主變有載調壓開關的故障分析

王悅川

摘 要：目前的大型電力變壓器均配備有有載調壓分接開關。有載調壓開關是主變壓器上最精密和復雜的設備。它的運行狀態對調節電網電壓、實現潮流控制、保證電能質量具有重大影響。文章綜述了主變有載調壓分接開關常見的一些故障類型，以及其對應的故障機理。同時針對這些故障展開分析研究，并提出了一系列相應的故障診斷方法。最后對有載調壓開關故障診斷的發展趨勢做了簡單闡述。

關鍵詞：變壓器；有載調壓開關；故障

中圖分類號：TM564 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0065-02

Abstract： At present， large power transformers are equipped with on-load tap changer. On-load voltage changer is the most sophisticated and complex equipment on the main transformer. Its operation state has a significant impact on regulating the voltage of the power grid， realizing power flow control， and ensuring the power quality. This paper summarizes some common fault types of main transformer on-load voltage-regulating tap changer and the corresponding fault mechanism. At the same time， a series of fault diagnosis methods are proposed based on the analysis and research of these faults. Finally， the development trend of fault diagnosis of on-load voltage regulating switch is briefly described.

Keywords： transformer； on-load voltage changer； fault

引言

當前，電力系統中廣泛采用有載調壓變壓器。有載調壓變壓器是一種可以帶負荷調壓的電力變壓器，實現這一功能主要是基于有載調壓裝置，當系統電壓波動時，有載調壓裝置可以根據控制系統的指令動作，對電壓進行調整，確保電壓穩定，在負載運行中完成分接電壓切換。有載分接開關分為組合式和復合式兩大類。主要包括觸頭部分（動、靜觸頭）、機械傳動部分、電氣控制部分。由于有載分接開關是主變壓器上唯一的動作部分，而系統的調壓又十分頻繁，主變投運之后，有載分接開關的次數較多。導致其極易發生故障，一旦出現故障，導致主變壓器停運，給電網造成巨大損失。由于有載分接開關在電力系統中的作用十分重要，因此及時的發現并對故障做出診斷，對整個電力系統的安全十分重要。

1 故障類型

有載分接開關的故障類型一般可分為機械故障和電氣故障。文獻[1]、[2]指出在檢修現場一般表現為：選擇開關故障、切換開關故障、油箱密封不良、各類外觀故障、電動機構滑檔、電動機構拒動、電動機構傳動軸脫銷、機構齒輪箱漏油。有載分接開關故障早期，如果不能發現故障的存在并及時的做出診斷，那么故障將有可能會進一步的升級導致主變三側開關跳開，主變停運，將造成難以估量的損失，因此研究有載調壓分接開關的故障具有重要價值。

2 故障分析

2.1 切換開關故障，觸頭磨損燒蝕

2013年6月，某110kV主變（有載調壓開關型號：SYXZ——110/200-7，生產日期為1993年5月）重瓦斯動作，主變三側開關跳開，主變停運。經工作人員對保護回路檢查及動作特性試驗，非電量保護回路絕緣電阻和非電量保護動作試驗結果均正常。因此判斷為，有載分接開關瓦斯保護正常，判斷開關本體故障導致瓦斯動作。試驗人員對開關和開關油室進行試驗發現：（1）絕緣電阻合格；（2）絕緣油擊穿電壓合格；（3）過渡電阻值合格；（4）乙炔含量超標，3000微升/升；（5）A、C相過渡電阻數值正常；（6）B相過渡電流波形有過0電位；因此初步判斷，有載分接開關油室放電氣體嚴重超標導致重瓦斯動作，由分接開關的過渡電路原理分析，B相切換開關存在問題，觸頭接觸不良，可能存在嚴重放電[3]。

經過對有載分接開關吊芯檢查，試驗發現，分接開關B相切換部位觸頭，存在磨損和燒蝕，在切換過程中，動、靜觸頭存在0.2mm間隙，切換過程中接觸不良，劇烈放電產生大量氣體，引起主變有載重瓦斯動作。

本次事故原因主要是主變有載調壓開關的切換開關因長期頻繁動作，導致觸頭磨損和燒蝕，切換過程中接觸不足。為防止此類事故再次發生，建議對長期使用或頻繁切換的有載開關進行狀態檢修，達到一定次數和年限后吊芯檢查試驗，對不合格的觸頭及時進行維修和試驗。對于運行年限較久的主變應多采用其他方式進行調壓，減少主變調檔次數，并做好油化跟蹤試驗。

