大型電力變壓器M型有載開關(guān)動作特性試驗(yàn)及缺陷案例分析

劉連升，閆佳文，劉 哲，劉廷眾，冀 輝

（1.國網(wǎng)衡水供電公司，河北 衡水 053000；2.國網(wǎng)河北省電力有限公司培訓(xùn)中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

有載分接開關(guān)動作特性試驗(yàn)是大型電力變壓器重要試驗(yàn)項(xiàng)目，通過該試驗(yàn)所測得的切換波形可以檢測切換開關(guān)能否正確動作，從而判斷有載分接開關(guān)是否存在觸頭動作異常、過渡電阻及其引線故障、觸頭燒損、彈跳時(shí)間、動靜觸頭油膜等缺陷［1］。本文介紹了現(xiàn)場進(jìn)行有載分接開關(guān)動作特性試驗(yàn)的原理和方法，并對通過動作特性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的分接開關(guān)過渡波形異常案例進(jìn)行了分析。

1 有載開關(guān)動作原理

常見有載開關(guān)有組合型（M型）和復(fù)合型（V型），根據(jù)通斷容量區(qū)分，M型有載開關(guān)常用于110 kV及以上的大容量變壓器，M型有載分接開關(guān)由切換開關(guān)、切換開關(guān)油室、帶極性的選擇開關(guān)組成。選擇開關(guān)為鳥籠形狀的外套內(nèi)引的套軸結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有定觸頭和橋式動觸頭，如圖1所示。

圖1 M型有載分接開關(guān)動作原理圖及結(jié)構(gòu)圖

有載調(diào)壓開關(guān)的作用是在切換過程中需保證不中斷變壓器線圈中通過的電流，同時(shí)還要保證兩分接頭之間的一段線圈不發(fā)生短路，所以在有載電壓切換過程中采用一種過渡電路，此過渡電路中裝有用于限制電流的過渡電阻元件［2］。

2 過渡波形簡介

變壓器有載分接開關(guān)一般有單電阻過渡和雙電阻過渡，少數(shù)開關(guān)由多電阻過渡，電阻數(shù)量的選擇與開斷容量有關(guān)，電阻個(gè)數(shù)越少，開斷容量越小，目前110 kV、220 kV多采用真空的雙電阻過渡，其過渡過程其過渡波形如圖2、3所示。

圖2 單電阻過渡波形

圖3 雙電阻過渡波形

單電阻有載分接開關(guān)在長時(shí)間燃弧后，過渡過程中動、靜觸頭都會嚴(yán)重?zé)g，動、靜觸頭的寬度會變小，該種有載分接開關(guān)的電壽命較短。

雙電阻有載分接開關(guān)在長時(shí)間燃弧后，過渡過程中動、靜觸頭也會出現(xiàn)燒蝕，出現(xiàn)麻點(diǎn)，該種有載分接開關(guān)的電壽命較長［3］。

3 過渡波形異常案例分析

3.1 案例1

2018年1月，某220 kV變壓器經(jīng)過返廠大修。大修前，試驗(yàn)人員對有載開關(guān)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果無異常。2月份，變壓器在變電站安裝完畢，試驗(yàn)人員對有載開關(guān)進(jìn)行直流動作特性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多個(gè)檔位的過渡波形出現(xiàn)較長時(shí)間的電流過零現(xiàn)象，同時(shí)測得多個(gè)檔位的過渡電阻數(shù)值不符合要求，且數(shù)據(jù)變化無規(guī)律，測試結(jié)果如圖4所示。

圖中檔位分別為2至1檔、1至2檔、3至4檔、4至5檔，每小格代表1 ms，電流為1A。

圖4 檔位在檔間切換時(shí)的波形

經(jīng)查證，該變壓器返廠大修期間，廠家只對繞組進(jìn)行檢修，并未對有載開關(guān)進(jìn)行清洗，只是在吊出后進(jìn)行外觀檢查。變壓器組裝完畢后，有載開關(guān)并未清洗，在帶有氧化層的情況下，直接對有載開關(guān)、鐵心、繞組進(jìn)行連續(xù)72h烘干，溫度保持在110～140℃之間。

該有載開關(guān)在站內(nèi)解體后發(fā)現(xiàn)，該滅弧室為油式滅弧結(jié)構(gòu)，動、靜觸頭及開關(guān)本體表面氧化層較厚，污穢嚴(yán)重。觸頭表面由于電弧灼傷形成的麻點(diǎn)較多，因此更加重了油膜的附著性。

