楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)及其典型故障分析處理

汪一雄，方毅平，董卓，劉秋平，尹旭

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015)

楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)及其典型故障分析處理

Analysis and treatment of wedge-type off-circuit tap-changer and its typical failure

汪一雄，方毅平，董卓，劉秋平，尹旭

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015)

分析楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)燒損故障產(chǎn)生的原因，為避免故障再次發(fā)生，給出一種檔位調(diào)整的有效方法，并結(jié)合110 kV變壓器無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)故障案例，對(duì)故障分析流程、現(xiàn)場(chǎng)吊罩檢修注意事項(xiàng)進(jìn)行分析和討論。

分接開關(guān)；無(wú)勵(lì)磁；故障

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高，電能不足或質(zhì)量不佳以及停電等都將直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的日常生活，因此保障供電的可靠性、電能的良好質(zhì)量以及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)作為一種調(diào)壓裝置，已被廣泛地應(yīng)用于大型電力變壓器及配電變壓器上，與其他類型的無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)相比，它具有操作力矩小、觸頭接觸壓力大、質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是，其自定位能力差，調(diào)節(jié)時(shí)手感不強(qiáng)，調(diào)節(jié)方法不當(dāng)時(shí)，易出現(xiàn)調(diào)整不到位情況，影響設(shè)備安全運(yùn)行〔1〕。文獻(xiàn) 〔2－3〕 中列舉的多起楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)故障案例，均是由于檔位調(diào)整不到位，造成分接開關(guān)觸頭燒損嚴(yán)重影響變壓器的安全運(yùn)行。

文中結(jié)合楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析其典型故障產(chǎn)生的原因，并結(jié)合實(shí)例分析和討論。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

如圖1所示，楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)有6個(gè)檔位，5個(gè)使用檔和1個(gè)空位檔，其檔位的調(diào)整順序?yàn)?Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ、空擋，…。操作機(jī)構(gòu)主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)300°，將通過(guò)偏心推進(jìn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)觸頭逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，調(diào)整一個(gè)分接檔位，主軸齒輪上的數(shù)字也將指示分接開關(guān)當(dāng)前檔位，同時(shí)，與之咬合的定位齒輪將旋轉(zhuǎn)360°，從而通過(guò)定位銷與定位孔配合，指示分接開關(guān)的定位情況。

圖1 楔形開關(guān)原理圖

楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)，如圖2所示。無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，固定于動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)上的制動(dòng)釘與固定于偏心軸上的凸輪配合構(gòu)成定位裝置，一次檔位調(diào)整過(guò)程中，制動(dòng)釘隨動(dòng)觸頭逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，而凸輪隨主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)300°，因此它們之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)360°，從而保證動(dòng)觸頭與定觸柱每次都能緊密接觸，處于最佳工作位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位， 如圖3所示〔4〕。

圖2 分接開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)

圖3 制動(dòng)裝置示意圖

2 典型故障及產(chǎn)生原因

楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)的常見故障包括:觸頭接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱、檔位變動(dòng)異常、操作機(jī)構(gòu)不靈，不能實(shí)現(xiàn)分接變換等。其中，觸頭接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱，是無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)最典型、最常見的故障〔5〕。

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)觸頭在變壓器油箱內(nèi)部，無(wú)法直接觀察檔位及定位情況，只能通過(guò)其操作機(jī)構(gòu)上的檔位及定位指示間接確定分接開關(guān)的狀態(tài)，由于齒輪的配合公差以及制造誤差，定位指示將存在一定的偏差 (相差約1°〔6〕)，因此定位指示正確時(shí)，制動(dòng)釘與凸輪的配合仍然不到位，可能是不到正確位置或者超過(guò)正確位置，當(dāng)不到正確位置時(shí)，制動(dòng)釘沒有超過(guò)凸輪的限位，當(dāng)超過(guò)正確位置時(shí)，凸輪和制動(dòng)釘之間有間隙，2種不正確位置狀態(tài)均會(huì)導(dǎo)致動(dòng)觸頭與定觸柱的接觸壓力減少，造成接觸電阻增大，變壓器正常運(yùn)行時(shí)，觸頭處將異常發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生觸頭燒損的事故，危害變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行〔7〕。

