分接開關過渡電阻斷線的交流測試方法

周宏偉，董 添，，劉 富

(1.國網吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春130021;2.吉林大學通信工程學院，長春130022)

分接開關過渡電阻斷線的交流測試方法

周宏偉1，董 添1，2，劉 富2

(1.國網吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春130021;2.吉林大學通信工程學院，長春130022)

針對在實際運行中可能出現的過渡電阻斷線問題，與直流檢測方法相對比，提出了交流檢測方法，如過渡電阻斷線三相交流測試等。通過交流測試裝置進行多次試驗的結果表明，測試波形與直流法相比，具有交流法測試分接開關的過渡電阻斷線波形解析唯一、分析方便等優(yōu)點，極大地提高了故障診斷的準確率，具有很大的應用價值。

分接開關;交流測試;過渡電阻;電流間斷

0 引 言

隨著電力用戶的不斷增多，人們對供電可靠性的要求越來越高。電力法規(guī)定，電壓偏移變動范圍不得超過額定值的±5%［1］。為向用戶提供電壓質量合格的電力能源，我國自上世紀80年代后期在電網開始使用有載調壓變壓器。到2004年末，全國供電網有載調壓變壓器已占變壓器總數60%以上。有載分接開關(OLTC:On-Load Tap Changer)是變壓器調壓的核心元件［2，3］，在實際運行中快速切換，對分接開關機械特性要求很高，由于調壓次數的增多，一旦其中的某個部件出現故障，很可能導致主變壓器及電網發(fā)生重大事故。OLTC故障占變壓器總故障的比例居高不下，相關文獻報道表明［4］，國外其發(fā)生率高達41%，我國也在20%以上。

傳統的吊芯檢查分接開關，需要大量的人力、物力，而且十分耗時，檢測極不方便。后來人們根據變壓器運行時的電壓、電流等信息，對數據量進行監(jiān)測，以發(fā)現有載開關及變壓器是否存在故障。長期以來，研究人員多采用直流法檢測分接開關。然而，直流法只能測試帶有中性點的變壓器，檢測類型單一，同時波形解析不唯一，這就需要有經驗的人員進行解析，而且經常出現誤判斷等問題，造成很大影響。有載分接開關是在變壓器帶負荷情況下能改變分接的裝置。為保證在實際運行中電流的連續(xù)，在兩分接中必須串接一個過渡電阻，以限制循環(huán)電流、避免分接間的短路［5］。過渡電阻斷線是變壓器有載分接開關中常見的電氣故障，通常由于切換過程帶電，使輔助觸頭上的過渡電阻長時間通電燒斷［6］，對電力系統危害極大。如果過渡電阻在已燒斷的情況下帶負荷工作，不但會使負載電流間斷，而且會在斷口上及動靜觸頭間出現全部相電壓。該電壓不僅會擊穿電阻的斷口，也會使動靜觸頭斷開時產生強大電弧，從而導致分接頭短路，使開關燒壞，甚至導致整臺變壓器燒毀。因此，對過渡電阻的檢查尤為重要。筆者采用交流法對分接開關過渡電阻斷線故障進行檢測，獲得的波形具有解析唯一的特點，方便故障診斷。在電力系統變壓器分接開關檢測中，具有良好的應用前景。

1 分接開關的工作原理

有載分接開關，是一種為變壓器在負載變化時提供恒定電壓的機械裝置，由選擇器、切換開關和電動機構組成［7，8］。其基本原理是在保證不中斷負載電流的情況下，實現變壓器繞組中分接頭之間的切換，通過改變繞組的匝數，即變壓器的電壓比，最終實現調壓的目的，主要調節(jié)變壓器二次測電壓。

有載分接開關的基本技術要求:切換過程中負載回路不斷路、不短路。為實現不斷路，變壓器兩相鄰抽頭必須有一個短(橋)接過程。為實現不短路，在變壓器兩相鄰抽頭之間串聯合適的電阻(或電抗)，這就構成了一個雙電阻的過渡電路(見圖1)。

