變壓器有載調壓分接開關動作特性交流測試技術的研究與應用

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(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072； 2.國網四川省電力公司眉山供電公司，四川 眉山 620010)

0 引 言

電力變壓器是電網的主要設備之一，有載分接開關的工作狀態將直接影響變壓器的運行安全。近年來有載分接開關的故障越來越多[1-3]，因此在進行安裝、檢修時，要對其進行相關試驗， 以確保變壓器的長期安全運行。

有載分接開關動作特性測試是一個重要的試驗項目，通過所測得的過渡波形可以看出切換開關能否正常動作，從而判斷有載分接開關是否存在異常。20世紀90年代初，電力行業普遍采用直流法測試有載分接開關的動作特性，但由于直流測試電壓較低，導致對有異常的開關波形解析分歧較大[4]。測試儀器雖經多次改進，然而受測試條件、儀器性能等多方面的限制，技術人員對分接開關動作特性波形各抒己見，分接開關故障的漏判率、誤判率較高，往往導致新建項目或預防性試驗后的變壓器不能按期投入運行，甚至因直流測試波形不理想，將有載調壓變壓器改為無載調壓變壓器運行。

近年來，交流法測試有載分接開關動作特性得到了發展，其測試電壓較高，更符合變壓器實際運行工況，能反映分接開關切換過程中每一瞬間的通流狀態。下面所研究的交流測試技術，能對各種接線變壓器的有載分接開關進行動作特性測試，試驗結果一致性好，解析解唯一，可以清晰地反映有載分接開關工作過程，有效判斷開關故障。

1 有載分接開關動作特性測試原理

有載分接開關是在帶負載的情況下變換分接位置，采用過渡電路的結構，滿足切換過程中負載回路不開路及分接間不短路的兩個基本要求。在“架橋”、“橋接”、“拆橋”過程中，串入回路的過渡電阻有規律地變化，測試回路中電流亦有規律改變，將這一變化波形記錄下來，同時測量出動作參數，并與標準波形、設計要求進行比較，則能判斷出有載分接開關的動作是否存在異常[5-7]。

所研究的分接開關交流測試技術原理如圖1所示，通過單相輸入、裂相輸出三相標準電源，可向被試變壓器施加單相或三相工頻交流電壓，測試變壓器接近于空載運行狀態下的分接開關切換過程，高速采集分接開關切換全過程的電壓、電流并進行解析，根據各觸頭工作順序、過渡時間、過渡電阻等，判斷分接開關的動作是否出現異常。

圖1 分接開關交流測試技術原理

對于動作特性波形異常的分接開關，交流測試裝置提供多種測試方法復測驗證，若現場試驗設備允許，可進行外電源高壓單相法(額定電壓及以下)，外電源大電流零序法等多種模擬工況運行條件下的開關動作特性測試。

2 現場應用實例

案例1：某變壓器采用V型有載分接開關，投運前進行交接試驗，使用直流法測試其動作特性，如圖2(a)所示，可以看出三相切換過程均異常，缺少“橋接”過程，開關動作過程不明顯不完整。換用交流法進行測試，如圖2(b)所示，三相過渡過程明顯，兩豎線間為“橋接”過程，時間大約為5.37 ms，過渡電阻進入與退出“橋接”過程的瞬間，三相電流發生突變，其“橋接”相電流量突變幅值較大，其他兩相則較小且大小相等方向相反。

直流法測試的波形并不能完整明顯反映分接開關的切換過程，甚至帶來誤判認為該有載分接開關存在故障。交流法測試的波形反映了兩側過渡電阻工作的連續性，中間跳躍部分是開關過渡電阻“橋接”時的電流突變過程，三相過渡過程明顯。該變壓器以交流測試的波形及數據投入運行。

圖2 V型有載分接開關動作特性測試波形

案例2：某500 kV日產單相變壓器M型有載分接開關，使用直流法測試其動作特性，測試電流大幅變化，無法采集到分接開關動作波形。使用交流法進行測試，如圖3所示，過渡波形正常，無斷流現象，“橋接”時長20 ms，與制造商提供的試驗數據相符，有載分接開關切換過程無異常。

