淺析有載調壓變壓器及故障處理

中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司動力分公司 吳凱

1 引言

電壓質量是反映電能質量優(yōu)劣的重要指標，其質量好壞直接影響用電設備的性能和壽命，也影響電力系統(tǒng)的安全運行。從安全角度考慮，電壓過高會危及電力設備的安全，降低電力設備的使用壽命；電壓過低則不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。為了滿足用電設備的電壓需求，大部分變電站均將原來的無勵磁調壓變壓器更換為有載調壓變壓器，如何使這些變壓器最大限度的發(fā)揮調壓、穩(wěn)壓的作用成為用電單位關注的焦點。隨著數(shù)控設備和高精尖用電設備不斷投入使用，對電力系統(tǒng)的要求越來越高，在要求電力系統(tǒng)少停電、不停電的情況下，對電網(wǎng)的電能質量也提出了更高的要求，而且電能質量問題也已成為供電部門面臨的重要問題。

2 工作原理與優(yōu)缺點

2.1 工作原理

變壓器出線側電壓的波動來自兩個方面，一方面是進線電源的電壓波動，第二是用電負荷變化引起電壓降的變化。若電網(wǎng)中沒有調壓措施，則線路末端電壓波動可達20%以上。負載的變化直接影響變壓器出線端側的電壓。在變壓器容量不變的情況下，負載小，變壓器出線端的電壓偏高；負載大，變壓器出線端電壓偏低。嚴重時，將造成停電事故。有載自動調壓變壓器可根據(jù)系統(tǒng)運行情況，在帶負荷的條件下隨時切換分接頭開關，保證電壓質量，而且分接頭數(shù)目多、調節(jié)范圍比較大，采用有載調壓變壓器時，可以根據(jù)最大負荷和最小負荷時分接頭電壓來分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小二次電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢。變壓器的高壓繞組終端區(qū)隔一些線匝就抽出一個接頭，電源接在不同的抽頭上，高壓繞組的實際線匝數(shù)就不同，而低壓繞組的線匝數(shù)是固定的，這樣，變化的高壓繞組匝數(shù)和不變的低壓繞組匝數(shù)就構成了不同的變比，根據(jù)變壓器變壓的原理，低壓繞組就可以隨高壓繞組接不同抽頭而變出不同的電壓。高壓繞組的抽頭可以在線圈的電源側，也可以在中心點側，這都不能改變其基本原理。變壓器一般都帶抽頭，以便現(xiàn)場根據(jù)實際電壓來調整電壓值。有載調壓就是將上述繞組抽頭都接在有滅弧能力的開關上，在外部通過遠方控制手動或自動調節(jié)電源好這些抽頭的連接，從而達到隨時調整低壓繞組輸出電壓的目的。

2.2 有載調壓變壓器的優(yōu)點

2.2.1 保持電壓穩(wěn)定

變壓器及輸電線路是存在一定阻抗的，在功率傳輸過程中，將產生電壓降，并隨著用戶側負荷的變化而變化。系統(tǒng)電壓的波動加上用戶側負荷的變化引起電壓較大的變動。各分變電站配電變壓器的任務是直接向用電負荷供應電力，就電力系統(tǒng)來講，配電變壓器的一次側直接接到6kV主電壓網(wǎng)。配置有載調壓變壓器后，在實現(xiàn)無功功率就地平衡的前提下，當電壓變動超過定值時，有載調壓變壓器就會在一定的延時后動作，對電壓進行調整，并保持電壓的穩(wěn)定。

2.2.2 提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益

經(jīng)過多年改造，公司兩臺主變壓器分別進行了更新改造，具備了有載調壓功能，各廠房變電站有載調壓變壓器已有幾十臺，保證了公司供電電壓質量。有載調壓變壓器保持公司電網(wǎng)運行在較高的電壓水平，優(yōu)化了無功功率，從而降低了線損，提高了電網(wǎng)經(jīng)濟效益。電壓質量提高了，用電設備的使用壽命大大延長，特別是電腦計算機和控制設備的突發(fā)性停電造成的故障得到了控制；避免用戶分散安裝大量感應調壓器、飽和電抗器、鐵磁諧振穩(wěn)壓器、補償式穩(wěn)壓器等調壓設備造成的浪費現(xiàn)象。

2.3 有載調壓變壓器的缺點

2.3.1 不能改變無功需求平衡狀態(tài)

當系統(tǒng)無功功率缺額時，負荷的電壓特性可以使系統(tǒng)在較低電壓下保持穩(wěn)定運行，但如果無功功率缺額較大時，為保持電壓水平，有載調壓變壓器動作，電壓暫時上升，將無功功率缺額全部轉嫁到主網(wǎng)，從而使主網(wǎng)電壓逐漸下降，嚴重時可能引發(fā)系統(tǒng)電壓崩潰。

