討論減少ABB變壓器有載調(diào)壓開關(guān)滑檔故障的重要性及預(yù)防措施

徐文

(廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海 519000)

討論減少ABB變壓器有載調(diào)壓開關(guān)滑檔故障的重要性及預(yù)防措施

徐文

(廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海 519000)

有載調(diào)壓開關(guān)作為變壓器的心臟，在電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)中起到至關(guān)重要的作用。有載調(diào)壓開關(guān)的故障有很多方面，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，有載調(diào)壓開關(guān)滑檔故障占比較大，也是危害性最大的故障之一。有載調(diào)壓開關(guān)滑檔故障是指檔位不斷發(fā)生連續(xù)變化，滑檔故障若不能及時(shí)停止，將引起系統(tǒng)電壓劇烈波動(dòng)，在兩臺(tái)并列的主變之間會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流，造成設(shè)備損壞及電網(wǎng)事故。認(rèn)識(shí)滑檔故障的危害性、深入了解滑檔故障的產(chǎn)生原因、如何減少滑檔事故發(fā)生率，是作為檢修人員必須掌握的知識(shí)和技能。

變壓器；有載調(diào)壓開關(guān)；電動(dòng)機(jī)構(gòu)

1 引言

電壓是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，由于發(fā)電和耗電不可能隨時(shí)保持平衡，所以電壓波動(dòng)是不可避免的。有載分接開關(guān)能隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)而頻繁地調(diào)節(jié)電壓，是方便有效控制電壓質(zhì)量的方法之一，在電力變壓器中被廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際運(yùn)行中，有載分接開關(guān)故障時(shí)有發(fā)生，調(diào)壓失敗輕則影響電壓合格率和變壓器可用率，重則可能造成某一電網(wǎng)或某一區(qū)域停電，給當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成損失。因此保證變壓器安全可靠運(yùn)行、正確快速處理變壓器有載分接開關(guān)故障和及時(shí)正確維護(hù)顯得尤為重要。有載調(diào)壓開關(guān)的動(dòng)作原理相對(duì)于其他開關(guān)、刀閘設(shè)備較為復(fù)雜，保護(hù)、互鎖、機(jī)械保持、中間的接力啟動(dòng)等功能也較多。本文以一起典型缺陷入手，詳細(xì)講解了ABB電動(dòng)機(jī)構(gòu)原理，討論了滑檔可能發(fā)生的各類原因，并總結(jié)了如何進(jìn)行維護(hù)以減少滑檔的發(fā)生率。

2 MR有載調(diào)壓開關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)自檢回路的優(yōu)越性

有載調(diào)壓開關(guān)主要由ABB公司和MR公司兩個(gè)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)，從MR有載調(diào)壓開二次圖可以得知，其設(shè)計(jì)有自檢回路(圖1)，通過檔位變換的不同階段分別對(duì)回路中關(guān)鍵的繼電器都有檢測(cè)功能，一旦繼電器損壞或接點(diǎn)接觸不良，都會(huì)使電機(jī)保護(hù)回路接通并使電機(jī)跳閘，并且根據(jù)不同的跳閘位置可判斷不同的故障類別。而在ABB有載調(diào)壓開關(guān)(包含UB、UC機(jī)構(gòu))回路中，滑檔保護(hù)僅有電機(jī)的時(shí)間繼電器保護(hù)，而對(duì)凸輪、升降檔繼電器損壞、級(jí)進(jìn)繼電器損壞等沒有自檢功能，而此時(shí)若時(shí)間繼電器也失效，將使檔位一直操作到極限檔位，這將引起電壓強(qiáng)烈波動(dòng)，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1

3 一起滑檔的典型缺陷及ABB有載調(diào)壓開關(guān)的二次原理

缺陷報(bào)告：110kV某變電站#1主變有載調(diào)壓開關(guān)出現(xiàn)電機(jī)電源開關(guān)跳閘的故障，運(yùn)行人員恢復(fù)電機(jī)電源開關(guān)后就地操作，有載調(diào)壓開關(guān)出現(xiàn)“連調(diào)”(有載調(diào)壓開關(guān)不能實(shí)現(xiàn)一次調(diào)節(jié)一個(gè)檔位功能)，電機(jī)電源開關(guān)再次跳閘；有載調(diào)壓開關(guān)型號(hào)：UBBRN。