圖1 雙電阻過渡電路Fig.1 Double resistance transition circuit

圖2 為切換過程中某一相的過渡電阻隨時間的變化曲線(R-t)，表1為開關與觸頭連接狀態(tài)真值表(1表示接通，0表示斷開)。滑動觸頭從1滑到2完成分接1到分接2的切換。其中，0～t0時刻將R1短路(見圖1a);滑動觸頭到1′處，使電阻值達到R，滑動過程對應t0～t1(見圖1b);滑動觸頭到1′與2′處，使其兩個電阻并聯，因為分接開關的兩個輔助電阻通常相等，所以值為R/2，此時對應t1～t2時刻(見圖1c);同理t2～t3對應圖1d;t3時刻對應圖1e。將R2短路完成一個切換過程。

圖2 某一相過渡電阻隨時間的變化曲線Fig.2 One phase transition resistance versus time curve

表1 開關與觸頭連接狀態(tài)真值表Tab.1 Truth table of the switch and the contact of the connection state

2 過渡電阻斷線測試裝置

2．1 測試裝置工作原理

使用單相220 V電壓作為工作電源，將單相電源變換為三相400 V標準試驗用電源，送到需試驗的變壓器。電壓電流傳感器通過數據采集系統對輸出的試驗電流、電壓作高速采集，傳輸到信息處理模塊，由信息處理模塊對這些信息量與自身實時更新的基礎信息量進行比較，捕捉試驗系統的瞬變點，將其前后一定范圍內的信息存入記錄卡，并在屏幕上顯示局部波形。測試裝置原理框圖如圖3所示。

圖3 測試裝置原理框圖Fig.3 Block diagram of the test device

2.2 裝置各部分功能

1)供電電源開關。它是裝置供電的主開關，給機內電源模塊、主機電源和風扇提供220 VAC電源。

2)內部電源模塊。電源模塊功能是完成單相交流的AC-DC-3AC過程，能提供50±5 Hz的變頻范圍，為標準測試電源，電源功率為300～1 500W，3AC變壓器進行升壓，3AC無源濾波器將有害高頻去掉。其原理框圖如圖4所示。

3)外部電源接口。該裝置為用戶提供自備電源的輸入接口，分別為電壓測量接口與電流測量接口。

4)控制開關。它是手動雙向開關聯動開關，通過切換選擇采用機內電源還是機外電源，如選擇機內電源，則給逆變器供電?？刂崎_關是實現機內、機外電源安全切換、機內電源啟停、頻率調整，不同試驗方法傳感器切換、采集通道共享的控制元件。薄膜按鍵部分由專門的電路板處理，OC(Open Collector)門電路驅動繼電器部分和數字I/O部分與信號調理PCB(Printed Circuit Board)板整合，手動雙向開關聯動指示，可清晰表明試驗方法與試驗狀態(tài)。

5)有載調壓開關被測接口。提供多種試驗方法的接線接口連接傳感器與被測設備，需要根據現場實際情況選擇使用不同接口。

6)電壓電流傳感器。在試驗環(huán)境下，通常存在不需要的噪聲干擾，為使測量數據更接近真實值，最終選擇小型磁隔離型傳感器。

7)采集板。選用高速同步多通道采集［9］，同步采集消除延遲;減少通道間的采集間差，采用同步采集板和隔離型傳感器，并且基于高速采集需要，每通道200 kbit/s，使用雙電源跟蹤供電，與濾波PCB板以及與之匹配的濾波電路結合。

8)主處理器。CPU型號為主頻2.4 GHz、內存2 GByte的工業(yè)主控板卡。負責數據采集、分析、顯示、打印、存儲等程序的調度運行。

圖4 內部電源模塊的原理框圖Fig.4 Block diagram of the internal power supplymodule

3 過渡電阻斷線波形圖

3.1 無缺陷開關測試波形

機內電源三相測試波形如圖5(電壓400 V)所示。對應的直流測試波形如圖6所示。

筆者將交、直流測試波形進行對比分析。交流測試波形反映出了兩側過渡電阻工作的連續(xù)性，中間跳躍部分是開關過渡電阻橋接時的電流突變過程，三相過渡過程明顯。交流波形出現毛刺的原因是機內電源中點未接地，在后續(xù)的測試中機內電源中點接地后，交流波形的毛刺消除。直流測試的波形則以C相波形為最接近正常的測試波形;A相沒有反應;B相對應于C相分析，可認為:

