楔形无励磁分接开关及其典型故障分析处理

汪一雄，方毅平，董卓，刘秋平，尹旭

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南 长沙 410015)

楔形无励磁分接开关及其典型故障分析处理

Analysis and treatment of wedge-type off-circuit tap-changer and its typical failure

汪一雄，方毅平，董卓，刘秋平，尹旭

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南 长沙 410015)

分析楔形无励磁分接开关烧损故障产生的原因，为避免故障再次发生，给出一种档位调整的有效方法，并结合110 kV变压器无励磁分接开关故障案例，对故障分析流程、现场吊罩检修注意事项进行分析和讨论。

分接开关；无励磁；故障

随着社会经济的发展，对于电力系统安全稳定性的要求也越来越高，电能不足或质量不佳以及停电等都将直接影响国民经济的发展和人民的日常生活，因此保障供电的可靠性、电能的良好质量以及电力系统运行的稳定性显得尤为重要。

楔形无励磁分接开关作为一种调压装置，已被广泛地应用于大型电力变压器及配电变压器上，与其他类型的无励磁分接开关相比，它具有操作力矩小、触头接触压力大、质量稳定、价格低廉等优点，但是，其自定位能力差，调节时手感不强，调节方法不当时，易出现调整不到位情况，影响设备安全运行〔1〕。文献 〔2－3〕 中列举的多起楔形无励磁分接开关故障案例，均是由于档位调整不到位，造成分接开关触头烧损严重影响变压器的安全运行。

文中结合楔形无励磁分接开关的工作原理、结构特点分析其典型故障产生的原因，并结合实例分析和讨论。

1 结构特点及工作原理

如图1所示，楔形无励磁分接开关有6个档位，5个使用档和1个空位档，其档位的调整顺序为:Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ、空挡，…。操作机构主轴顺时针旋转300°，将通过偏心推进机构带动动触头逆时针旋转60°，调整一个分接档位，主轴齿轮上的数字也将指示分接开关当前档位，同时，与之咬合的定位齿轮将旋转360°，从而通过定位销与定位孔配合，指示分接开关的定位情况。

图1 楔形开关原理图

楔形无励磁分接开关的操作机构，如图2所示。无励磁分接开关机构内部，固定于动触头机构上的制动钉与固定于偏心轴上的凸轮配合构成定位装置，一次档位调整过程中，制动钉随动触头逆时针旋转60°，而凸轮随主轴顺时针旋转300°，因此它们之间相对旋转360°，从而保证动触头与定触柱每次都能紧密接触，处于最佳工作位置，实现准确定位， 如图3所示〔4〕。

图2 分接开关的操作机构

图3 制动装置示意图

2 典型故障及产生原因

楔形无励磁分接开关的常见故障包括:触头接触不良导致发热、档位变动异常、操作机构不灵，不能实现分接变换等。其中，触头接触不良导致发热，是无励磁分接开关最典型、最常见的故障〔5〕。

变压器正常运行时，楔形无励磁分接开关触头在变压器油箱内部，无法直接观察档位及定位情况，只能通过其操作机构上的档位及定位指示间接确定分接开关的状态，由于齿轮的配合公差以及制造误差，定位指示将存在一定的偏差 (相差约1°〔6〕)，因此定位指示正确时，制动钉与凸轮的配合仍然不到位，可能是不到正确位置或者超过正确位置，当不到正确位置时，制动钉没有超过凸轮的限位，当超过正确位置时，凸轮和制动钉之间有间隙，2种不正确位置状态均会导致动触头与定触柱的接触压力减少，造成接触电阻增大，变压器正常运行时，触头处将异常发热，严重时发生触头烧损的事故，危害变压器的安全稳定运行〔7〕。

楔形分接开关的自定位能力差，档位调节时的手感不强，仍然采用鼓型分接开关的档位调整方法容易造成档位调整不到位，因此针对楔形开关，应在定位指针螺孔对正后，继续将主轴顺时针旋转一个小角度 (推荐超过度数在10°左右)，确保制动钉能够超过正确位置，然后逆时针旋转主轴，直到遇到明显阻挡，此时制动钉与凸轮紧密接触，开关调整到位。

3 故障案例处理与分析

3.1 故障概述

故障变压器为湖南省某110 kV变电站1号主变，型号为SFSZ8－31500/110，额定电压为110±8× 1.25%/38.5±2×2.5%/10.5，联结组别号YNynod11，110 kV高压侧采用有载调压方式，35 kV侧为无载调压。该变压器总重52.7 t，绝缘油重13.8 t，变压器安装后，已由相关单位按国家颁布的有关交接试验规程进行了试验，结果均合格。该台主变于2014年06月26日遭受雷击，引起35 kV侧近出口短路，造成本体轻瓦斯发信，同时差动保护动作跳开断路器开关，变压器停运。现场吊罩后发现，中压A相无励磁分接开关动触头接触面严重烧损、与动触头接触的两定触柱接触面也都有烧伤痕迹，如图4所示。

