淺析電力變壓器有載分接開關(guān)的故障及預(yù)防措施

羅睿

（嘉興供電公司，浙江 嘉興 314001）

隨著對供電可靠性及電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求越來越高，近年來我國電力系統(tǒng)的變壓器之上越來越多的應(yīng)用擁有帶負載改變電壓輸出及調(diào)節(jié)無功潮流功能的有載分接開關(guān)。有載分接開關(guān)在改變分接位置時既要求保證負載電流的連續(xù)性又要保證切換開關(guān)或選擇開關(guān)具有良好的斷弧性能。隨著負荷的變化有載分接開關(guān)頻繁調(diào)擋，長期的大電流通斷及機械結(jié)構(gòu)的動作，使有載分接開關(guān)的機械性能、絕緣性能、力學(xué)性能都受到嚴苛的考驗。據(jù)統(tǒng)計，國網(wǎng)2005 年度有載分接開關(guān)的故障占到了變壓器總故障的9%。因而加強對有載調(diào)壓分接開關(guān)的檢修與維護，及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，可以大幅提高變壓器和電網(wǎng)的安全運行水平。

1 原理與結(jié)構(gòu)

有載分接開關(guān)是一種能在勵磁或負載狀態(tài)下操作，通過調(diào)換繞組的分接位置，改變繞組有效匝數(shù)從而實現(xiàn)調(diào)壓目的的電器裝置。通常使用的電阻限流式有載分接開關(guān)由帶過渡電阻的切換開關(guān)和分接選擇器組成（復(fù)合式分接開關(guān)中兩者結(jié)合成一個選擇開關(guān)），整個開關(guān)由驅(qū)動機構(gòu)來操作，任一部分出現(xiàn)問題，都會影響變壓器的正常運行。

2 常見問題、測試方法及其預(yù)防措施

目前使用比較廣泛的是電阻式組合型的有載調(diào)壓開關(guān)，由切換開關(guān)（帶過渡阻抗）、分解選擇器、電動機構(gòu)（驅(qū)動機構(gòu)、電動機和控制線路）組成。其故障大致可分為機械故障，電氣故障和電動機構(gòu)及附件故障機械故障。

2.1 緊固件松脫或變形

有載分接開關(guān)的分接頭變化是由快速機構(gòu)通過儲能釋放的方式驅(qū)動動靜觸頭的閉合。這一過程中的猛烈撞擊會使整個開關(guān)產(chǎn)生振動。某些設(shè)計上的不合理（如應(yīng)力過于集中）、使用了不合規(guī)的緊固件或者安裝工藝不到位（止退墊片未翹起鎖死）就會在機械振動下開始松動、變形甚至脫落。一旦發(fā)生松動變形，就會在分接開關(guān)內(nèi)引起局部過熱、放電。 某變壓器由于轄區(qū)內(nèi)用戶用電量增加，長期使用負荷達80%。近期有載分接開關(guān)動作頻仍，可達一日100 余次，同時在線濾油裝置也頻繁啟動。三個月后，運行人員將有載分接開關(guān)每日限制在5 次切換。某日凌晨，重瓦斯突然動作，主變跳閘。檢修人員檢查后發(fā)現(xiàn)其他電氣試驗均合格，只有直阻數(shù)據(jù)混亂無規(guī)律，本體油樣合格，分接油樣特征氣體嚴重超標(biāo)，據(jù)此判定有載分接開關(guān)有電弧放電。分接起吊檢查后發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)筒體內(nèi)絕緣油已完全變黑，筒體底部沉積大量金屬碎屑，分接開關(guān)隔弧板固定螺絲有三顆突出，有一顆不見蹤影，動觸頭已被電燒蝕，快速機構(gòu)框架內(nèi)布滿金屬射流噴射痕跡。根據(jù)現(xiàn)場情況，檢修人員分析認為，該分接開關(guān)在負載下動作太頻密，使部分緊固螺絲松動，其中一顆螺絲在分接切換時掉落，與動觸頭間發(fā)生高能放電從而導(dǎo)致主變跳閘。

預(yù)防措施：（1）加強安裝和檢修工藝的把關(guān)，選取合格的固定螺栓和螺母，采用放松退鎖死措施（如將墊片翹角固定）。（2）選用改進的籠式結(jié)構(gòu)，減少結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的應(yīng)力。（3）采用新型高強度高剛度的材料，提高有載分接開關(guān)的可靠性。對有載分接開關(guān)動作次數(shù)進行統(tǒng)計，建立檔案，適當(dāng)縮短動作頻繁的分接開關(guān)大修間隔。

2.2 分接開關(guān)油室密封失效

有載分接開關(guān)由于需要帶負載切換，切換過程中電弧不可避免，這會使變壓器油分解變質(zhì)，為了不污染變壓器其他部分的油質(zhì)，分接開關(guān)安裝在單獨的絕緣筒里，本體絕緣油與開關(guān)絕緣油各自獨立。分接開關(guān)油室滲油主要是密封件失效和筒體破裂引起。分接開關(guān)絕緣筒頂部密封圈尺寸不對（偏大或偏?。?，安裝工藝不佳使密封圈受力不平衡，轉(zhuǎn)軸密封圈老化都會造成滲油。此時油箱與外界連通，油中水含量升高，嚴重時可通過分接開關(guān)儲油柜油位異常升高或降低至變壓器儲油柜油位來發(fā)現(xiàn)。分接開關(guān)絕緣筒內(nèi)壁的分接引線螺栓、底部放油螺栓或油箱壁破裂，使分接開關(guān)油室的絕緣油與主變本體絕緣油相通，往往導(dǎo)致本體絕緣油色譜分析中氫（H2)，乙炔（C2H2)和總烴含量超標(biāo)。

