有載調(diào)容變壓器故障導(dǎo)向安全技術(shù)研究

羅偉彬　范偉波

摘 要：針對(duì)目前有載調(diào)容變壓器運(yùn)行中缺乏足夠的安全保護(hù)措施，會(huì)對(duì)用戶用電設(shè)備和用電安全造成威脅，并對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用、推廣產(chǎn)生不良影響的現(xiàn)實(shí)問題，進(jìn)行了故障導(dǎo)向安全技術(shù)的研究，具體從安全性、先進(jìn)性、實(shí)用性角度進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：變壓器；傳感器；控制器；調(diào)容操作

中圖分類號(hào)：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）20-0011-02

有載調(diào)容變壓器是一種新型變壓器，能根據(jù)負(fù)荷的大小按控制器的指令在變壓器勵(lì)磁或負(fù)載下實(shí)現(xiàn)容量轉(zhuǎn)換，達(dá)到降低變損、節(jié)能降耗的目的，在負(fù)荷季節(jié)性變化很大的工礦企業(yè)和農(nóng)村有著廣闊的應(yīng)用前景。

有載調(diào)容變壓器通過有載調(diào)容分接開關(guān)（以下簡(jiǎn)稱“調(diào)容開關(guān)”）進(jìn)行容量轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在普遍應(yīng)用的是油浸式機(jī)械開關(guān)，其與有載調(diào)壓分接開關(guān)的原理類似，但后者只對(duì)高壓繞組抽頭進(jìn)行切換，前者需對(duì)高、低壓繞組連接方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。調(diào)容開關(guān)進(jìn)行調(diào)容時(shí)的動(dòng)作過程是：大容量時(shí)，將高壓繞組接成三角形，將低壓繞組并聯(lián)連接；小容量時(shí)，將高壓繞組接成星形，將低壓繞組串聯(lián)連接。

有載調(diào)容變壓器相對(duì)常規(guī)的變壓器，增加配置了有載調(diào)容開關(guān)。此開關(guān)工作切換時(shí)存在高電壓、大電流的情況，相對(duì)于有載調(diào)壓開關(guān)，工作條件惡劣，故障率相對(duì)較高，所以要針對(duì)性地對(duì)故障導(dǎo)向安全技術(shù)進(jìn)行研究，消除其對(duì)用戶用電設(shè)備和用電安全的威脅。

1 故障導(dǎo)向安全保護(hù)技術(shù)的研究

1.1 調(diào)容開關(guān)漏油時(shí)的保護(hù)

調(diào)容開關(guān)安裝在獨(dú)立的絕緣筒內(nèi)，筒內(nèi)充滿絕緣油（可與變壓器為同一油號(hào)），起著絕緣和滅弧的作用。

絕緣筒壁上開有許多貫穿孔，用于安裝靜觸頭。用橡膠墊片密封，防止油泄漏到變壓器油箱內(nèi)。當(dāng)因裝配、老化問題而導(dǎo)致絕緣筒內(nèi)發(fā)生油泄漏、油位降低時(shí)，如果進(jìn)行容量轉(zhuǎn)換操作，將會(huì)導(dǎo)致觸頭切換時(shí)產(chǎn)生的電弧無法按預(yù)期熄滅，燒損觸頭，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生相間短路，引發(fā)嚴(yán)重事故。

調(diào)容開關(guān)發(fā)生漏油故障時(shí)，導(dǎo)向安全的技術(shù)措施為：配置油位檢測(cè)傳感器、輸出觸點(diǎn)信號(hào)到智能控制器、進(jìn)行調(diào)容開關(guān)切換閉鎖控制。

油位正常信號(hào)：只有在油位正常的情況下，智能控制器才開放容量轉(zhuǎn)換操作功能，當(dāng)此信號(hào)消失時(shí)，將會(huì)閉鎖該功能，并發(fā)出提示信號(hào)。

油位低信號(hào)：當(dāng)油位降低到此位置時(shí)，智能控制器會(huì)閉鎖容量轉(zhuǎn)換操作功能，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示運(yùn)維人員檢查維修。

1.2 小容量運(yùn)行且調(diào)容轉(zhuǎn)換失敗時(shí)的保護(hù)

負(fù)荷增加時(shí)，調(diào)容變?cè)诳刂破鞯目刂葡拢詣?dòng)從小容量轉(zhuǎn)換到大容量，以滿足負(fù)荷增加的要求。

容量轉(zhuǎn)換由調(diào)容開關(guān)完成，如果因電氣控制線路或機(jī)械故障的原因?qū)е抡{(diào)大容量失敗，調(diào)容變就會(huì)迅速處于過載運(yùn)行狀態(tài)。因?yàn)樨?fù)荷增長(zhǎng)過快會(huì)導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)發(fā)生過載損壞事故，所以需配置具有過載保護(hù)功能的設(shè)備。

與常規(guī)的變壓器不同，由于調(diào)容變有大、小兩個(gè)容量，且大容量的往往是小容量的3倍，不同容量下額定電流相差很大。以S13-M.ZT-200（63）為例，大容量和小容量時(shí)的低壓側(cè)額定電流分別為289 A和91 A，常規(guī)的低壓側(cè)配置空氣開關(guān)無法滿足容量變化時(shí)的保護(hù)要求。

發(fā)生小容量轉(zhuǎn)換到大容量的調(diào)容故障時(shí)，導(dǎo)向安全的技術(shù)措施為：①配置調(diào)容位置開關(guān)，輸出觸點(diǎn)信號(hào)到智能控制器，小容量運(yùn)行時(shí)自動(dòng)切換到小容量保護(hù)定值；②當(dāng)電流越限并達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，輸出跳閘指令，跳低壓總開關(guān)；③低壓總開關(guān)應(yīng)配置分勵(lì)線圈，最好配置電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)作為后備動(dòng)作選項(xiàng)，確保分勵(lì)線圈失效時(shí)跳開總開關(guān)，保護(hù)變壓器。