案例3：對某110 kV變電站1號主變壓器有載分接開關進行動作特性測試。直流法測試結果如圖4(a)所示，A相“橋接”過程不明顯，“拆橋”過程存在明顯的斷流現象，持續時間將近40 ms，可能存在后半橋過渡電阻斷線情況；B相動作波形較為完整，只是在“橋接”過程中存在斷續、振蕩現象；C相則缺少“橋接”過程，動作波形不完整。直流法測試結果能初步判斷該有載分接開關切換過程異常，可能存在過渡電阻斷線現象。

圖3 單相變壓器M型有載分接開關動作特性測試波形

使用交流法進行復測，三相法測試波形如圖4(b)所示，A相“拆橋”過程存在斷流現象，持續時間39.92 ms，B、C相動作波形正常，表明A相后半橋過渡電阻斷線。零序法測試波形如圖4(c)所示，可以看出過渡電阻斷線現象明顯，斷線時長與三相法相近。

本案例是人為設置的有載分接開關A相過渡電阻單側斷線故障，交、直流法測試結果均表明存在異常，然而直流法測試結果解析解不唯一，現場測試中兩種測試方法應配合使用。

圖4 有載分接開關過渡電阻斷線情況動作特性測試波形

案例4：某變電站變壓器進行試驗，用直流法測試有載分接開關動作特性測試，發現測試波形異常，但不能判定分接開關缺陷所在，制造廠家解釋直流法測試波形不能反映分接開關存在質量問題，應根據交流法測試結果進行綜合判定。三相法測試波形如圖5(a)所示，可以看出在180 ms的切換時間內，三相電流波形連續振蕩并發生回零現象，從1分接至8分接波形相似；零序法測試波形如圖5(b)所示，電流無規律振蕩，出現16次電流回零，最長回零時長7.92 ms。根據交流法測試結果初步判斷為分接開關正極性側接觸不良。對有載分接開關進行吊芯檢查后，發現極性開關正極性側觸頭安裝角度不正，導致切換過程中極性開關接觸點頻繁跳躍，吊芯檢查結果與交流法測試結果相符。

圖5 分接開關極性開關接觸不良測試波形

案例5：對某有載分接開關進行動作特性測試，直流法測試波形如圖6(a)所示，可以看出A相在切換過程中出現兩次電流過零現象，時長分別為13.8 ms、11 ms，初步判斷為分接開關接觸不良。交流法測試結果如圖6(b)所示，A相切換過程中電流連續，動作過程正常，分接開關無異常。這可能是由于直流法測試電壓太低，無法消除油膜等帶來的接觸不良的影響，往往會帶來誤判，而交流法測試電壓高，更能反映切換過程中每一瞬間的通流狀態。

圖6 分接開關動作特性測試波形

3 判斷方法及應注意的問題

(1)有載分接開關在切換過程中，過渡電阻發生規律性的變化，回路電流值亦發生規律性變化，通過檢測電流值判定分接開關進入和退出“橋接”的順序、“橋接”過程時間t2、三相最大不同步時間等。由于分接開關的前半橋過渡電阻工作時間t1、后半橋過渡電阻工作時間t3與過渡電阻“橋接”時間t2是由機械機構的角度來固化的，相互間存在固定的時間關系，測量出任一時間滿足試驗參數即可證明其他過渡電阻工作時間滿足試驗要求。

(2)當試驗電壓較低時，測得的電流波形可能會出現不圓滑的區域，但只要電流不出現回零現象，應判斷為有載分接開關動作過程正常，各工作觸頭、過渡電阻回路接觸狀態良好。

(3)電流波形出現長時間零值區域或頻繁過零現象，應判斷為分接開關切換過程對應的觸頭接觸不良或過渡電阻斷線。但當試驗電壓較低時，上述結論準確性不高，應使用高電壓、大電流試驗方法進行驗證。

4)有載調壓消弧線圈分接開關動作特性測試，由于其存在空氣間隙，交流測試只能使用零序法接線測試，試驗電流較大，級差電流被淹沒在測試電流中，不能顯示過渡電阻“橋接”處的變化，應采用電流連續性分析和判斷分接開關交換過程的正確性。

4 結 論

直流法測試有載分接開關的動作特性，由于存在測試電壓低、使用范圍窄、波形解析解不唯一等問題，使得技術人員對測試波形持不同意見，往往導致漏判誤判。交流法具有測試電壓高、符合變壓器實際運行工況，能反映分接開關切換過程中每一瞬間的通流狀態，解析結論唯一，能可靠地反映開關切換過程中的技術狀態。在現場試驗中，兩種測試方法應配合使用。

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