楔形無勵磁分接開關及其典型故障分析處理

汪一雄，方毅平，董卓，劉秋平，尹旭

(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410015)

楔形無勵磁分接開關及其典型故障分析處理

Analysis and treatment of wedge-type off-circuit tap-changer and its typical failure

汪一雄，方毅平，董卓，劉秋平，尹旭

(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410015)

分析楔形無勵磁分接開關燒損故障產生的原因，為避免故障再次發生，給出一種檔位調整的有效方法，并結合110 kV變壓器無勵磁分接開關故障案例，對故障分析流程、現場吊罩檢修注意事項進行分析和討論。

分接開關；無勵磁；故障

隨著社會經濟的發展，對于電力系統安全穩定性的要求也越來越高，電能不足或質量不佳以及停電等都將直接影響國民經濟的發展和人民的日常生活，因此保障供電的可靠性、電能的良好質量以及電力系統運行的穩定性顯得尤為重要。

楔形無勵磁分接開關作為一種調壓裝置，已被廣泛地應用于大型電力變壓器及配電變壓器上，與其他類型的無勵磁分接開關相比，它具有操作力矩小、觸頭接觸壓力大、質量穩定、價格低廉等優點，但是，其自定位能力差，調節時手感不強，調節方法不當時，易出現調整不到位情況，影響設備安全運行〔1〕。文獻 〔2－3〕 中列舉的多起楔形無勵磁分接開關故障案例，均是由于檔位調整不到位，造成分接開關觸頭燒損嚴重影響變壓器的安全運行。

文中結合楔形無勵磁分接開關的工作原理、結構特點分析其典型故障產生的原因，并結合實例分析和討論。

1 結構特點及工作原理

如圖1所示，楔形無勵磁分接開關有6個檔位，5個使用檔和1個空位檔，其檔位的調整順序為:Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ、空擋，…。操作機構主軸順時針旋轉300°，將通過偏心推進機構帶動動觸頭逆時針旋轉60°，調整一個分接檔位，主軸齒輪上的數字也將指示分接開關當前檔位，同時，與之咬合的定位齒輪將旋轉360°，從而通過定位銷與定位孔配合，指示分接開關的定位情況。

圖1 楔形開關原理圖

楔形無勵磁分接開關的操作機構，如圖2所示。無勵磁分接開關機構內部，固定于動觸頭機構上的制動釘與固定于偏心軸上的凸輪配合構成定位裝置，一次檔位調整過程中，制動釘隨動觸頭逆時針旋轉60°，而凸輪隨主軸順時針旋轉300°，因此它們之間相對旋轉360°，從而保證動觸頭與定觸柱每次都能緊密接觸，處于最佳工作位置，實現準確定位， 如圖3所示〔4〕。

圖2 分接開關的操作機構

圖3 制動裝置示意圖

2 典型故障及產生原因

楔形無勵磁分接開關的常見故障包括:觸頭接觸不良導致發熱、檔位變動異常、操作機構不靈，不能實現分接變換等。其中，觸頭接觸不良導致發熱，是無勵磁分接開關最典型、最常見的故障〔5〕。

變壓器正常運行時，楔形無勵磁分接開關觸頭在變壓器油箱內部，無法直接觀察檔位及定位情況，只能通過其操作機構上的檔位及定位指示間接確定分接開關的狀態，由于齒輪的配合公差以及制造誤差，定位指示將存在一定的偏差 (相差約1°〔6〕)，因此定位指示正確時，制動釘與凸輪的配合仍然不到位，可能是不到正確位置或者超過正確位置，當不到正確位置時，制動釘沒有超過凸輪的限位，當超過正確位置時，凸輪和制動釘之間有間隙，2種不正確位置狀態均會導致動觸頭與定觸柱的接觸壓力減少，造成接觸電阻增大，變壓器正常運行時，觸頭處將異常發熱，嚴重時發生觸頭燒損的事故，危害變壓器的安全穩定運行〔7〕。

楔形分接開關的自定位能力差，檔位調節時的手感不強，仍然采用鼓型分接開關的檔位調整方法容易造成檔位調整不到位，因此針對楔形開關，應在定位指針螺孔對正后，繼續將主軸順時針旋轉一個小角度 (推薦超過度數在10°左右)，確保制動釘能夠超過正確位置，然后逆時針旋轉主軸，直到遇到明顯阻擋，此時制動釘與凸輪緊密接觸，開關調整到位。

3 故障案例處理與分析

3.1 故障概述

故障變壓器為湖南省某110 kV變電站1號主變，型號為SFSZ8－31500/110，額定電壓為110±8× 1.25%/38.5±2×2.5%/10.5，聯結組別號YNynod11，110 kV高壓側采用有載調壓方式，35 kV側為無載調壓。該變壓器總重52.7 t，絕緣油重13.8 t，變壓器安裝后，已由相關單位按國家頒布的有關交接試驗規程進行了試驗，結果均合格。該臺主變于2014年06月26日遭受雷擊，引起35 kV側近出口短路，造成本體輕瓦斯發信，同時差動保護動作跳開斷路器開關，變壓器停運。現場吊罩后發現，中壓A相無勵磁分接開關動觸頭接觸面嚴重燒損、與動觸頭接觸的兩定觸柱接觸面也都有燒傷痕跡，如圖4所示。

