主變有載調(diào)壓開關(guān)的故障分析

王悅川

摘 要：目前的大型電力變壓器均配備有有載調(diào)壓分接開關(guān)。有載調(diào)壓開關(guān)是主變壓器上最精密和復(fù)雜的設(shè)備。它的運(yùn)行狀態(tài)對調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、實(shí)現(xiàn)潮流控制、保證電能質(zhì)量具有重大影響。文章綜述了主變有載調(diào)壓分接開關(guān)常見的一些故障類型，以及其對應(yīng)的故障機(jī)理。同時針對這些故障展開分析研究，并提出了一系列相應(yīng)的故障診斷方法。最后對有載調(diào)壓開關(guān)故障診斷的發(fā)展趨勢做了簡單闡述。

關(guān)鍵詞：變壓器；有載調(diào)壓開關(guān)；故障

中圖分類號：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0065-02

Abstract： At present， large power transformers are equipped with on-load tap changer. On-load voltage changer is the most sophisticated and complex equipment on the main transformer. Its operation state has a significant impact on regulating the voltage of the power grid， realizing power flow control， and ensuring the power quality. This paper summarizes some common fault types of main transformer on-load voltage-regulating tap changer and the corresponding fault mechanism. At the same time， a series of fault diagnosis methods are proposed based on the analysis and research of these faults. Finally， the development trend of fault diagnosis of on-load voltage regulating switch is briefly described.

Keywords： transformer； on-load voltage changer； fault

引言

當(dāng)前，電力系統(tǒng)中廣泛采用有載調(diào)壓變壓器。有載調(diào)壓變壓器是一種可以帶負(fù)荷調(diào)壓的電力變壓器，實(shí)現(xiàn)這一功能主要是基于有載調(diào)壓裝置，當(dāng)系統(tǒng)電壓波動時，有載調(diào)壓裝置可以根據(jù)控制系統(tǒng)的指令動作，對電壓進(jìn)行調(diào)整，確保電壓穩(wěn)定，在負(fù)載運(yùn)行中完成分接電壓切換。有載分接開關(guān)分為組合式和復(fù)合式兩大類。主要包括觸頭部分（動、靜觸頭）、機(jī)械傳動部分、電氣控制部分。由于有載分接開關(guān)是主變壓器上唯一的動作部分，而系統(tǒng)的調(diào)壓又十分頻繁，主變投運(yùn)之后，有載分接開關(guān)的次數(shù)較多。導(dǎo)致其極易發(fā)生故障，一旦出現(xiàn)故障，導(dǎo)致主變壓器停運(yùn)，給電網(wǎng)造成巨大損失。由于有載分接開關(guān)在電力系統(tǒng)中的作用十分重要，因此及時的發(fā)現(xiàn)并對故障做出診斷，對整個電力系統(tǒng)的安全十分重要。

1 故障類型

有載分接開關(guān)的故障類型一般可分為機(jī)械故障和電氣故障。文獻(xiàn)[1]、[2]指出在檢修現(xiàn)場一般表現(xiàn)為：選擇開關(guān)故障、切換開關(guān)故障、油箱密封不良、各類外觀故障、電動機(jī)構(gòu)滑檔、電動機(jī)構(gòu)拒動、電動機(jī)構(gòu)傳動軸脫銷、機(jī)構(gòu)齒輪箱漏油。有載分接開關(guān)故障早期，如果不能發(fā)現(xiàn)故障的存在并及時的做出診斷，那么故障將有可能會進(jìn)一步的升級導(dǎo)致主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳開，主變停運(yùn)，將造成難以估量的損失，因此研究有載調(diào)壓分接開關(guān)的故障具有重要價值。

2 故障分析

2.1 切換開關(guān)故障，觸頭磨損燒蝕

2013年6月，某110kV主變（有載調(diào)壓開關(guān)型號：SYXZ——110/200-7，生產(chǎn)日期為1993年5月）重瓦斯動作，主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳開，主變停運(yùn)。經(jīng)工作人員對保護(hù)回路檢查及動作特性試驗(yàn)，非電量保護(hù)回路絕緣電阻和非電量保護(hù)動作試驗(yàn)結(jié)果均正常。因此判斷為，有載分接開關(guān)瓦斯保護(hù)正常，判斷開關(guān)本體故障導(dǎo)致瓦斯動作。試驗(yàn)人員對開關(guān)和開關(guān)油室進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（1）絕緣電阻合格；（2）絕緣油擊穿電壓合格；（3）過渡電阻值合格；（4）乙炔含量超標(biāo)，3000微升/升；（5）A、C相過渡電阻數(shù)值正常；（6）B相過渡電流波形有過0電位；因此初步判斷，有載分接開關(guān)油室放電氣體嚴(yán)重超標(biāo)導(dǎo)致重瓦斯動作，由分接開關(guān)的過渡電路原理分析，B相切換開關(guān)存在問題，觸頭接觸不良，可能存在嚴(yán)重放電[3]。

經(jīng)過對有載分接開關(guān)吊芯檢查，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分接開關(guān)B相切換部位觸頭，存在磨損和燒蝕，在切換過程中，動、靜觸頭存在0.2mm間隙，切換過程中接觸不良，劇烈放電產(chǎn)生大量氣體，引起主變有載重瓦斯動作。

