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(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072； 2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司眉山供電公司，四川 眉山 620010)

0 引 言

電力變壓器是電網(wǎng)的主要設(shè)備之一，有載分接開關(guān)的工作狀態(tài)將直接影響變壓器的運(yùn)行安全。近年來(lái)有載分接開關(guān)的故障越來(lái)越多[1-3]，因此在進(jìn)行安裝、檢修時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)， 以確保變壓器的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試是一個(gè)重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，通過所測(cè)得的過渡波形可以看出切換開關(guān)能否正常動(dòng)作，從而判斷有載分接開關(guān)是否存在異常。20世紀(jì)90年代初，電力行業(yè)普遍采用直流法測(cè)試有載分接開關(guān)的動(dòng)作特性，但由于直流測(cè)試電壓較低，導(dǎo)致對(duì)有異常的開關(guān)波形解析分歧較大[4]。測(cè)試儀器雖經(jīng)多次改進(jìn)，然而受測(cè)試條件、儀器性能等多方面的限制，技術(shù)人員對(duì)分接開關(guān)動(dòng)作特性波形各抒己見，分接開關(guān)故障的漏判率、誤判率較高，往往導(dǎo)致新建項(xiàng)目或預(yù)防性試驗(yàn)后的變壓器不能按期投入運(yùn)行，甚至因直流測(cè)試波形不理想，將有載調(diào)壓變壓器改為無(wú)載調(diào)壓變壓器運(yùn)行。

近年來(lái)，交流法測(cè)試有載分接開關(guān)動(dòng)作特性得到了發(fā)展，其測(cè)試電壓較高，更符合變壓器實(shí)際運(yùn)行工況，能反映分接開關(guān)切換過程中每一瞬間的通流狀態(tài)。下面所研究的交流測(cè)試技術(shù)，能對(duì)各種接線變壓器的有載分接開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作特性測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果一致性好，解析解唯一，可以清晰地反映有載分接開關(guān)工作過程，有效判斷開關(guān)故障。

1 有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試原理

有載分接開關(guān)是在帶負(fù)載的情況下變換分接位置，采用過渡電路的結(jié)構(gòu)，滿足切換過程中負(fù)載回路不開路及分接間不短路的兩個(gè)基本要求。在“架橋”、“橋接”、“拆橋”過程中，串入回路的過渡電阻有規(guī)律地變化，測(cè)試回路中電流亦有規(guī)律改變，將這一變化波形記錄下來(lái)，同時(shí)測(cè)量出動(dòng)作參數(shù)，并與標(biāo)準(zhǔn)波形、設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，則能判斷出有載分接開關(guān)的動(dòng)作是否存在異常[5-7]。

所研究的分接開關(guān)交流測(cè)試技術(shù)原理如圖1所示，通過單相輸入、裂相輸出三相標(biāo)準(zhǔn)電源，可向被試變壓器施加單相或三相工頻交流電壓，測(cè)試變壓器接近于空載運(yùn)行狀態(tài)下的分接開關(guān)切換過程，高速采集分接開關(guān)切換全過程的電壓、電流并進(jìn)行解析，根據(jù)各觸頭工作順序、過渡時(shí)間、過渡電阻等，判斷分接開關(guān)的動(dòng)作是否出現(xiàn)異常。

圖1 分接開關(guān)交流測(cè)試技術(shù)原理

對(duì)于動(dòng)作特性波形異常的分接開關(guān)，交流測(cè)試裝置提供多種測(cè)試方法復(fù)測(cè)驗(yàn)證，若現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備允許，可進(jìn)行外電源高壓?jiǎn)蜗喾?額定電壓及以下)，外電源大電流零序法等多種模擬工況運(yùn)行條件下的開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