圖4 故障后A相無勵磁分接開關

3.2 故障試驗數據分析

故障發生后，試驗人員于2014年06月27日對該變壓器絕緣油進行了色譜分析，其測試結果見表1。同時，還進行了其他必要的試驗項目，包括直流電阻、短路阻抗、變比和繞組變形等。

表1 絕緣油色譜分析結果

根據表1中的絕緣油色譜分析結果，對比故障前后試驗數據，發現故障后C2H2含量明顯上升，并超標，H2和總烴含量明顯上升，CH4、C2H4以及C2H6則均有不同程度的上升，利用改良三比值判斷〔9〕，其故障編碼為102，說明變壓器故障時發生了低能放電。故障后其他幾次油色譜分析結果與此結論一致。

直流電阻測試結果見表2。由于A相無勵磁分接開關觸頭燒損嚴重，動觸頭與定觸柱已無連接導通，故A相直流電阻測試結果異常。除此以外，變壓器高－中、中－低側所有檔位的短路阻抗測試結果，以及中壓側比低壓側的變比測試結果也均指向中壓A相繞組存在斷相。

表2 直流電阻測試結果 (部分) mΩ

需要特別說明的是，變壓器繞組變形的測試結果顯示中壓 A相繞組的低頻段存在嚴重變形〔9〕，如圖5所示。文獻 〔10〕中指出，繞組變形測試低頻段主要反映的是繞組電感的變化情況。中壓A相分接開關燒損出現斷路，可視為某一匝線匝的電感感抗值明顯增大，導致低頻段存在嚴重變形，因此利用繞組變形測試結果對繞組狀態進行判斷時，應首先排除分接開關的影響。本次無勵磁分接開關故障消除后，再次進行繞組變形測試的結果正常，未發現中壓A相繞組變形。

圖5 中壓繞組繞組變形測試結果

3.3 故障發展過程推斷

根據故障后的試驗結果推斷，該臺變壓器在遭受雷擊前，35 kV中壓側A相楔形無勵磁分接開關觸頭接觸即已存在接觸電阻偏大的隱患，形成質量薄弱點，當35 kV側發生近出口短路時，短時間內流過觸頭的電流激增，觸頭上發熱十分嚴重，溫度不斷上升，直至將動觸頭及定觸柱嚴重燒損，并進一步發展為觸頭間的低能放電，此過程中伴隨有大量氣體產生，造成了變壓器本體輕瓦斯發信，同時差動保護及時動作將三側斷路器跳開，避免了內部故障進一步擴大。可見，無勵磁分接開關應檔位調整不當，有時并不直接造成分接開關燒損，而是當短路大電流產生時，才發生故障。

3.4 故障處理及檢修注意事項

由于中壓A相無勵磁分接開關繞組燒損嚴重，已無法正常使用，必須予以更換，同時考慮到該臺變壓器的分接開關使用年限較長，因此決定對A，B，C三相的無勵磁分接開關均進行更換。為保證檢修質量，更換分接開關過程中應特別注意以下幾點:

1)無勵磁分接開關的額定電流應符合要求。2)無勵磁分接開關外形尺寸應與原開關保持一致。

3)繞組抽頭線徑與開關引出線徑一致，保證冷壓接頭尺寸合適，壓接緊密。

4)接線處的絕緣包裹應符合相關標準要求。5)無勵磁分接開關上端引出線的固定位置應考慮落罩后操作軸的安裝空間。

6)冷壓接線前后，均應通過直阻及變比試驗確保冷壓接線正確。

7)落罩后，應通過直阻及變比試驗確保新開關的位置與操作機構指示一致。

A，B，C三相無勵磁分接開關更換完畢后，包括繞組變形測試、直阻測試等在內的所有高壓試驗及油化試驗結果全部合格，變壓器重新投入運行，到目前為止，變壓器運行狀態良好。

4 結語

目前，楔形無勵磁分接開關大量運用于變壓器的無載調壓中，因楔形無勵磁分接開關檔位調整方法不當或調整不到位而造成的分接開關燒損，甚至導致變壓器被迫停運的故障時有發生，因此了解楔形無勵磁分接開關的結構特點、工作原理，掌握楔形無勵磁分接開關檔位調整的正確方法，有利于減少分接開關故障的發生。

同時，還應注意到無勵磁分接開關發生故障對繞組變形結果的影響，利用繞組變形測試結果對變壓器繞組狀態進行判斷時，應首先排除分接開關的影響。

〔1〕張紹松，梁明生.大型電力變壓器無勵磁分接開關的結構、安裝與調整 〔J〕.變壓器，1990，27(1):36-40.

〔2〕王世閣，周志強，龔晨斌.變壓器分接開關的故障分析 〔J〕.變壓器，2003，40(6):35-39.

〔3〕劉宏亮，劉海峰，岳國良，等.楔形無勵磁分接開關缺陷分析及處理 〔J〕.2013，50(1):69-71.

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〔6〕李剛，王文英，吳大千.無載開關的常見問題 〔J〕.電氣技術，2012(7):75-77.

〔7〕楊體.變壓器無載分接開關的故障及其檢測與調試 〔J〕.電工技術，2000(1):53-54.

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10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.012

TM411

B

1008-0198(2015)02-0041-03

汪一雄 (1988)，男，湖北黃石人，助理工程師，主要從事變壓器及其附件的檢修和維護工作。

2014-09-30