主变有载开关机构故障分析
摘要：本文通过阐述变压器有载分接开关的切换原理，分析分接开关的常见故障，通过相应的案例，提出相应有载分接开关维护的相关政策建议，进而为主变有载开关机构故障分析提供参考依据。
关键词：变压器 有载分接开关 过渡波形 典型故障
1 概述
为了确保电压质量，电网对变压器进行调压，有载分接开关作为一种在线动态装置，处在频繁带负载调压的工作状态中。通常情况下，变压器在分接切换后接触电阻是否良好，以及绝缘性能等只有通过常规试验进行相应的测量。但是，对于有载分接开关的过渡过程无法进行有效的监测。在一定程度上通过有载分接开关动作特性测试试验，研究分析有载分接开关的过渡时间、过渡波形、过渡电阻和三相同期性等参数，进而在一定程度上判断其潜在缺陷、故障[1]。
2 有载分接开关的切换原理
对于有载分接开关来说，通常情况下借助电阻过渡原理进行相应的处理，它能带负载变换变压器调压绕组的分接头，对于分接开关来说，其变换操作在于两个转换的交替组合触头，轮流交替选择分接头[2]。
3 分接开关常见故障
3.1 机械故障
对于分接开关来说，内部紧固件松脱、异常机械磨损、机械强度与刚度不足等是其主要的机械故障。如果变压器的分接开关出现机械故障，并且继续运行，在这种情况下，容易引发二次突发电气故障，分接开关出现的故障主要表现为机械故障[3]。
3.1.1 快速机构故障
通常情况下，快速机构是指根据预定的速度和程序，使得切换开关或选择开关快速切换的机构，快速机构的故障形式主要表现为机构不切换、切换过快过慢，以及切换失败等。对于快速机构来说，如果故障比较轻，一般情况下容易烧毁过渡电阻，反之如果故障比较严重，在这种情况下容易烧毁有载分接开关的触头系统，甚至在一定程度上导致变压器事故出现弹性[4]。
3.1.2 紧固件松脱故障
在有载分接开关内部，螺钉、螺栓等紧固件，无论是种类，还是数量都比较多，对于这些紧固件，如果选用不当或者防松措施不合理，在这种情况下，容易导致机械产生振动，在正常运行时，容易产生电磁振动，在这两种振动的共同作用下，紧固件发生松退甚至出现脱落，进而在一定程度上威胁到分接开关运行的安全性、可靠性。触头连接线、过渡电阻引线等连接导电部件的紧固件，其接触处通常情况下容易产生电腐蚀，进而在一定程度上容易使得螺钉、螺栓头部变小，进一步使得分接开关发生故障[5]。
3.1.3 触头故障
触头对于分接开关来说，是最主要的部件。通常情况下，动、定触头的磨损和电蚀是触头故障的主要表现形式。在换挡切换时，分接开关必然产生磨损，甚至拉弧，这些因素在一定程度上影响触头的使用寿命[6]。
3.2 电气故障
3.2.1 发热故障
受磨损、电蚀、压力弹簧疲劳失效及快速机构机械故障等因素的影响和制约，在一定程度上容易使得分接开关触头出现接触不良，进一步导致接触电阻不断增大，同时使得触头接触处发热，甚至引发触头烧毁等事故。通常情况下，对于开关的载流触头接触情况通过测量变压器绕组直流电阻法的方式进行分析[7]。
3.2.2 放电故障
对于放电故障来说，根据严重程度，通常情况下可以将其分为局部放电、火花放电和高能电弧放电。受高电场强度的影响，在分接开关的内部，由于绝缘油劣化或者绝缘材料不良等，进而在一定程度上引发放电故障[8]。
4 故障实例
某110kV变电站，型号为SFSZ-20000/110的2号主变。该主变有载开关原为德国TU公司产品， 2006年9月因有载开关上盖炸裂喷油，更换为上海赛力电工电器制造有限公司制造的FYX2Ⅲ250/110-7型有载开关。
4.1 缺陷分析
2013.3.11该主变110kV侧绕组直流电阻测试值见表1，在调压1分头高压绕组直流电阻互差达7.33%，5分头直流电阻互差达6.3%，与规程规定值相比，明显超出;而且在5分头，C相绕组直流电阻的值大于其在3、4分头的值。根据“线性调压”原理，此种现象不应该出现，通过深入分析，造成这种现象的原因可能是：①C相有载分接开关1、5分头接触不良;②有载分接开关1、5分头切换不到位;③有载分接开关其他问题。
表1
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分接从01向02切换 分接从05向04切换
图1
从图1看出：1分头到2分头和5分头到4分头切换波形，配合切换波形，单到双时，桥接前C相动作比较早，与A、B相时间相比，桥接前的这段时间比较长，经过桥接后，三相差不多是同时。在这种情况下，可以判断，在C相的单数侧动触头和主通断静触头的接触配合上出现问题，切断时晚，接通时也慢，这种故障多是主通断静触头松动或严重烧蚀造成的。
综合分析该主变缺陷，可能存在的问题主要包括：
①110kV绕组同复合式分接开关1分头和5分头的连接不良;②有载分接开关C相在1分头和5分头选择部分接触不良;③有载开关C相切换不到位，接触面积小，影响直流电阻值;④有载开关切换传动中轴扭曲变形，造成A、B、C相从上到下分层布置的开关，虽然同轴，但是转动后的到位程度不一致，影响动静触头接触面积;⑤在有载开关切换传动中轴上固定的B、C相切换触头松动。
4.2 缺陷处理
2013.5.18对该主变有载开关进行了吊出检查，发现C相切换机构弹簧、压力释放弹簧弹力不够，经过厂家更换弹簧后试验合格。
5 有载分接开关的维护
5.1 例行试验
分接开关的例行试验主要包括绝缘油检查和开关的吊芯检查。分接开关中的绝缘油在多次切换后颜色变黑，绝缘性能下降，应更换新油。分接开关应根据切换次数或使用时间定期吊芯检查，主要检查快速机构和触头的磨损情况以及储能弹簧、触头压力弹簧等部件的疲劳情况，通过定期检查能发现和排除开关内部的潜伏性故障。
5.2 状态监测
变压器在运行中应对电流、电压以及变压器的温度、分接开关的挡位等原始参数做好记录，并经常巡视检查变压器油位、运行声音、开关切换声音等有无异常，用红外等带电监测技术密切监测。分接开关在运行中如发生故障，除油中气体成分和电气参数发生变化外，一般常伴有如气味、声音、温度、油位及负载等的变化，如发生放电性等较大故障，会出现重瓦斯跳闸、变压器差动保护跳闸甚至过压释放装置动作等。
6 结束语
作为变压器和有载分接开关的状态检测和状态检修，判断开关本体内部故障的技术，应利用例行试验和状态检测技术及时发现变压器和分接开关运行中的故障，加强状态检修，及时维护分接开关，保持变压器分接开关操作可靠性，减少故障发生率。
参考文献：
[1]张德明.变压器分接开关状态监测与故障诊断[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2]赵幼扬，张德明.有载分接开关气体继电器频繁动作的对策[J].变压器，2004，41（10）：45-47.
[3][4][5][6]高长明.有载分接开关爆炸的原因分析及预防[J].电工技术，2001（2）：48，58.
[7][8]谢毓成.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003：65.