變壓器有載調(diào)壓分接開關(guān)動作特性交流測試技術(shù)的研究與應(yīng)用

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(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072； 2.國網(wǎng)四川省電力公司眉山供電公司，四川 眉山 620010)

0 引 言

電力變壓器是電網(wǎng)的主要設(shè)備之一，有載分接開關(guān)的工作狀態(tài)將直接影響變壓器的運行安全。近年來有載分接開關(guān)的故障越來越多[1-3]，因此在進行安裝、檢修時，要對其進行相關(guān)試驗， 以確保變壓器的長期安全運行。

有載分接開關(guān)動作特性測試是一個重要的試驗項目，通過所測得的過渡波形可以看出切換開關(guān)能否正常動作，從而判斷有載分接開關(guān)是否存在異常。20世紀90年代初，電力行業(yè)普遍采用直流法測試有載分接開關(guān)的動作特性，但由于直流測試電壓較低，導致對有異常的開關(guān)波形解析分歧較大[4]。測試儀器雖經(jīng)多次改進，然而受測試條件、儀器性能等多方面的限制，技術(shù)人員對分接開關(guān)動作特性波形各抒己見，分接開關(guān)故障的漏判率、誤判率較高，往往導致新建項目或預(yù)防性試驗后的變壓器不能按期投入運行，甚至因直流測試波形不理想，將有載調(diào)壓變壓器改為無載調(diào)壓變壓器運行。

近年來，交流法測試有載分接開關(guān)動作特性得到了發(fā)展，其測試電壓較高，更符合變壓器實際運行工況，能反映分接開關(guān)切換過程中每一瞬間的通流狀態(tài)。下面所研究的交流測試技術(shù)，能對各種接線變壓器的有載分接開關(guān)進行動作特性測試，試驗結(jié)果一致性好，解析解唯一，可以清晰地反映有載分接開關(guān)工作過程，有效判斷開關(guān)故障。

1 有載分接開關(guān)動作特性測試原理

有載分接開關(guān)是在帶負載的情況下變換分接位置，采用過渡電路的結(jié)構(gòu)，滿足切換過程中負載回路不開路及分接間不短路的兩個基本要求。在“架橋”、“橋接”、“拆橋”過程中，串入回路的過渡電阻有規(guī)律地變化，測試回路中電流亦有規(guī)律改變，將這一變化波形記錄下來，同時測量出動作參數(shù)，并與標準波形、設(shè)計要求進行比較，則能判斷出有載分接開關(guān)的動作是否存在異常[5-7]。

所研究的分接開關(guān)交流測試技術(shù)原理如圖1所示，通過單相輸入、裂相輸出三相標準電源，可向被試變壓器施加單相或三相工頻交流電壓，測試變壓器接近于空載運行狀態(tài)下的分接開關(guān)切換過程，高速采集分接開關(guān)切換全過程的電壓、電流并進行解析，根據(jù)各觸頭工作順序、過渡時間、過渡電阻等，判斷分接開關(guān)的動作是否出現(xiàn)異常。

圖1 分接開關(guān)交流測試技術(shù)原理

對于動作特性波形異常的分接開關(guān)，交流測試裝置提供多種測試方法復測驗證，若現(xiàn)場試驗設(shè)備允許，可進行外電源高壓單相法(額定電壓及以下)，外電源大電流零序法等多種模擬工況運行條件下的開關(guān)動作特性測試。

2 現(xiàn)場應(yīng)用實例

案例1：某變壓器采用V型有載分接開關(guān)，投運前進行交接試驗，使用直流法測試其動作特性，如圖2(a)所示，可以看出三相切換過程均異常，缺少“橋接”過程，開關(guān)動作過程不明顯不完整。換用交流法進行測試，如圖2(b)所示，三相過渡過程明顯，兩豎線間為“橋接”過程，時間大約為5.37 ms，過渡電阻進入與退出“橋接”過程的瞬間，三相電流發(fā)生突變，其“橋接”相電流量突變幅值較大，其他兩相則較小且大小相等方向相反。

直流法測試的波形并不能完整明顯反映分接開關(guān)的切換過程，甚至帶來誤判認為該有載分接開關(guān)存在故障。交流法測試的波形反映了兩側(cè)過渡電阻工作的連續(xù)性，中間跳躍部分是開關(guān)過渡電阻“橋接”時的電流突變過程，三相過渡過程明顯。該變壓器以交流測試的波形及數(shù)據(jù)投入運行。

圖2 V型有載分接開關(guān)動作特性測試波形

案例2：某500 kV日產(chǎn)單相變壓器M型有載分接開關(guān)，使用直流法測試其動作特性，測試電流大幅變化，無法采集到分接開關(guān)動作波形。使用交流法進行測試，如圖3所示，過渡波形正常，無斷流現(xiàn)象，“橋接”時長20 ms，與制造商提供的試驗數(shù)據(jù)相符，有載分接開關(guān)切換過程無異常。

案例3：對某110 kV變電站1號主變壓器有載分接開關(guān)進行動作特性測試。直流法測試結(jié)果如圖4(a)所示，A相“橋接”過程不明顯，“拆橋”過程存在明顯的斷流現(xiàn)象，持續(xù)時間將近40 ms，可能存在后半橋過渡電阻斷線情況；B相動作波形較為完整，只是在“橋接”過程中存在斷續(xù)、振蕩現(xiàn)象；C相則缺少“橋接”過程，動作波形不完整。直流法測試結(jié)果能初步判斷該有載分接開關(guān)切換過程異常，可能存在過渡電阻斷線現(xiàn)象。

