220 kV变压器有载分接开关故障与排除方法研究

王 超，朱宜东，陈克文，张 彦

（国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东枣庄 277101）

1 变压器有载分接开关检修的意义

有载分接开关是有载调压变压器中的可动部件，是维持其安全运行的重点。借助有载分接开关的准确动作，就能在减少电压大幅度波动的基础上，建立强制分配负荷潮流的控制模式，从而更好地评估设备的无功出力和有功出力，维持电力系统运行的稳定性和安全性。随着有载调压变压器数量的增多，电网中有载分接开关的故障也在增加，为此，要全面落实变压器有载分接开关检修工作，更好地提升电网调度的灵活性。在开展制造质量、运行情况以及检修操作的过程中，要结合实际情况选取适当的处理方式。全面落实状态监测技术方案，为设备维修合理化、规范化以及科学化提供保障，减少隐患问题留存造成的不良影响，共同打造良好的作业环境，适应电力系统高质量、高可靠性运行的基本要求[1]。

2 220 kV变压器有载分接开关故障排除流程

为有效提升有载分接开关动作的可靠性，在故障排除工作中，要结合其运行情况落实规范化作业方案，保证相关检测内容和排查环节更加贴合具体需求。

（1）220 kV 变压器有载分接开关工作过程中，固体绝缘材料以及绝缘油长时间受到电场环境、温度参数、湿度参数等因素的影响，难免会出现绝缘能力老化以及结构损坏等问题，此时，渗入的绝缘油会产生两种不同的溶解气体，变压器处于工作状态下，渗入绝缘油产生的是正常工作裂解气体和故障导致的裂解气体，利用相应气体的判定就能初步设置相关的故障排除操作方案。

（2）要对油中溶解的气体以及具体的扩散过程进行仿真分析，借助ReaxFF 力场对其构建绝缘油模拟体系分子动力学模型，配合计算机模拟技术分析环节完成溶解气体扩散的分析，并及时了解扩散特性和扩散机理，更好地实现统一分析和评估工作[2]。

（3）搭建对应的试验分析平台，为更好地模拟变压器有载分接开关典型放电试验，搭建具体的变压器有载分接开关矿物油绝缘气隙局部放电特性物理模型，从而借助监测平台及时获取相关数据信息和内容，配合恒压法实现实时试验分析评估，着重完成不同气隙放电阶段电信号以及油中溶解气体含量的采样分析工作，并结合采样内容总结具体的特征信息，更好地实现综合评估。

（4）在完成故障状态下油中溶解气体诊断工作的基础上，结合获取的数据信息绘制特征气体诊断图。

（5）设置无编码比值诊断法诊断流程，主要是借助无编码比值法针对变压器有载分接开关电故障、热故障开展评估和诊断，最大程度上保证分析环节的准确性，也能提高诊断准确率。

3 220 kV变压器有载分接开关故障与排除方法

该变压器以某地区220 kV 变电站主变有载分接开关为例，凌晨出现重瓦斯动作，随即220 kV 侧开关相继跳闸，并且，主变处于失电状态。在故障出现当天，操作人员对主变设备进行了调档处理，在故障跳闸问题出现前，有载分接开关压力释放阀出现动作，而在跳闸问题出现后，有载分接开关表现为油位异常、轻度瓦斯动作告警。

3.1 基本情况

案例中220 kV 变电站选取的变压器型号为OSSZ11-180000/220，于2019 年投入使用。变压器结构主要为三相共体模式，额定电压分别为220 kV、115 kV 以及10.5 kV。对应的有载分接开关工作分接为止为19档，配置了极性切换档位控制模块，借助机械联动的方式完成三相共体处理，截至设备出现异常，有载分接开关共完成了6000次开启和关闭作业[3]。

3.2 现场检查

为保证综合评估工作以及后续故障原因分析工作都能顺利落实，要践行规范化检修管理方案，对现场进行集中检查，及时发现问题及时处理，以确保统一控制环节的科学性和合理性。

3.2.1 外观检查

主要是对现场具体情况进行了全面的检查和数据信息汇总，主变靠近A 相的邮箱壁存在较多的油迹，并且，有载分接开关的油枕油位指示数值为0，A 相有载分接开关油室的顶盖出现了较为严重的破损问题，压力释放阀也表现为竖起状态。而对应的B 相有载分接开关和C 相有载分接开关、变压器本体压力释放阀均未出现相应动作，外观也表现正常[4]。

3.2.2 吊芯检查

为更好地评估有载分接开关故障问题，要对其进行吊芯检查作业。而在吊芯检查工作开始前要进行电气试验，故障出现后，工作人员完成了油色谱、直流电阻、绕组联通套管介损等一系列数值的测试，配合完整的诊断性试验分析，其中，油色谱数值异常，其他参数均满足运行规范。表现为事故当天主变的中部位置以及下部位置检测的乙烯气体含量浓度超标，在事故第二天，乙烯气体在主变中扩散，上部、中部以及下部的浓度参数较为相似。

