一起無勵磁分接開關故障的診斷和分析

蔣益進，彭德勝

(廣西桂能科技發(fā)展有限公司，廣西 南寧 530007)

一起無勵磁分接開關故障的診斷和分析

蔣益進，彭德勝

(廣西桂能科技發(fā)展有限公司，廣西 南寧 530007)

介紹了一起變壓器高壓側繞組的直流電阻值異常事件。通過分析變壓器無勵磁分接開關的結構特點，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及吊罩檢查結果，得出該異常是由無勵磁分接開關動觸頭受力不均導致動靜觸頭之間接觸不良產(chǎn)生的，提出了針對性的預防措施，為今后帶無勵磁分接開關變壓器的運行及維護提供借鑒。

變壓器；直流電阻值；無勵磁分接開關；動靜觸頭

0 引言

變壓器通常由有載分接開關或無勵磁分接開關(無載調(diào)壓方式)進行調(diào)壓。無勵磁分接開關因結構簡單、成本低廉，被廣泛應用于變壓器中。但無勵磁分接開關因自身結構問題，導致其易出現(xiàn)故障，影響變壓器工作的穩(wěn)定性。

某變壓器由3臺DFP-240000/500型單相變壓器聯(lián)結而成，由無勵磁分接開關調(diào)壓。在某次預防性試驗中，發(fā)現(xiàn)該變壓器C相高壓側繞組的直流電阻值異常。在對試驗數(shù)據(jù)和設備結構原理進行分析后，做出故障的診斷和處理，為以后相似問題的預判和處理提供了經(jīng)驗和依據(jù)。

1 電氣試驗數(shù)據(jù)分析

2014年5月，應電廠要求對上述變壓器進行預防性電氣試驗。在第1次測量中發(fā)現(xiàn)變壓器C相高壓側第Ⅲ檔繞組的直流電阻值明顯大于其他檔的直流電阻值，而Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ及Ⅴ等檔繞組的直流電阻值呈遞減分布。在反復操作無勵磁分接開關后，第2次測量的直流電阻值恢復正常，且與其他檔位的直流電阻值呈遞減分布。變壓器C相高壓側繞組直流電阻的測量數(shù)據(jù)與2013年數(shù)據(jù)的互差如表1所示。

分析表1數(shù)據(jù)可知，第Ⅲ檔繞組直流電阻值的第1次測量值與2013年的值對比互差為17 %，遠遠超出《電力設備預防性試驗規(guī)程》的要求(小于2 %)。在反復操作無勵磁分接開關后，該檔繞組的直流電阻值才恢復正常。由此初步推測無勵磁分接開關長期處在某個檔位上運行，存在動靜觸頭之間接觸不良的問題。由于試驗電流只有20 A，遠小于變壓器的額定電流，所以繞組的直流電阻值恢復正常并不能說明無勵磁分接開關本身不存在問題或者問題已經(jīng)解決，需對分接開關本體進行檢查。

表1 2013-2014年C相高壓側繞組的直流電阻值

2 無勵磁分接開關檢查及處理

2.1 無勵磁分接開關電氣原理

無勵磁分接開關的電氣原理如圖1所示。圖中AX為單相變壓器的高壓繞組，繞組中編號為2-7的6個抽頭分別連接無勵磁分接開關中編號為A2-A7的接線柱。從A2逆時針開始到A7的2個接線柱之間分別對應Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ及Ⅴ檔位。旋轉無勵磁分接開關外部的操作桿時，將帶動圖1中的轉動軸以控制動觸頭在各個檔位之間切換。

圖1 無勵磁分接開關電氣原理

當動觸頭分別處在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ及Ⅴ的位置時，變壓器一次繞組匝數(shù)遞減，相應的高壓繞組直流電阻值也遞減。

2.2 開關狀況檢查

經(jīng)檢查，吊罩結果顯示無勵磁分接開關的故障點有以下幾個：

(1) 動觸頭與靜觸頭之間的接觸面有放電燒毀的痕跡；

(2) 動觸頭的3片接觸板的燒毀程度從上到下依次變大。

由以上2點可知，導致故障產(chǎn)生的原因是動靜觸頭之間接觸不良且接觸面受力不均。

2.3 故障處理

對損壞的無勵磁分接開關進行更換，并對變壓器進行必要的電氣試驗。維修后C相高壓側繞組的直流電阻值如表2所示，在試驗電壓下的局放量為198 pC，其余試驗的數(shù)據(jù)正常。試驗數(shù)據(jù)顯示繞組直流電阻值及局放量均滿足規(guī)程的要求，說明故障僅由無勵磁分接開關的接觸問題導致。

