(國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

電力變壓器作為電力系統(tǒng)中的樞紐設(shè)備，連接著電網(wǎng)、發(fā)電廠、用戶，在電網(wǎng)中起著電能轉(zhuǎn)換的重要作用，其運行狀態(tài)直接關(guān)系電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。電力變壓器在運行過程中，由于高峰低谷時輸送容量不同會造成電壓幅值波動，為解決這一問題，采用有載分接開關(guān)實現(xiàn)變壓器的可變變比供電。有載調(diào)壓電力變壓器現(xiàn)在已普遍運用于各變電站中，其基本原理就是在保證不中斷負載電流的情況下，實現(xiàn)變壓器繞組分接頭的切換，從而改變繞組的匝數(shù)即變壓器的電壓比，最終實現(xiàn)調(diào)壓的目的。隨著電能質(zhì)量要求的不斷提高，有載調(diào)壓變壓器調(diào)整電壓頻率和累積電壓調(diào)節(jié)的頻率增加，這就使得有載分接開關(guān)故障率不斷提高。由于有載開關(guān)作為變壓器中的運動部件，它的工作狀態(tài)將直接影響變壓器的運行。根據(jù)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，有載分接開關(guān)故障導(dǎo)致變壓器故障占變壓器事故總數(shù)的40%以上，因此針對由有載開關(guān)故障導(dǎo)致變壓器運行故障的典型案例分析具有十分重要的意義。下面基于一起由110 kV 變電站主變壓器有載分接開關(guān)的切換開關(guān)故障引起的變壓器本體重瓦斯跳閘故障的案例，結(jié)合繼保動作、錄波、化學、高壓試驗和返廠吊罩檢查情況，對故障經(jīng)過、故障原因及大修方案進行了分析，并提出針對性的建議和預(yù)控措施。

1 有載分接開關(guān)的切換過程

圖1所示為雙電阻有載調(diào)壓開關(guān)的切換過程。其中圖1(a)為開始切換前的狀態(tài)，此時分接開關(guān)接在分接觸頭1上；圖1(b)為切換開始時，開關(guān)的滑動觸頭向分接觸頭2移動，開關(guān)通過過渡電阻R1與分接觸頭1相連；圖1(c)為滑動觸頭滑動到與1′、2′相連，滑動觸頭通過R1、R2分別與觸頭1、2相接；圖1(d)為開關(guān)通過電阻R2與分接觸頭2相連；圖1(e)所示為切換完成狀態(tài)，此時滑動觸頭與分接觸頭2連上，開關(guān)完全切到了分接觸頭2上。

圖1 有載分接開關(guān)工作順序

因此從整個切換過程中電阻值的變化就能測定開關(guān)的工作順序是否正確。從切換過程中三相的過渡電阻值隨時間的變化曲線R-t，可獲得過渡時間、過渡電阻、三相同期性等參數(shù)。由切換開關(guān)的動作原理可知，切換開關(guān)在切換過程中，串入回路的電阻值隨時間有規(guī)律地改變，將這一變化以圖形方式記錄下來，并與標準波形進行比較，就可以判斷出切換開關(guān)的動作是否正常。

2 故障經(jīng)過與設(shè)備概況

2.1 事故前運行方式

110 kV某變電站110 kV為內(nèi)橋式接線且僅有單進線，由某支線181斷路器供110 kVⅠ母及1號主變壓器，經(jīng)110 kV內(nèi)橋130斷路器供110 kV Ⅱ母，110 kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行。10 kV為單母線分段接線，事故前分裂運行。

2.2 設(shè)備基本情況

110 kV某變電站1號主變壓器型號為SFZ10-50000/110，2012年9月曾返廠大修更換繞組，2016年2月進行預(yù)試維護，對有載切換開關(guān)進行吊檢，發(fā)現(xiàn)其缸體存在漏油現(xiàn)象。2017年12月進行現(xiàn)場大修，從檢修人孔進入處理有載切換開關(guān)滲漏問題。

有載開關(guān)型號為MIII600-72.5/C-10193W，過渡電阻為3.2 Ω，出廠時間為2008年7月，故障發(fā)生時，累積調(diào)擋11 434次。變壓器銘牌如表1所示。

表1 變壓器銘牌參數(shù)

2.3 事故經(jīng)過

2018年4月14日06：47，110 kV 1號主變壓器非電量保護本體重瓦斯動作跳開110 kV某支線181斷路器、110 kV分段130斷路器、1號主變壓器901斷路器。1號主變壓器本體輕瓦斯未動作，電量保護均未啟動，差動高低后備保護均未動作，全站失壓。