2.2 選擇開關故障，觸頭磨損燒蝕

某220kV主變壓器，有載分接開關型號為M型，2012年9月14日，主變在由6分接位置向5分接位置調壓的過程中，重瓦斯動作，主變三側開關跳開。經電氣試驗發現，B、C相分接的直阻均合格。而A相分接在5分接位置出現直阻無窮大，其他分接位置直阻均正常。事故發生前后的變壓器油色譜值如表1。

通過油化分析及電氣試驗結果，可以基本判定，有載A相選擇開關觸頭接觸不良，切換時發生放電。

經過對有載分接開關吊芯檢查，試驗發現，分接開關A相5分接位觸頭燒損約1/3，動、靜觸頭間存在約3mm間隙，切換過程中接觸不良，劇烈放電產生大量氣體，引起主變有載重瓦斯動作。

本次事故原因主要是主變有載調壓開關的選擇開關因長期頻繁動作，導致觸頭磨損和燒蝕，切換過程中接觸不足。為防止此類事故再次發生，建議對長期使用或頻繁切換的有載開關進行預防性試驗時，重點測量每個分接位的直阻。在有載吊芯檢修中，應重點檢查選擇開關各個分接位置的接觸情況、表面燒蝕情況。對接觸壓力和接觸面積不符合要求的觸頭進行維修或更換。

2.3 有載調壓開關的其他故障

某35kV變電站2號主變型號為：SZ7-5000/35，陜西銅川變壓器股份有限公司于1997年出廠投運，已經過20年的運行時間，在2016年8月至今已經對有載調壓補油4次，2016年11月對該主變進行本體油色譜分析，油中含有微量乙炔。經詢問調度控制中心，在2016年8月15日對該主變進行過一次遠程有載調壓，而在調壓前油化分析正常，判定為該主變有載機構油箱與本體油箱間有滲漏問題。為了保證主變運行安全及減少檢修人員的工作量，故對該變壓器進行吊芯檢修，包括：更換密封墊、濾油、吊芯檢查滲漏點等工作。

2017年4月19日將該2號主變本體吊芯，經過檢查發現，有載調壓開關油室筒壁有一個靜觸頭松動。并且在檢修過程中，工作人員發現，該2號主變的有載調壓開關油枕高于本體油枕，導致有載開關油室的絕緣油向主變本體油滲漏，檢修人員將該松動位置緊固。對變壓器進行濾油，油化試驗合格后，主變投入運行，未再出現異常。

3 結束語

本文論述并分析了電力變壓器有載分接開關的幾種典型故障。本文主要集中在切換開關故障和選擇開關故障方面的故障原理分析和實際案例分析。實際電網運行過程中，導致有載調壓開關故障的原因有很多，油室內部的故障多由于緊固件松動導致。放電故障多由接觸不良導致。此外，由于制造原因、廠家設計原因、工藝水平的原因都可能導致開關出現故障，而運行過程中，開關在頻繁切換時，摩擦和燒蝕導致觸頭接觸不良，或因絕緣油劣化，進而引發放電，油室內產生大量氣體，導致瓦斯動作，引發主變三側斷開主變停運。因此保證開關的正常運行和切換動作，要從各個環節入手。

（1）制造廠應該保證調壓裝置的設計合理。加強有載分接開關裝置的質量控制，提高裝配精度和設備使用耐久度。對開關動作次數和運行時間達到檢修要求應對有載開關本體進行吊芯檢查、試驗，并更換絕緣油。

（2）在變壓器運行過程中，當電力系統需要調節電壓時，應多考慮采取其他措施，減少開關調檔次數，例如盡量采用無功補償裝置調壓。

（3）對年限久的分接開關，定期進行過渡電阻切換過程試驗，與歷史數據進行比較，檢查有無異常。

（4）應利用主變停電檢修的機會，做好對有載調壓開關油化試驗，并做好數據跟蹤分析。

參考文獻：

[1]咸日常.變壓器有載分接開關常見故障的綜合判斷與現場處理[J].華北電力技術，2006，38（4）：49-51.

[2]趙全勝，胡偉，劉新海，等.110kV主變有載分接開關故障引起重瓦斯跳閘分析[J].變壓器，2015，52（7）：69-70.

[3]蔣福佑，顧杰，張玉文.變壓器油中溶解氣體色譜分析與故障識別[J].四川電力技術，2006，29（6）：75-78.

[4]唐攀龍，劉鄭哲，唐正森，等.衡陽110kV井頭變主變有載開關故障分析與處理[J].科技創新與應用，2015（07）：11-12.

[5]李新征.淺析變壓器有載分接開關故障對試驗數據的影響[J].科技創新與應用，2015（30）：168-169.