一起110kV變壓器有載分接開關故障原因分析

張雄清 林 毅 舒鳳舟 黃建明

（舟山電力局，浙江 舟山 316000）

在電力系統中電壓質量是電能質量重要指標之一。電力系統負荷波動較大，會引起系統電壓大幅波動，為穩定電網的電壓，提高電壓質量，最有效的措施是用有載分接開關進行電壓調整。有載分接開關操作機構作為變壓器的重要組件，它的穩定性、可靠性直接影響整個電力系統電網電壓質量水平和變壓器安全穩定運行。有載分接開關的操作可以通過電動操作和手動操作來實現。手動操作主要是在故障處理和檢修試驗時應用，電動操作主要應用于對運行中的變壓器進行調檔。運行中的有載調壓變壓器調檔切換頻繁，電動操作系統中的電子、電器及機械元件容易損壞，發生故障的概率也比較高。下面以一起110kV變壓器有載分接開關的故障為例，對這一問題進行分析。

1 概述

普陀變#1主變，2003年投入運行，有載分接開關操作機構為上海華明電力設備制造有限公司，其電動操作機構為 SHM-I智能型電動操作機構，由SHM-I電動機構與HMK7控制器組成。SHM-I智能型電動操作機構，是一種智能型、通用的有載分接開關操作機構，其顯著特點是采用先進的信息技術、微電子元件、計算機技術替代傳統的有觸點、要靠機械動作來完成電器功能的電器元件。

SHM-I電動機構的電機為單相異步電機，額定電壓為220V。該電機定子上有兩套繞組，一套是主繞組，另一套起動繞組，起動繞組與主繞組在空間互差90°，在起動繞組回路中串接起動電容C，作電流分相用，并通過離心開關與主繞組并聯在單相電源上。電機通電后，將在氣隙中產生旋轉磁場，并在該磁場的作用下產生電磁轉矩使電機轉動，電磁轉矩為

式中，I1為流過主繞組的電流，I2為流過起動繞組的電流，θ為I1與I2之間的夾角，θ和I2與起動電容有關，選擇電容器的電容量適當，就能使θ接近90°，就可以獲得最大的電磁轉矩。

2 故障現象

2013年2月19日，運行人員上報普陀變#1主變有載分接開關無法調檔緊急故障。變電檢修班接到檢修任務后，馬上對普陀變#1主變進行處理。在處理前發現，普陀變1#主變有載分接開關調檔不到位，檔位停留在7檔和8檔之間，檢修人員手搖有載分接開關至8檔，在手搖過程中，未發現機構有卡澀現象。檢修人員通過電動操作把有載分接開關從8檔調至7檔，調檔過程中電機轉動緩慢，轉動幾圈后，電機停止，有載分接開關未調節到位，繼續按電動降檔按鈕，電機又轉動幾圈后停止，如此反復，直到調節至7檔，用同樣方式從7檔調到8檔，剛開始現象同上。經過幾次電動操作后，電機突然恢復正常轉動，此后1#主變可以正常向上或向下調檔，但剛開始轉動的前幾圈比較緩慢，后來突然加速直到調檔到位，故障暫時排除。2013年2月21日，普陀變1#主變有載分接開關又出現無法調節檔位故障。

3 原因分析

從上述現象，我們可以得出以下幾個結論。第一點是在手搖過程中，未發現傳動機構有卡澀現象，說明傳動機構良好，有載分接開關內部正常；第二點是檢修人員電動操作過程中，電機都能轉動，而控制回路中也無繼電器、接觸器等電器元件，說明電機轉幾圈后停止，不是由于電機控制回路接觸不良引起的斷線，電機控制回路正常，HMK7控制器功能良好；第三點電機能夠轉動，而且多次電動操作后能夠恢復正常檔位調節，說明電機的起動繞組和主繞組正常，沒有擊穿；第四點是電機起動比較緩慢，與正常有載分接開關調檔時電機起動比較明顯變慢，說明電機的電磁轉矩不夠。根據式（1）可以知道，起動繞組和主繞組確定后，電磁轉矩主要與起動電容器的電容量有關。當電容量變化，電磁轉矩也發生變化，因此我們懷疑故障是由于電機的起動電容引起的。

4 故障處理

2013年2月21日，普陀變1#主變有載分接開關無法調節檔位，變電檢修人員對SHM-I電動機構進行解體，發現電機有兩個起動電容器，兩個電容器處于并聯狀態，其中一個電容器擊穿，如圖1所示，更換電容器后，1#主變有載分接開關檔位調節恢復正常，電機轉動也恢復正常，故障排除，因此可以確認故障是由于起動電容器擊穿引起的。電容器擊穿，起動電容減小，電磁轉矩變小，因此電機在起動過程比較緩慢。由于起動的電磁轉矩不夠大，電機在轉動幾圈后因為阻力停止轉動。有載分接開關多次電動操作后，有載分接開關能夠恢復正常調檔，但剛開始轉動的前幾圈電機比較緩慢，這主要是由于電容和繞組經過多次通電后，電容器和繞組的溫度升高，電容器的電容量和繞組的電阻都發生了變化，電磁轉矩變大，雖然沒有達到電機設計時的要求，但已經大于電機轉動時遇到阻力，有載分接開關調檔恢復正常。

圖1 電機起動電容

5 結論

變壓器有載分接開關的電動操作系統調節電網的電壓，其可靠和穩定性直接影響供電質量和變壓器的安全運行。在日常的檢修維護工作中，檢修人員對電動操作系統的查檢比較缺乏，特別是電機部件的檢查。今后在變壓器檢修工作中，我們要加強對有載分接開關單相電機起動電容器的檢查，特別是那種運行年限比較長的變壓器，及時排除安全隱患。

[1] 耿偉,耿潔宇.變壓器有載分接開關常見問題的分析和處理[J].變壓器,2012(3).

[2] 嚴震池.電機學[M].北京：中國電力出版社,1999.