3 事故現(xiàn)場檢查情況及試驗情況

故障發(fā)生后，對事故變壓器開展繼保、檢修、高壓、化學等檢查及診斷試驗。

3.1 保護及錄波情況

結(jié)合非電量保護裝置、監(jiān)控后臺、故障錄波器等裝置報告，得到以下故障信息。

1號主變壓器跳閘前，保護裝置未見啟動，且所有保護均未動作，保護電壓未見明顯降低，故排除1號主變壓器外部故障的可能。10 kV備自投由于兩段母線電壓消失，正常放電不動作。結(jié)合本體重瓦斯跳閘，懷疑其內(nèi)部存在故障。

3.2 現(xiàn)場檢查

主變壓器外觀無異常，本體瓦斯繼電器內(nèi)部無氣體，主變壓器各處均無放電及滲漏油痕跡且油位正?！，F(xiàn)場傳動調(diào)試瓦斯信號正確。110 kV 0相升高座能放出少量氣體。有載擋位停在5、6擋之間，查看主變壓器監(jiān)控后臺信息，4月13日21:45主變壓器從7擋調(diào)至6擋，4月14日主變壓器跳閘時正在從6擋調(diào)至5擋?，F(xiàn)場檢查擋位圈數(shù)時，從6擋調(diào)往5擋的方向進行調(diào)擋，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過11圈選擇分接開關(guān)動靜觸頭閉合(簡稱選合)，再過7圈指示盤刻度5擋到位。該型號的有載分接斷路器的選擇及切換順序為12±1圈時選擇開關(guān)動靜觸頭分離(簡稱選分)，24±1圈選合，27-28圈單雙擋位切換，33圈動作完成到位。由此可以分析選擇開關(guān)在選分剛剛結(jié)束時因失去操作電源而停止，此時選擇開關(guān)圈數(shù)如圖2所示。

表2 油色譜分析結(jié)果 單位：μL/L

圖2 有載圈數(shù)檢查

3.3 診斷試驗

3.3.1 油化試驗

從主變壓器中部及下部兩個取樣口取樣，發(fā)現(xiàn)中部(靠油枕側(cè))油樣特征氣體含量遠小于下部(靠有載側(cè))，因此判斷放電位置在變壓器下部(靠有載側(cè))。

化驗人員對該主變壓器本體油樣進行油中溶解氣體色譜分析，結(jié)果如表 2 。 根據(jù)油樣分析結(jié)果，油樣中中部C2H2含量12.7 μL/L，下部C2H2含量為 665.4 μL/L ， 超過狀態(tài)檢修試驗規(guī)程要求值(不大于 5 μL/L )，其他氣體含量也有增長。計算油中氣體三比值編碼為“1、0、2”，初步判斷存在放電故障；由于中部油樣特征氣體含量遠小于下部，因此判斷放電位置在變壓器下部。但進一步定位故障點和故障過程還應(yīng)結(jié)合高壓試驗和返廠吊罩檢查驗證分析。

3.3.2 高壓試驗

高壓診斷試驗結(jié)果如下：1)短路阻抗、繞組變形、主體絕緣、低電壓空載試驗結(jié)果均合格；2)繞組直流電阻和有載分接開關(guān)切換時間和動作順序試驗結(jié)果不合格，試驗結(jié)果分別如表3至表5所示。

由繞組直流電阻試驗結(jié)果可以看出：1)在單數(shù)擋位時，相間不平衡度均在1%以下，滿足要求；2)在雙數(shù)擋時，C相直流電阻比A、B相高100 mΩ以上，相間不平衡度均在20%以上，試驗結(jié)果不合格?？梢酝茰y，C相雙數(shù)擋位選擇開關(guān)抽頭或者有載切換開關(guān)主抽頭接觸不良，甚至有灼傷。如表5所示，在直流電阻測試過程中，換擋時發(fā)現(xiàn)切換開關(guān)不動作。綜上所述，初步懷疑可能是由于有載分接開關(guān)中切換開關(guān)的單/雙切換存在故障。

3.3.3 返廠吊罩檢查

為了驗證分析結(jié)論，將1號主變壓器返回變壓器廠進行吊罩檢查。

表3 高壓繞組直流電阻試驗結(jié)果

表4 低壓線圈直流電阻試驗結(jié)果

1)切換開關(guān)檢查：發(fā)現(xiàn)切換開關(guān)絕緣筒連接處內(nèi)側(cè)均壓環(huán)由于螺栓松動脫落至槍機處，對槍機下滑塊造成卡澀。如圖3所示，圓形框內(nèi)為均壓環(huán)實際位置，方框內(nèi)為均壓環(huán)該在位置。