3 故障分析

動靜觸頭之間接觸不良且接觸面受力不均的原因，主要有以下3點。

(1) 動觸頭彈片彈力變小、變形及異常磨損。長時間投入運行后，無勵磁分接開關的動力傳導部件的性能會下降，如彈片彈性減小、壓力彈簧彈力減弱、傳動軸磨損等。當以上現(xiàn)象嚴重到一定程度時，會使得分接開關的動觸頭變形及異常磨損，導致動靜觸頭之間接觸不良甚至產(chǎn)生縫隙。

表2 維修后C相高壓側繞組的直流電阻值

接觸不良的觸頭表面金屬與油中的某些有機成分反應生成有機物，該有機物在銅質(zhì)或者銀質(zhì)觸頭表面形成穩(wěn)定的暗色絕緣薄膜。當薄膜積累到一定厚度后，觸頭接觸點逐漸失去載流能力，導致動靜觸頭之間的接觸電阻變大，溫度上升；而溫度上升進一步加快有機物的沉積，使絕緣薄膜變厚。

以上過程初期發(fā)展緩慢，導致接觸電阻增大和溫度升高難以被及時發(fā)現(xiàn)。當絕緣薄膜增大增厚到一定程度時，動靜觸頭之間的接觸面會減小、電阻增大、壓差升高，導致觸頭及其周圍溫度急劇上升、油中異常氣體增多，觸頭間會發(fā)生閃絡現(xiàn)象。以上過程會在觸頭表面形成碳沉積，而在極端的情況下碳的生成物與動靜觸頭粘連一體，引發(fā)機械故障，使分接開關甚至變壓器遭受毀滅性破壞。

(2) 動觸頭長時間工作在一個檔位上。當變壓器帶穩(wěn)定負荷運行時，無論是無勵磁分接開關還是有載調(diào)壓開關，都有可能長時間固定在某一個檔位上工作。此時分接開關的動靜觸頭之間因長期無相對摩擦運動，久而久之在表面形成絕緣薄膜。雖然薄膜的形成過程相對緩慢，但也是分接開關發(fā)生故障的一個潛在原因。

(3) 傳動軸受力不均。受力不均勻使動觸頭的位置角度在傳動時出現(xiàn)偏差。極限情況下，導致動靜觸頭接觸時其金屬片單邊接觸或者部分接觸的缺陷。該缺陷使載流體變小、單體載流量增大。長時間運行會使分接開關發(fā)熱、放電、損毀，破壞變壓器的正常運行。

4 預防措施

變壓器分接開關故障的內(nèi)在原因是觸頭之間接觸不良，這會造成設備過熱、油溫過高、油色譜在線監(jiān)測儀報警等。為避免異常現(xiàn)象的發(fā)生，可以通過以下幾點措施進行預防。

(1) 在日常巡檢中，注意觀測變壓器油枕中的油有無變化、變壓器殼是否有過熱色斑，條件允許時可定期進行紅外測溫監(jiān)控。

(2) 變壓器停電維護時，可對分接開關進行循環(huán)換擋操作，以保持其操作順滑和觸頭間的清潔，檢查分接開關各檔位是否到位、指示針是否準確。

(3) 變壓器進行預防性試驗時，可通過繞組直流電阻值的測量、油色譜氣體分析等試驗，監(jiān)測分接開關接觸是否良好、有無發(fā)熱現(xiàn)象。

5 結束語

分接開關問題是變壓器常見且嚴重的故障之一，可影響到變壓器甚至電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。無勵磁分接開關的故障診斷分析方法和預防措施可以為運行檢修人員提供經(jīng)驗借鑒，保障維護變壓器長期安全運行。

1 陳梁遠，黎大健，趙 堅．一起變壓器無勵磁分接開關過熱故障分析[J]．廣西電力，2014，37(5)：62-64.

2 中國南方電網(wǎng)有限責任公司．Q/CSG 114002—2011電力設備預防性試驗規(guī)程[S]．北京：中國標準出版社，2011.

3 楊陸衛(wèi)，包偉國．鼓型無勵磁分接開關接觸不良原因分析[J]．變壓器，2013，50(1)：49-50.

4 劉宏亮，劉海峰，岳國良，等．楔形無勵磁分接開關缺陷分析及處理[J]．變壓器，2013，50(1)：69-71.

5 中國電力科學研究院．GB/T 7252—2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S]．北京：中國標準出版社，2001.

2016-03-25；

2016-06-14。

蔣益進(1982-)，男，工程師，主要從事電氣設備研究工作，email：daan_6@163.com。

彭德勝(1982-)，男，工程師，主要從事電氣設備研究工作。