电力变压器有载分接开关异常情况及处理方法

有载调压变压器在电力系统中有着重要作用，它不仅能稳定负载中心电压，而且也是联络电网、调整负载潮流、改善天功分配等不可缺少的重要设备。据统计，如果更换或改装一台1kVA倘有载调压变压器，当合理调整无功负载时，相当于增加队让v。r的无功设备。因此可以说，有载调压变压器不仅是保证现代化电力系统供电质量的关键设备，同时也可用来改造！日电力系统，产生很大经济效益。目前，发达国家对睿量在10MVA及以上的变压器大都安装了有载分接开关。我国电力系统及用户也愈来愈多地采用了有载调压变压器。但是，近些年来，有载分接开关在运行中出现了许多异常情况。据统计。1990年全国110～500kV变压器事故或故障中，有载分接开关的事和故障分别占变压器的18％和12．5%；500kV变压器的57次故障中，有载分接开关约占25%。事故和故障率高，而且有上升趋势，直接威胁主变压器和电网的安全运行，引起电力系统的广泛关注。

一、有载分接开关的工作原理

所谓有载分接开关，是一种能在励磁状态下变换分接位置的电器装置。有载分接开关调压的基本原理，就是在变压器绕组中引出若干分接头后，通过它在不中断负载电流的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头，来改变有效匝数，即改变变压器的电压比，从而实现调压的目的。

图1-66 有载分接开关电路原理图

Ⅰ-调压电路；Ⅱ-选择电路；Ⅲ-过渡电路；W-调压绕组；1、2、3-定触头；

S1、S2-动触头；K1~K4-定触头；J-定触头；X-电流引出端；R-过渡电阻器

由上所述。它必须满足以下基本条件：

（1）在切换过程中，保证电流是连续的。

（2）在切换过程中，探证不发生间接短路。为满足上述要求，有载分接开关的电路由过渡电路、选择电路和调压电路三部分组成，如图1-66所示。

1．过渡电路

人过渡电路是跨接手分接头问串接电阻电路，与其对应的机构为切换开关或选择开关。它是在带电状态下变换变压器绕组的分接头，可以用一个简单的过渡电路说明其基本工作原理。

假定变压器每相绕组上有一分接绕组，负载电流由分接头4输出，如图1-67（a）所示。现需要调压，负载电流改由分接头5输出。如果是无励磁调压，可在断电以后由分接头4改按至分接头5。但有载调压时要求不断电，所以分接头4与分接头5之间需接入一个过渡电路，通常用一个过渡电阻跨接于两分接头之间，如图1－67（b）所示。过渡电阻的接太好比在分接头4与分接5之间搭起了一座临时的“桥”，这时触头在桥上滑过，如图1－－67（c）所示。则负载电流通过“桥”输出而不断电，直至动触头J到达分接头5为止，如图1-67（d）所示。动触头既然已到达分接头5，那么，“桥”就无用了，需要拆掉，如图1－67（e）所示。至此，原来是“4”的分接电压，现在改变为“外的分接电压，切换过渡过程完成。过渡电阻电路有单电阻、双电阻、4电阻与6电阻过渡电阻，如图1－68～图1－70所示。

(a)                 (b)               (c)               (d)

图1－67 过渡电路工作原理图

（a）动触头J接于分接头4;（b）过渡电阻接于分接头4与5之间;

（c）动触头J在过渡电阻上滑动（d）动触头J滑到接头5；J一动触头；I一负载电流；Ie一环流

(a)                  (b)               (c)                (d)

图1－68 单电阻过渡电路

a）动融头接于分接头 （b）过渡电阻接于分接头 4与 5 之间；

（c）过波电阻串入负载电流回路；（d）短接过渡电阻过

2．选择电路

选择电路是为选择分接绕组分接头所设计的一套电路，与其对应的机构为分接选择器、转换选择器或选择开关。常用的结构有两种：

（1）复合式结构。它没有单独的切换开关，是将切换和选择触头合二为一，直接在各个分接开关上依次转换，如图 1－－68和图 l-69Ⅰ组所示。这种复合式结构就是所谓复合式分接开关，即选择开关。这种分接开关适用于电流不大、级电压不高的情况。

（2）组合式结构。为了适应大容量高电压有载变压器调压，有载分接开关采用组合式结构。组合式分接开关与变压器绕组连接电路如图1－－71所示。它由切换开关和分接选择器组合而成。组合式分接开关把切换电流的任务专门交给切换开关，而分接选择器则把分接头分为两组，即单数组（1、3、5…和双数组（2、4、6…），单、双数动触头接通彼此相邻的两分接头。分接开关的变换操作在于两个转换的交替组合，即选择器单、双动触头轮流交替选择分接头，同时切换开关向左或向右往返切换相结合。

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

(I组)

(h) (i) (j) (k) (l) (m) (n)

(II组)

