220 kV變壓器有載分接開關故障與排除方法研究

王 超，朱宜東，陳克文，張 彥

（國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東棗莊 277101）

1 變壓器有載分接開關檢修的意義

有載分接開關是有載調壓變壓器中的可動部件，是維持其安全運行的重點。借助有載分接開關的準確動作，就能在減少電壓大幅度波動的基礎上，建立強制分配負荷潮流的控制模式，從而更好地評估設備的無功出力和有功出力，維持電力系統運行的穩定性和安全性。隨著有載調壓變壓器數量的增多，電網中有載分接開關的故障也在增加，為此，要全面落實變壓器有載分接開關檢修工作，更好地提升電網調度的靈活性。在開展制造質量、運行情況以及檢修操作的過程中，要結合實際情況選取適當的處理方式。全面落實狀態監測技術方案，為設備維修合理化、規范化以及科學化提供保障，減少隱患問題留存造成的不良影響，共同打造良好的作業環境，適應電力系統高質量、高可靠性運行的基本要求[1]。

2 220 kV變壓器有載分接開關故障排除流程

為有效提升有載分接開關動作的可靠性，在故障排除工作中，要結合其運行情況落實規范化作業方案，保證相關檢測內容和排查環節更加貼合具體需求。

（1）220 kV 變壓器有載分接開關工作過程中，固體絕緣材料以及絕緣油長時間受到電場環境、溫度參數、濕度參數等因素的影響，難免會出現絕緣能力老化以及結構損壞等問題，此時，滲入的絕緣油會產生兩種不同的溶解氣體，變壓器處于工作狀態下，滲入絕緣油產生的是正常工作裂解氣體和故障導致的裂解氣體，利用相應氣體的判定就能初步設置相關的故障排除操作方案。

（2）要對油中溶解的氣體以及具體的擴散過程進行仿真分析，借助ReaxFF 力場對其構建絕緣油模擬體系分子動力學模型，配合計算機模擬技術分析環節完成溶解氣體擴散的分析，并及時了解擴散特性和擴散機理，更好地實現統一分析和評估工作[2]。

（3）搭建對應的試驗分析平臺，為更好地模擬變壓器有載分接開關典型放電試驗，搭建具體的變壓器有載分接開關礦物油絕緣氣隙局部放電特性物理模型，從而借助監測平臺及時獲取相關數據信息和內容，配合恒壓法實現實時試驗分析評估，著重完成不同氣隙放電階段電信號以及油中溶解氣體含量的采樣分析工作，并結合采樣內容總結具體的特征信息，更好地實現綜合評估。

（4）在完成故障狀態下油中溶解氣體診斷工作的基礎上，結合獲取的數據信息繪制特征氣體診斷圖。

（5）設置無編碼比值診斷法診斷流程，主要是借助無編碼比值法針對變壓器有載分接開關電故障、熱故障開展評估和診斷，最大程度上保證分析環節的準確性，也能提高診斷準確率。

3 220 kV變壓器有載分接開關故障與排除方法

該變壓器以某地區220 kV 變電站主變有載分接開關為例，凌晨出現重瓦斯動作，隨即220 kV 側開關相繼跳閘，并且，主變處于失電狀態。在故障出現當天，操作人員對主變設備進行了調檔處理，在故障跳閘問題出現前，有載分接開關壓力釋放閥出現動作，而在跳閘問題出現后，有載分接開關表現為油位異常、輕度瓦斯動作告警。

3.1 基本情況

案例中220 kV 變電站選取的變壓器型號為OSSZ11-180000/220，于2019 年投入使用。變壓器結構主要為三相共體模式，額定電壓分別為220 kV、115 kV 以及10.5 kV。對應的有載分接開關工作分接為止為19檔，配置了極性切換檔位控制模塊，借助機械聯動的方式完成三相共體處理，截至設備出現異常，有載分接開關共完成了6000次開啟和關閉作業[3]。

3.2 現場檢查

為保證綜合評估工作以及后續故障原因分析工作都能順利落實，要踐行規范化檢修管理方案，對現場進行集中檢查，及時發現問題及時處理，以確保統一控制環節的科學性和合理性。

3.2.1 外觀檢查

主要是對現場具體情況進行了全面的檢查和數據信息匯總，主變靠近A 相的郵箱壁存在較多的油跡，并且，有載分接開關的油枕油位指示數值為0，A 相有載分接開關油室的頂蓋出現了較為嚴重的破損問題，壓力釋放閥也表現為豎起狀態。而對應的B 相有載分接開關和C 相有載分接開關、變壓器本體壓力釋放閥均未出現相應動作，外觀也表現正常[4]。

3.2.2 吊芯檢查

為更好地評估有載分接開關故障問題，要對其進行吊芯檢查作業。而在吊芯檢查工作開始前要進行電氣試驗，故障出現后，工作人員完成了油色譜、直流電阻、繞組聯通套管介損等一系列數值的測試，配合完整的診斷性試驗分析，其中，油色譜數值異常，其他參數均滿足運行規范。表現為事故當天主變的中部位置以及下部位置檢測的乙烯氣體含量濃度超標，在事故第二天，乙烯氣體在主變中擴散，上部、中部以及下部的濃度參數較為相似。

