MR M型有载分接开关连续调档故障分析与处理

张小宝

（马钢奥瑟亚化工有限公司，安徽马鞍山 243000）

前言

有载分接开关是调整电压的一种有效技术措施，是有载调压变压器的关键设备，近年来在供电网络、工业冶炼、电解行业中得到广泛应用。变压器是根据电磁感应原理，实现能量传递的静止电气设备，而有载分接开关是其中的唯一运动部件，有载分接开关的工作状态，是变压器的运行质量的重要表征，有载分接开关的检修质量，也是变压器可靠、安全运行的重要基础。所以研究有载分接开关的工作原理，对于维护好变压器的安全稳定运行显得尤为重要。

马钢某厂一座300 t LF 炉，炉用变压器使用的是德国MR公司的M III 600Y型有载分接开关，以此调节输出的电压，从而控制LF炉的输出功率。投产运行后不久发现，远程控制下有载分接开关偶尔发生故障，没有到达设定位置就已经停止运行。

通过基于德国伊霸（iba）公司PDA 信号采集软件，此软件的采样周期可以调整到1 ms，完全满足PLC 的信号监测，发现了有载分接开关远程控制下故障的原因并处理。

1 有载分接开关工作原理

变压器二次侧感应电动势的大小与一二次侧绕组匝数之比成正比，当一台无分接开关的变压器制作完成后，其一二次绕组匝数之比是固定的，变压器的变比也是固定的。但如果是一台调压变压器，这就要配合使用分接开关，其原理是在一次侧（高压侧）改变绕组匝数，抽出多个绕组抽头，这些抽头被称为分接头，电路图如1所示。

按照分接开关操作时有无励磁或负载分为：有载分接开关（OLTC）、无励磁分接开关（OCTC）。有载分接开关是在变压器励磁或者负载状态下，可进行调节变压器高压侧绕组分接头连接位置，从而改变变压器低压侧输出电压。

图1 有载分接开关原理图

M III 600Y 型，M 表示采用电阻过渡的组合式开关，分接开关和分接选择器是组合安装的，优点是选择器使用寿命长，切换芯子易于更换和保养，设备的额定电流最大可达4500 A，最大额定电压可达362 kV。III 表示分接开关是三相开关，600 表示分接开关最大通过电流为600 A，Y表示连接方式为Y型连接。

M 型有载分接开关是属于组合式开关，它由分接选择器、切换开关和电动结构（ED机构）组成。为防止切换中产生的污油与变压器油箱内清洁油相混合，切换开关安装在一个独立的油室内，它与变压器油箱相互独立，分接选择器安装在变压器油箱内。通过切换开关筒底齿轮机构的基底和分接选择器槽轮机构的支座进行机械连接，通过联结导线进行电连接。

2 有载分接开关动作过程

M 型有载分接开关采用双电阻过渡的循环法，电弧触头变化过程采用一种被称为“1-2-1”的程序。

(1)正常运行前动触头先接触主触头和主通断触头，负载电流In通过主触头输出。

(2)主触头MCa 断开，负载电流In转经主通断触头MSCa输出，过渡触头TCa闭合。

(3)主通断触头MSCa 断开，产生一电弧，该电弧在电流第一个零位熄灭，在主通断触头MSCa 断口处恢复电压U=InR，负载电流经过渡电阻R，从过渡触头TCa输出，输出电压降落到U=U1-InR。

(4)过渡触头TCa和TCb同时接通，构成桥接，产生一循环电流IC=US/2R，循环电流的大小受过渡电阻R 的限制，触头TCa 通过的循环电流和负载电流同方向，而使过渡触头TCa的通过电流增加，一般认为负载电流平均流过触头TCa 和TCb，则过渡触头TCa通过电流为：

输出电压又降落到：

(5)过渡触头TCa断开，产生一电弧，此电弧在电流过零时熄灭，于是在过渡触头TCa 断口处产生恢复电压：

输出电压变化为：

(6)主通断触头MSCb闭合，并通过负载电流In。

(7)过渡触头TCb 断开，主触头MCb 闭合，并接通负载电流In，输出电压从U1降落到：U=U1-US。

至此一次分接变换操作结束。

3 ED机构运行分析

ED机构是有载分接开关的传动机构，属于模块化设计,包括传动系统和控制机构，传动系统是电机带动单根皮带传动，一次分接操作都是转16.5 圈（=手摇把转33 圈），控制机构主要有：凸轮盘、凸轮节点、电气限位开关，其功用是控制在调压变压器中将有载分接开关的工作位置调整到运行要求的位置，分接变换操作是由电动机构开始动作来启动的。这一操作一旦启动便一直进行，不论在此操作期间是否又对它发出了另一个控制脉冲。只有在电动机构走到它的静止位置后才可能进行下一个分接变换操作。

如图2 所示，Q1 是电机保护开关，K1 和K2 是ED 机构电机的正反向接触器，F2 是电压监视继电器，S6A 和S6B 是有载分接开关的最大行程限位开关，S8A 和S8B 是手动摇把的限位开关，当插入摇把，将会断开电动主回路。

