變壓器有載分接開(kāi)關(guān)故障波形分析及判斷

舒群力， 王 斌， 汪春萌， 屠曄煒， 鄧 濤， 姚群燕

（1.嘉興市恒光電力建設(shè)有限責(zé)任公司， 浙江 嘉興 314000；2.國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司， 浙江 嘉興 314033）

引言

變壓器有載分接開(kāi)關(guān)由操作結(jié)構(gòu)、分接選擇器、切換開(kāi)關(guān)和傳動(dòng)部分等結(jié)構(gòu)組成。有載分接開(kāi)關(guān)的使用，實(shí)現(xiàn)了變壓器在不切斷負(fù)載的狀況下，平穩(wěn)地將變壓器線圈匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即調(diào)整了電壓比，從而得到用戶所需要的輸出電壓。有載分接開(kāi)關(guān)測(cè)試儀是對(duì)其電氣性能的檢測(cè)，從波形中，我們可以讀取過(guò)渡時(shí)間、過(guò)渡電阻、三相同期性等，從而判斷該開(kāi)關(guān)的故障類別。但在實(shí)際生產(chǎn)中，通常都是帶著變壓器繞組進(jìn)行測(cè)試，所得到的波形并不是標(biāo)準(zhǔn)真實(shí)的，從而給檢修人員對(duì)分接開(kāi)關(guān)的準(zhǔn)確判斷增加困難[1，2]。

1 有載分接開(kāi)關(guān)基本概念

1.1 有載分接開(kāi)關(guān)工作原理

有載分接開(kāi)關(guān)的基本原理，就是在變壓器調(diào)壓繞組中引出若干分接頭后，在不中斷負(fù)載電流的情況下，由一個(gè)分接頭切換到另一個(gè)分接頭，來(lái)改變有效匝數(shù)，即改變變壓器的電壓比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。有載分接開(kāi)關(guān)類型有很多種，但切換過(guò)程的原理大致相同，在切換過(guò)程中都必須實(shí)現(xiàn)電流連續(xù)且不能分接間短路[3]。

下面以MR公司M型分接開(kāi)關(guān)為例，進(jìn)行分接實(shí)現(xiàn)的介紹：第一步，分接選擇器預(yù)先選擇需要的分接觸頭；第二步，切換開(kāi)關(guān)切換至預(yù)先選好的分接觸頭的回路（如圖1所示）。

整個(gè)過(guò)程中，切換開(kāi)關(guān)切換的過(guò)程是實(shí)現(xiàn)整個(gè)分接過(guò)程的關(guān)鍵，因?yàn)樵谇袚Q分接的過(guò)程中某一瞬間同時(shí)連接兩個(gè)分接以保證負(fù)載電流的連續(xù)性，這個(gè)過(guò)程也稱為橋接。而在橋接的兩個(gè)分接間必須串入阻抗以限制循環(huán)電流，防止發(fā)生分接間短路，開(kāi)關(guān)就可由一個(gè)分接過(guò)渡到下一個(gè)分接。切換開(kāi)關(guān)的切換過(guò)程的實(shí)現(xiàn)如圖2所示：

圖1 MR公司M型分接開(kāi)關(guān)

圖2 分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程

分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程如下：MCa打開(kāi)—TCa1合上—MSCa打開(kāi)—TCb1合上—TCa1打開(kāi)—MSCb合上—TCb1打開(kāi)——MCb合上，反之則反。從而使線圈由a（b）邊過(guò)渡到 b（a）邊，即完成了線圈匝數(shù)的調(diào)整。

1.2 有載分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)渡過(guò)程波形

分接開(kāi)關(guān)的波形測(cè)試，原理上它是一種動(dòng)態(tài)直流電阻的測(cè)量，當(dāng)有載分接開(kāi)關(guān)從變壓器的一個(gè)分接位置切換到下一個(gè)分接位置時(shí)進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)波形其實(shí)只是理論波形，反映了整個(gè)切換開(kāi)關(guān)的過(guò)渡過(guò)程（如下頁(yè)圖3所示）。