欲分析故障的根本原因，下現(xiàn)場(chǎng)工作前必須先了解機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理，全面掌握可能導(dǎo)致故障的各類原因，做出預(yù)判斷，然后再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行缺陷處理工作。下面我們先了解ABB主變有載調(diào)壓開關(guān)機(jī)構(gòu)的電氣動(dòng)作原理。

ABB有載調(diào)壓開關(guān)共分為17檔，ABB將從1檔滑行向17檔稱為升檔(或“-”檔)，反之，稱為降檔(或“+”檔)。升檔為降操作—降壓，降檔為升操作，升壓。有載調(diào)壓開關(guān)不允許同時(shí)連續(xù)進(jìn)行調(diào)檔任務(wù)，調(diào)檔必須一級(jí)一級(jí)的進(jìn)行，否則導(dǎo)致電壓過調(diào)節(jié)或欠調(diào)節(jié)。中間檔為9B檔,9A至9C檔為觸頭換向時(shí)滑過的檔位，中間檔只停留在9B檔而不會(huì)停留在9A和9C檔。操作至1/17檔位時(shí)，有終點(diǎn)限位功能，不允許再次降/升檔。

有載調(diào)壓開關(guān)不允許同時(shí)接受升降兩個(gè)方向的調(diào)檔任務(wù)，因?yàn)檫@種情況將有可能造成電機(jī)回路的相間短路，調(diào)檔回路中設(shè)計(jì)有升降檔的互排斥接點(diǎn)。手動(dòng)操作時(shí)也會(huì)斷開電機(jī)電動(dòng)。有載調(diào)壓開關(guān)電機(jī)電源空開配有脫扣線圈，就地急停、遠(yuǎn)方急停、超時(shí)急停都接到該脫扣線圈使電機(jī)電源空開脫扣，從而切斷電機(jī)電動(dòng)回路。

3.1 電機(jī)回路的二次元件標(biāo)識(shí)和二次圖分析

此項(xiàng)流程節(jié)點(diǎn)的重點(diǎn)在于根據(jù)圖紙(圖2)確認(rèn)各個(gè)二次元件的名稱、位置和作用，再分析各個(gè)功能(運(yùn)轉(zhuǎn)、互鎖、保護(hù))的實(shí)現(xiàn)，最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況初步判斷缺陷原因。

3.2 二次原理及各電氣功能實(shí)現(xiàn)

(1)升降檔啟動(dòng)回路

降檔接觸器K3或升檔接觸器K2的線圈A1-A2受電勵(lì)磁后將驅(qū)動(dòng)電機(jī)回路的K3、K2相應(yīng)接點(diǎn)改變電機(jī)電源的相序使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)升降檔的功能。升降檔的啟動(dòng)有兩種方式：就地手動(dòng)和遠(yuǎn)方控制。啟動(dòng)電源經(jīng)控制電源空開(F2-3、F2-4)、主變過載閉鎖(X3-1、X3-2)后，由把手S1進(jìn)行遠(yuǎn)方就地選擇，然后切至相應(yīng)的啟動(dòng)回路。就地啟動(dòng)時(shí)，由控制把手S2將電源切至降檔或升檔回路；遠(yuǎn)方啟動(dòng)時(shí)，由監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)控裝置提供的遙控接點(diǎn)將電源切至降檔或升檔回路。

(2)升降檔自保持回路

控制電源空開(F2-1、F2-2)向控制回路提供自保持電源。自保持電源通過凸輪開關(guān)行程接點(diǎn)(S4-33、S4-34或S3-33、S3-34)保持升降檔回路。該自保持行程不是全程的，所以，啟動(dòng)回路的接點(diǎn)應(yīng)設(shè)置足夠長(zhǎng)的閉合時(shí)間，以保證機(jī)構(gòu)能順利進(jìn)入自保持行程。由該自保持是純機(jī)械行程的而非電磁保持，所以在任何滑檔不到位的位置一旦電氣回路重新接通或閉鎖接除，機(jī)構(gòu)將繼續(xù)進(jìn)行滑檔直至到位。例如，手動(dòng)降檔的過程中升降檔回路是被閉鎖的，手動(dòng)搖把一旦抽出，機(jī)構(gòu)將自動(dòng)繼續(xù)降檔而無須重新在遠(yuǎn)方或就地啟動(dòng)降檔。因?yàn)檎{(diào)壓開關(guān)手動(dòng)調(diào)檔不像隔離開關(guān)手動(dòng)分合那么容易而明顯的判斷是否到位，所以這種手動(dòng)不到位時(shí)自啟動(dòng)電動(dòng)調(diào)檔是很必要的。

