大型电力变压器M型有载开关动作特性试验及缺陷案例分析

刘连升，闫佳文，刘 哲，刘廷众，冀 辉

（1.国网衡水供电公司，河北 衡水 053000；2.国网河北省电力有限公司培训中心，河北 石家庄 050000）

0 引言

有载分接开关动作特性试验是大型电力变压器重要试验项目，通过该试验所测得的切换波形可以检测切换开关能否正确动作，从而判断有载分接开关是否存在触头动作异常、过渡电阻及其引线故障、触头烧损、弹跳时间、动静触头油膜等缺陷［1］。本文介绍了现场进行有载分接开关动作特性试验的原理和方法，并对通过动作特性试验发现的分接开关过渡波形异常案例进行了分析。

1 有载开关动作原理

常见有载开关有组合型（M型）和复合型（V型），根据通断容量区分，M型有载开关常用于110 kV及以上的大容量变压器，M型有载分接开关由切换开关、切换开关油室、带极性的选择开关组成。选择开关为鸟笼形状的外套内引的套轴结构，内部装有定触头和桥式动触头，如图1所示。

图1 M型有载分接开关动作原理图及结构图

有载调压开关的作用是在切换过程中需保证不中断变压器线圈中通过的电流，同时还要保证两分接头之间的一段线圈不发生短路，所以在有载电压切换过程中采用一种过渡电路，此过渡电路中装有用于限制电流的过渡电阻元件［2］。

2 过渡波形简介

变压器有载分接开关一般有单电阻过渡和双电阻过渡，少数开关由多电阻过渡，电阻数量的选择与开断容量有关，电阻个数越少，开断容量越小，目前110 kV、220 kV多采用真空的双电阻过渡，其过渡过程其过渡波形如图2、3所示。

图2 单电阻过渡波形

图3 双电阻过渡波形

单电阻有载分接开关在长时间燃弧后，过渡过程中动、静触头都会严重烧蚀，动、静触头的宽度会变小，该种有载分接开关的电寿命较短。

双电阻有载分接开关在长时间燃弧后，过渡过程中动、静触头也会出现烧蚀，出现麻点，该种有载分接开关的电寿命较长［3］。

3 过渡波形异常案例分析

3.1 案例1

2018年1月，某220 kV变压器经过返厂大修。大修前，试验人员对有载开关进行试验，试验结果无异常。2月份，变压器在变电站安装完毕，试验人员对有载开关进行直流动作特性试验，发现多个档位的过渡波形出现较长时间的电流过零现象，同时测得多个档位的过渡电阻数值不符合要求，且数据变化无规律，测试结果如图4所示。

图中档位分别为2至1档、1至2档、3至4档、4至5档，每小格代表1 ms，电流为1A。

图4 档位在档间切换时的波形

经查证，该变压器返厂大修期间，厂家只对绕组进行检修，并未对有载开关进行清洗，只是在吊出后进行外观检查。变压器组装完毕后，有载开关并未清洗，在带有氧化层的情况下，直接对有载开关、铁心、绕组进行连续72h烘干，温度保持在110～140℃之间。

该有载开关在站内解体后发现，该灭弧室为油式灭弧结构，动、静触头及开关本体表面氧化层较厚，污秽严重。触头表面由于电弧灼伤形成的麻点较多，因此更加重了油膜的附着性。

有载开关解体后，并未发现触头松动，但通过万用表测量过渡电阻，电阻数值不稳定，推断引线与过渡电阻连接处接触不良，因此，动作特性试验不合格的原因为：厂家未对有载开关进行清洗，在外表面带有较多氧化层的情况下，进行长时间高温烘干，加重了油膜的附着力，进一步使动、静触头接触不良；触头与过渡电阻连接引线接触不良，造成过渡电阻及波形测试结果不合格。

有载开关厂家人员在现场对开关进行清洗和引线更换，最终试验合格，如图5所示。

图5 有载开关清洗检修后试验结果

3.2 案例2

某110 kV变电站主变例行停电试验，试验人员所测得有载开关波形如图6所示，根据波形判断为单电阻有载开关过渡波形，由图中可以看出U、W相过渡完好，且同期性较好，但V相在过渡到一半时，出现长时间过零。

图6 某110 kV主变有载过渡波形

根据上述原理分析，推断该有载开关V相过渡时的动触头存在断裂。后经检修人员吊罩发现，该有载开关切换部分的V相动触头出现断裂，经修复后，试验合格。

3.3 案例3

某110 kV变电站主变交接试验，试验人员所测得有载开关波形如图7所示，该有载开关为双电阻过渡波形，U、V、W三相过渡较平滑，且连续性、同期性都较好。但三相在最后一次弹跳，出现短暂过零，过零时间约为3 ms。

图7 某110 kV主变有载过渡波形

根据《变压器有载分接开关现场试验导则》（DL／T265）的相关规程：直流测试波形出现的少量电流跳跃、短时间电流过零、开关切换过程电流无变化现象，不应做为分接开关存在缺陷的依据。该现象不应判断有载开关存在缺陷，目前，对于弹跳时间，并无相关统一标准，各厂家依据自己的标准进行控制，一般不超过4 ms。因此，判断该有载分接开关试验合格。

4 结论

1）关于动静触头间油膜。实践表明，试验前通过多次调档转动分接开关，并不能完全消除触头处油膜的影响，特别是运行时间较长的变压器，动静触头处在多次切断电弧后，已形成大量麻点，电弧产生的杂质形成较厚的油膜积聚在触头上，必然造成试验不合格，影响正常运行。因此，试验中发现过渡波形不合格时，在排除剩磁的影响后，如果试验仍不合格，应进行吊检。

2）关于触头弹跳时间。触头在短时间内多次撞击，按顺序完成多次弹跳，必然造成曲线出现跳跃。根据 《变压器有载分接开关现场试验导则》（DL／T265）：（1）试验分接变换程序的波形应连续圆滑，无断流、跳跃现象；（2）直流测试波形出现的少量电流跳跃、短时间电流过零，不应做为分接开关存在缺陷的依据。在弹跳阶段，出现短暂的过零，只要控制在一定的范围内，不应视为不合格。关于弹跳的时间，并没有相关国标或规程规定，各个厂家有各自的标准，当开关带电运行时，弹跳的距离极短，约为2～4 ms，此时已被电弧连接，对运行没有影响，过度追求波形曲线平滑是个误区。

因此，试验人员应注意根据有载开关的类型，根据过渡波形的连续性、同期性，并结合弹跳持续时间，综合判断有载开关是否合格。