有載分接開關(guān)在聯(lián)絡(luò)變壓器中的應(yīng)用

劉健嵩 崔明興

(特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、概述

目前，隨著電網(wǎng)對(duì)于供電質(zhì)量及穩(wěn)定性的提高，變壓器內(nèi)部都會(huì)根據(jù)實(shí)際需要加裝分接開關(guān)，以保證在不同負(fù)載下，電壓的穩(wěn)定輸出。以國內(nèi)交流變壓器為例，110kV 、220kV等級(jí)聯(lián)絡(luò)變壓器多安裝有載分接開關(guān)；500kV等級(jí)聯(lián)絡(luò)變壓器多安裝無勵(lì)磁分接開關(guān)，少部分也會(huì)安裝有載分接開關(guān)。為配合有載分接開關(guān)的使用，聯(lián)絡(luò)變壓器內(nèi)部通常會(huì)設(shè)置獨(dú)立的調(diào)壓線圈，并通過引線與繞組串聯(lián)。不管采用何種開關(guān)、何種調(diào)壓方式，原理都是利用分接開關(guān)改變繞組串入的匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

二、有載分接開關(guān)在變壓器內(nèi)的應(yīng)用

根據(jù)我國電網(wǎng)情況，110kV 、220kV等級(jí)聯(lián)絡(luò)變壓器，調(diào)壓方式為高壓調(diào)壓(220kV±8×1.25%)，中、低壓繞組電壓恒定。這兩種電壓等級(jí)的變壓器多為非自耦變壓器，例如SSZ-40000/110，SSZ-180000/220。其高壓中性點(diǎn)絕緣水平分別為LI325AC140和LI400AC200，遠(yuǎn)低于高壓首端絕緣水平，因此該類型變壓器采用中性點(diǎn)調(diào)壓(如圖1)能夠顯著降低分接開關(guān)及與其相連的引線的絕緣水平。與此同時(shí)，非自耦變壓器采用中性點(diǎn)調(diào)壓為恒磁通調(diào)壓，不會(huì)造成低壓電壓波動(dòng)。中性點(diǎn)調(diào)壓方式既降低了開關(guān)采購成本和變壓器制造成本，又能保證變壓器運(yùn)行時(shí)更安全可靠。

圖1 非自耦變壓器調(diào)壓接線原理圖

圖2 220kV自耦變壓器調(diào)壓接線原理圖

國內(nèi)110kV 、220kV等級(jí)聯(lián)絡(luò)變壓器，因開關(guān)電壓等級(jí)較低，在引線與分接開關(guān)連接時(shí)，引線端子與開關(guān)觸頭處可直接裸露。此時(shí)開關(guān)絕緣筒上的觸頭共同形成一個(gè)近似的等位面，且該等位面直徑足夠大，降低了電極表面場(chǎng)強(qiáng)，因此電極能夠裸露在油中(類似分裂導(dǎo)線)。與分接開關(guān)相連的引線、過渡電阻等則與之不同，盡管都是等位線，但引線直徑小，表面場(chǎng)強(qiáng)大，超過了變壓器油耐受場(chǎng)強(qiáng)，因此引線不能直接裸露，需加包絕緣紙。

國外變壓器即使采用中性點(diǎn)調(diào)壓，但多數(shù)國外變壓器中性點(diǎn)絕緣水平高于國內(nèi)，因此引線端子與開關(guān)觸頭不可裸露，但結(jié)構(gòu)形式所限又無法加包絕緣紙，因此需在端子處加裝屏蔽帽以降低場(chǎng)強(qiáng)。有些國外大容量變壓器要求采用有載調(diào)壓，然而3相開關(guān)容量有限無法滿足要求，因此需選擇3個(gè)單相開關(guān)。此時(shí)應(yīng)注意開關(guān)間距，避免開關(guān)間放電，或引線裝配完成后距離過近造成引線放電。

除上述聯(lián)絡(luò)變壓器外，部分國內(nèi)用戶也會(huì)采用220kV自耦變壓器，如OSSZ-180000/220，高壓繞組與中壓繞組自耦，調(diào)壓方式與普通220kV聯(lián)絡(luò)變壓器相同。為保證中、低壓繞組電壓恒定，調(diào)壓時(shí)只能采用恒磁通調(diào)壓。此時(shí)分接開關(guān)及調(diào)壓線圈位于中壓首端，同時(shí)也是高壓中性點(diǎn)(如圖2)。由圖可知，調(diào)壓線圈串聯(lián)在高、中壓繞組之間。對(duì)于此類型變壓器，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮開關(guān)及引線的絕緣水平，

在我國，500 kV等級(jí)聯(lián)絡(luò)變壓器也有少部分要求有載調(diào)壓，例如ODFSZ-334000/500，高壓繞組與中壓繞組自耦，其調(diào)壓方式為中壓調(diào)壓(220kV±8×1.25%)，高壓、低壓繞組電壓恒定。與220kV自耦變壓器相同，此時(shí)若采用中性點(diǎn)調(diào)壓，則為變磁通調(diào)壓，無法保證低壓電壓恒定，故只能采用中壓首端調(diào)壓。此時(shí)中壓繞組首端與高壓繞組末端直接相連，保證了在任何分接下，高壓電壓的恒定。開關(guān)及調(diào)壓線圈串聯(lián)在中壓繞組首端，由開關(guān)引出作為中壓首端，見圖3。我國500 kV等級(jí)聯(lián)絡(luò)變壓器中壓首端絕緣等級(jí)為LI950SI750AC395，開關(guān)及引線均需滿足此絕緣等級(jí)，制造成本及難度將大大增加。

圖3 500kV自耦變壓器調(diào)壓接線原理圖

三、有載分接開關(guān)使用要點(diǎn)

有載分接開關(guān)在運(yùn)行時(shí)需要帶電切換檔位，其切換時(shí)會(huì)引發(fā)電弧，造成油室中絕緣油的劣化。為保證開關(guān)切換時(shí)絕緣油的滅弧性能良好，需要定期濾油。隨著國內(nèi)變電站逐漸實(shí)行無人值守，因此采購時(shí)應(yīng)為分接開關(guān)配置濾油機(jī)自動(dòng)濾油或直接采用真空開關(guān)。500 kV聯(lián)絡(luò)變壓器采用有載調(diào)壓時(shí)，因電壓等級(jí)較高，無法選用真空型開關(guān)。

開關(guān)切換時(shí)容易發(fā)生觸頭配合不良，若定觸頭沒有卡住動(dòng)觸頭，將引發(fā)電弧放電。電弧會(huì)燒毀開關(guān)及引線，且可能引起變壓器繞組短路。根據(jù)下列公式，在繞組內(nèi)部i1=i2。對(duì)于繞組內(nèi)兩根導(dǎo)線之間的軸向力，當(dāng)短路電流為正常運(yùn)行電流的n倍，則導(dǎo)線單位長度上的電動(dòng)力是正常運(yùn)行時(shí)的n2倍。同理，短路后繞組間的排斥力也將增大，巨大的電動(dòng)力很可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過繞組所能承受極限，會(huì)引發(fā)繞組變形。

式中：i1，i2為導(dǎo)線中的電流；d為導(dǎo)線間的距離。

四、結(jié)論

有載分接開關(guān)可以保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，而且在變壓器運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)運(yùn)行情況實(shí)時(shí)切換，提升了電能質(zhì)量。但如果分接開關(guān)質(zhì)量不過關(guān)或使用不當(dāng)，也會(huì)影響變壓器甚至電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此在選用開關(guān)及設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，應(yīng)格外注意開關(guān)自身的性能和變壓器與開關(guān)的配合。