分接开关过渡电阻断线的交流测试方法

周宏伟，董 添，，刘 富

(1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春130021;2.吉林大学通信工程学院，长春130022)

分接开关过渡电阻断线的交流测试方法

周宏伟1，董 添1，2，刘 富2

(1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春130021;2.吉林大学通信工程学院，长春130022)

针对在实际运行中可能出现的过渡电阻断线问题，与直流检测方法相对比，提出了交流检测方法，如过渡电阻断线三相交流测试等。通过交流测试装置进行多次试验的结果表明，测试波形与直流法相比，具有交流法测试分接开关的过渡电阻断线波形解析唯一、分析方便等优点，极大地提高了故障诊断的准确率，具有很大的应用价值。

分接开关;交流测试;过渡电阻;电流间断

0 引 言

随着电力用户的不断增多，人们对供电可靠性的要求越来越高。电力法规定，电压偏移变动范围不得超过额定值的±5%［1］。为向用户提供电压质量合格的电力能源，我国自上世纪80年代后期在电网开始使用有载调压变压器。到2004年末，全国供电网有载调压变压器已占变压器总数60%以上。有载分接开关(OLTC:On-Load Tap Changer)是变压器调压的核心元件［2，3］，在实际运行中快速切换，对分接开关机械特性要求很高，由于调压次数的增多，一旦其中的某个部件出现故障，很可能导致主变压器及电网发生重大事故。OLTC故障占变压器总故障的比例居高不下，相关文献报道表明［4］，国外其发生率高达41%，我国也在20%以上。

传统的吊芯检查分接开关，需要大量的人力、物力，而且十分耗时，检测极不方便。后来人们根据变压器运行时的电压、电流等信息，对数据量进行监测，以发现有载开关及变压器是否存在故障。长期以来，研究人员多采用直流法检测分接开关。然而，直流法只能测试带有中性点的变压器，检测类型单一，同时波形解析不唯一，这就需要有经验的人员进行解析，而且经常出现误判断等问题，造成很大影响。有载分接开关是在变压器带负荷情况下能改变分接的装置。为保证在实际运行中电流的连续，在两分接中必须串接一个过渡电阻，以限制循环电流、避免分接间的短路［5］。过渡电阻断线是变压器有载分接开关中常见的电气故障，通常由于切换过程带电，使辅助触头上的过渡电阻长时间通电烧断［6］，对电力系统危害极大。如果过渡电阻在已烧断的情况下带负荷工作，不但会使负载电流间断，而且会在断口上及动静触头间出现全部相电压。该电压不仅会击穿电阻的断口，也会使动静触头断开时产生强大电弧，从而导致分接头短路，使开关烧坏，甚至导致整台变压器烧毁。因此，对过渡电阻的检查尤为重要。笔者采用交流法对分接开关过渡电阻断线故障进行检测，获得的波形具有解析唯一的特点，方便故障诊断。在电力系统变压器分接开关检测中，具有良好的应用前景。

1 分接开关的工作原理

有载分接开关，是一种为变压器在负载变化时提供恒定电压的机械装置，由选择器、切换开关和电动机构组成［7，8］。其基本原理是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，通过改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的，主要调节变压器二次测电压。

有载分接开关的基本技术要求:切换过程中负载回路不断路、不短路。为实现不断路，变压器两相邻抽头必须有一个短(桥)接过程。为实现不短路，在变压器两相邻抽头之间串联合适的电阻(或电抗)，这就构成了一个双电阻的过渡电路(见图1)。

图1 双电阻过渡电路Fig.1 Double resistance transition circuit

图2 为切换过程中某一相的过渡电阻随时间的变化曲线(R-t)，表1为开关与触头连接状态真值表(1表示接通，0表示断开)。滑动触头从1滑到2完成分接1到分接2的切换。其中，0～t0时刻将R1短路(见图1a);滑动触头到1′处，使电阻值达到R，滑动过程对应t0～t1(见图1b);滑动触头到1′与2′处，使其两个电阻并联，因为分接开关的两个辅助电阻通常相等，所以值为R/2，此时对应t1～t2时刻(见图1c);同理t2～t3对应图1d;t3时刻对应图1e。将R2短路完成一个切换过程。

图2 某一相过渡电阻随时间的变化曲线Fig.2 One phase transition resistance versus time curve

表1 开关与触头连接状态真值表Tab.1 Truth table of the switch and the contact of the connection state

2 过渡电阻断线测试装置

2．1 测试装置工作原理

使用单相220 V电压作为工作电源，将单相电源变换为三相400 V标准试验用电源，送到需试验的变压器。电压电流传感器通过数据采集系统对输出的试验电流、电压作高速采集，传输到信息处理模块，由信息处理模块对这些信息量与自身实时更新的基础信息量进行比较，捕捉试验系统的瞬变点，将其前后一定范围内的信息存入记录卡，并在屏幕上显示局部波形。测试装置原理框图如图3所示。

图3 测试装置原理框图Fig.3 Block diagram of the test device

2.2 装置各部分功能

1)供电电源开关。它是装置供电的主开关，给机内电源模块、主机电源和风扇提供220 VAC电源。

2)内部电源模块。电源模块功能是完成单相交流的AC-DC-3AC过程，能提供50±5 Hz的变频范围，为标准测试电源，电源功率为300～1 500W，3AC变压器进行升压，3AC无源滤波器将有害高频去掉。其原理框图如图4所示。