完成電氣試驗后，操作人員集中拆除了A 相有載分接開關油室的頂蓋位置，以便有效實現完整的吊芯檢查評估，此時發現，切換開關油室內變壓器油出現了較為嚴重的碳化問題，隨之吊芯變黑，并且還發現了大量因熔融作用產生的細小金屬顆粒和粉末，切換開關芯體三組有載分接開關也出現了不同程度的燒蝕問題[5]。為進一步了解故障問題，操作人員還對均壓環、絕緣傳動軸等進行了檢查，并沒有變形和破損等問題。芯體內部鏈接線檢查過程中發現，轉換開關和真空管之間的連接導線存在接頭熔斷的問題，導線固定螺栓松動。隨后，對B 相有載分接開關和C 相有載分接開關也進行了吊芯檢查，發現僅僅存在輕微污染問題，主要是由于A 相變壓器油噴射或者是擴散造成。

3.3 故障原因分析

檢查工作結束后，作業人員綜合了相關檢查結果，判定220 kV 變電站有載分接開關故障的主要原因是家族性缺陷停電處理，在更換轉換開關后連接導線的螺栓沒有緊固到位，使得檔位切換作業后出現了較為嚴重的松動，接觸電阻數值增加，造成事故。

（1）在事故發生前，作業人員對設備進行了調檔處理，執行9b 檔到9c 檔升檔的過程中，轉換開關連接導線螺栓出現了松動，此時，使得接觸電阻數值增加，負載電流原有模式是微歐支路到豪歐支路，轉變為微歐支路到歐姆支路，使得觸頭出現了拉弧放電問題。KA 觸頭斷開后下部出現了燒蝕問題，KA 觸頭間電弧隨即出現了持續燒弧的問題，也正是因為K1公共端接觸電阻參數增加，使得級間環流電流作用增加，相繼出現了發熱熔斷問題[6]。綜上所述，第一階段是由于電弧處加熱作用造成的變壓器油分解，引發大量氣體后出現了有載分接開關本體壓力釋放閥動作。

（2）事故前操作人員執行的第二次調檔就是從9c檔調升到10檔，執行作業中KB 斷開、電流從支路轉移，正是因為K1出現了公共端導線熔斷的問題，負載電流此時直接轉移到R2支路為止，電流增加的同時，造成KB 觸頭拉弧放電現象。

若是形成級間短路電流，就會形成巨大的能量環，此時，變壓器油會出現快速分解的狀態，隨之產生大量氣體，油室內壓力也隨之增加，形成的壓力變化超出了釋放閥具體的保護范圍，直接造成鑄鋁頂蓋破裂，變壓器油噴出。也正是在巨大的油流作用下，有載分接開關出現了重瓦斯動作，相應的開關跳開，相繼產生油位異常等動作[7]。

3.4 故障處理措施

在全面分析220 kV 變壓器有載分接開關故障后，就要結合實際情況設置相應的處理機制，從而避免設備運行穩定性不足造成的影響，共同落實針對性控制方案，維持變電站電力系統運維管理的安全性和規范性。

（1）依據獲取的相關結果，作業人員集中進行了不良作業元件的更換處理，主要是將故障有載分接開關更換為具備良好運行路徑的新型三相分接開關，并且對其進行了質量驗收和處理，設置相應作業參數的同時，有效切換了芯體結構，以便于維持后續作業的安全性[8]。

（2）為避免安全隱患問題，作業人員主要是對轉換開關彈簧壓力參數、真空泡性能水平、觸頭接觸壓力參數、動作順序以及機械性能等方面的檢修作業，及時分析存在的問題并開展相應的處理工作，落實初檢配合復檢的方式，有效為后續更換作業提供質量保障。

（3）在故障過程中，因為1號主變A 相調壓繞組承受了級間短路電流，此時，要對變壓器設備吊罩予以檢查，并著重對A 相調壓繞組的受損情況進行匯總。與此同時，要對其他部分進行復檢作業，并且確保常態化檢修工作也能及時落實到位，避免出現后續安全隱患問題，提高220 kV 變壓器有載分接開關綜合管理質量效果。

（4）基于本次事故的具體情況，為更好地維持變電站安全運行，要對同批次的有載分接開關均開展油色譜檢測分析工作，及時發現異常問題及時處理。并且，嚴格規范檢修工藝流程和內容，避免人為操作不當造成的安全隱患現象，從電網安全運行的角度出發，打造更加科學穩定的管理模式[9]。

4 結束語

綜上所述，在電力系統中，220 kV 變壓器有載分接開關質量管理是非常重要的作業環節，要結合實際情況選取適當的檢修管理方案，嚴格按照規范流程完成故障判定，一旦出現安全事故要及時檢查和送檢，消除故障問題后嚴格執行定期檢修工作方案，為電力系統穩定可持續發展奠定堅實基礎。