圖3 單相變壓器M型有載分接開關(guān)動作特性測試波形

使用交流法進行復測，三相法測試波形如圖4(b)所示，A相“拆橋”過程存在斷流現(xiàn)象，持續(xù)時間39.92 ms，B、C相動作波形正常，表明A相后半橋過渡電阻斷線。零序法測試波形如圖4(c)所示，可以看出過渡電阻斷線現(xiàn)象明顯，斷線時長與三相法相近。

本案例是人為設(shè)置的有載分接開關(guān)A相過渡電阻單側(cè)斷線故障，交、直流法測試結(jié)果均表明存在異常，然而直流法測試結(jié)果解析解不唯一，現(xiàn)場測試中兩種測試方法應(yīng)配合使用。

圖4 有載分接開關(guān)過渡電阻斷線情況動作特性測試波形

案例4：某變電站變壓器進行試驗，用直流法測試有載分接開關(guān)動作特性測試，發(fā)現(xiàn)測試波形異常，但不能判定分接開關(guān)缺陷所在，制造廠家解釋直流法測試波形不能反映分接開關(guān)存在質(zhì)量問題，應(yīng)根據(jù)交流法測試結(jié)果進行綜合判定。三相法測試波形如圖5(a)所示，可以看出在180 ms的切換時間內(nèi)，三相電流波形連續(xù)振蕩并發(fā)生回零現(xiàn)象，從1分接至8分接波形相似；零序法測試波形如圖5(b)所示，電流無規(guī)律振蕩，出現(xiàn)16次電流回零，最長回零時長7.92 ms。根據(jù)交流法測試結(jié)果初步判斷為分接開關(guān)正極性側(cè)接觸不良。對有載分接開關(guān)進行吊芯檢查后，發(fā)現(xiàn)極性開關(guān)正極性側(cè)觸頭安裝角度不正，導致切換過程中極性開關(guān)接觸點頻繁跳躍，吊芯檢查結(jié)果與交流法測試結(jié)果相符。

圖5 分接開關(guān)極性開關(guān)接觸不良測試波形

案例5：對某有載分接開關(guān)進行動作特性測試，直流法測試波形如圖6(a)所示，可以看出A相在切換過程中出現(xiàn)兩次電流過零現(xiàn)象，時長分別為13.8 ms、11 ms，初步判斷為分接開關(guān)接觸不良。交流法測試結(jié)果如圖6(b)所示，A相切換過程中電流連續(xù)，動作過程正常，分接開關(guān)無異常。這可能是由于直流法測試電壓太低，無法消除油膜等帶來的接觸不良的影響，往往會帶來誤判，而交流法測試電壓高，更能反映切換過程中每一瞬間的通流狀態(tài)。

圖6 分接開關(guān)動作特性測試波形

3 判斷方法及應(yīng)注意的問題

(1)有載分接開關(guān)在切換過程中，過渡電阻發(fā)生規(guī)律性的變化，回路電流值亦發(fā)生規(guī)律性變化，通過檢測電流值判定分接開關(guān)進入和退出“橋接”的順序、“橋接”過程時間t2、三相最大不同步時間等。由于分接開關(guān)的前半橋過渡電阻工作時間t1、后半橋過渡電阻工作時間t3與過渡電阻“橋接”時間t2是由機械機構(gòu)的角度來固化的，相互間存在固定的時間關(guān)系，測量出任一時間滿足試驗參數(shù)即可證明其他過渡電阻工作時間滿足試驗要求。

(2)當試驗電壓較低時，測得的電流波形可能會出現(xiàn)不圓滑的區(qū)域，但只要電流不出現(xiàn)回零現(xiàn)象，應(yīng)判斷為有載分接開關(guān)動作過程正常，各工作觸頭、過渡電阻回路接觸狀態(tài)良好。

(3)電流波形出現(xiàn)長時間零值區(qū)域或頻繁過零現(xiàn)象，應(yīng)判斷為分接開關(guān)切換過程對應(yīng)的觸頭接觸不良或過渡電阻斷線。但當試驗電壓較低時，上述結(jié)論準確性不高，應(yīng)使用高電壓、大電流試驗方法進行驗證。

4)有載調(diào)壓消弧線圈分接開關(guān)動作特性測試，由于其存在空氣間隙，交流測試只能使用零序法接線測試，試驗電流較大，級差電流被淹沒在測試電流中，不能顯示過渡電阻“橋接”處的變化，應(yīng)采用電流連續(xù)性分析和判斷分接開關(guān)交換過程的正確性。

4 結(jié) 論

直流法測試有載分接開關(guān)的動作特性，由于存在測試電壓低、使用范圍窄、波形解析解不唯一等問題，使得技術(shù)人員對測試波形持不同意見，往往導致漏判誤判。交流法具有測試電壓高、符合變壓器實際運行工況，能反映分接開關(guān)切換過程中每一瞬間的通流狀態(tài)，解析結(jié)論唯一，能可靠地反映開關(guān)切換過程中的技術(shù)狀態(tài)。在現(xiàn)場試驗中，兩種測試方法應(yīng)配合使用。

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