側(cè)的27.5 kV母線，通過有載分接開關(guān)變換檔位調(diào)整增壓變線圈繞組匝數(shù)，在不切斷負(fù)荷電流的情況下調(diào)整母線電壓，使母線電壓控制在比較理想的狀態(tài)，提高牽引供電系統(tǒng)供電能力〔1、2〕。南昆線增壓變使用的是輪式分接開關(guān)，由切換開關(guān)和分接選擇器組成，其結(jié)構(gòu)及原理接線見圖1（a）、（b）所示。

南昆線引入增壓變對提高接觸網(wǎng)線路末端電壓取得了良好的效果，使運(yùn)輸能力增加了20%。但隨著南昆線運(yùn)能的進(jìn)一步提高，百威段喜屯至板其區(qū)間負(fù)荷增量較大且變化劇烈，造成增壓變分接開關(guān)運(yùn)行工況十分惡劣，在實(shí)際運(yùn)行中暴露出諸多問題，對運(yùn)輸造成了嚴(yán)重干擾，已無法再滿足擴(kuò)能之后運(yùn)輸設(shè)備正常運(yùn)行的要求。

圖1 分接開關(guān)結(jié)構(gòu)和原理接線示意圖

1.1 絕緣油碳化嚴(yán)重 增壓變作為電壓的調(diào)節(jié)輔助設(shè)備，在負(fù)荷變動較小的電力系統(tǒng)中，每年動作最多幾十次，產(chǎn)生的游離碳影響有限。而在南昆線的運(yùn)用中，每天動作次數(shù)多時(shí)超過100次，由于分接開關(guān)切換中變壓器油起熄滅電弧和絕緣的作用，每次動作后變壓器油可能產(chǎn)生分解物和游離碳而導(dǎo)致變壓器油劣化，使絕緣性能下降。由此，分接開關(guān)的維護(hù)周期由廠家原定的5 000 次濾油，10 000 次吊芯，縮短修訂為3 000次濾油，6 000次吊芯。

1.2 增壓變噴油 大量的游離碳在電場的作用下吸附在分接開關(guān)的主絕緣上，在分接開關(guān)動作約3 000次后，較大概率的會使主絕緣擊穿而發(fā)生增壓變噴油故障，從而導(dǎo)致牽引變電所全所停電，中斷鐵路運(yùn)輸。由此，南昆線田林、平林村牽引變電所增壓變分接開關(guān)的維護(hù)周期再次縮短修訂為2 000 次濾油，4 000次吊芯〔3〕。

1.3 差動保護(hù)誤動 增壓變直接串接在主變低壓側(cè)及高壓室母線之間，處于差動保護(hù)范圍之內(nèi)。在日常的運(yùn)行中，當(dāng)增壓變投入和分接開關(guān)切換調(diào)壓時(shí)將短時(shí)產(chǎn)生大量勵磁涌流，流入主變差動保護(hù)回路，造成不平衡電流增大，可能導(dǎo)致主變壓器差動保護(hù)誤動，擴(kuò)大了事故范圍，增加了故障概率。

1.4 檢修影響運(yùn)輸生產(chǎn) 南昆線運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，增壓變分接開關(guān)動作次數(shù)越頻繁，變壓器絕緣油碳化就越嚴(yán)重，檢修周期就越短。而每次檢修需全所停電倒閘才能使增壓變投退，又需2 天時(shí)間進(jìn)行檢修。無論是全所停電倒閘還是在檢修的2 天時(shí)間中，均需要對運(yùn)行的行車對數(shù)進(jìn)行限制，從而嚴(yán)重影響了南昆線正常的運(yùn)輸生產(chǎn)秩序，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 改進(jìn)滅弧方式

以上所述的問題，極大地影響著增壓變運(yùn)行的穩(wěn)定性。針對這些問題，近幾年通過采取加裝在線濾油裝置、改造主變差動保護(hù)回路、縮短維護(hù)周期等措施，使增壓變噴油、絕緣油劣化、主變差動保護(hù)誤動等問題得到一定改善，但不能從根本上解決絕緣油劣化的問題，杜絕增壓變故障。為此，有必要對增壓變運(yùn)行存在問題的根源進(jìn)行攻關(guān)，從根本上解決絕緣油劣化的問題，提高增壓變運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少對鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_〔4〕。

為了徹底解決問題的根源，可利用真空滅弧的原理，在分接開關(guān)的本體上安裝小型的真空泡替代電弧觸頭，改進(jìn)滅弧方式，從根本上解決絕緣油碳化的難題，提高增壓變運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證正常的鐵路運(yùn)輸〔2〕。

