新型农网变压器有载开关运行和维护管理研究

徐腾飞

（黑旋风锯业股份有限公司）

0 引言

农村电网是指为县级区域内的县城、村镇、农垦区及林牧区用户供电的110kV及以下配电网。随着我国国民经济的快速发展，各行业及人民生活对供电电压质量的要求也越来越高，而农业生产的季节性和农村务工人员的流动性，导致农村电网负荷波动较大，电压波动也大。为稳定电网电压，更好地提高电压质量，近年来，农网中大量安装了智能电网调度技术支持系统（D5000）和自动电压调控系统（AVC），由此造成变压器有载开关的调节次数显著增多，大大增加了有载开关的故障发生率，引起变压器非计划停电事故。如何解决因有载开关突发故障而引起变压器停运事故，保证有载调压变压器的安全运行，是目前摆在电力工作者面前的重要问题。

1 变压器有载开关的结构原理

有载开关作为有载调压变压器上的重要组件，是在变压器带负荷的情况下，通过有载开关的分接位置转换，变换变压器调压绕组的分接抽头，以改变变压器的电压比，进而实现有载调压。有载开关安装在有载调压变压器上，由电气控制部分和机械传动部分组成，有载开关每次分接位变换，切换开关或选择开关的芯体都要动作一次完成动、定触头的位置变换，每次动作的过程都要引起机械振动、产生机械磨损以及造成动触头和定触头的电烧损、绝缘油分解。长期运行中多次分接位置变换，会造成开关连接松动、零部件损坏、绝缘油污染。变电站的全自动无人值守。有载开关就要在自动状态下频繁切换档位、调节电压，频繁地动作，使得绝缘油变质加快、机械磨损加剧、连接松动可能性增大。供电连续性是供电安全的重要指标之一，要求变压器安全可靠运行，避免突发停电事故。

2 运行注意事项、检修周期和环境要求

2.1 运行注意事项

1）当变压器过载1.2 倍以上时，要禁止有载开关的分接变换操作。因此，在自动控制方案中一定要装设过流闭锁操作有载开关的保护装置，当负载电流达到设定值时，停止操作有载开关。

2）当有载开关经多次分接变换，气体继电器集气盒所集聚的气体达到一定体积时，气体继电器的报警信号接点闭合向中央控制室发出警示，此时要及时放气。如果有载开关的分接变换不频繁而气体继电器发信号频繁或者报警周期时间缩短，可能内部有放电点或开关灭弧性能降低，应做好记录并暂停分接变换，查明原因后再投运。

2.2 检修周期

1）对运行中的有载开关油室内绝缘油每6 个月至1年或分接变换2000～4000次至少采样一次，进行微水和击穿电压试验，当绝缘油的击穿电压小于30kV 时，应清洗开关芯体换新油或滤油一次或更换新油。

2）对新投运的有载开关，半年吊芯检修一次，以后可适当延长，l～2 年或分接变换5000 次，切换开关或选择开关应吊芯检查一次。

3）35kV 及以上电压等级的变压器和有载调压装置的检查试验周期一般为1～3年。

2.3 现场检修的环境要求

1）一般不宜在空气相对湿度超过75%的环境条件下进行。如相对湿度大于75%，应采取必要措施，可用两盏1000W 灯泡烘烤开关芯体周围的绝缘部位，以防绝缘件表面受潮。

2）周围空气温度一般不宜低于0℃，分接开关芯体的温度不宜低于周围空气温度，以防绝缘件表面形成凝露。

3）开关器身暴露在空气中的时间应符合表1 中规定。

表1 分接开关器身暴露在空气中的时间规定

3 常见潜伏性故障和危害以及预防措施

3.1 触头发热、烧蚀

有载开关在变压器带负荷情况下频繁的分接位置变换，会使开关的触头间表面产生严重的机械磨损和电烧蚀，特别是负荷率较大的变压器，其开关触头机械磨损和电烧蚀更为剧烈。同时，电流的热效应会使触头弹簧的弹性强度变弱，使弹簧在频繁变形和恢复的过程中过早疲劳失效，造成动、静触头之间的接触压力降低。以上两个方面，使开关动、定触头接触电阻增大，触头接触面发热量增大。触头的发热加速了触头表面的氧化腐蚀、弹簧疲劳变形以及弹簧弹性降低，使动定触头间压力更小，从而形成恶性循环，这些问题如果不被及时发现和妥善处理，最终导致触头烧毁，有载分接开关损坏。