图4 故障后A相无励磁分接开关

3.2 故障试验数据分析

故障发生后，试验人员于2014年06月27日对该变压器绝缘油进行了色谱分析，其测试结果见表1。同时，还进行了其他必要的试验项目，包括直流电阻、短路阻抗、变比和绕组变形等。

表1 绝缘油色谱分析结果

根据表1中的绝缘油色谱分析结果，对比故障前后试验数据，发现故障后C2H2含量明显上升，并超标，H2和总烃含量明显上升，CH4、C2H4以及C2H6则均有不同程度的上升，利用改良三比值判断〔9〕，其故障编码为102，说明变压器故障时发生了低能放电。故障后其他几次油色谱分析结果与此结论一致。

直流电阻测试结果见表2。由于A相无励磁分接开关触头烧损严重，动触头与定触柱已无连接导通，故A相直流电阻测试结果异常。除此以外，变压器高－中、中－低侧所有档位的短路阻抗测试结果，以及中压侧比低压侧的变比测试结果也均指向中压A相绕组存在断相。

表2 直流电阻测试结果 (部分) mΩ

需要特别说明的是，变压器绕组变形的测试结果显示中压 A相绕组的低频段存在严重变形〔9〕，如图5所示。文献 〔10〕中指出，绕组变形测试低频段主要反映的是绕组电感的变化情况。中压A相分接开关烧损出现断路，可视为某一匝线匝的电感感抗值明显增大，导致低频段存在严重变形，因此利用绕组变形测试结果对绕组状态进行判断时，应首先排除分接开关的影响。本次无励磁分接开关故障消除后，再次进行绕组变形测试的结果正常，未发现中压A相绕组变形。

图5 中压绕组绕组变形测试结果

3.3 故障发展过程推断

根据故障后的试验结果推断，该台变压器在遭受雷击前，35 kV中压侧A相楔形无励磁分接开关触头接触即已存在接触电阻偏大的隐患，形成质量薄弱点，当35 kV侧发生近出口短路时，短时间内流过触头的电流激增，触头上发热十分严重，温度不断上升，直至将动触头及定触柱严重烧损，并进一步发展为触头间的低能放电，此过程中伴随有大量气体产生，造成了变压器本体轻瓦斯发信，同时差动保护及时动作将三侧断路器跳开，避免了内部故障进一步扩大。可见，无励磁分接开关应档位调整不当，有时并不直接造成分接开关烧损，而是当短路大电流产生时，才发生故障。

3.4 故障处理及检修注意事项

由于中压A相无励磁分接开关绕组烧损严重，已无法正常使用，必须予以更换，同时考虑到该台变压器的分接开关使用年限较长，因此决定对A，B，C三相的无励磁分接开关均进行更换。为保证检修质量，更换分接开关过程中应特别注意以下几点:

1)无励磁分接开关的额定电流应符合要求。2)无励磁分接开关外形尺寸应与原开关保持一致。

3)绕组抽头线径与开关引出线径一致，保证冷压接头尺寸合适，压接紧密。

4)接线处的绝缘包裹应符合相关标准要求。5)无励磁分接开关上端引出线的固定位置应考虑落罩后操作轴的安装空间。

6)冷压接线前后，均应通过直阻及变比试验确保冷压接线正确。

7)落罩后，应通过直阻及变比试验确保新开关的位置与操作机构指示一致。

A，B，C三相无励磁分接开关更换完毕后，包括绕组变形测试、直阻测试等在内的所有高压试验及油化试验结果全部合格，变压器重新投入运行，到目前为止，变压器运行状态良好。

4 结语

目前，楔形无励磁分接开关大量运用于变压器的无载调压中，因楔形无励磁分接开关档位调整方法不当或调整不到位而造成的分接开关烧损，甚至导致变压器被迫停运的故障时有发生，因此了解楔形无励磁分接开关的结构特点、工作原理，掌握楔形无励磁分接开关档位调整的正确方法，有利于减少分接开关故障的发生。

同时，还应注意到无励磁分接开关发生故障对绕组变形结果的影响，利用绕组变形测试结果对变压器绕组状态进行判断时，应首先排除分接开关的影响。

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10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.012

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1008-0198(2015)02-0041-03

汪一雄 (1988)，男，湖北黄石人，助理工程师，主要从事变压器及其附件的检修和维护工作。

2014-09-30