電力變壓器開關故障及預防措施探析

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摘要：有載分接開關是電力變壓器主要電氣回路上唯一的常動部件，同時需要保證在高電壓大負載大電流的惡劣環(huán)境下可靠動作，已經成為變壓器上發(fā)生故障的重要來源。針對電力變壓器有載分接開關，從檢修與運行維護出發(fā)，根據易出現的故障，分析其原因及危害性，提出預防措施，可使我們對有載分接開關檢修與維護的重要性有更進一步的了解。

關鍵詞：變壓器；有載分接開關；故障；檢修與維護

隨著對供電可靠性及電網供電質量的要求越來越高，近年來我國電力系統(tǒng)的變壓器之上越來越多的應用擁有帶負載改變電壓輸出及調節(jié)無功潮流功能的有載分接開關。有載分接開關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或選擇開關具有良好的斷弧性能。隨著負荷的變化有載分接開關頻繁調擋，長期的大電流通斷及機械結構的動作，使有載分接開關的機械性能、絕緣性能、力學性能都受到嚴苛的考驗。據統(tǒng)計，國網2005年度有載分接開關的故障占到了變壓器總故障的9%。因而加強對有載調壓分接開關的檢修與維護，及早發(fā)現故障隱患，可以大幅提高變壓器和電網的安全運行水平。

1原理與結構

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

2常見問題、測試方法及其預防措施

目前使用比較廣泛的是電阻式組合型的有載調壓開關，由切換開關（帶過渡阻抗）、分解選擇器、電動機構（驅動機構、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

有載分接開關的分接頭變化是由快速機構通過儲能釋放的方式驅動動靜觸頭的閉合。這一過程中的猛烈撞擊會使整個開關產生振動。某些設計上的不合理（如應力過于集中）、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，就會在分接開關內引起局部過熱、放電。某變壓器由于轄區(qū)內用戶用電量增加，長期使用負荷達80%。近期有載分接開關動作頻仍，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)現其他電氣試驗均合格，只有直阻數據混亂無規(guī)律，本體油樣合格，分接油樣特征氣體嚴重超標，據此判定有載分接開關有電弧放電。分接起吊檢查后發(fā)現分接開關筒體內絕緣油已完全變黑，筒體底部沉積大量金屬碎屑，分接開關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，快速機構框架內布滿金屬射流噴射痕跡。根據現場情況，檢修人員分析認為，該分接開關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)生高能放電從而導致主變跳閘。預防措施：（1）加強安裝和檢修工藝的把關，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）選用改進的籠式結構，減少結構變形產生的應力。（3）采用新型高強度高剛度的材料，提高有載分接開關的可靠性。對有載分接開關動作次數進行統(tǒng)計，建立檔案，適當縮短動作頻繁的分接開關大修間隔。

2.2分接開關油室密封失效

有載分接開關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，為了不污染變壓器其他部分的油質，分接開關安裝在單獨的絕緣筒里，本體絕緣油與開關絕緣油各自獨立。分接開關油室滲油主要是密封件失效和筒體破裂引起。分接開關絕緣筒頂部密封圈尺寸不對（偏大或偏小），安裝工藝不佳使密封圈受力不平衡，轉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。分接開關絕緣筒內壁的分接引線螺栓、底部放油螺栓或油箱壁破裂，使分接開關油室的絕緣油與主變本體絕緣油相通，往往導致本體絕緣油色譜分析中氫（H2)，乙炔（C2H2)和總烴含量超標。預防措施：（1）在各密封處采用合適尺寸和適當材料的密封圈。（2）在給分接開關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生裂紋。

2.3電氣故障

有載分接開關的電氣故障主要發(fā)生在各切換開關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，導電性能下降，熱效應增強，加劇了觸頭的熱蝕及觸頭彈簧的變形，導電性能進一步下降，惡性循環(huán)，直至有載分接開關的絕緣失效。過渡電阻在切換過程中既承擔著負載電流的橋聯作用,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。預防措施：（1）直流電阻測試可以比較明顯的表征觸點導電性能的良好與否。加強對直阻測試數據的比對和分析，可以及時發(fā)現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）分接開關檢修時，一定要檢查分接開關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電動機構及附件故障

（1）分接開關連動、拒動及越限故障。有載分接開關變換擋位的驅動和控制功能是由電動機構來實現的。電動機構里既有電氣回路又有機械傳動回路，既提供分接開關切換的動力又要保證切換開關按給定信號順序動作，還要實現各種保護功能。從驅動電機的電源、電機、電機級進控制回路（通過電機的傳動主軸與凸輪開關的配合實現）、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致分接開關故障。某變壓器有載分接開關在大修后調試時發(fā)現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，經檢修人員檢查后發(fā)現分接開關安裝時傳動軸多轉了半圈，連接后使凸輪開關轉動不到位，限位開關動斷觸點未切斷，電氣閉鎖失靈，直到抵達19擋時被限位銷擋住。將傳動軸復位并重新安裝分接開關，手動調擋、電動操作均正常。預防措施：①檢修人員注意清掃接觸器接點油污，及時給機構潤滑。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提高檢修人員技術水平和責任心，對檢修前后的機構位置進行記錄與核對。（2）有載分接開關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輕瓦斯多次發(fā)信，現場外觀檢查，未發(fā)現異常，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)現油樣也合格。因此決定繼續(xù)運行，結合周期試驗時再處理。當主變周期性檢修時，分接開關切換試驗、帶分接直流電阻測試正常，分接開關調芯檢查無放電痕跡，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%，判斷為分接開關切換中產生氣體逸出通道不暢，聚集在繼電器內部，壓迫浮筒下降，產生了虛警。調整管路傾斜度到2%后投運。氣體繼電器動作現象消失。預防措施：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結語

有載分接開關的故障原因復雜多變，發(fā)生在不同部位的異常可能導致同樣的故障現象。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,通過及早發(fā)現事故隱患，應修盡修，建立開關健康檔案等,確保有載分接開關的安全可靠運行。

參考文獻：

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作者：羅睿 單位：嘉興供電公司