2.3.2 降低變壓器運行的可靠性

有載分接開關內部傳動結構較為復雜，而且經(jīng)常操作切換，它的故障直接影響到變壓器的正常運行。分接開關由于受高溫和絕緣油影響，極易使觸頭表面氧化，產生氧化膜，使觸頭間接觸不良電阻增大，引起局部高溫，破壞觸頭表面。其故障形式主要有筒體爆炸、觸頭燒損、檔序錯亂、齒輪損壞等。近幾年我公司電力系統(tǒng)中就發(fā)生過某分變電站變壓器有載分接開關檔序錯亂，以及其它變電站有載分接開關故障造成跳閘，發(fā)生停電事故。此外，有載調壓變壓器由于帶負荷調整電壓，不可避免地產生電弧，其積聚游離變壓器油由有載調壓變壓器中的瓦斯冒出，有時還會引起誤動作或誤發(fā)信號。因此，大容量變壓器配置了有載調壓分接頭，也會給變壓器的可靠運行造成了一定的影響。

3 運行中注意問題與故障處理

3.1 運行中注意的問題

3.1.1 做好檢修，定期試驗

真空有載分接開關運行一年、油浸式有載分接開關切換2000次后，應進行全面檢查、修理，并對切換開關油箱中的油抽樣進行不低于25kV的工頻耐壓試驗，試驗應合格，否則更換合格變壓器絕緣油。為了防止分接開關在嚴重過負荷或系統(tǒng)短路時進行切換，宜在有載分接開關控制回路中加裝電流閉鎖裝置，其整定值不超過變壓器額定電流的1.5倍。

電動操作機構應經(jīng)常保持良好狀態(tài)，有載分接開關配備的瓦斯保護、防爆裝置、相序保護器、同期保護、過流保護等均應運行正常。當保護裝置動作時應查明原因。分接開關的切換開關箱應嚴格密封，不得滲漏。如發(fā)現(xiàn)其油位升高異?；驖M油位，說明變壓器與有載分接開關切換箱竄油。應保持變壓器油位高于分接開關的油位，防止開關箱體油滲入變壓器本體，影響其絕緣油質，并及時安排停電處理。

對于真空有載分接開關，應該按周期對真空投切元件等進行絕緣檢查及耐壓試驗。送電前必須連接好高壓跳閘，否則嚴禁送電。分接開關出現(xiàn)故障，保護使高壓跳閘，故障沒有徹底排除不得送高壓。進行分接開關檢修和潤滑時，必須做好停電和對地短路裝置的連接。為保證分接開關傳動部分可靠工作，室內溫度應不低于-5℃。

3.1.2 遵守規(guī)定，規(guī)范操作

由于有載調壓變壓器無法改變系統(tǒng)的無功需求平衡狀態(tài)，為避免引發(fā)電網(wǎng)電壓崩潰，系統(tǒng)應有足夠的無功容量并實現(xiàn)分層分區(qū)就地平衡，優(yōu)化配置并保持足夠的事故備用容量，避免有載調壓變壓器動作引發(fā)電壓崩潰，造成大面積停電。正常情況下，有載分接開關一般使用自動控制調整方式運行。操作分接開關的變換檔位時，必須在一個分接變換完成后方可進行第二次分接變換，也就是有載分接開關操作過程中應逐級調壓，同時監(jiān)視分接位置及電壓電流變化，每次調壓一檔后應間隔1分鐘以上，才能進行下一檔調節(jié)。

對兩臺并聯(lián)運行的有載調壓變壓器，容許在85%變壓器額定負荷電流及以下的情況時進行分接頭變換操作，對85%以上的情況應閉鎖分接頭變換。同時，不得在單臺變壓器上連續(xù)進行2個分接變換操作，必須一臺變壓器的分接變換完成后，再進行另一臺變壓器的分接變換操作。每進行1次分接變換后，都要檢查電流和電壓的變化情況，防止誤操作和過負荷。升壓操作，應先操作負荷電流相對較少的一臺，再操作負荷電流相對較大的一臺，以防止過大的環(huán)流。降壓操作時與此相反。操作完畢，應再次檢查并聯(lián)的兩臺變壓器的電流大小與分配情況各種調壓方式。另外，必須設置可靠的失步保護，確保兩臺變壓器同步切換。有載調壓變壓器與無載調壓變壓器并聯(lián)運行時，有載調壓變壓器的分接應盡量靠近無載調壓變壓器的分接位置。對高電壓大容量變壓器，為提高本身的可靠性，防止諧振過電壓，也應盡可能不用分接頭，必要時也僅用調節(jié)范圍不大的無載調壓方式，在變壓器內采用氧化鋅避雷器作吸收過電壓保護。