但實(shí)際波形由于一般帶著變壓器繞組進(jìn)行測(cè)試，所得到的波形并不是標(biāo)準(zhǔn)的，從而給檢修人員對(duì)分接開(kāi)關(guān)的準(zhǔn)確判斷增加困難。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，判斷波形是否正常，要掌握以下幾個(gè)重點(diǎn)：

圖3 分接開(kāi)關(guān)切換時(shí)間過(guò)程

1）測(cè)試的波形應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)波形相近；

2）整個(gè)過(guò)渡時(shí)間及同期性應(yīng)在廠家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；

3）過(guò)渡電阻的測(cè)量應(yīng)該以結(jié)合移動(dòng)的光標(biāo)，不能以幅值為標(biāo)準(zhǔn)；

4）對(duì)疑似故障波形不要盲目判斷，多測(cè)幾次以確認(rèn)波形準(zhǔn)確性。

2 有載分接開(kāi)關(guān)故障波形分析及判斷

電力變壓器在投運(yùn)前需要開(kāi)展一系列的電氣交接試驗(yàn)，而試驗(yàn)對(duì)象為有載分接開(kāi)關(guān)，根據(jù)規(guī)范要求需要對(duì)每一個(gè)分接位置上的變壓器繞組直流電阻加以測(cè)量以及開(kāi)展變壓器變比的測(cè)量。這兩項(xiàng)試驗(yàn)的目的在于能夠有效地對(duì)分接開(kāi)關(guān)與繞組間的連接正確性加以判別。常規(guī)試驗(yàn)過(guò)程中在分接開(kāi)關(guān)處于靜態(tài)情況下開(kāi)展上述試驗(yàn)，換而言之，是在操作完分接檔位之后進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)?？紤]到有載分接開(kāi)關(guān)在安裝的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)的切換與變壓器本體之間不存在直接的電氣連接關(guān)系，所以如果在運(yùn)輸和組裝有載分接開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較為異常的現(xiàn)象，有載分接開(kāi)關(guān)在安裝到變壓器本體上之后，無(wú)需再次進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。

由于有載分接開(kāi)關(guān)在安裝到本體后，作業(yè)人員難以直接接觸到開(kāi)關(guān)的觸頭，所以難以有效地使用多通道法對(duì)開(kāi)關(guān)的切換過(guò)程加以測(cè)量分析。所以當(dāng)前技術(shù)手段只能是在開(kāi)關(guān)的制造過(guò)程中，使用單通道法進(jìn)行測(cè)試，但是單通道測(cè)量法也只能測(cè)試到開(kāi)關(guān)在切換的過(guò)程中總電阻所引起的電流變化情況。單通道法和雙通道法統(tǒng)稱為波形測(cè)試法，其中的單通道法在變壓器技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。裝配完畢后的變壓器和使用過(guò)程中的變壓器所使用的測(cè)試方法原理差別較大，不論是站在變壓器生產(chǎn)廠家的角度還是有載分接開(kāi)關(guān)的角度，還是電力變壓器用戶的角度，均很難有效地對(duì)測(cè)試方法全面掌握，也很難精確分析所得測(cè)試結(jié)果。只有綜合各專業(yè)的業(yè)內(nèi)專家，才能有效地評(píng)價(jià)有載分接開(kāi)關(guān)波形圖，提高工作效率。

下面通過(guò)實(shí)際案例對(duì)波形進(jìn)行分析和判斷。

案例一：XX110 kV變電站1號(hào)主變，有載分接某相。

解讀：波形出現(xiàn)震蕩，不規(guī)則的抖動(dòng)。

可能原因：觸頭閉合振動(dòng)導(dǎo)致；繞組電感充放電導(dǎo)致。

處理：不作處理，也可對(duì)其進(jìn)行濾波或采用增加有載分接開(kāi)關(guān)測(cè)試儀測(cè)試電流測(cè)試（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如圖4所示）。