完成电气试验后，操作人员集中拆除了A 相有载分接开关油室的顶盖位置，以便有效实现完整的吊芯检查评估，此时发现，切换开关油室内变压器油出现了较为严重的碳化问题，随之吊芯变黑，并且还发现了大量因熔融作用产生的细小金属颗粒和粉末，切换开关芯体三组有载分接开关也出现了不同程度的烧蚀问题[5]。为进一步了解故障问题，操作人员还对均压环、绝缘传动轴等进行了检查，并没有变形和破损等问题。芯体内部链接线检查过程中发现，转换开关和真空管之间的连接导线存在接头熔断的问题，导线固定螺栓松动。随后，对B 相有载分接开关和C 相有载分接开关也进行了吊芯检查，发现仅仅存在轻微污染问题，主要是由于A 相变压器油喷射或者是扩散造成。

3.3 故障原因分析

检查工作结束后，作业人员综合了相关检查结果，判定220 kV 变电站有载分接开关故障的主要原因是家族性缺陷停电处理，在更换转换开关后连接导线的螺栓没有紧固到位，使得档位切换作业后出现了较为严重的松动，接触电阻数值增加，造成事故。

（1）在事故发生前，作业人员对设备进行了调档处理，执行9b 档到9c 档升档的过程中，转换开关连接导线螺栓出现了松动，此时，使得接触电阻数值增加，负载电流原有模式是微欧支路到豪欧支路，转变为微欧支路到欧姆支路，使得触头出现了拉弧放电问题。KA 触头断开后下部出现了烧蚀问题，KA 触头间电弧随即出现了持续烧弧的问题，也正是因为K1公共端接触电阻参数增加，使得级间环流电流作用增加，相继出现了发热熔断问题[6]。综上所述，第一阶段是由于电弧处加热作用造成的变压器油分解，引发大量气体后出现了有载分接开关本体压力释放阀动作。

（2）事故前操作人员执行的第二次调档就是从9c档调升到10档，执行作业中KB 断开、电流从支路转移，正是因为K1出现了公共端导线熔断的问题，负载电流此时直接转移到R2支路为止，电流增加的同时，造成KB 触头拉弧放电现象。

若是形成级间短路电流，就会形成巨大的能量环，此时，变压器油会出现快速分解的状态，随之产生大量气体，油室内压力也随之增加，形成的压力变化超出了释放阀具体的保护范围，直接造成铸铝顶盖破裂，变压器油喷出。也正是在巨大的油流作用下，有载分接开关出现了重瓦斯动作，相应的开关跳开，相继产生油位异常等动作[7]。

3.4 故障处理措施

在全面分析220 kV 变压器有载分接开关故障后，就要结合实际情况设置相应的处理机制，从而避免设备运行稳定性不足造成的影响，共同落实针对性控制方案，维持变电站电力系统运维管理的安全性和规范性。

（1）依据获取的相关结果，作业人员集中进行了不良作业元件的更换处理，主要是将故障有载分接开关更换为具备良好运行路径的新型三相分接开关，并且对其进行了质量验收和处理，设置相应作业参数的同时，有效切换了芯体结构，以便于维持后续作业的安全性[8]。

（2）为避免安全隐患问题，作业人员主要是对转换开关弹簧压力参数、真空泡性能水平、触头接触压力参数、动作顺序以及机械性能等方面的检修作业，及时分析存在的问题并开展相应的处理工作，落实初检配合复检的方式，有效为后续更换作业提供质量保障。

（3）在故障过程中，因为1号主变A 相调压绕组承受了级间短路电流，此时，要对变压器设备吊罩予以检查，并着重对A 相调压绕组的受损情况进行汇总。与此同时，要对其他部分进行复检作业，并且确保常态化检修工作也能及时落实到位，避免出现后续安全隐患问题，提高220 kV 变压器有载分接开关综合管理质量效果。

（4）基于本次事故的具体情况，为更好地维持变电站安全运行，要对同批次的有载分接开关均开展油色谱检测分析工作，及时发现异常问题及时处理。并且，严格规范检修工艺流程和内容，避免人为操作不当造成的安全隐患现象，从电网安全运行的角度出发，打造更加科学稳定的管理模式[9]。

4 结束语

综上所述，在电力系统中，220 kV 变压器有载分接开关质量管理是非常重要的作业环节，要结合实际情况选取适当的检修管理方案，严格按照规范流程完成故障判定，一旦出现安全事故要及时检查和送检，消除故障问题后严格执行定期检修工作方案，为电力系统稳定可持续发展奠定坚实基础。