2.1 真空型開關(guān)工作原理

2.1.1 機(jī)械動作原理 分接開關(guān)變換操作由電動機(jī)構(gòu)啟動開始，傳動力經(jīng)垂直軸、傘齒輪箱和水平軸，傳至分接開關(guān)頭部法蘭上的齒抗減速機(jī)構(gòu)。通過該機(jī)構(gòu)輸出軸的傳動帶動主絕緣軸下部傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。一方面帶動分接選擇器的槽輪機(jī)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)動使分接選擇器的單或雙數(shù)動觸頭預(yù)選1個分接頭。另一方面帶動快速機(jī)構(gòu)儲能。當(dāng)選擇器動觸頭預(yù)選分接頭結(jié)束后不久，彈簧儲能機(jī)構(gòu)釋放，帶動切換開關(guān)變換動作，完成一級調(diào)壓。

2.1.2 觸頭變換原理 VCM 真空型分接開關(guān)采用雙電阻過渡的原理，它能帶負(fù)載變換變壓器調(diào)壓線圈的分接頭，分接開關(guān)的變換操作在于2個轉(zhuǎn)換的交替組合，即分接選擇器的單雙數(shù)動觸頭，輪流交替選擇分接同切換開關(guān)往返切換相結(jié)合，分接位置由4 檔變換5 檔動作次序如圖2 所示。圖中粗線表示電流的路徑，切換過程由（a）→（b）→（c）。圖（a）分接開關(guān)變換操作前分接位置4導(dǎo)通，分接選擇器單數(shù)觸頭組先由分接位置3變換至分接位置5。圖（b）切換進(jìn)行到V2、V3橋接位置，過渡電阻間產(chǎn)生的一循環(huán)電流，負(fù)載電流通過觸頭V2、V3 輸出。圖（c）切換結(jié)束，分接位置5導(dǎo)通。

圖2 分接位置由4變換5次序圖

2.2 真空型分接開關(guān)優(yōu)點(diǎn) VCM 型油絕緣真空泡熄弧有載分接開關(guān)運(yùn)行安全、可靠，使用真空泡替代電弧觸頭，大大減少檢修次數(shù)，降低檢修成本，具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1）分接開關(guān)電弧只在真空泡中熄滅，切換開關(guān)中的油不碳化、無污染，延長油的使用年限，提高分接開關(guān)的絕緣性能；同時(shí)無需濾油或換油，減少了設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用，提高了運(yùn)行中分接開關(guān)的可靠性。

2）分接開關(guān)采用真空泡替代電弧觸頭，不需要更換觸頭。而且外形尺寸和普通的分接開關(guān)一致，方便將普通的切換開關(guān)更換成真空開關(guān)，實(shí)現(xiàn)普通分接開關(guān)的真空化。

3）分接開關(guān)的過載能力強(qiáng)，長期載流由專用的機(jī)械式旁路觸頭承擔(dān)，真空泡只是瞬時(shí)承載。

4）所有真空泡都是可靠固定安裝，分接開關(guān)機(jī)械壽命長，檢修周期長，基本上達(dá)到免維護(hù)，減少了管理部門維護(hù)工作量。

3 結(jié)束語

2011年7月在田林、平林村牽引變電所的增壓變上采用了VCM 真空型分接開關(guān)。當(dāng)真空型分接開關(guān)動作滿3 000次后，檢查真空型分接開關(guān)運(yùn)行無異常。濾油前后取2次油樣，濾前、濾后的油樣外觀正常，油樣化驗(yàn)結(jié)果均合格，不再需要退出增壓變進(jìn)行濾油及吊芯檢修，其維護(hù)周期修訂為半年取一次油樣，一年吊芯檢查一次，運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高，保證了鐵路運(yùn)輸?shù)男省?/p>

〔1〕陳海軍.電力牽引供變電技術(shù)〔M〕.北京：中國鐵道出版社，2008.

〔2〕陶乃彬.電氣化鐵道供變電技術(shù)（二次系統(tǒng)）〔M〕.北京：中國鐵道出版社，2007.

〔3〕張鵬，馮斌，付高先等.變壓器有載分接開關(guān)在線濾油裝置的應(yīng)用與運(yùn)行維護(hù)〔J〕.變壓器，2007，44（4）.58-59.

〔4〕劉先勇，李磊民.有載分接開關(guān)在線凈油技術(shù)研究〔J〕.高壓電器，2005，41（2）.122-124.