圖4 測(cè)試結(jié)果圖

案例二：XX110kV變電站#2主變，有載分接某相。

解讀：過(guò)渡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

可能原因：可能是儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)彈簧壓力不夠或偏心輪檔塊磨損值偏大。

處理：過(guò)渡時(shí)間是否超過(guò)分接開(kāi)關(guān)廠家要求，如果未超標(biāo)，可繼續(xù)使用，但應(yīng)縮短測(cè)試周期，且注意與原始波形的對(duì)比；若時(shí)間超標(biāo)，需聯(lián)系廠家處理或更換儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如圖5所示）。

圖5 測(cè)試結(jié)果圖

案例三：XX110kV變電站#1主變，有載分接某相。

解讀：波形有一長(zhǎng)段“過(guò)零”。

可能原因：“過(guò)零”是指回路電阻很大，一般大于40Ω，儀器即視為開(kāi)路。該波形為某一過(guò)渡電阻斷裂或回路開(kāi)路，導(dǎo)致回路無(wú)法完成橋接。

處理：吊切換開(kāi)關(guān)進(jìn)一步檢查，重點(diǎn)檢查過(guò)渡電阻引線，過(guò)渡電阻，確認(rèn)問(wèn)題所在，聯(lián)系分接廠家更換或處理（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如圖6所示）。

圖6 測(cè)試結(jié)果圖

案例四：XX35kV變電站1號(hào)主變分接波形。

解讀：三相同期差別大

可能原因：若是三個(gè)單相開(kāi)關(guān)說(shuō)明連軸調(diào)節(jié)問(wèn)題，需要調(diào)整連接軸；若是三相一體開(kāi)關(guān)說(shuō)明是機(jī)械間隙問(wèn)題。

處理：若是三個(gè)單相開(kāi)關(guān)一般同期小于160 ms，三相一體開(kāi)關(guān)一般同期小于5 ms,可不作處理，若數(shù)據(jù)大于二者則需要做相應(yīng)處理（ABC三相的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如圖7所示）。

圖7 測(cè)試結(jié)果圖

案例五：XX35kV變電站#2主變，有載分接某相。

解讀：過(guò)渡電阻Ra切入時(shí)，波形下探。

可能原因：Ra過(guò)渡觸頭切入時(shí)有接觸不良的現(xiàn)象，有油膜、氧化、松動(dòng)或燒蝕等可能

處理：多操作幾次分接開(kāi)關(guān)，排查油膜或氧化的可能性。Ra過(guò)渡觸頭切入時(shí)有接觸不良的現(xiàn)象，但不嚴(yán)重。一般“過(guò)零”在2 ms以內(nèi)，不能輕易判斷有問(wèn)題，對(duì)于此種情況在以后的檢測(cè)中應(yīng)該注意對(duì)照，看是否發(fā)展（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如圖8所示）。

3 結(jié)論

圖8 測(cè)試結(jié)果圖

1）各變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的波形測(cè)試及結(jié)果分析，首先需要知道該分接開(kāi)關(guān)的基本電氣原理，清楚該分接開(kāi)關(guān)的切換過(guò)程，從而清楚該分接開(kāi)關(guān)應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)波形，從測(cè)試波形與標(biāo)準(zhǔn)波形的比較得出結(jié)論。

2）變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的波形分析及解讀，要掌握以下要點(diǎn)，即：測(cè)試的波形應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)的波形相似；2整個(gè)過(guò)渡時(shí)間及同期性應(yīng)在廠家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；

3）過(guò)渡電阻的測(cè)量應(yīng)該以結(jié)合移動(dòng)的光標(biāo)，不能以幅值為標(biāo)準(zhǔn)；

4）對(duì)疑似故障波形不要盲目判斷，多測(cè)幾次，確認(rèn)波形正確。

[1]朱英浩，沈大中.有載分接開(kāi)關(guān)電氣機(jī)理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2]朱英浩，沈大中.換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016.