檢查切換開關(guān)桶底，發(fā)現(xiàn)外側(cè)均壓環(huán)及螺帽落至桶底，但未找到對應(yīng)平墊。同時在桶底還發(fā)現(xiàn)有一個多余的螺帽，將切換開關(guān)解體后發(fā)現(xiàn)這是A相過渡觸頭的固定螺栓上脫落的螺帽，如圖4所示。

表5 分接開關(guān)選擇及切換動作時序

備注：“不動作”指切換開關(guān)沒有動作時啪的一聲響。

圖3 均壓環(huán)脫落卡住槍機

圖4 切換開關(guān)內(nèi)部螺栓脫落

2)選擇開關(guān)檢查：在選擇開關(guān)7擋A、B、C三相動、靜觸頭處均有明顯的拉弧痕跡，其中C相尤其嚴重，如圖5所示。

3)接觸電阻試驗：在均壓環(huán)取出和放回時，分別對切換開關(guān)進行主觸頭接觸電阻試驗，其結(jié)果分別如表6、表7所示。

表6、表7的試驗結(jié)果表明：均壓環(huán)脫落造成機構(gòu)卡澀，使得單數(shù)擋對應(yīng)的主觸頭接觸電阻為正常情況下的4～20倍，雙數(shù)擋回路不通；機構(gòu)卡澀時，使得切換開關(guān)無法切換至雙數(shù)擋，而底部的極性選擇開關(guān)正常動作且屬于帶負荷動作，會產(chǎn)生觸頭電弧燒蝕。吊罩發(fā)現(xiàn)選擇開關(guān)最下面的C相7擋觸頭確實存在明顯的燒蝕痕跡，與油化試驗報告指出的中部油樣特征氣體含量遠小于下部的結(jié)果相吻合。

圖5 拉弧痕跡

主觸頭A上A下B上B下C上C下單數(shù)擋阻值/μΩ401468322477444462雙數(shù)擋阻值/μΩ367432427434466457

表7 主觸頭接觸電阻測試(均壓環(huán)放回原位置，機構(gòu)卡澀)

4)回路電阻測試：對選擇開關(guān)和本體繞組分別單獨進行了回路電阻測試，試驗結(jié)果均合格，說明繞組并未受到影響，這與現(xiàn)場所做高壓試驗結(jié)果一致。

4 故障原因分析

綜上所述，本次主變壓器事故是由有載切換開關(guān)均壓螺栓脫落，造成機構(gòu)卡澀引起。其事故發(fā)生過程推演如下。

在4月13日21:45擋位由7擋向6擋切換時，切換開關(guān)因下落的均壓環(huán)卡住槍機下滑塊，未能由“雙”切換到“單”，雖然擋位盤已顯示為6擋，但電氣上仍然通過選擇開關(guān)的7擋及切換開關(guān)的單極導(dǎo)流，選擇切換過程如圖6所示。

當由6擋向5擋切換時，首先選擇開關(guān)單數(shù)動觸頭由7擋向5擋轉(zhuǎn)動，因切換開關(guān)卡在單數(shù)極不能切換，故選擇開關(guān)帶電流拉開導(dǎo)致拉弧放電。

圖6 選擇切換過程

5 結(jié) 語

有載分接開關(guān)內(nèi)部機械零件及電動機構(gòu)電氣元件繁多，連接復(fù)雜。盡管產(chǎn)品在設(shè)計和制造時，對容易松動和故障的零部件采取了可靠的防振動、防松動及防脫落措施，如采用一次性防松動螺栓螺母。但在投入現(xiàn)場運行后，由于有載切換開關(guān)頻繁動作，長時間運行的積累效應(yīng)必將會導(dǎo)致螺栓螺母松動。這就需要檢修人員定期對螺絲進行檢查。

但由于對有載開關(guān)的內(nèi)部檢查需要吊罩，且需要主變壓器停電配合，因此通常只有在主變壓器進行大修時才可對有載切換開關(guān)進行檢查。這給定期檢查內(nèi)部螺栓是否松動帶來了困難，可以通過在線檢測技術(shù)的應(yīng)用加以解決。另外，為保證有載開關(guān)在頻繁調(diào)擋時的可靠性，必須嚴格把控有載開關(guān)質(zhì)量，并嚴格開展檢修工作。

當變壓器有載分接開關(guān)動作次數(shù)、運行時間臨近廠家規(guī)定值時，應(yīng)提前制定檢修方案和計劃對有載分接開關(guān)進行吊檢大修。檢查檢修過程中，應(yīng)重點檢驗螺栓、螺母和線夾緊固情況。觸頭是易磨損的部件，應(yīng)做好觸頭磨損記錄，隨時關(guān)注磨損程度，磨損嚴重的應(yīng)及時更換。