（1）当Q1 保护开关合闸，S32 是远程/就地选择开关，分接变换操作由外部命令给定，或者是由S3升降旋钮给定，这样分接操作变开始运行，这里以升档为例来分析，S32 选择就地，S3 的1/2 常开点闭合发出脉，K1 线圈得电，K1 的53/5 起到自锁，K1 的21/22 起到电机正反转互锁，K1 的61/62 常闭点打开，83/84常开点闭合。控制电路如图3所示。

图2 ED机构电气主回路

（2）一次分接操作，机构旋转33圈，在旋转到第3 圈结束的时候，凸轮开关S2 的NO 点闭合，从而继电器K37 线圈得电。由于K20 的83/84 断开，而K1的61/62 已经断开，所以Q1 保护开关不会脱扣。控制系统在第4 圈开始检查，K1、K2 和K20 的状态，如果有一个不对，都会造成Q1保护开关的脱扣。这样设计的目的，是为了防止K1、K2 的接点粘住不能释放等。

（3）第4 格之后，凸轮开关S14 开始动作，S14 的NO 点闭合，接通K1 的自保电压，与K1 的73/74 并联，第4 格之后，凸轮开关S1 的NO 点闭合，步骤（2）的第一次检查结束。

（4）第4.5 格之后，凸轮开关S13A 的NO 点闭合。

（5）在第6 格和第7 格之间，S37 的NC 点闭合，这样K20接触器线圈通电。

（6）在第29 格结束的后，S2 的NC 接通，NO 断开，在第29 格和30 格之间进行检查，如果这是K20不得电，将会造成Q1脱扣等。

（7）第30 格之后S1 动作，NO 闭合，步骤（6）中的检查结束，同时释放K37线圈，K37的21/24断开，21/22 闭合，K20 接触器线圈通过S13A 的NO 接点继续通电。

图3 ED机构控制原理图

（8）第30.5 格之后，S13A 被释放，NC 闭合，这时由于S37在NC状态，所以K20继续保持通电。

（9）第31格之后，凸轮开关S14被释放，NC点闭合。K1 和K20 被释放，电动机构会继续走约2 格之后，操作结束。

（10）控制脉冲消失后，施加新的控制脉冲，新的操作才能开始。

4 故障分析与处理

马钢300t LF炉有载分接开关故障现象是：连续调档在没有到达设定档位时，开关就停止下来，而且再次给出脉冲信号也无法启动，转换成手动机械驱动正常。

这个故障通过MR 公司专家分析，判断为U8 单元模块故障，U8 模块是一个A/D 模数转换模块，它把有载分接开关ED 机构档位的模拟量转换为数字量信号，传送给后台PLC。但是在更换U8模块后故障依然存在，这就说明故障原因还没有查找到。通过西门子WINCC 软件，无法判断连续调档中断的原因。

通过ibaPDA 软件采集的信号发现，有载分接开关反馈信号到PLC 系统后，PLC 没有相对应的输出运行脉冲，如图4 所示。其中TAP_IN_OPETATION是有载分接开关反馈给PLC 系统的信号，接受到这个脉冲信号后，正常时PLC 会输出一个运行脉冲信号，这样机构会进行下一个档位运行。通过机构电气柜内检查，我们在ED机构柜内看到K20接触器不释放，检查发现是因为PLC 程序输出脉冲一直存在，造成K20自保不能释放。通过控制电路图，我们可以看到，如果K20 不释放，K1 和K2 是无法吸合。就算有PLC 输出运行脉冲信号，有载分接开关也不会继续下一个档位运行。

通过进一步的研究分析，每一个档位运行结束时K20 不能释放的原因是：有载分接开关每运行一档，ED 机构内的齿轮盘会旋转33 圈，根据设计K20会在第31.5 圈的时候释放，如果PLC 输出脉冲在31.5 圈前给出，就会造成K20 自保从而不能释放，K20不能释放，就算运行脉冲信号一直存在，有载分接开关K1和K2由于电气连锁无法动作。因为反馈脉冲和输出运行脉冲的时间都很短，所以只有通过高速信号捕捉软件才能检测到。

采用处理的方法是在PLC 程序中增加扩展脉冲，输出的运行脉冲信号只持续200 ms 必须断开，这样K20就会稳定释放，正常运行信号如图5所示。

图4 故障时的数据采集

图5 正常时的数据采集

5 结束语

有载分接开关主要用于电力系统中稳定负载电压、联络电网、挖掘设备无功和有功出力，以及调节负荷潮流等功效，在变压器上起到调节电压、电流和功率的作用。特别是冶金电弧炉和LF 炉大量应用，有载分接开关得故障量也成快速增涨，炉用特种变压器作为电弧炉和LF炉的核心设备，而有载分接开关又是变压器的核心，保障其可靠运行，促进系统的安全稳定性，对于炼钢生产至关重要。所以深入研究有载分接压开关结构及工作原理，熟悉掌握其常见故障处理，已经成为保证生产和电网安全运行必须技能。