一起變壓器M型有載分接開關事故的分析

(國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著國民經濟發展及電力系統的完善，各用戶對電能質量的要求不斷提高。電能質量的主要指標有電壓、頻率和諧波。電力變壓器是電力系統一次設備的重要設備之一，變壓器調壓可以有效調節電網中各節點電壓，提高電網的供電質量及系統穩定性。

變壓器調壓可分為無勵磁調壓和有載調壓兩種。相較于無勵磁調壓，有載調壓具有調壓范圍大、調壓速度快、可帶負載調壓等優點，在電網中得到廣泛的應用[1]。有載分接開關是實現變壓器有載調壓的部件，結構復雜且精密，對制造工藝要求較高[2-3]。由于有載分接開關內部機械零件多、接線多，長期運行動作后，其內部容易出現故障，發生滲漏油、拒動等情況，進而直接影響變壓器的安全穩定運行[4]。

下面對一起由于有載分接開關故障引起的110 kV變壓器事故進行分析，通過試驗、變壓器吊罩、開關解體分析事故發生的原因，并提出相應的措施及建議。

1 事故概況

某110 kV變電站2號110 kV主變壓器本體重瓦斯保護動作，110 kV母聯開關動作。檢修人員到達現場時發現：該主變壓器本體重瓦斯保護及有載開關重瓦斯保護均動作，瓦斯繼電器內部有氣體，壓力釋放閥動作噴油，有載開關擋位顯示為4擋與5擋之間；現場手動調擋時，水平連桿與齒輪盒連接脫落。

該主變壓器額定容量為63 MVA，額定電壓為(110±8×1.25%)/10.5 kV，型號為SZ11-63000/110，已投運2.5年，有載分擋開關為M型有載分接開關，型號為MIII500Y-72.5/B-10193W，額定電流為331 A，級電壓為794 V。事故發生時，該有載分接開關計數器顯示切換次數為1963次。

事故發生前一天，該主變壓器有載開關執行5擋至4擋調擋，第二天執行4擋至5擋調擋時即發生故障。故障錄波器測得一次最大故障電流A相為322 A，B相為183 A，C相為496 A，持續時間為40 ms。該主變壓器差動保護裝置僅啟動，未動作。故障錄波器顯示事故時二次諧波含量最高達50%，保護裝置啟動波形顯示事故時二次諧波閉鎖啟動。

2 試驗檢查

針對現場情況，對主變壓器不同部位的本體油進行油色譜試驗，結果見表1。

表1 主變壓器事故后不同部位油色譜數據

從表1中可以看到，油中乙炔含量超過注意值。中部油使用三比值法，計算編碼為200。根據GB/T 7252-2016[5]，初步認為主變壓器內部出現電弧放電。

同時，對主變壓器有載開關油進行試驗，試驗結果表明有載開關油中微水含量為22.9 mg/L，擊穿電壓為50.0 kV。根據GB/T 7595-2017[6]，有載分接開關油的微水含量及擊穿電壓合格。

3 吊罩情況

為查明此次事故原因，對該主變壓器進行吊罩檢查。吊罩后發現：變壓器本體繞組、鐵芯、夾件無異常；變壓器有載分接開關中，分接選擇器與切換開關的連接導線在切換開關筒底齒輪位置處存在燒損，分接選擇器上有大量鐵屑，分別見圖1及圖2；同時，分接選擇器部分動靜觸頭、導電環存在燒損，見圖3。

通過對主變壓器吊罩檢查，初步認為是分接選擇器導線燒損造成變壓器油分解產生大量氣體，進而使得變壓器重瓦斯保護動作、壓力釋放閥噴油。

圖1 分接選擇器與切換開關連接導線燒損情況

圖2 分接選擇器表面大量鐵屑

圖3 分接選擇器部分燒損情況

進一步對主變壓器進行吊芯處理并解體有載分接開關。發現油室內筒壁上觸頭燒損(見圖4)，切換開關的主觸頭、主通斷觸頭之間存在燒損(見圖5)。同時，發現三相的過渡電阻完好，經過測試其電阻阻值均正常。