3.1.3 正確設置，穩(wěn)定運行

正確設置有載分接開關控制器參數(shù)，確保運行正常。有載分接開關控制器的工作原理，一般是根據(jù)采樣電壓的大小，與基準電壓比較，然后向電機開關發(fā)出升壓或降壓指令，使電機向指定的升壓或降壓方向運轉，并迅速驅動有載分接開關進行切換，實現(xiàn)對有載調壓變壓器進行自動有載調壓，使變壓器低壓側母線電壓穩(wěn)定在基準電壓附近。這樣就需要在使用自動調壓之前，必須把有載控制器的相關參數(shù)包括基準電壓、上限、下限、欠壓、過壓、過流、補償電阻等設定在有載調壓變壓器使用范圍。這些參數(shù)的設置準確性直接關系到供電電壓的質量，特別是基準電壓值的設定，必須等于或接近用電設備的要求。對于公司各廠房變壓器經(jīng)過近年有載調壓變壓器供電電壓滿足用電負荷要求的情況來看，均不能按照0.4kV進行設定，需要根據(jù)實際情況，在測量分析的基礎上，充分考慮采樣、測量誤差、輸電電壓降等因素進行設置，才能保證供電電壓達標。

3.2 異常問題與處理

3.2.1 調壓開關拒動

遠方或就地操作選擇開關、手動或自動選擇開關等操作方式選擇開關位置不正確時，應將它們置于正確位置上；已在最高位繼續(xù)調增、或已在最低位繼續(xù)調減等操作超越極限位置時，應向發(fā)令人報告，改正錯誤。操作回路直流電源不正常時應恢復電源。操作機構交流電源不正常的情況一般有機構動力電源三相或兩相無電壓電動機不能啟動、操作動力電源有一相無電壓，電動機兩相受電引起過電流使電源接觸器跳閘；機構交流控制電源無電壓，控制回路不能動作；操作交流電源三相相序錯誤，使電動機反向旋轉，有關保護動作使電源接觸器跳閘。這種情況一般將三相電源中兩相互換，調正電源相序即可重新操作。

3.2.2 有載分接開關機械故障

有載分接開關機械故障包括切換開關或分頭選擇器故障、操作機構機械故障在內，是一種嚴重故障。分頭選擇器帶負荷轉換，這種情況與帶負荷分合隔離開關相似，將使變壓器本體主瓦斯繼電器動作跳閘。切換開關拒動或切換不到位，假如切換開關在切換中途長時間停止在某一中間位置，會使過渡電阻因長期通電而過熱，可能使切換開關瓦斯繼電器動作，將變壓器跳閘。切換開關或分頭選擇器觸頭接觸不良過熱。出現(xiàn)上述問題時，應及時申請將變壓器退出運行，進行檢修。

3.2.3 有載分接開關失步

變壓器有載分接開關三相應在同一位置，所謂“失步”，是指調壓中由于某種原因，使三相分頭位置不一致。在這種狀態(tài)下，由于次級電壓三相不平衡，會產生零序電壓和零序電流。在變壓器調壓過程中，短時不一致是可能的，如長時間不一致，可能使變壓器過熱或者跳閘。有載分接開關失步的原因，可能是其中一相或兩相由于電氣或機械故障而拒動，或啟動后中途停止。發(fā)生有載分接開關失步故障時，運行人員應立即到現(xiàn)場，檢查變壓器三相分接開關的實際位置，查明拒動原因，予以處理，使三相恢復同步。

4 小結

公司各分變電站已實現(xiàn)動態(tài)低壓無功補償，6kV系統(tǒng)也有動態(tài)無功補償裝置。合理的設置主變壓器的分接開關檔位，配合分變電站的動態(tài)無功補償裝置，正確設定各分變電站有載調壓變壓器的控制器參數(shù)并投入自動運行，同時對變壓器有載調壓開關異常問題進行及時處理，公司供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，電壓達標率也將會得到顯著改善。

參考文獻：

[1]孟憲章，羅曉梅.10/0.4kV變配電實用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社，2007.

[2]胡孔忠.變壓器運行與檢修[M].合肥:合肥工業(yè)大學出版社，2013

[3]唐海.建筑電氣設計與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000

[4]胡景生.變壓器經(jīng)濟運行[M].北京:中國電力出版社，1999

[5]姚志松，姚磊.新型節(jié)能變壓器選用運行與維修[M].北京:中國電力出版社，2010

[6]張華,楊成.電力變壓器現(xiàn)場運行與維護[M].北京:中國電力出版社，2015