楔形分接開關(guān)的自定位能力差，檔位調(diào)節(jié)時(shí)的手感不強(qiáng)，仍然采用鼓型分接開關(guān)的檔位調(diào)整方法容易造成檔位調(diào)整不到位，因此針對(duì)楔形開關(guān)，應(yīng)在定位指針螺孔對(duì)正后，繼續(xù)將主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度 (推薦超過(guò)度數(shù)在10°左右)，確保制動(dòng)釘能夠超過(guò)正確位置，然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主軸，直到遇到明顯阻擋，此時(shí)制動(dòng)釘與凸輪緊密接觸，開關(guān)調(diào)整到位。

3 故障案例處理與分析

3.1 故障概述

故障變壓器為湖南省某110 kV變電站1號(hào)主變，型號(hào)為SFSZ8－31500/110，額定電壓為110±8× 1.25%/38.5±2×2.5%/10.5，聯(lián)結(jié)組別號(hào)YNynod11，110 kV高壓側(cè)采用有載調(diào)壓方式，35 kV側(cè)為無(wú)載調(diào)壓。該變壓器總重52.7 t，絕緣油重13.8 t，變壓器安裝后，已由相關(guān)單位按國(guó)家頒布的有關(guān)交接試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果均合格。該臺(tái)主變于2014年06月26日遭受雷擊，引起35 kV側(cè)近出口短路，造成本體輕瓦斯發(fā)信，同時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器開關(guān)，變壓器停運(yùn)。現(xiàn)場(chǎng)吊罩后發(fā)現(xiàn)，中壓A相無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)動(dòng)觸頭接觸面嚴(yán)重?zé)龘p、與動(dòng)觸頭接觸的兩定觸柱接觸面也都有燒傷痕跡，如圖4所示。

圖4 故障后A相無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)

3.2 故障試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

故障發(fā)生后，試驗(yàn)人員于2014年06月27日對(duì)該變壓器絕緣油進(jìn)行了色譜分析，其測(cè)試結(jié)果見表1。同時(shí)，還進(jìn)行了其他必要的試驗(yàn)項(xiàng)目，包括直流電阻、短路阻抗、變比和繞組變形等。

表1 絕緣油色譜分析結(jié)果

根據(jù)表1中的絕緣油色譜分析結(jié)果，對(duì)比故障前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障后C2H2含量明顯上升，并超標(biāo)，H2和總烴含量明顯上升，CH4、C2H4以及C2H6則均有不同程度的上升，利用改良三比值判斷〔9〕，其故障編碼為102，說(shuō)明變壓器故障時(shí)發(fā)生了低能放電。故障后其他幾次油色譜分析結(jié)果與此結(jié)論一致。

直流電阻測(cè)試結(jié)果見表2。由于A相無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)觸頭燒損嚴(yán)重，動(dòng)觸頭與定觸柱已無(wú)連接導(dǎo)通，故A相直流電阻測(cè)試結(jié)果異常。除此以外，變壓器高－中、中－低側(cè)所有檔位的短路阻抗測(cè)試結(jié)果，以及中壓側(cè)比低壓側(cè)的變比測(cè)試結(jié)果也均指向中壓A相繞組存在斷相。

表2 直流電阻測(cè)試結(jié)果 (部分) mΩ

需要特別說(shuō)明的是，變壓器繞組變形的測(cè)試結(jié)果顯示中壓 A相繞組的低頻段存在嚴(yán)重變形〔9〕，如圖5所示。文獻(xiàn) 〔10〕中指出，繞組變形測(cè)試低頻段主要反映的是繞組電感的變化情況。中壓A相分接開關(guān)燒損出現(xiàn)斷路，可視為某一匝線匝的電感感抗值明顯增大，導(dǎo)致低頻段存在嚴(yán)重變形，因此利用繞組變形測(cè)試結(jié)果對(duì)繞組狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)首先排除分接開關(guān)的影響。本次無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)故障消除后，再次進(jìn)行繞組變形測(cè)試的結(jié)果正常，未發(fā)現(xiàn)中壓A相繞組變形。

圖5 中壓繞組繞組變形測(cè)試結(jié)果

3.3 故障發(fā)展過(guò)程推斷

根據(jù)故障后的試驗(yàn)結(jié)果推斷，該臺(tái)變壓器在遭受雷擊前，35 kV中壓側(cè)A相楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)觸頭接觸即已存在接觸電阻偏大的隱患，形成質(zhì)量薄弱點(diǎn)，當(dāng)35 kV側(cè)發(fā)生近出口短路時(shí)，短時(shí)間內(nèi)流過(guò)觸頭的電流激增，觸頭上發(fā)熱十分嚴(yán)重，溫度不斷上升，直至將動(dòng)觸頭及定觸柱嚴(yán)重?zé)龘p，并進(jìn)一步發(fā)展為觸頭間的低能放電，此過(guò)程中伴隨有大量氣體產(chǎn)生，造成了變壓器本體輕瓦斯發(fā)信，同時(shí)差動(dòng)保護(hù)及時(shí)動(dòng)作將三側(cè)斷路器跳開，避免了內(nèi)部故障進(jìn)一步擴(kuò)大?？梢?，無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)應(yīng)檔位調(diào)整不當(dāng)，有時(shí)并不直接造成分接開關(guān)燒損，而是當(dāng)短路大電流產(chǎn)生時(shí)，才發(fā)生故障。