1)中間突出部位為過渡電阻橋接過程的開始;

2)受C相測試電流變化影響的局部波形改變。

說明直流測試波形無法反應開關的動作過程，交流測試波形則證明開關交換過程無異常。

圖5 分接開關無缺陷交流測試波形Fig.5 AC testwaveforms of tap-no defects

圖6 分接開關無缺陷直流測試波形Fig.6 DC testwaveforms of tap-no defects

3.2 過渡電阻斷線測試波形

機內電源三相測試波形如圖7所示。對應直流測試波形如圖8所示。

圖7 過渡電阻斷線三相交流測試波形Fig.7 Phase AC testwaveforms of break transition resistance

圖8 過渡電阻斷線三相直流測試波形Fig.8 Phase DC testwaveforms of break transition resistance

筆者將交、直流測試波形進行對比分析。交流測試量表明:1)三相最大不同期時間2.88 ms; 2)三相開關過渡電阻橋接時間，其中A相開關過渡電阻橋接時間9.51 ms，橋接過程中，各相開關動作順序正常，過渡電阻接入正常;3)A相開關斷流時間39.92 ms;4)開關過渡電阻開始橋接至A相恢復電流正常時間50.43 ms;5)B、C相開關動作及過渡電阻工作正常。直流測試量表明:1)A相開關斷流約41 ms;2)B相開關動作中間有約7 ms的跳躍振蕩。

機內電源單相法測試波形如圖9所示。圖9為單相(A)波形，可看出與三相波形相同。

機外電源零序法測試波形如圖10所示。圖7、圖8與圖10為同一臺分接開關不同試驗方法獲取的不同波形，圖10為交流零序實驗波形，波形顯示分接開關切換后半橋發(fā)生時長39.92 ms斷流過程，在此之前有一次3.30 ms時長斷流過程。電流第1次斷續(xù)到恢復正常用時53.91 ms，相當于分接開關切換的全過程。

圖9 過渡電阻斷線單相交流測試波形Fig.9 Single phase AC testwaveforms of break transition resistance

圖10 交流零序法實驗波形Fig.10 Experimentalwaveforms of AC zero-sequencemethod

4 結 語

針對實際運行中分接開關的過渡電阻斷線問題，筆者分別采用三相法、單相法及零序法進行實驗。可以看出，交流法可以對單相變壓器有載調壓開關動作特性進行測試，而現有直流法不能對其測試。通過實驗對比可知，交流法測試結果的解析是唯一的，所做出的結論具有終裁性，并且交流法測試最接近實際運行工況。

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(責任編輯:劉俏亮)

AC Test Method of Tap Changer Transition Resistance Broken

ZHOU Hongwei1，DONG Tian1，2，LIU Fu2

(1.Electric Power Research Institute，Jilin Province Electric Power Company Limited，Changchun 130021，China; 2.College of Communications Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China)

For the transition resistance broken problem in actual operation，we describe the composition and working principle of tap changer.Compared with previous research papers，AC detection method is proposed. AC test device through several tests，testwaveforms compared with current law hasmore advantages.ACmethod to test the transition resistance breaking wave of tap changer has a unique analyzing result and facilitate the analysis，which greatly improves the accuracy of fault diagnosis.Itwill have a great value in practice.

tap changer;AC test;transition resistance;current interruption

TM403.4

A

1671-5896(2015)04-0397-05

2015-04-22

吉林省科技廳基金資助項目(2013030657HJ)

周宏偉(1971— )，男，吉林松原人，國網吉林省電力有限公司高級工程師，碩士，主要從事電力系統自動化及電力設備故障診斷研究，(Tel)86-15948321660(E-mail)zhlaopang@netease.com;通訊作者:劉富(1968— )，男，吉林農安人，吉林大學教授，博士生導師，主要從事模式識別研究，(Tel)86-13610708679(E-mail)liufu@jlu.edu.cn。