變壓器CV型有載分接開關異常原因分析與防范措施

穆永保, 苗 靚, 閆柯柯, 李 娟, 李 鑫, 米 鵬, 陳偉剛

國家電網邯鄲供電公司 河北邯鄲 056035

1 有載分接開關概述

隨著國民經濟的不斷發展和電力系統的不斷完善,人們對用電質量提出了越來越高的要求。由于發電和耗電的不平衡性,電壓的波動變化是不可避免的。為穩定電網電壓,最有效的措施是采用有載分接開關進行電壓調節。變壓器有載分接開關可以有效穩定電網中各負載的電壓,提高供電的質量和系統的穩定性,從而有效節約能源。有載調壓變壓器具有調壓范圍大、調壓過程中不斷電的優點,在各級電網中使用越來越普遍。有載分接開關作為變壓器最重要的組件,其技術性能好壞及可靠性高低直接決定變壓器及整個電力系統能否正常安全運行和可靠供電[1]。

有載分接開關是大型變壓器的核心組件之一,是變壓器中唯一能夠運動的重要組件。由于內部機械和電氣零件多、接線多、制造工藝非常復雜,長期運行動作后,有載分接開關內部容易出現故障,發生滲漏油、拒動等[2]。一旦有載分接開關發生故障,將直接影響變壓器的安全運行。因此,做好有載分接開關的日常檢修、維護工作,確保有載分接開關處于正常狀態,對于提升變壓器和電網運行的安全性和穩定性非常重要[3-7]。筆者介紹一起110 kV變壓器CV型有載分接開關吊心檢查中發現的異常現象,分析異常原因和處理方法,并提出有針對性的防范措施和建議。

2 異常現象

2016年11月15日,檢修專業人員和廠家人員配合在對某110 kV變電站1號主變壓器進行有載分接開關吊心檢查時發現,分接開關油室內絕緣油中游離碳明顯較多,呈現黑色渾濁狀。檢查極性開關芯子上的緊固件、軟連接等元器件,未發現松動和發熱等異常現象。測量三相過渡電阻通斷情況,均未發現異常現象。檢查開關芯子和油室內壁上極性轉換觸頭,發現芯子B相極性轉換動觸頭的外側非接觸面有異常過熱痕跡,銅質觸頭部分熱熔化,觸頭上附著有大量碳化物,如圖1所示。同時,油室內壁上B相零相位靜觸頭朝向芯子的一面也有異常過熱痕跡,如圖2所示,朝向絕緣筒的一面則沒有任何痕跡。開關油室內壁靜觸頭周圍同樣出現較大面積碳化痕跡,附著黑色碳化物。

圖1 極性轉換動觸頭過熱痕跡

圖2 油室內壁靜觸頭過熱痕跡

3 異常設備情況

該110 kV變電站1號主變壓器型號為SFZ8-31500/110,出廠時間為1995年9月,投運時間為1996年10月,上一次進行停電試驗時間為2012年3月。變壓器運行20年,發生異常前一段時期帶電檢測和油色譜跟蹤數據均正常,正常負荷約20 MW。有載分接開關型號為CVⅢ-350Y/63-10193W,最大額定電流為350 A,電壓等級為63 kV,Y形接線,有19個工作位置,帶極性選擇器,出廠時間為1995年5月,投運時間為1996年10月。吊心檢查時,該有載分接開關計數器顯示切換次數為2 970次,運行后未曾進行開關吊心檢查和A類檢修[8]。

4 異常原因分析和處理

該有載分接開關投運至今已有20年,從計數器次數看開關動作次數較少。有載分接開關出廠調試2 000次,變壓器廠內試驗動作的次數約100次。由于檢查極性開關芯子后,發現B相極性轉換動觸頭僅外側非接觸面過熱,其它部位均正常,有載分接開關的過渡電阻、變壓器的三相直流電阻均正常,其它試驗數據也正常,因此判斷過熱原因為極性開關動靜觸頭運行中非正常接觸。