案例1：某變壓器采用V型有載分接開關(guān)，投運(yùn)前進(jìn)行交接試驗(yàn)，使用直流法測(cè)試其動(dòng)作特性，如圖2(a)所示，可以看出三相切換過程均異常，缺少“橋接”過程，開關(guān)動(dòng)作過程不明顯不完整。換用交流法進(jìn)行測(cè)試，如圖2(b)所示，三相過渡過程明顯，兩豎線間為“橋接”過程，時(shí)間大約為5.37 ms，過渡電阻進(jìn)入與退出“橋接”過程的瞬間，三相電流發(fā)生突變，其“橋接”相電流量突變幅值較大，其他兩相則較小且大小相等方向相反。

直流法測(cè)試的波形并不能完整明顯反映分接開關(guān)的切換過程，甚至帶來(lái)誤判認(rèn)為該有載分接開關(guān)存在故障。交流法測(cè)試的波形反映了兩側(cè)過渡電阻工作的連續(xù)性，中間跳躍部分是開關(guān)過渡電阻“橋接”時(shí)的電流突變過程，三相過渡過程明顯。該變壓器以交流測(cè)試的波形及數(shù)據(jù)投入運(yùn)行。

圖2 V型有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試波形

案例2：某500 kV日產(chǎn)單相變壓器M型有載分接開關(guān)，使用直流法測(cè)試其動(dòng)作特性，測(cè)試電流大幅變化，無(wú)法采集到分接開關(guān)動(dòng)作波形。使用交流法進(jìn)行測(cè)試，如圖3所示，過渡波形正常，無(wú)斷流現(xiàn)象，“橋接”時(shí)長(zhǎng)20 ms，與制造商提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符，有載分接開關(guān)切換過程無(wú)異常。

案例3：對(duì)某110 kV變電站1號(hào)主變壓器有載分接開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作特性測(cè)試。直流法測(cè)試結(jié)果如圖4(a)所示，A相“橋接”過程不明顯，“拆橋”過程存在明顯的斷流現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間將近40 ms，可能存在后半橋過渡電阻斷線情況；B相動(dòng)作波形較為完整，只是在“橋接”過程中存在斷續(xù)、振蕩現(xiàn)象；C相則缺少“橋接”過程，動(dòng)作波形不完整。直流法測(cè)試結(jié)果能初步判斷該有載分接開關(guān)切換過程異常，可能存在過渡電阻斷線現(xiàn)象。

圖3 單相變壓器M型有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試波形

使用交流法進(jìn)行復(fù)測(cè)，三相法測(cè)試波形如圖4(b)所示，A相“拆橋”過程存在斷流現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間39.92 ms，B、C相動(dòng)作波形正常，表明A相后半橋過渡電阻斷線。零序法測(cè)試波形如圖4(c)所示，可以看出過渡電阻斷線現(xiàn)象明顯，斷線時(shí)長(zhǎng)與三相法相近。

本案例是人為設(shè)置的有載分接開關(guān)A相過渡電阻單側(cè)斷線故障，交、直流法測(cè)試結(jié)果均表明存在異常，然而直流法測(cè)試結(jié)果解析解不唯一，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中兩種測(cè)試方法應(yīng)配合使用。

圖4 有載分接開關(guān)過渡電阻斷線情況動(dòng)作特性測(cè)試波形

案例4：某變電站變壓器進(jìn)行試驗(yàn)，用直流法測(cè)試有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)測(cè)試波形異常，但不能判定分接開關(guān)缺陷所在，制造廠家解釋直流法測(cè)試波形不能反映分接開關(guān)存在質(zhì)量問題，應(yīng)根據(jù)交流法測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合判定。三相法測(cè)試波形如圖5(a)所示，可以看出在180 ms的切換時(shí)間內(nèi)，三相電流波形連續(xù)振蕩并發(fā)生回零現(xiàn)象，從1分接至8分接波形相似；零序法測(cè)試波形如圖5(b)所示，電流無(wú)規(guī)律振蕩，出現(xiàn)16次電流回零，最長(zhǎng)回零時(shí)長(zhǎng)7.92 ms。根據(jù)交流法測(cè)試結(jié)果初步判斷為分接開關(guān)正極性側(cè)接觸不良。對(duì)有載分接開關(guān)進(jìn)行吊芯檢查后，發(fā)現(xiàn)極性開關(guān)正極性側(cè)觸頭安裝角度不正，導(dǎo)致切換過程中極性開關(guān)接觸點(diǎn)頻繁跳躍，吊芯檢查結(jié)果與交流法測(cè)試結(jié)果相符。

