有載調容變壓器故障導向安全技術研究

羅偉彬　范偉波

摘 要：針對目前有載調容變壓器運行中缺乏足夠的安全保護措施，會對用戶用電設備和用電安全造成威脅，并對產品的應用、推廣產生不良影響的現實問題，進行了故障導向安全技術的研究，具體從安全性、先進性、實用性角度進行了探討。

關鍵詞：變壓器；傳感器；控制器；調容操作

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0011-02

有載調容變壓器是一種新型變壓器，能根據負荷的大小按控制器的指令在變壓器勵磁或負載下實現容量轉換，達到降低變損、節能降耗的目的，在負荷季節性變化很大的工礦企業和農村有著廣闊的應用前景。

有載調容變壓器通過有載調容分接開關（以下簡稱“調容開關”）進行容量轉換，現在普遍應用的是油浸式機械開關，其與有載調壓分接開關的原理類似，但后者只對高壓繞組抽頭進行切換，前者需對高、低壓繞組連接方式進行轉換。調容開關進行調容時的動作過程是：大容量時，將高壓繞組接成三角形，將低壓繞組并聯連接；小容量時，將高壓繞組接成星形，將低壓繞組串聯連接。

有載調容變壓器相對常規的變壓器，增加配置了有載調容開關。此開關工作切換時存在高電壓、大電流的情況，相對于有載調壓開關，工作條件惡劣，故障率相對較高，所以要針對性地對故障導向安全技術進行研究，消除其對用戶用電設備和用電安全的威脅。

1 故障導向安全保護技術的研究

1.1 調容開關漏油時的保護

調容開關安裝在獨立的絕緣筒內，筒內充滿絕緣油（可與變壓器為同一油號），起著絕緣和滅弧的作用。

絕緣筒壁上開有許多貫穿孔，用于安裝靜觸頭。用橡膠墊片密封，防止油泄漏到變壓器油箱內。當因裝配、老化問題而導致絕緣筒內發生油泄漏、油位降低時，如果進行容量轉換操作，將會導致觸頭切換時產生的電弧無法按預期熄滅，燒損觸頭，嚴重時還會發生相間短路，引發嚴重事故。

調容開關發生漏油故障時，導向安全的技術措施為：配置油位檢測傳感器、輸出觸點信號到智能控制器、進行調容開關切換閉鎖控制。

油位正常信號：只有在油位正常的情況下，智能控制器才開放容量轉換操作功能，當此信號消失時，將會閉鎖該功能，并發出提示信號。

油位低信號：當油位降低到此位置時，智能控制器會閉鎖容量轉換操作功能，并發出報警信號，提示運維人員檢查維修。

1.2 小容量運行且調容轉換失敗時的保護

負荷增加時，調容變在控制器的控制下，自動從小容量轉換到大容量，以滿足負荷增加的要求。

容量轉換由調容開關完成，如果因電氣控制線路或機械故障的原因導致調大容量失敗，調容變就會迅速處于過載運行狀態。因為負荷增長過快會導致短時間內發生過載損壞事故，所以需配置具有過載保護功能的設備。

與常規的變壓器不同，由于調容變有大、小兩個容量，且大容量的往往是小容量的3倍，不同容量下額定電流相差很大。以S13-M.ZT-200（63）為例，大容量和小容量時的低壓側額定電流分別為289 A和91 A，常規的低壓側配置空氣開關無法滿足容量變化時的保護要求。

發生小容量轉換到大容量的調容故障時，導向安全的技術措施為：①配置調容位置開關，輸出觸點信號到智能控制器，小容量運行時自動切換到小容量保護定值；②當電流越限并達到設定時間后，輸出跳閘指令，跳低壓總開關；③低壓總開關應配置分勵線圈，最好配置電動操作機構作為后備動作選項，確保分勵線圈失效時跳開總開關，保護變壓器。

1.3 電壓異常時的保護

調容變在進行大、小容量轉換時，高、低壓繞組的連接方式通過調容開關進行轉換。有載調容開關由許多對動靜觸點組成，還配置有過渡電阻。

當調容開關某些觸點出現接觸不良等現象時，很有可能會發生電壓異常，對用戶的用電設備和用電安全造成嚴重威脅。此時，需要迅速發現和切斷供電，并發出報警信號。

電壓異常時故障導向安全的技術措施是：研發、配置具有電壓異常分析功能的智能型控制器，以快速反應相電壓過高/過低、線電壓過高/過低、線電壓不平衡、缺相等電壓異常情況，并根據用戶要求進行定值設置，在發生異常時能判斷是瞬時擾動還是真正的故障。如果是故障，則要迅速輸出跳閘指令，跳開低壓側總開關，停止供電。

當普通控制器不具備電壓異常保護功能時，可安裝電壓檢測器、時間繼電器、中間繼電器組成的電路進行電壓異常保護，但可靠性和判斷邏輯能力不及智能控制器。

1.4 調容轉換操作不到位時的保護

在設計調容開關時，要讓它要么處于大容量的位置，要么處于小容量的位置，不存在任何“中間位置”。

當出現調容開關機構故障或觸點變形導致配合不到位時，會發生繞組連接不到位的情況。如果讓其在此位置運行下去，將導致觸點燒損、電壓異常的事故。

調容操作不到位故障導向安全的措施是：將調容開關配置位置的開關輸出信號傳輸給智能控制器，正常情況下，必然有一個位置的信號是閉合的。如果兩個位置的信號同時都是斷開的，控制器就會認為是調容操作不到位，就會延時輸出跳閘指令跳開低壓側總開關，停止供電。如果配置有高壓側開關，則同時輸出跳閘指令給高壓側開關；如果沒有配置，則發送信息給運維人員，讓其斷開高壓側隔離開關，然后進行檢查、維修。

當沒有操作而發生兩個位置信號同時都是斷開的情況時，控制器就會判斷為位置信號斷線故障，只發出報警信息，不輸出跳閘指令。

1.5 調容開關發生燃弧時的保護

調容開關在發生絕緣油泄漏、觸點接觸不良等故障時，某些情況下，絕緣筒內可能會出現電弧，進而導致燃弧事故。

為保證設備和供電的安全，需在調容開關上配置瓦斯繼電器，并將觸點信號連接至控制器。當瓦斯繼電器絕緣筒內發生電弧故障時，會產生大量的氣體，并出現壓力增大的現象。輕瓦斯時，控制器會發出報警信息；重瓦斯時，控制器會輸出跳閘指令。跳開高、低壓側開關，如果無高壓側開關，則由高壓側熔斷器進行保護。跳開低壓側總開關，盡可能地限制故障的發展，從而保證用電安全。

2 結束語

2011年，我國發生了“7·23”甬溫線特大鐵路交通事故。事故調查報告中指出，事故原因是列控中心設備研發審查不嚴，未能保證提供的信號產品達到“故障導向安全”的根本要求。所以，任何電力設備，特別是新型設備，都應充分考慮“故障導向安全”的實現，研究相應的安全技術和設備。

本文的創新點在于具體、系統地提出有載調容變壓器有別于常規變壓器的運行特點，然后逐一分析了各種故障特征，提出了有效的檢測、控制技術，確定了故障導向安全技術，并配置了故障導向安全技術和設備的調容變，解決了它存在的缺點和局限性，提高了運行可靠性。

〔編輯：王霞〕