電力變壓器開關(guān)故障及預(yù)防措施探析

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摘要：有載分接開關(guān)是電力變壓器主要電氣回路上唯一的常動(dòng)部件，同時(shí)需要保證在高電壓大負(fù)載大電流的惡劣環(huán)境下可靠動(dòng)作，已經(jīng)成為變壓器上發(fā)生故障的重要來源。針對(duì)電力變壓器有載分接開關(guān)，從檢修與運(yùn)行維護(hù)出發(fā)，根據(jù)易出現(xiàn)的故障，分析其原因及危害性，提出預(yù)防措施，可使我們對(duì)有載分接開關(guān)檢修與維護(hù)的重要性有更進(jìn)一步的了解。

關(guān)鍵詞：變壓器；有載分接開關(guān)；故障；檢修與維護(hù)

隨著對(duì)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(fù)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(shí)既要求保證負(fù)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(fù)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(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)作，使有載分接開關(guān)的機(jī)械性能、絕緣性能、力學(xué)性能都受到嚴(yán)苛的考驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(qiáng)對(duì)有載調(diào)壓分接開關(guān)的檢修與維護(hù)，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(yùn)行水平。

1原理與結(jié)構(gòu)

有載分接開關(guān)是一種能在勵(lì)磁或負(fù)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(shí)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(gè)選擇開關(guān)），整個(gè)開關(guān)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來操作，任一部分出現(xiàn)問題，都會(huì)影響變壓器的正常運(yùn)行。

2常見問題、測(cè)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(dòng)機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)和控制線路）組成。其故障大致可分為機(jī)械故障，電氣故障和電動(dòng)機(jī)構(gòu)及附件故障機(jī)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(jī)構(gòu)通過儲(chǔ)能釋放的方式驅(qū)動(dòng)動(dòng)靜觸頭的閉合。這一過程中的猛烈撞擊會(huì)使整個(gè)開關(guān)產(chǎn)生振動(dòng)。某些設(shè)計(jì)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(huì)在機(jī)械振動(dòng)下開始松動(dòng)、變形甚至脫落。一旦發(fā)生松動(dòng)變形，就會(huì)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(fù)荷達(dá)80%。近期有載分接開關(guān)動(dòng)作頻仍，可達(dá)一日100余次，同時(shí)在線濾油裝置也頻繁啟動(dòng)。三個(gè)月后，運(yùn)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(dòng)作，主變跳閘。檢修人員檢查后發(fā)現(xiàn)其他電氣試驗(yàn)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(yán)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(dòng)觸頭已被電燒蝕，快速機(jī)構(gòu)框架內(nèi)布滿金屬射流噴射痕跡。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，檢修人員分析認(rèn)為，該分接開關(guān)在負(fù)載下動(dòng)作太頻密，使部分緊固螺絲松動(dòng)，其中一顆螺絲在分接切換時(shí)掉落，與動(dòng)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度高剛度的材料，提高有載分接開關(guān)的可靠性。對(duì)有載分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立檔案，適當(dāng)縮短動(dòng)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(fù)載切換，切換過程中電弧不可避免，這會(huì)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(dú)的絕緣筒里，本體絕緣油與開關(guān)絕緣油各自獨(dú)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(duì)（偏大或偏小），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(huì)造成滲油。此時(shí)油箱與外界連通，油中水含量升高，嚴(yán)重時(shí)可通過分接開關(guān)儲(chǔ)油柜油位異常升高或降低至變壓器儲(chǔ)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(xì)檢查油箱壁，觀察有無滲漏點(diǎn)。（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(jī)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(jī)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(qiáng)，加劇了觸頭的熱蝕及觸頭彈簧的變形，導(dǎo)電性能進(jìn)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(fù)載電流的橋聯(lián)作用,保證負(fù)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(cè)試可以比較明顯的表征觸點(diǎn)導(dǎo)電性能的良好與否。加強(qiáng)對(duì)直阻測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)觸點(diǎn)接觸不良的異常。（2）在小修時(shí)增加切換波形試驗(yàn)，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(shí)，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(dòng)機(jī)構(gòu)及附件故障

（1）分接開關(guān)連動(dòng)、拒動(dòng)及越限故障。有載分接開關(guān)變換擋位的驅(qū)動(dòng)和控制功能是由電動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)構(gòu)里既有電氣回路又有機(jī)械傳動(dòng)回路，既提供分接開關(guān)切換的動(dòng)力又要保證切換開關(guān)按給定信號(hào)順序動(dòng)作，還要實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。從驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源、電機(jī)、電機(jī)級(jí)進(jìn)控制回路（通過電機(jī)的傳動(dòng)主軸與凸輪開關(guān)的配合實(shí)現(xiàn)）、異常狀態(tài)下的保護(hù)回路。各種電氣元器件眾多，機(jī)械配合精密，任意一點(diǎn)異常均會(huì)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(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)操作時(shí)越過限位停在19擋處（分接使用擋位17擋）。斷開電機(jī)電源，釋放凸輪儲(chǔ)能，經(jīng)檢修人員檢查后發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)安裝時(shí)傳動(dòng)軸多轉(zhuǎn)了半圈，連接后使凸輪開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)不到位，限位開關(guān)動(dòng)斷觸點(diǎn)未切斷，電氣閉鎖失靈，直到抵達(dá)19擋時(shí)被限位銷擋住。將傳動(dòng)軸復(fù)位并重新安裝分接開關(guān)，手動(dòng)調(diào)擋、電動(dòng)操作均正常。預(yù)防措施：①檢修人員注意清掃接觸器接點(diǎn)油污，及時(shí)給機(jī)構(gòu)潤滑。投運(yùn)前檢查各接觸器動(dòng)作順序，測(cè)量各線圈及電機(jī)通斷和絕緣情況，手動(dòng)及電動(dòng)操作各一輪并確定位置指示與開關(guān)實(shí)際位置保持一致。②運(yùn)行人員加強(qiáng)對(duì)分接控制箱的維護(hù)，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(diǎn)銹蝕。③提高檢修人員技術(shù)水平和責(zé)任心，對(duì)檢修前后的機(jī)構(gòu)位置進(jìn)行記錄與核對(duì)。（2）有載分接開關(guān)氣體繼電器頻繁動(dòng)作故障。某110kV變電所，一臺(tái)主變自投運(yùn)以來分接開關(guān)輕瓦斯多次發(fā)信，現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行有載分接桶油樣檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)油樣也合格。因此決定繼續(xù)運(yùn)行，結(jié)合周期試驗(yàn)時(shí)再處理。當(dāng)主變周期性檢修時(shí)，分接開關(guān)切換試驗(yàn)、帶分接直流電阻測(cè)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(chǔ)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(yùn)。氣體繼電器動(dòng)作現(xiàn)象消失。預(yù)防措施：①檢查氣體繼電器通位儲(chǔ)油柜的管路水平傾斜是否為2％。若傾斜度不正確要及時(shí)調(diào)整。②在投運(yùn)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(bào)。

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?？赡軐?dǎo)致同樣的故障現(xiàn)象。為了提高維護(hù)的專業(yè)性、有效性，需要運(yùn)維、試驗(yàn)及檢修各專業(yè)人員密切配合，加強(qiáng)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(yùn)行。

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作者：羅睿 單位：嘉興供電公司