3)外部电源接口。该装置为用户提供自备电源的输入接口，分别为电压测量接口与电流测量接口。

4)控制开关。它是手动双向开关联动开关，通过切换选择采用机内电源还是机外电源，如选择机内电源，则给逆变器供电。控制开关是实现机内、机外电源安全切换、机内电源启停、频率调整，不同试验方法传感器切换、采集通道共享的控制元件。薄膜按键部分由专门的电路板处理，OC(Open Collector)门电路驱动继电器部分和数字I/O部分与信号调理PCB(Printed Circuit Board)板整合，手动双向开关联动指示，可清晰表明试验方法与试验状态。

5)有载调压开关被测接口。提供多种试验方法的接线接口连接传感器与被测设备，需要根据现场实际情况选择使用不同接口。

6)电压电流传感器。在试验环境下，通常存在不需要的噪声干扰，为使测量数据更接近真实值，最终选择小型磁隔离型传感器。

7)采集板。选用高速同步多通道采集［9］，同步采集消除延迟;减少通道间的采集间差，采用同步采集板和隔离型传感器，并且基于高速采集需要，每通道200 kbit/s，使用双电源跟踪供电，与滤波PCB板以及与之匹配的滤波电路结合。

8)主处理器。CPU型号为主频2.4 GHz、内存2 GByte的工业主控板卡。负责数据采集、分析、显示、打印、存储等程序的调度运行。

图4 内部电源模块的原理框图Fig.4 Block diagram of the internal power supplymodule

3 过渡电阻断线波形图

3.1 无缺陷开关测试波形

机内电源三相测试波形如图5(电压400 V)所示。对应的直流测试波形如图6所示。

笔者将交、直流测试波形进行对比分析。交流测试波形反映出了两侧过渡电阻工作的连续性，中间跳跃部分是开关过渡电阻桥接时的电流突变过程，三相过渡过程明显。交流波形出现毛刺的原因是机内电源中点未接地，在后续的测试中机内电源中点接地后，交流波形的毛刺消除。直流测试的波形则以C相波形为最接近正常的测试波形;A相没有反应;B相对应于C相分析，可认为:

1)中间突出部位为过渡电阻桥接过程的开始;

2)受C相测试电流变化影响的局部波形改变。

说明直流测试波形无法反应开关的动作过程，交流测试波形则证明开关交换过程无异常。

图5 分接开关无缺陷交流测试波形Fig.5 AC testwaveforms of tap-no defects

图6 分接开关无缺陷直流测试波形Fig.6 DC testwaveforms of tap-no defects

3.2 过渡电阻断线测试波形

机内电源三相测试波形如图7所示。对应直流测试波形如图8所示。

图7 过渡电阻断线三相交流测试波形Fig.7 Phase AC testwaveforms of break transition resistance

图8 过渡电阻断线三相直流测试波形Fig.8 Phase DC testwaveforms of break transition resistance

笔者将交、直流测试波形进行对比分析。交流测试量表明:1)三相最大不同期时间2.88 ms; 2)三相开关过渡电阻桥接时间，其中A相开关过渡电阻桥接时间9.51 ms，桥接过程中，各相开关动作顺序正常，过渡电阻接入正常;3)A相开关断流时间39.92 ms;4)开关过渡电阻开始桥接至A相恢复电流正常时间50.43 ms;5)B、C相开关动作及过渡电阻工作正常。直流测试量表明:1)A相开关断流约41 ms;2)B相开关动作中间有约7 ms的跳跃振荡。

机内电源单相法测试波形如图9所示。图9为单相(A)波形，可看出与三相波形相同。

机外电源零序法测试波形如图10所示。图7、图8与图10为同一台分接开关不同试验方法获取的不同波形，图10为交流零序实验波形，波形显示分接开关切换后半桥发生时长39.92 ms断流过程，在此之前有一次3.30 ms时长断流过程。电流第1次断续到恢复正常用时53.91 ms，相当于分接开关切换的全过程。

图9 过渡电阻断线单相交流测试波形Fig.9 Single phase AC testwaveforms of break transition resistance

图10 交流零序法实验波形Fig.10 Experimentalwaveforms of AC zero-sequencemethod

4 结 语

针对实际运行中分接开关的过渡电阻断线问题，笔者分别采用三相法、单相法及零序法进行实验。可以看出，交流法可以对单相变压器有载调压开关动作特性进行测试，而现有直流法不能对其测试。通过实验对比可知，交流法测试结果的解析是唯一的，所做出的结论具有终裁性，并且交流法测试最接近实际运行工况。

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(责任编辑:刘俏亮)

AC Test Method of Tap Changer Transition Resistance Broken

ZHOU Hongwei1，DONG Tian1，2，LIU Fu2

(1.Electric Power Research Institute，Jilin Province Electric Power Company Limited，Changchun 130021，China; 2.College of Communications Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China)

For the transition resistance broken problem in actual operation，we describe the composition and working principle of tap changer.Compared with previous research papers，AC detection method is proposed. AC test device through several tests，testwaveforms compared with current law hasmore advantages.ACmethod to test the transition resistance breaking wave of tap changer has a unique analyzing result and facilitate the analysis，which greatly improves the accuracy of fault diagnosis.Itwill have a great value in practice.

tap changer;AC test;transition resistance;current interruption

TM403.4

A

1671-5896(2015)04-0397-05

2015-04-22

吉林省科技厅基金资助项目(2013030657HJ)

周宏伟(1971— )，男，吉林松原人，国网吉林省电力有限公司高级工程师，硕士，主要从事电力系统自动化及电力设备故障诊断研究，(Tel)86-15948321660(E-mail)zhlaopang@netease.com;通讯作者:刘富(1968— )，男，吉林农安人，吉林大学教授，博士生导师，主要从事模式识别研究，(Tel)86-13610708679(E-mail)liufu@jlu.edu.cn。