图1－69 双电阻过渡电路

（a）动做头接手分接头4；（b）分接头4按同样入过渡电阻；（c）过渡电阻串人负我电流回路；（d）分接头 5也接入过渡电阻；（e）分接头 5的过渡电阻串入负载电流回路； （f）动触头滑到分接头5；（g）分接头5分接电压；（h）动触接于分接头；（i）分接头4接入过渡电阻，（j）一个过渡电阻单人负载电流回路；（k）两个过流电阻接人；（l）一个过波电阻串人负载电流回路；（m）动触头与一个过渡电阻和分接头5连接，（n）分接头5分接电压

组合式分接开关为了实现上述的动作原理，其选择器在结构上把单、双数定触头按顺时针方向分布在两个圆周上，定触头通过动触头与中心环相连，中心环引线与切换开关相应的触头相连，分接开关具体的分接变换动作顺序如图1－72和图l－73所示。图中的粗线表示电流的路径。

3．调压电路

调压电路是变压器绕组调压时所形成的电路。在调压电路中，变压器调压绕组抽出分接头，这些分接头通过引线和选择电路相连，通过动触头分别换接到各分接上，实现调压。 有载调压电路分为基本调压电路、自耦调压电路和三相调压电路等。图l－74给出三种基本调压电路。

图1-72 分接“4”→“5”变换顺序图

(a)操作前；（b）K2K3桥接；（c）切换后

图1-73 分接“4”→“3”或“4”→“5”变换顺序图

图1-74 三种基本调压电路

线性调压；（b）正反调压；（c）粗细调压

处理方法

为迅速改变现状，提高有载分接开关的质量，建议制造部门采取以下措施：

（l）有载分接开关是变压器的重要部件，变压器厂要对选用的开关严格把关，从选用、定货、进厂检查到安装调试，都应把质量放在第一位。

（2）有载分接开关制造厂家（以不简称开关厂）应针对上述几种类型的开关所存在的质量问题采取有效措施，克服弊病，使开关质量有明显的提高。

（3）开关厂应强化有载分接开关零部件的质量管理，对重要配件如绝缘部件、密封件、操作机构内低压控制电器等应制订严格的质量控制标准。

（4）开关厂应按国家标准规定进行严格的型式试验，以保证产品设计、结构工艺的合理性。

（5）开关厂应严格出厂试验，保证每台出厂的有教分接开关的质量，并做好售后服务工作，帮助变压器及运行单位正确安装调试和使用。

为防止因有载分接开关故障造成变压器事故，电力运行部门对有载分接开关质量也要做好质量管理工作，主要是：

（1）加强对有载分接开关的选型、运输、安装、调试、验收、运行维护、检修的全过程管理，促进有载分接开关及变压器的安全运行。

（2）认真贯彻执行电力部颁发的《有载分接开关运行维修导则》（DL／T574�95），加强专业技术培训工作，提高人员专业素质。并加强运行管理工作，特别要做到及时维修、提高检修质量，使有载分接开关经常保持良好状况，以保证安全运行。

有载分接开关常见故障及其排除方法列于表1－－34中。

表1－34 分接开关常见故障及其排除方法

1．选择开关接触不良

华中某变电所的一台 SFPSZ7～12000/220型主变压器，配用 CⅢ 500__100/1019型有载分接开关， 1992年5月23日投入运行，1995年5月23日，该主变压器有载分接开关在由8档向7档调压过程中，发生主变压器的断路器跳闸，有载分接开关的气体继电器保护动作。

事故发生后，通过试验和进入变压器内部检查，确认故障是选择开关一部分动触头弹簧压力不足，致使奇数档3、5、7、9档接触不良。当有载分接开关由8档向7档调整时，选择开关的单数选择器此时已转换到7档位置，双图肝79有我分接开关动作原理留数选择器则工作在 8档位置，如图 1-79所示。

图1-70 有载分接开关动作原理图

当切换开关动触头由SF1_R1转向SF2-R2时，由于分接头7档处接触不良，产生放电现象，同时，也将A相高压引人切换开关的放电间隙上，使其发生火花放电。因此，变压器本体和有载分接开关简内分别产生了故障气体，导致有载分接开关的气体继电器保护立即动作，主变压器的断路器跳闸。

2．有载分接开关轻气体继电器误动作

华东某35kV变电所主变压器配用SYJZZ_35／200-7型有载分接开关。在运行中突然发生轻气体继电器发出信号。经查明是由于该主变压器的有载分接开关油面下降，引起气体继电器内部缺油，造成轻气体接点设动所致。产生这种现象的原因是设计（制造）造成的，如图1－80所示。油枕与气体继电器的连通管在设计（制造时），伸入油枕内部过高，当外界气温降低或负荷减轻时，有载分接开关本体内部油面下降，引起气体继电器失油，但其油枕的油标标识处由于连通管神入过高而造成假油位。加上气体继电器窗口由于光线反射等原因，在巡视设备时不易发现，因此造成了这起轻气体继电器误发信号的事件。

图1-80 油枕与气体继电器的连接

对这类连接结构的处理方法是：

（l）在有载分接开关设计制造时，应将其连通管伸入拍枕部分截短并与油枕底都持平。对现有的同类开关应将油枕卸下后，打开端面盖板，将连通管高出底部的部分割去或在近底部位打洞，并注意将切割或钻孔时残留的铁屑、焊渣清洗干净后方可装上。