3.4 故障處理及檢修注意事項(xiàng)

由于中壓A相無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)繞組燒損嚴(yán)重，已無(wú)法正常使用，必須予以更換，同時(shí)考慮到該臺(tái)變壓器的分接開關(guān)使用年限較長(zhǎng)，因此決定對(duì)A，B，C三相的無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)均進(jìn)行更換。為保證檢修質(zhì)量，更換分接開關(guān)過(guò)程中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn):

1)無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)的額定電流應(yīng)符合要求。2)無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)外形尺寸應(yīng)與原開關(guān)保持一致。

3)繞組抽頭線徑與開關(guān)引出線徑一致，保證冷壓接頭尺寸合適，壓接緊密。

4)接線處的絕緣包裹應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。5)無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)上端引出線的固定位置應(yīng)考慮落罩后操作軸的安裝空間。

6)冷壓接線前后，均應(yīng)通過(guò)直阻及變比試驗(yàn)確保冷壓接線正確。

7)落罩后，應(yīng)通過(guò)直阻及變比試驗(yàn)確保新開關(guān)的位置與操作機(jī)構(gòu)指示一致。

A，B，C三相無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)更換完畢后，包括繞組變形測(cè)試、直阻測(cè)試等在內(nèi)的所有高壓試驗(yàn)及油化試驗(yàn)結(jié)果全部合格，變壓器重新投入運(yùn)行，到目前為止，變壓器運(yùn)行狀態(tài)良好。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)大量運(yùn)用于變壓器的無(wú)載調(diào)壓中，因楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)檔位調(diào)整方法不當(dāng)或調(diào)整不到位而造成的分接開關(guān)燒損，甚至導(dǎo)致變壓器被迫停運(yùn)的故障時(shí)有發(fā)生，因此了解楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，掌握楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)檔位調(diào)整的正確方法，有利于減少分接開關(guān)故障的發(fā)生。

同時(shí)，還應(yīng)注意到無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)發(fā)生故障對(duì)繞組變形結(jié)果的影響，利用繞組變形測(cè)試結(jié)果對(duì)變壓器繞組狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)首先排除分接開關(guān)的影響。

〔1〕張紹松，梁明生.大型電力變壓器無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)的結(jié)構(gòu)、安裝與調(diào)整 〔J〕.變壓器，1990，27(1):36-40.

〔2〕王世閣，周志強(qiáng)，龔晨斌.變壓器分接開關(guān)的故障分析 〔J〕.變壓器，2003，40(6):35-39.

〔3〕劉宏亮，劉海峰，岳國(guó)良，等.楔形無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)缺陷分析及處理 〔J〕.2013，50(1):69-71.

〔4〕何勇，余鶴聲.一起主變無(wú)載分接開關(guān)故障的處理 〔J〕.浙江電力，2000，19(4):45-46.

〔5〕馬秀鳳.變壓器分接開關(guān)故障分析 〔J〕.科技與企業(yè)，2013 (17):289.

〔6〕李剛，王文英，吳大千.無(wú)載開關(guān)的常見問(wèn)題 〔J〕.電氣技術(shù)，2012(7):75-77.

〔7〕楊體.變壓器無(wú)載分接開關(guān)的故障及其檢測(cè)與調(diào)試 〔J〕.電工技術(shù)，2000(1):53-54.

〔8〕鄧彥國(guó)，張彩霞.對(duì)無(wú)載分接開關(guān)的故障、檢測(cè)與調(diào)試的分析 〔J〕.電工技術(shù)，2008(8):78-79.

〔9〕DL/T722—2000變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則 〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2000.

〔10〕何平，文習(xí)山.變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法綜述 〔J〕.高電壓技術(shù)，2006，32(5):37-41.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.012

TM411

B

1008-0198(2015)02-0041-03

汪一雄 (1988)，男，湖北黃石人，助理工程師，主要從事變壓器及其附件的檢修和維護(hù)工作。

2014-09-30