本次事故原因主要是主變有載調(diào)壓開關(guān)的切換開關(guān)因長期頻繁動作，導(dǎo)致觸頭磨損和燒蝕，切換過程中接觸不足。為防止此類事故再次發(fā)生，建議對長期使用或頻繁切換的有載開關(guān)進(jìn)行狀態(tài)檢修，達(dá)到一定次數(shù)和年限后吊芯檢查試驗(yàn)，對不合格的觸頭及時進(jìn)行維修和試驗(yàn)。對于運(yùn)行年限較久的主變應(yīng)多采用其他方式進(jìn)行調(diào)壓，減少主變調(diào)檔次數(shù)，并做好油化跟蹤試驗(yàn)。

2.2 選擇開關(guān)故障，觸頭磨損燒蝕

某220kV主變壓器，有載分接開關(guān)型號為M型，2012年9月14日，主變在由6分接位置向5分接位置調(diào)壓的過程中，重瓦斯動作，主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳開。經(jīng)電氣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，B、C相分接的直阻均合格。而A相分接在5分接位置出現(xiàn)直阻無窮大，其他分接位置直阻均正常。事故發(fā)生前后的變壓器油色譜值如表1。

通過油化分析及電氣試驗(yàn)結(jié)果，可以基本判定，有載A相選擇開關(guān)觸頭接觸不良，切換時發(fā)生放電。

經(jīng)過對有載分接開關(guān)吊芯檢查，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分接開關(guān)A相5分接位觸頭燒損約1/3，動、靜觸頭間存在約3mm間隙，切換過程中接觸不良，劇烈放電產(chǎn)生大量氣體，引起主變有載重瓦斯動作。

本次事故原因主要是主變有載調(diào)壓開關(guān)的選擇開關(guān)因長期頻繁動作，導(dǎo)致觸頭磨損和燒蝕，切換過程中接觸不足。為防止此類事故再次發(fā)生，建議對長期使用或頻繁切換的有載開關(guān)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時，重點(diǎn)測量每個分接位的直阻。在有載吊芯檢修中，應(yīng)重點(diǎn)檢查選擇開關(guān)各個分接位置的接觸情況、表面燒蝕情況。對接觸壓力和接觸面積不符合要求的觸頭進(jìn)行維修或更換。

2.3 有載調(diào)壓開關(guān)的其他故障

某35kV變電站2號主變型號為：SZ7-5000/35，陜西銅川變壓器股份有限公司于1997年出廠投運(yùn)，已經(jīng)過20年的運(yùn)行時間，在2016年8月至今已經(jīng)對有載調(diào)壓補(bǔ)油4次，2016年11月對該主變進(jìn)行本體油色譜分析，油中含有微量乙炔。經(jīng)詢問調(diào)度控制中心，在2016年8月15日對該主變進(jìn)行過一次遠(yuǎn)程有載調(diào)壓，而在調(diào)壓前油化分析正常，判定為該主變有載機(jī)構(gòu)油箱與本體油箱間有滲漏問題。為了保證主變運(yùn)行安全及減少檢修人員的工作量，故對該變壓器進(jìn)行吊芯檢修，包括：更換密封墊、濾油、吊芯檢查滲漏點(diǎn)等工作。

2017年4月19日將該2號主變本體吊芯，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，有載調(diào)壓開關(guān)油室筒壁有一個靜觸頭松動。并且在檢修過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)，該2號主變的有載調(diào)壓開關(guān)油枕高于本體油枕，導(dǎo)致有載開關(guān)油室的絕緣油向主變本體油滲漏，檢修人員將該松動位置緊固。對變壓器進(jìn)行濾油，油化試驗(yàn)合格后，主變投入運(yùn)行，未再出現(xiàn)異常。

3 結(jié)束語

本文論述并分析了電力變壓器有載分接開關(guān)的幾種典型故障。本文主要集中在切換開關(guān)故障和選擇開關(guān)故障方面的故障原理分析和實(shí)際案例分析。實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行過程中，導(dǎo)致有載調(diào)壓開關(guān)故障的原因有很多，油室內(nèi)部的故障多由于緊固件松動導(dǎo)致。放電故障多由接觸不良導(dǎo)致。此外，由于制造原因、廠家設(shè)計原因、工藝水平的原因都可能導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)故障，而運(yùn)行過程中，開關(guān)在頻繁切換時，摩擦和燒蝕導(dǎo)致觸頭接觸不良，或因絕緣油劣化，進(jìn)而引發(fā)放電，油室內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致瓦斯動作，引發(fā)主變?nèi)齻?cè)斷開主變停運(yùn)。因此保證開關(guān)的正常運(yùn)行和切換動作，要從各個環(huán)節(jié)入手。

（1）制造廠應(yīng)該保證調(diào)壓裝置的設(shè)計合理。加強(qiáng)有載分接開關(guān)裝置的質(zhì)量控制，提高裝配精度和設(shè)備使用耐久度。對開關(guān)動作次數(shù)和運(yùn)行時間達(dá)到檢修要求應(yīng)對有載開關(guān)本體進(jìn)行吊芯檢查、試驗(yàn)，并更換絕緣油。

（2）在變壓器運(yùn)行過程中，當(dāng)電力系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)電壓時，應(yīng)多考慮采取其他措施，減少開關(guān)調(diào)檔次數(shù)，例如盡量采用無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓。

（3）對年限久的分接開關(guān)，定期進(jìn)行過渡電阻切換過程試驗(yàn)，與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢查有無異常。

（4）應(yīng)利用主變停電檢修的機(jī)會，做好對有載調(diào)壓開關(guān)油化試驗(yàn)，并做好數(shù)據(jù)跟蹤分析。

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