有載開關(guān)解體后，并未發(fā)現(xiàn)觸頭松動，但通過萬用表測量過渡電阻，電阻數(shù)值不穩(wěn)定，推斷引線與過渡電阻連接處接觸不良，因此，動作特性試驗(yàn)不合格的原因?yàn)椋簭S家未對有載開關(guān)進(jìn)行清洗，在外表面帶有較多氧化層的情況下，進(jìn)行長時(shí)間高溫烘干，加重了油膜的附著力，進(jìn)一步使動、靜觸頭接觸不良；觸頭與過渡電阻連接引線接觸不良，造成過渡電阻及波形測試結(jié)果不合格。

有載開關(guān)廠家人員在現(xiàn)場對開關(guān)進(jìn)行清洗和引線更換，最終試驗(yàn)合格，如圖5所示。

圖5 有載開關(guān)清洗檢修后試驗(yàn)結(jié)果

3.2 案例2

某110 kV變電站主變例行停電試驗(yàn)，試驗(yàn)人員所測得有載開關(guān)波形如圖6所示，根據(jù)波形判斷為單電阻有載開關(guān)過渡波形，由圖中可以看出U、W相過渡完好，且同期性較好，但V相在過渡到一半時(shí)，出現(xiàn)長時(shí)間過零。

圖6 某110 kV主變有載過渡波形

根據(jù)上述原理分析，推斷該有載開關(guān)V相過渡時(shí)的動觸頭存在斷裂。后經(jīng)檢修人員吊罩發(fā)現(xiàn)，該有載開關(guān)切換部分的V相動觸頭出現(xiàn)斷裂，經(jīng)修復(fù)后，試驗(yàn)合格。

3.3 案例3

某110 kV變電站主變交接試驗(yàn)，試驗(yàn)人員所測得有載開關(guān)波形如圖7所示，該有載開關(guān)為雙電阻過渡波形，U、V、W三相過渡較平滑，且連續(xù)性、同期性都較好。但三相在最后一次彈跳，出現(xiàn)短暫過零，過零時(shí)間約為3 ms。

圖7 某110 kV主變有載過渡波形

根據(jù)《變壓器有載分接開關(guān)現(xiàn)場試驗(yàn)導(dǎo)則》（DL／T265）的相關(guān)規(guī)程：直流測試波形出現(xiàn)的少量電流跳躍、短時(shí)間電流過零、開關(guān)切換過程電流無變化現(xiàn)象，不應(yīng)做為分接開關(guān)存在缺陷的依據(jù)。該現(xiàn)象不應(yīng)判斷有載開關(guān)存在缺陷，目前，對于彈跳時(shí)間，并無相關(guān)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各廠家依據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，一般不超過4 ms。因此，判斷該有載分接開關(guān)試驗(yàn)合格。

4 結(jié)論

1）關(guān)于動靜觸頭間油膜。實(shí)踐表明，試驗(yàn)前通過多次調(diào)檔轉(zhuǎn)動分接開關(guān)，并不能完全消除觸頭處油膜的影響，特別是運(yùn)行時(shí)間較長的變壓器，動靜觸頭處在多次切斷電弧后，已形成大量麻點(diǎn)，電弧產(chǎn)生的雜質(zhì)形成較厚的油膜積聚在觸頭上，必然造成試驗(yàn)不合格，影響正常運(yùn)行。因此，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)過渡波形不合格時(shí)，在排除剩磁的影響后，如果試驗(yàn)仍不合格，應(yīng)進(jìn)行吊檢。

2）關(guān)于觸頭彈跳時(shí)間。觸頭在短時(shí)間內(nèi)多次撞擊，按順序完成多次彈跳，必然造成曲線出現(xiàn)跳躍。根據(jù) 《變壓器有載分接開關(guān)現(xiàn)場試驗(yàn)導(dǎo)則》（DL／T265）：（1）試驗(yàn)分接變換程序的波形應(yīng)連續(xù)圓滑，無斷流、跳躍現(xiàn)象；（2）直流測試波形出現(xiàn)的少量電流跳躍、短時(shí)間電流過零，不應(yīng)做為分接開關(guān)存在缺陷的依據(jù)。在彈跳階段，出現(xiàn)短暫的過零，只要控制在一定的范圍內(nèi)，不應(yīng)視為不合格。關(guān)于彈跳的時(shí)間，并沒有相關(guān)國標(biāo)或規(guī)程規(guī)定，各個(gè)廠家有各自的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)開關(guān)帶電運(yùn)行時(shí)，彈跳的距離極短，約為2～4 ms，此時(shí)已被電弧連接，對運(yùn)行沒有影響，過度追求波形曲線平滑是個(gè)誤區(qū)。

因此，試驗(yàn)人員應(yīng)注意根據(jù)有載開關(guān)的類型，根據(jù)過渡波形的連續(xù)性、同期性，并結(jié)合彈跳持續(xù)時(shí)間，綜合判斷有載開關(guān)是否合格。