圖2

(3)升降檔互排斥閉鎖

互斥有兩種，一種是升降檔接觸器接點(diǎn)(K2-21、K2-22和K3-21、K3-22)的互斥，另一種是凸輪開關(guān)行程接點(diǎn)(S3-41、S3-42和S4-41、S4-42)的互斥。升降檔接觸器的互斥是依賴于電磁的，凸輪開關(guān)的互斥是純粹機(jī)械行程的，是不依賴電磁保持的。當(dāng)升降檔接觸器受電勵(lì)磁后，只要?jiǎng)?lì)磁不消失，其接點(diǎn)的互斥是全程可靠的。

(4)手動(dòng)聯(lián)鎖

當(dāng)手動(dòng)操作升降檔時(shí)，手動(dòng)聯(lián)鎖開關(guān)S5的接點(diǎn)(S5-21、S5-22和S5-11、S5-12)打開，從而斷開升降檔回路。

(5)極限檔位行程閉鎖

降檔的極限檔位是1檔，此時(shí)末檔行程開關(guān)S7的接點(diǎn)(S7-61、S7-62)打開，從而閉鎖降檔；升檔的極限檔位是17檔，此時(shí)末檔行程開關(guān)S6的接點(diǎn)(S6-61、S6-62)打開，從而閉鎖升檔。

(6)急?；芈?/p>

急停有三種方式:一是就地手動(dòng)急停(S8-13、S8-14);二是遠(yuǎn)方遙控急停(X3-8);三是運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)急停(K6-15、K601-18)。急停原理是將自保持電源給到電機(jī)電源開關(guān)脫扣線圈(Q2-C1、Q2-C2)勵(lì)磁，脫扣后斷開電機(jī)電源從而停止調(diào)檔。超時(shí)急停的時(shí)間由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間繼電器K6控制，ABB固定整定為10s，在升降擋中，電磁接點(diǎn)(K3-13、K3-14或K2-13、K2-14)閉合，K6開始計(jì)時(shí)，當(dāng)升降檔結(jié)束，K6隨著上述電磁接點(diǎn)返回而返回。正常的一次調(diào)檔均應(yīng)在10s內(nèi)完成，超出時(shí)間則自動(dòng)急停。

(7)步控回路

這是對(duì)K1接觸器的直譯。K1的目的是為了保證調(diào)檔能夠一檔一檔的進(jìn)行，防止因遠(yuǎn)方或就地的啟動(dòng)接點(diǎn)拈死而造成的連續(xù)誤調(diào)檔。在調(diào)檔過程中，凸輪行程接點(diǎn)S3-13、S3-14或S4-13、S4-14閉合，K1線圈勵(lì)磁，K1的常閉接點(diǎn)K1-41、K1-42和K1-31、K1-32打開，分別斷開升降檔的啟動(dòng)回路，直到升降檔行程結(jié)束，K1返回才允許接受下一次啟動(dòng)。當(dāng)調(diào)檔行程結(jié)束時(shí)，如果啟動(dòng)回路有電源，該電源將通過K1自身的接點(diǎn)K1-1、K1-2,K1-3、K1-4和K1-5、K1-6使得K1自保持以持續(xù)切斷啟動(dòng)回路，這個(gè)回路有點(diǎn)類似斷路器的防跳回路。當(dāng)調(diào)檔到位，凸輪行程接點(diǎn)S4-33、S4-34均打開，步控回路隨之復(fù)歸。

(8)接力啟動(dòng)回路

當(dāng)檔位滑行到9A或9C時(shí)，接力啟動(dòng)接點(diǎn)S15-36、S15-38接通，自保持電源經(jīng)過K2-31、K2-32或K2-43、K2-44保持升降檔回路，給以升降檔走第二次行程的啟動(dòng)力。

3.3 在分析完各功能實(shí)現(xiàn)后，整理一次完成一次降檔操作的全過程

(以就地操作降檔為例，按下S2旋鈕開關(guān)后)