預(yù)防措施：（1）在各密封處采用合適尺寸和適當(dāng)材料的密封圈。（2）在給分接開關(guān)油箱注油前逐一擰緊各緊固螺栓，仔細檢查油箱壁，觀察有無滲漏點。（3）注意安裝工藝，防止絕緣筒因受力不均產(chǎn)生裂紋。

2.3 電氣故障

有載分接開關(guān)的電氣故障主要發(fā)生在各切換開關(guān)和選擇器的觸頭及過渡電路的過渡電阻上。切換操作既伴隨著電流的轉(zhuǎn)移又有機械的沖擊。觸頭是直接承載電流的部位，其上通過的電流很大，電弧帶來的高熱與燒灼，機械切合帶來的磨損和變形，使觸頭成為最容易損壞的部分。另外絕緣油在電弧下的分解產(chǎn)物在高熱下附著在觸頭表面，形成氧化膜，也容易造成觸頭接觸不良。觸頭表面接觸電阻變大，導(dǎo)電性能下降，熱效應(yīng)增強，加劇了觸頭的熱蝕及觸頭彈簧的變形，導(dǎo)電性能進一步下降，惡性循環(huán)，直至有載分接開關(guān)的絕緣失效。過渡電阻在切換過程中既承擔(dān)著負載電流的橋聯(lián)作用,保證負載電流的連續(xù)性;又限制分接線段的循環(huán)電流，防止極間短路。

預(yù)防措施：（1）直流電阻測試可以比較明顯的表征觸點導(dǎo)電性能的良好與否。加強對直阻測試數(shù)據(jù)的比對和分析，可以及時發(fā)現(xiàn)觸點接觸不良的異常。（2）在小修時增加切換波形試驗，可以觀察過渡電阻阻值變化及通斷情況。（3）分接開關(guān)檢修時，一定要檢查分接開關(guān)載流觸頭接觸壓力及接觸是否良好，檢查過渡電阻外觀及阻值，將各緊固件逐一擰緊。

2.4 電動機構(gòu)及附件故障

（1）分接開關(guān)連動、拒動及越限故障。有載分接開關(guān)變換擋位的驅(qū)動和控制功能是由電動機構(gòu)來實現(xiàn)的。電動機構(gòu)里既有電氣回路又有機械傳動回路，既提供分接開關(guān)切換的動力又要保證切換開關(guān)按給定信號順序動作，還要實現(xiàn)各種保護功能。從驅(qū)動電機的電源、電機、電機級進控制回路（通過電機的傳動主軸與凸輪開關(guān)的配合實現(xiàn)）、異常狀態(tài)下的保護回路。各種電氣元器件眾多，機械配合精密，任意一點異常均會導(dǎo)致分接開關(guān)故障。某變壓器有載分接開關(guān)在大修后調(diào)試時發(fā)現(xiàn)電動操作時越過限位停在19 擋處（分接使用擋位17擋）。斷開電機電源，釋放凸輪儲能，經(jīng)檢修人員檢查后發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)安裝時傳動軸多轉(zhuǎn)了半圈，連接后使凸輪開關(guān)轉(zhuǎn)動不到位，限位開關(guān)動斷觸點未切斷，電氣閉鎖失靈，直到抵達19 擋時被限位銷擋住。將傳動軸復(fù)位并重新安裝分接開關(guān)，手動調(diào)擋、電動操作均正常。

預(yù)防措施：①檢修人員注意清掃接觸器接點油污，及時給機構(gòu)潤滑。投運前檢查各接觸器動作順序，測量各線圈及電機通斷和絕緣情況，手動及電動操作各一輪并確定位置指示與開關(guān)實際位置保持一致。②運行人員加強對分接控制箱的維護，保持分接控制箱的密封和干燥，可以大大減少電氣元件受潮和觸點銹蝕。③提高檢修人員技術(shù)水平和責(zé)任心，對檢修前后的機構(gòu)位置進行記錄與核對。

（2）有載分接開關(guān)氣體繼電器頻繁動作故障。某110kV 變電所，一臺主變自投運以來分接開關(guān)輕瓦斯多次發(fā)信，現(xiàn)場外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，且在此期間分接變換并不頻繁，進行有載分接桶油樣檢測后發(fā)現(xiàn)油樣也合格。因此決定繼續(xù)運行，結(jié)合周期試驗時再處理。當(dāng)主變周期性檢修時，分接開關(guān)切換試驗、帶分接直流電阻測試正常，分接開關(guān)調(diào)芯檢查無放電痕跡，各觸頭固定牢固，過渡電阻也合格。最后在重新安裝中檢修人員發(fā)現(xiàn)氣體繼電器通往儲油柜的管路水平傾斜度不到1．5%，判斷為分接開關(guān)切換中產(chǎn)生氣體逸出通道不暢，聚集在繼電器內(nèi)部，壓迫浮筒下降，產(chǎn)生了虛警。調(diào)整管路傾斜度到2%后投運。氣體繼電器動作現(xiàn)象消失。

預(yù)防措施：①檢查氣體繼電器通位儲油柜的管路水平傾斜是否為2%。若傾斜度不正確要及時調(diào)整。②在投運前排盡氣體繼電器中余氣。③加裝在線濾油裝置可以大大減少氣體繼電器的誤報。

3 結(jié)語

有載分接開關(guān)的故障原因復(fù)雜多變，發(fā)生在不同部位的異常可能導(dǎo)致同樣的故障現(xiàn)象。為了提高維護的專業(yè)性、有效性，需要運維、試驗及檢修各專業(yè)人員密切配合，加強員工的專業(yè)技能培訓(xùn),通過及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，應(yīng)修盡修，建立開關(guān)健康檔案等,確保有載分接開關(guān)的安全可靠運行。