1）对新变压器投运前要测试各分接位置的直流电阻，切换开关吊芯检修时应测量触头组的接触电阻，检查触头接触是否良好。

2）每年结合变压器检修或试验对分接开关各档位置多转动几次，除去触头表面的氧化膜或油污影响，使其接触良好。

3）定期对有载开关进行吊芯检查，测量触头接触压力是否符合要求，对磨损、烧蚀严重的触头或性能失效的弹簧及时进行更换，保证触头状态良好。

3.2 过渡电阻丝断开或连接松动

过渡电阻是有载开关的一个重要部件，有载开关变换操作时，过渡电阻跨接变压器调压绕组的相邻两分接头，使负载电流不中断地从一个分接转换到另一个分接上，同时限制两分接桥接时的循环电流避免级间短路，控制触头断口的恢复电压以电弧安全熄灭及避免过电压。切换开关的触头开断能力是在过渡电阻正常情况下的开断容量，其设计值为两倍级电压与额定电流的乘积，正常时级电压仅为相电压的百分之几。但当有载开关在过渡电阻已断开的情况下带负荷切换，不仅使负载电流瞬时间断，而且会在过渡电阻的断口上以及动、静触头断口间出现全部相电压和过电压，该电压不仅会击穿过渡电阻的断口，也会在动、静触头断开时产生强大的电弧，从而导致变换的两分接头间短路，甚至高压绕组分接间短路烧毁。同时，电弧将开关油室的绝缘油迅速分解，产生大量气体。一旦安全保护装置不能迅速排出这些气体，就会使开关的绝缘筒遭到破坏，电弧的能量也可使开关绝缘轴烧损，致使开关绝缘爬电击穿短路，造成开关损坏而无法修复。

1）有载开关大修时，必须测量开关的过渡电阻值，与铭牌值比较阻值偏差不超过±10%，同时仔细检查过渡电阻的连接紧固点是否有松动现象，检查电阻丝线径是否均匀，是否有机械破损，以免切换时产生局部过热而烧断，因为线径越细的位置或接触不实位置局部电阻越大，在通过同样电流时，产生热量越大。

2）有载开关的切换次数达到2 万次以上或运行在2 年以上的有载开关，必须检杳过渡电阻的材质是否变脆，电阻值是否有变化，紧固是否松动现象，必要时应予以更换过渡电阻。

3）如果遇到变压器在超过额定负荷运行时有载开关动作的现象时，必须检查有载开关的过渡电阻是否有烧损。

4）如因快速机构拉簧疲劳或断裂、传动系统损坏、紧固件松动、机械卡死、限位失灵等原因使有载开关不能切换和切换中途失败发生有载开关档位不到位的情况以及切换程序时间延长超过规定值时，必须检查过渡电阻是否烧损。

3.3 绝缘油质量劣化

有载分接开关带负荷每操作一次，产生的电弧会引起开关内绝缘油分解、炭化，加上机械磨损产生的金属微粒以及绝缘油吸收水分等因素都使开关内绝缘油的油质劣化，游离碳微粒和油垢一部分混在绝缘油中，一部分积在开关的绝缘件表面，此外，还有触头材料燃弧融化后溅射出来的少量金属微粒也可能留在绝缘件表面。这些沉积物的增多，会增加泄漏电流，降低绝缘件的绝缘电阻，使开关的绝缘能力下降，导致沿绝缘件表面放电击穿，使开关损坏。

1）在开关运行6 个月至1 年或切换2000～4000次后，应从有载分接开关油室中取油样做耐压试验。

2）当用于中性点调压的有载开关绝缘油的击穿电压低于25kV，线端或中部调压的有载开关绝缘油的击穿电压低于30kV 时，应及时更换有载开关油室中的绝缘油，并对绝缘件表面做擦拭冲洗等清洁处理。