4 原因分析

有載分接開關可以在變壓器帶負載的狀態下變換變壓器的分接位置，其結構如圖6。從圖6可以看出，主繞組與分接繞組串聯后和分接選擇器連接，之后經由切換開關中性點從套管引出。本次事故發生前一天，有載分接開關執行5擋至4擋動作，第二天執行4擋至5擋動作時發生故障。由圖6可知，事故發生前一天，有載分接開關執行5擋至4擋動作后，分接選擇器S1在5擋，S2在4擋。因此，事故發生當天，執行4擋至5擋動作時，分接選擇器動靜觸頭不需動作，只需對主變壓器切換開關由U2、V2、W2切換到U1、V1、W1。

圖4 筒壁上觸頭燒損情況

圖5 切換開關觸頭燒損情況

現場對主變壓器吊罩時發現，開關的實際位置為4擋，電動機構位置為5擋，即切換開關沒有完成切換動作，此次事故發生在4擋至5擋切換開關動作過程中。故障錄波器測得一次最大故障電流A相為322 A、有載B相為183 A、C相為496 A，持續時間40 ms。由于分接開關額定電流為331 A，可以短時間承受故障錄波器中錄得的電流，而吊罩檢查時發現分接開關各部位出線均有明顯燒蝕，因此認為有載分接開關本體中有環流或電弧放電。

M型有載分接開關傳動結構示意圖見圖7。由圖可知，有載分接開關絕緣筒的筒底分別連接上、下兩根傳動軸，上傳動軸為切換開關主軸，與有載分接開關操作機構及儲能機構連接，下傳動軸為分接選擇器主軸。變壓器執行換擋動作時，外部操作機構通過傳動裝置帶動上傳動軸運動，從而帶動儲能機構使切換開關完成切換動作；同時，上傳動軸通過筒底帶動下傳動軸運動，使得分接選擇器動作。在變壓器換擋時，上傳動軸、筒底、下傳動軸的運動具有同時性。吊罩時發現分接選擇器與切換開關的連接導線被筒底的齒輪摩擦造成部分斷股，存在燒損。因此認為在本次事故發生時，變壓器換擋過程中操作機構動作到位，筒底由于筒底齒輪與導線摩擦導致運動受到阻礙，影響了上下傳動軸的同步運動，造成切換開關沒有完成切換。

圖6 有載分接開關結構

圖7 有載分接開關傳動結構

典型M型有載分接開關的切換開關結構俯視圖見圖8。圖中：MC為主觸頭；MSC為主通斷觸頭；TC為過渡觸頭；a、b各代表一個分接。在切換過程中，如果切換開關沒有在短時間內完成正常切換，將導致切換開關各觸頭之間發生非正常通斷及虛接，產生拉弧放電，造成切換開關機構中各觸頭燒損。同時，由于切換開關沒有完成切換動作，即切換開關中各觸頭沒有斷開，造成分接選擇器與分接開關部分回路形成環流，導致分接選擇器部分導電環及4擋、5擋部分觸頭發生燒蝕。

圖8 典型M型分接開關切換開關結構

這次事故發生的原因為開關工藝控制不到位，有載開關筒底導線與筒底齒輪的距離不夠，導致切換開關筒底齒輪與分接選擇器導線摩擦使得導線斷股，造成重瓦斯保護動作；同時，導線對筒底齒輪運動的阻礙影響切換開關的切換過程，使得有載分接開關中出現拉弧及環流，造成有載分接開關燒蝕。

5 結 語

有載分接開關是大型變壓器的核心組件之一，是在變壓器正常運行狀態下唯一能夠運動的部件。加強變壓器監造、交接等過程中有載分接開關的相關工作，對于確保變壓器質量及電網安全可靠運行有重要作用。

針對此次事故發現的問題，提出以下建議：

1)復核近幾年該廠家此型號的投運變壓器現場吊罩時的照片，重點觀察有載筒底導線與齒輪的距離是否滿足絕緣要求。對不滿足絕緣距離的變壓器開展檢修進行整改。

2)加強驗收工作，尤其是廠內監造時的關鍵點驗收以及現場吊罩器身檢查時對隱蔽部位驗收。

3)有載分接開關動作次數或運行時間達到制造廠規定值時，要及時對開關進行吊芯檢查大修。重點檢查螺栓、螺母、線卡緊固情況，檢查各觸頭壓力和磨損情況。