（2）应在未改造的分接开关油抗的油标侧，根据其连通管伸入内部的高度，加刻最低油位线，以提醒变电运行巡视时注意。

（3）变电运行人员在对主变巡视时，应特别认真观察气体继电器窗口油位情况，不能仅以其油枕油标的油位作为判断开关内部油面的依据，以免造成误判断而引起不应发生的事故。

3．有载分接开关指位指针移位

华东某电业局的一台 OSFPS7�120000／220型主变压器，配用DWG2Ⅱ、 1000A／220V�6 × 5的有载分接开关，其接线如图1－58所示。

该变压器吊罩前试验时发现，高压绕组的直流电阻严重不平衡，其测量结果如表1－23所示。

从表1-23看出，A相与C相直流电阻平衡，且数值按由大到小规律递减，可以初步判断这两相分接开关实际位置与指示位置相符。但B相在流电阻有问题，自I～V档阻值呈现出由大→小→更小→大中更大的无序排列。仔细分析，发现B相阻位自I～Ⅲ档分别等于A、C两相Ⅲ～V档阻值，而B相I档与w档阻值相等，B相V档阻值与A、C相Ⅰ档阻值相等，可以看出B相开关分接位置有错，于是对有载分接开关的连接因进行分析，图1－81给出B相绕组与调压绕组抽头的情况。

图1-81 B相绕组与调压绕组抽头情况

由图1-81可见，在Ⅰ档时（2与3接通），共有B-6、6-4、4-2、3一5、 5-7、 7-Y六个绕组相连，除去B-6、 7-Y公共绕组外，共串入四个调压绕组。在Ⅱ档时（3与4接通），共串入 6-4、3一5、5-7三个调压绕组。在Ⅲ档时（4与 5接通），共串入6～4、 5-7两个调压绕组。在IV档时（5与6接通），只串入5-7一个调压绕组。在V档时（6与7接通），无调压绕组串人。每一个调压绕组数值相等，故自I～V档所申调压绕组从4依次减少至0，那么I～V档立流电阻值应依次减小。当开关调至V档时，若再旋转，应被止钉挡住，使2-7不能接通，即挡住空档。

假如2-7能接通，没有被止钉挡住，那么空档时2-4、4-6共两个调压绕组单人。串入调压绕组个数越多，其阻值越大。分接位置与串入调压绕组数的规律加表1－35所示。

下面再看B相现在的情况，由表1－23B相直流电阻的测试结果也能找出分接开关位置变化的大致规律，如表1－36所示。

表1-35 分接位置串入调压绕组数据的规律

表1-36 分接位置变化的规律

（1）绕组内部连接错误（如表1－36甲情况所示）；

（2）开关连杆上端固定的指位指针移位（如表1－36乙情况所示）。

由于总装时，厂家曾测量过绕组直流电阻，其值符合《规程》要求，所以绕组内部连接错误的可能性不大，由此可以判断，直流电阻不平衡是由第2种情况造成（表1－36所示的乙种情况），即开关连杆上端固定的指位指针移位，所得结果与测试值也是相符的.

开关实际指示位置与正确位置差了2档，就是指位指针过时针转了120o。即现在1档位置应是皿档，现在巩档应是w档位置，依次下去正确的Ⅲ档位置潜伏在现在的空档位置上。

在吊罩时，当钟罩吊走时，工作人员将开关连杆放入，已无止钉，可顺可逆自由旋转。，按上述方法将B相分接开关调整就位后，止钉挡住空档，测出三相直流电阻平衡，符合规范哀求，其数据如表1－24所示。

由此可见，上述的分析和处理方法均是正确的。4．分接开关触头压力不紧

西北某水电厂的一台SSPL�63000／110型主变压器，运行中取油样分析，发现总烃超标，怀疑变压器内部过热，对变压器进行色谱跟踪分析，其数据加表1－37所示。

表1－37 主变压器油样色谱分析数据（PPm）

按特征气体法分析，总烃含量高，远大于注意值150PPm，产气率已高达54mL/h。

按三比值法分析，以3月25日数据计算：C2H2／C2H4＜0.1，CH4／H2�2．05，C2H4／C2H6=8．36，编码为：0、2、2，属于700℃高温范围金属过热故障。直流电阻测试结果列于表1－38中。

表1－38 直流电阻测试数据（日期：1991年4月2日）

经吊罩检查，C相分接开关接触部分已经烧毛，其原因是开关触头弹簧长期运行后因塑变弹力减弱，触头压紧力不足，触头脏污，使接触电阻增大并发热。

预防的主要措施有：

（1）检修投运前要分别测试开关各分接位置的直流电阻，吊罩检修时应测量触头的接触电阻，保证不得大于队和0，检查触头镀层和接触是否良好。

（2）每年结合检修或试验对分接开关各档位置多转动几次，除去氧化膜或油污的影响，使其接触良好。

（3）检修中，检查分接引线是否有断裂，紧固体是否松动。

通过对上述几例的分析，可以看出诊断有载分接开关故障的主要方法仍然是测量直流电阻和进行色谱分析。