1.3 電壓異常時(shí)的保護(hù)

調(diào)容變?cè)谶M(jìn)行大、小容量轉(zhuǎn)換時(shí)，高、低壓繞組的連接方式通過調(diào)容開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。有載調(diào)容開關(guān)由許多對(duì)動(dòng)靜觸點(diǎn)組成，還配置有過渡電阻。

當(dāng)調(diào)容開關(guān)某些觸點(diǎn)出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象時(shí)，很有可能會(huì)發(fā)生電壓異常，對(duì)用戶的用電設(shè)備和用電安全造成嚴(yán)重威脅。此時(shí)，需要迅速發(fā)現(xiàn)和切斷供電，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

電壓異常時(shí)故障導(dǎo)向安全的技術(shù)措施是：研發(fā)、配置具有電壓異常分析功能的智能型控制器，以快速反應(yīng)相電壓過高/過低、線電壓過高/過低、線電壓不平衡、缺相等電壓異常情況，并根據(jù)用戶要求進(jìn)行定值設(shè)置，在發(fā)生異常時(shí)能判斷是瞬時(shí)擾動(dòng)還是真正的故障。如果是故障，則要迅速輸出跳閘指令，跳開低壓側(cè)總開關(guān)，停止供電。

當(dāng)普通控制器不具備電壓異常保護(hù)功能時(shí)，可安裝電壓檢測(cè)器、時(shí)間繼電器、中間繼電器組成的電路進(jìn)行電壓異常保護(hù)，但可靠性和判斷邏輯能力不及智能控制器。

1.4 調(diào)容轉(zhuǎn)換操作不到位時(shí)的保護(hù)

在設(shè)計(jì)調(diào)容開關(guān)時(shí)，要讓它要么處于大容量的位置，要么處于小容量的位置，不存在任何“中間位置”。

當(dāng)出現(xiàn)調(diào)容開關(guān)機(jī)構(gòu)故障或觸點(diǎn)變形導(dǎo)致配合不到位時(shí)，會(huì)發(fā)生繞組連接不到位的情況。如果讓其在此位置運(yùn)行下去，將導(dǎo)致觸點(diǎn)燒損、電壓異常的事故。

調(diào)容操作不到位故障導(dǎo)向安全的措施是：將調(diào)容開關(guān)配置位置的開關(guān)輸出信號(hào)傳輸給智能控制器，正常情況下，必然有一個(gè)位置的信號(hào)是閉合的。如果兩個(gè)位置的信號(hào)同時(shí)都是斷開的，控制器就會(huì)認(rèn)為是調(diào)容操作不到位，就會(huì)延時(shí)輸出跳閘指令跳開低壓側(cè)總開關(guān)，停止供電。如果配置有高壓側(cè)開關(guān)，則同時(shí)輸出跳閘指令給高壓側(cè)開關(guān)；如果沒有配置，則發(fā)送信息給運(yùn)維人員，讓其斷開高壓側(cè)隔離開關(guān)，然后進(jìn)行檢查、維修。

當(dāng)沒有操作而發(fā)生兩個(gè)位置信號(hào)同時(shí)都是斷開的情況時(shí)，控制器就會(huì)判斷為位置信號(hào)斷線故障，只發(fā)出報(bào)警信息，不輸出跳閘指令。

1.5 調(diào)容開關(guān)發(fā)生燃弧時(shí)的保護(hù)

調(diào)容開關(guān)在發(fā)生絕緣油泄漏、觸點(diǎn)接觸不良等故障時(shí)，某些情況下，絕緣筒內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)電弧，進(jìn)而導(dǎo)致燃弧事故。

為保證設(shè)備和供電的安全，需在調(diào)容開關(guān)上配置瓦斯繼電器，并將觸點(diǎn)信號(hào)連接至控制器。當(dāng)瓦斯繼電器絕緣筒內(nèi)發(fā)生電弧故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，并出現(xiàn)壓力增大的現(xiàn)象。輕瓦斯時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出報(bào)警信息；重瓦斯時(shí)，控制器會(huì)輸出跳閘指令。跳開高、低壓側(cè)開關(guān)，如果無高壓側(cè)開關(guān)，則由高壓側(cè)熔斷器進(jìn)行保護(hù)。跳開低壓側(cè)總開關(guān)，盡可能地限制故障的發(fā)展，從而保證用電安全。

2 結(jié)束語

2011年，我國發(fā)生了“7·23”甬溫線特大鐵路交通事故。事故調(diào)查報(bào)告中指出，事故原因是列控中心設(shè)備研發(fā)審查不嚴(yán)，未能保證提供的信號(hào)產(chǎn)品達(dá)到“故障導(dǎo)向安全”的根本要求。所以，任何電力設(shè)備，特別是新型設(shè)備，都應(yīng)充分考慮“故障導(dǎo)向安全”的實(shí)現(xiàn)，研究相應(yīng)的安全技術(shù)和設(shè)備。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于具體、系統(tǒng)地提出有載調(diào)容變壓器有別于常規(guī)變壓器的運(yùn)行特點(diǎn)，然后逐一分析了各種故障特征，提出了有效的檢測(cè)、控制技術(shù)，確定了故障導(dǎo)向安全技術(shù)，并配置了故障導(dǎo)向安全技術(shù)和設(shè)備的調(diào)容變，解決了它存在的缺點(diǎn)和局限性，提高了運(yùn)行可靠性。

〔編輯：王霞〕