(1)電觸發(fā)階段：L——X3(2)——F2(3、4)——S1(2、3)——S2(2、3)——K1(41、42)——S3(41、42)——S7(61、62)——S5(21、22)——K2(21、22)——K3(A1、A2)——S1(5、6)——N

圖3

電觸發(fā)后，電機(jī)啟動(dòng)，通過電機(jī)齒輪和拐臂等元件的機(jī)械傳動(dòng)，凸輪開始順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)凸輪是后續(xù)動(dòng)作的關(guān)鍵元件，凸輪是缺角圓形的形狀，然后配有凸輪壓片，凸輪壓片是帶有彈簧的三角形狀的金屬體，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、缺角的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)、周期時(shí)間的配合，通過這樣的設(shè)計(jì)可以使凸輪壓片左側(cè)的行程開關(guān)S3、S4實(shí)現(xiàn)周期性、有規(guī)律地關(guān)斷、互鎖。

(2)機(jī)械保持階段：X3(1)——F2(1、2)——S1(7、8)——S4(33、34)——S3(41、42)——S7(61、62)——S5(21、22)——K2(21、22)——K3(A1、A2)——N

凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)后，S4動(dòng)作，常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)打開，電路通過凸輪的物理結(jié)構(gòu)，使電動(dòng)機(jī)降檔繼電器K3持續(xù)保持吸合狀態(tài)，并且在這個(gè)階段電觸發(fā)回路因?yàn)樾oS2回位而斷路，K1繼電器在這個(gè)階段保持保持動(dòng)作(見功能(2)、(7))。

(3)檔位調(diào)節(jié)完成階段：

檔位到切換尾部階段后，凸輪回到缺角位置，S4回位，常開接點(diǎn)打開，常閉接點(diǎn)閉合，機(jī)械保持結(jié)束，并且觸發(fā)電路的K1(41、42)關(guān)斷，保證電路斷路，充分保證一次調(diào)節(jié)一個(gè)檔位作用。

其他保護(hù)、互鎖功能可根據(jù)結(jié)合前面的功能介紹進(jìn)行分析。

4 滑檔原因分析和預(yù)防措施

4.1 原因分析

故障情況是#1主變有載調(diào)壓開關(guān)出現(xiàn)電機(jī)電源開關(guān)跳閘的故障，運(yùn)行人員恢復(fù)電機(jī)電源開關(guān)后就地操作，有載調(diào)壓開關(guān)出現(xiàn)“連調(diào)”(有載調(diào)壓開關(guān)不能實(shí)現(xiàn)一次調(diào)節(jié)一個(gè)檔位功能)，電機(jī)電源開關(guān)再次跳閘；根據(jù)前面的原理分析、故障出現(xiàn)的情況，可以做出以下的初步判斷：(1)電機(jī)電源開關(guān)的跳閘是屬于時(shí)間繼電器K6的時(shí)間整定保護(hù)跳閘；(2)“連調(diào)”使機(jī)構(gòu)不能一次調(diào)節(jié)一個(gè)檔位，說明在一個(gè)檔位調(diào)節(jié)完成階段，K3/K4持續(xù)勵(lì)磁，K3/K4的勵(lì)磁回路是通路。 再做進(jìn)一步的分析，K3/K4的供電回路有幾個(gè)方面：

(1)觸發(fā)回路，觸發(fā)回路的通路充分條件(其它基本條件都滿足)有S2持續(xù)閉合(旋鈕為降檔位置)和K1繼電器常開狀態(tài)(不吸合)，可能是K1繼電器損壞不動(dòng)作且S2旋鈕卡死在降檔/升檔位置(這種情況比較少)；

(2)凸輪機(jī)械保持回路，此回路只要是S4(33、34)/S4(33、34)閉合，電路給電后就能持續(xù)降檔?？赡躍3/S4繼電器的凸輪板卡死，在檔位調(diào)節(jié)完成后不能通過復(fù)位彈簧復(fù)位，也可能是凸輪機(jī)械損壞，或者S4(33、34)/S4(33、34)行程開關(guān)復(fù)歸不到位。

(3)K2/K3交流繼電器由于質(zhì)量原因，剩磁大，當(dāng)凸輪開關(guān)斷開控制電源后，接觸器仍在吸合位置，不能馬上斷開主電源，致使電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生滑檔；