3）更换绝缘油时应选择原牌号相同的变压器油，新变压器油的击穿电压不能低于40kV。

4）更换新油时应特别注意，不得使用不同等级的油或不同的液体替代，因为不同的油或液体，其粘度或介电特性可能不同，可能会影响有载开关的切换速度、灭弧性能和绝缘性能。

3.4 油室渗漏

有载开关设计一个独立的油室与变压器油箱分离，因为有载开关在带负荷进行分接切换时开关内绝缘油被炭化加上开关的机械运动形成金属微粒使开关油室内绝缘油较快污染，这种油只能被有载开关在自己独立的油室中使用并及时净化处理或更换，而不能进入变压器本体，一旦进入变压器本体会影响变压器内部油的品质，对变压器的绝缘安全造成严重威胁。因此，有载开关的油室必须密封良好与变压器本体分离，一旦因密封件老化引起有载开关油室渗漏，造成变压器本体油污染不及时发现和处理，对变压器运行存在严重安全隐患。

1）对运行中的变压器应巡视分接开关储油柜油位，当异常升高或降低直至变压器储油柜油位时，则应检查切换开关油室是否渗漏油。

2）对变压器定期取油样，若发现主变的色谱分析氢、乙炔和总烃含量异常超标，也应检查开关油室是否渗漏油，以便在变压器、开关检修时及时更换密封垫、密封圈。

3.5 切换动作卡滞或不到位

对于不同型号的有载开关由一个分接切换到另一分接时，其过渡时间有不同的技术要求，并且过渡过程一定要连贯、平滑，不能出现卡滞、动作缓慢或切换不到位现象。但有载开关经多次带负荷分接变换后，由于机械磨损和电弧的电烧蚀，使切换开关的动、定触头表面出现凹坑，增加了过渡时的阻力；或因逐渐疲劳失效，储能拉簧的储存能量不足，这些因素都可能造成开关动作滞缓或切换不到位。 动作滞缓会造成电弧重燃、灭弧失败，可能引起变压器分接间短路；而切换失败会因过渡电阻因长时间通过电流而烧断，若过渡电阻烧断后没及时发现，有载开关经简单恢复后继续运行切换、会产生过电压会引起分接间击穿，引起保护动作变压器停运，严重时造成变压器绕组烧毁。

1）要及时对有载开关吊芯，认真检查动、定触头的损伤程度，轻者修磨触头表面，保持过渡表面的平滑，损伤严重的要更换新触头。

2）检测切换开关的过渡时间，并与上期测试结果比较，是否有明显变化，以判断储能弹簧的性能是否正常。

3）当有载开关出现切换不到位现象时，一定要吊芯检查过渡电阻是否损伤，检查正常后才能投运，以免发生大的事故。

3.6 轻瓦斯频繁发信号报警

运行中的有载开关分接变换使绝缘油分解产生气体，多次切换后气体继电器信号接点动作（轻瓦斯）发信报警，如果报警周期基本固定属于正常，应及时放气即可。若报警发信突然频繁，要暂停分接变换，查明原因。若继续运行，可能会造成气体继电器的跳闸信号（重瓦斯）动作变压器保护停电，甚至使有载开关绝缘击穿烧毁。轻瓦斯频繁发信报警的原因，总体说是由于单位时间内产生气体量增加。产生气体增加的原因和以下因素有关：绝缘油油质变坏，绝缘油的熄弧效果变差，燃弧时间变长；开关内存在局部放电点或悬浮电位放电；触头压力减小，过渡电阻连接线接触不良放电等。

1）按一定时间周期，对有载开关吊芯，检查触头压力是否正常。

2）检查是否存在悬浮电位放电。

3）检查过渡电阻连接是否可靠。

4）检测油的击穿电压是否满足正常运行的要求。

4 结束语

综上所述，有载开关在变压器带负荷条件下进行档位变换，在频繁操作和机械运行中难免会出现电气或机械故障，这些故障有的是产品质量问题造成的，也有的是运行中维护不到位或检修不当引起的。国内有载开关由以前的很少调节转变为频繁动作，运行模式的突然变化，电力部门对有载开关需要重点维护的认识不足，国内从事有载开关专业的人员较少技术普及性较差，对运行中有载开关存在的一些重要潜伏性故障不能早期发现和处理，造成有载开关的事故率较高。对有载开关技术学习提高专业技术水平和实践经验能力。按规程有计划地停电检修，及时处理问题，不断积累运行经验，对保证有载开关及变压器的可靠运行，保证电网电压质量、运行安全和供电连续性具有十分重要的意义。