由于該有載分接開關運行后未進行過吊心檢查和A類檢修工作,倒推開關異常原因,認為有載分接開關在變壓器廠內裝配時,需要卸掉開關上法蘭及快速機構,才能裝配到變壓器鐘罩上,此過程中極性開關芯子缺乏定位,動觸頭處于活動狀態,而在變壓器扣罩后如果不注意檢查極性轉換動觸頭是否正確夾住零相位靜觸頭,就可能出現單邊接觸的異常接觸狀態。這種情況下,如果極性轉換觸頭長期在10擋以下運行,極性轉換觸頭不會動作,那么該接觸點就會引起溫升過大,并且觸頭表面會因溫升過大而燒熔和碳化,造成接觸電阻變大,溫升進一步增大。長期運行中,情況不斷惡化,最終引起油室內異常部位周圍的絕緣油局部過熱和裂解。變壓器油的高溫裂解會降低絕緣油的絕緣水平,變壓器油耐壓水平降低直接引起油間隙在正、負轉換觸頭間電弧放電,經多次放電后灼傷開關油室內壁絕緣材料,并在油中產生大量游離碳。

設備異常原因分析確認后,由于現場沒有同型號設備備件,因此需緊急從有載分接開關廠家訂貨。而變壓器吊心檢查當天,現場按計劃需恢復送電,經現場檢修人員、變壓器和有載分接開關廠家服務人員討論后,在現場采取臨時應急措施,對極性開關B相極性觸頭表面進行了打磨處理,對油室正、負極性觸頭絕緣筒表面痕跡也進行了打磨處理,打磨后絕緣筒表面還是有一條細小的碳化痕跡,如圖3所示。經試驗檢查,打磨后絕緣正常。有載分接開關恢復正常狀態后,對變壓器和有載分接開關進行變壓器絕緣、直流電阻和分接等全項目試驗,試驗數據合格。主變壓器恢復送電,正常運行后對變壓器進行油色譜跟蹤,數據正常。

為保證設備后期安全運行,必須盡快聯系廠家供貨,更換整臺開關或單獨更換油室,以徹底消除隱患,避免運行中有載分接開關發生內部故障引起重瓦斯跳閘事故。設備更換前,密切關注變壓器和有載分接開關的運行狀態,發現異常情況及時停電處理。

圖3 打磨處理后絕緣筒表面和觸頭情況

5 防范措施和建議

為避免其它主變壓器有載分接開關發生類似異常情況,要加強變壓器有載分接開關的制造、安裝和日常運維檢修,強化細節管理,嚴格按照工藝、維護、試驗標準開展工作,有針對性地制訂確實可行的防范措施[9]。

(1) 加強變壓器和有載分接開關產品制造質量管理,增強裝配者的責任心。定期對裝配人員進行培訓,增強裝配技能和加強質量管控意識,并加強設備質量和售后服務。

(2) 優先選用通過國家級型式試驗的產品,并對設備開展抽檢。

(3) 選用設計合理、結構可靠、工藝精湛的有載分接開關產品,并選擇具備較長且良好運行經驗的有載分接類型,從有成熟制造經驗的制造廠訂貨。

(4) 有載分接開關內部機械零件及電動機構電氣元件繁多,運維單位應儲備適量的易損、易老化元器件,發生異常時可及時更換。

(5) 有載分接開關動作次數或運行時間達到制造廠規定值時,要及時對開關進行吊心檢查大修。重點檢查螺栓、螺母、線卡緊固情況,檢查各觸頭壓力和磨損情況,發現磨損嚴重的觸頭要及時更換,并更換絕緣油,同時由有載分接開關廠家專業人員進行現場技術指導。

(6) 對于運行時間較長的有載分接開關,定期進行過渡電阻切換過程試驗,與歷次試驗波形進行比較。

(7) 加強變壓器有載分接開關運行指示的學習,若調擋中發現電壓變化不正常,應及時停止調壓操作,并上報運檢和調控部門,采取措施,防止缺陷和故障發展。

(8) 做好油色譜跟蹤分析工作,對于早期產品,應縮短跟蹤檢測周期,掌握設備運行狀況[10]。

(9) 運行巡視人員在設備出現油位異常等嚴重異常特征等情況時,應及時匯報調度和檢修人員處理,并注意設備異常特征的發展情況,確保巡視人員和設備的安全。

6 結束語

變壓器有載分接開關是大型變壓器的重要組件,通過調整變壓器有載分接開關可以有效穩定電網的運行電壓,提高電網供電的質量和系統穩定性,保護電網用電設備的安全。通過加強變壓器有載分接開關的日常檢修和維護工作,提前發現設備缺陷或故障前兆現象,迅速采取有效措施修復,可以確保電網的安全穩定運行和可靠供電。