4.2 預(yù)防措施及維護(hù)檢修建議

針對(duì)不同原因的滑檔可進(jìn)行相應(yīng)的缺陷處理，由于有時(shí)間繼電器的保護(hù)，使滑檔能在一定電壓范圍內(nèi)進(jìn)行控制，但產(chǎn)生滑檔的原因有多方面，若時(shí)間繼電器失效，不能及時(shí)使電機(jī)跳開的話將引起系統(tǒng)電壓劇烈波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生電力系統(tǒng)事故。

在《電力設(shè)備檢修規(guī)程》中規(guī)定有載調(diào)壓開關(guān)機(jī)構(gòu)的B修：500kV、220kV：3 年；110kV：6 年，主要是操作性檢查，未提及針對(duì)各個(gè)關(guān)鍵二次部件的檢查，而在廠家說明書中也未詳細(xì)說明電動(dòng)機(jī)構(gòu)的維護(hù)要點(diǎn)，而ABB廠有載調(diào)壓開關(guān)沒有自檢回路，這使該開關(guān)的預(yù)防性檢修維護(hù)屬于空白區(qū)，完全靠不同檢修的人員的專業(yè)素養(yǎng)來決定設(shè)備的維護(hù)程度了。

ABB電動(dòng)機(jī)構(gòu)的維護(hù)應(yīng)該在主變停電檢修時(shí)進(jìn)行，下面我們針對(duì)滑檔故障預(yù)防維護(hù)進(jìn)行如下維護(hù)總結(jié)：

(1)凸輪的檢查——斷開電動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)電源，打開蓋板，檢查凸輪是否存在變形，凸輪表面磨損程度，凸輪下方的緊固螺絲是否緊固，有無松動(dòng)現(xiàn)象；

(2)復(fù)位彈簧的檢查——手動(dòng)撥動(dòng)復(fù)位彈簧是否彈性良好，若出現(xiàn)卡滯的情況凸輪壓片卡滯不是內(nèi)部損壞，是由于長(zhǎng)時(shí)間輪滑油氧化、灰塵和水分等原因?qū)е驴?，可用帶長(zhǎng)噴嘴的機(jī)械潤(rùn)滑劑進(jìn)行清洗和潤(rùn)滑(為防止?jié)櫥瑒┑蜗?，在下方?yīng)墊上足夠的碎布條)，反復(fù)多次用長(zhǎng)一字刀進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪壓片，直至凸輪壓片的動(dòng)作良好；

(3)時(shí)間繼電器的校核——檢查時(shí)間繼電器線圈電阻是否合格，可單獨(dú)在時(shí)間繼電器兩端接入外接電源(退出二次回路接線)，校核時(shí)間繼電器的完好性；

(4)K1/K2/K3交流繼電器的檢查——檢查交流繼電器的線圈電阻是否合格，動(dòng)鐵芯的動(dòng)作是否靈活無卡滯；

(5)檢查轉(zhuǎn)盤是否有油污，轉(zhuǎn)動(dòng)部位是否有污穢，檢查維護(hù)完成后對(duì)有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行1-N檔位的往復(fù)操作一遍，觀察機(jī)構(gòu)有無其他問題。

[1]孫旭東,王善銘.電機(jī)學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.

[2]許艷陽.變電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)故障與處理[M].北京：中國(guó)電力出版社,2008.

With 220 kV Capacitive Voltage Transformer Three-phase Voltage Unbalance Fault Analysis

XUWen

(Zhuhai Power Supply Bureau,Zhuhai 519000,China)

As the transformer′s heart,the load regulating switch plays an important role in the regulation of the voltage of the power network.There are many aspects of the failure of the load regulating switch.According to the experience of operation,the ABB plant has a large load regulating switch.With the load transfer of the pressure switch slide file fault is a continuous change in the file,if the fault can not be stopped in time,will cause the system voltage fluctuations,in the two sets of main transformer will have a large circulation,resulting in equipment damage and power grid accident.Understanding of the dangers of sliding gear failure,in-depth understanding of the causes of the failure of the slide,and how to reduce the occurrence rate of the accident,is the maintenance personnel must be mastered the knowledge and skills.Key words：transformer;on-load voltage regulating switch;electric mechanison

1004-289X(2016)06-0096-05

TM41

B

2016-04-13

徐文，男，電氣工程師，工學(xué)學(xué)士，變電檢修高級(jí)技師，主要從事變電一次設(shè)備檢修及二次繼電保護(hù)維護(hù)專業(yè)工作。