圖5 分接開關(guān)極性開關(guān)接觸不良測(cè)試波形

案例5：對(duì)某有載分接開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作特性測(cè)試，直流法測(cè)試波形如圖6(a)所示，可以看出A相在切換過程中出現(xiàn)兩次電流過零現(xiàn)象，時(shí)長(zhǎng)分別為13.8 ms、11 ms，初步判斷為分接開關(guān)接觸不良。交流法測(cè)試結(jié)果如圖6(b)所示，A相切換過程中電流連續(xù)，動(dòng)作過程正常，分接開關(guān)無(wú)異常。這可能是由于直流法測(cè)試電壓太低，無(wú)法消除油膜等帶來(lái)的接觸不良的影響，往往會(huì)帶來(lái)誤判，而交流法測(cè)試電壓高，更能反映切換過程中每一瞬間的通流狀態(tài)。

圖6 分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試波形

3 判斷方法及應(yīng)注意的問題

(1)有載分接開關(guān)在切換過程中，過渡電阻發(fā)生規(guī)律性的變化，回路電流值亦發(fā)生規(guī)律性變化，通過檢測(cè)電流值判定分接開關(guān)進(jìn)入和退出“橋接”的順序、“橋接”過程時(shí)間t2、三相最大不同步時(shí)間等。由于分接開關(guān)的前半橋過渡電阻工作時(shí)間t1、后半橋過渡電阻工作時(shí)間t3與過渡電阻“橋接”時(shí)間t2是由機(jī)械機(jī)構(gòu)的角度來(lái)固化的，相互間存在固定的時(shí)間關(guān)系，測(cè)量出任一時(shí)間滿足試驗(yàn)參數(shù)即可證明其他過渡電阻工作時(shí)間滿足試驗(yàn)要求。

(2)當(dāng)試驗(yàn)電壓較低時(shí)，測(cè)得的電流波形可能會(huì)出現(xiàn)不圓滑的區(qū)域，但只要電流不出現(xiàn)回零現(xiàn)象，應(yīng)判斷為有載分接開關(guān)動(dòng)作過程正常，各工作觸頭、過渡電阻回路接觸狀態(tài)良好。

(3)電流波形出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間零值區(qū)域或頻繁過零現(xiàn)象，應(yīng)判斷為分接開關(guān)切換過程對(duì)應(yīng)的觸頭接觸不良或過渡電阻斷線。但當(dāng)試驗(yàn)電壓較低時(shí)，上述結(jié)論準(zhǔn)確性不高，應(yīng)使用高電壓、大電流試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

4)有載調(diào)壓消弧線圈分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試，由于其存在空氣間隙，交流測(cè)試只能使用零序法接線測(cè)試，試驗(yàn)電流較大，級(jí)差電流被淹沒在測(cè)試電流中，不能顯示過渡電阻“橋接”處的變化，應(yīng)采用電流連續(xù)性分析和判斷分接開關(guān)交換過程的正確性。

4 結(jié) 論

直流法測(cè)試有載分接開關(guān)的動(dòng)作特性，由于存在測(cè)試電壓低、使用范圍窄、波形解析解不唯一等問題，使得技術(shù)人員對(duì)測(cè)試波形持不同意見，往往導(dǎo)致漏判誤判。交流法具有測(cè)試電壓高、符合變壓器實(shí)際運(yùn)行工況，能反映分接開關(guān)切換過程中每一瞬間的通流狀態(tài)，解析結(jié)論唯一，能可靠地反映開關(guān)切換過程中的技術(shù)狀態(tài)。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，兩種測(cè)試方法應(yīng)配合使用。

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