所谓有载分接开关,是一种能在励磁状态下变换分接位置的电器装置。有载分接开关调压的基本原理,就是在变压器绕组中引出若干分接头后,通过它在不中断负载电流的情况下,由一个分接头切换到另一个分接头,来改变有效匝数,即改变变压器的电压比,从而实现调压的目的。为满足上述要求,有载分接开关的电路由过渡电阻、选择电路和调压电路三部分组成,如图1-101所示。为了适应大容量高电压有载变压器调压,有载分接开关采用组合式结构。......
2023-06-27
有载分接开关故障原因及事故形态分析
【摘要】：统计分析表明,造成有载分接开关故障和事故的基本原因是有载分接开关存在的质量问题。表1-45变压器有载分接开关故障及原因当前,在110kV及以上电压等级变压器上使用的有载分接开关主要有组合式 和复合式 (V 型)两大类,其主要事故形态如下:(一) 组合式有载分接开关选择开关绝缘条框变形,使选择开关接触不良,甚至合不到位,造成过热、放电烧损及断轴事故。变形最大位置在支架中间部位。
统计分析表明,造成有载分接开关故障和事故的基本原因是有载分接开关存在的质量问题。例如,1992年全国电力系统110～500kV变压器事故76起,其中因分接开关制造质量不良引起的事故14起,占18%。由于质量差,降低了开关的动作可靠性。
表1-45 变压器有载分接开关故障及原因
当前,在110kV及以上电压等级变压器上使用的有载分接开关主要有组合式 (M 型及SYXZ型)和复合式 (V 型)两大类,其主要事故形态如下:
(一) 组合式有载分接开关
(1)选择开关绝缘条框变形,使选择开关接触不良,甚至合不到位,造成过热、放电烧损及断轴事故。
例如某MR—M 型有载分接开关用于SFPSZ7—120/220型的变压器中,该主变压器在投入运行后半年检查时发现选择开关的#7、#8分接静触头固定支架有辐向外弓变形,如图1-110所示。变形最大位置在支架中间部位。拆下并测量板条的最大永久变形δ=10mm,如图1-110 (c)所示。它是支架板条厚20mm 的一半。各相#7、#8分接动、静触头都不到位,以B 相为最严重。B 相#7分接动、静触头严重烧伤,静触头下倾,动触头上瓣与静触头已不接触,动触头下瓣与静触头接触甚少。开关断开后重合时,静触头已不能再插入动触头内。类似故障在同型号及其他类型变压器中也发生过多次。
故障原因首先是设计问题。该支架板条机械强度不够。MR—M 型有载分接的选择开关支架板条系由酚醛层压板切成20mm×55mm×1300mm 的板条,板条的一侧为静触头,另一侧为调压分接引线。MR—M 型开关的使用说明书要求:开关的分接引线必须对开关不引起任何拉应力;在变压器钟罩罩上后,分接开关能向其最终位置移动而引线位置能正常。这一要求,实际上很难办到,所以说它是个设计问题。
进口的这批开关的选择开关的编号为E90113,该厂以后对这种结构作了两次改型:一次是在板条支架中部加一圈加强圆箍固定;另一次是将板条结构改进为瓦状支架。两次改型都是为增加支架中部的强度。这充分说明,该厂已发现选择开关E90113的设计强度有问题。
MR—M 型开关要求静触头引线不致使开关支架承受任何拉力 (虽然很难实现),但这台变压器生产厂却忽略了这点。经检查:该变压器的引线和支架上静触头联结时蹩了劲,使支架板条受力而变形。应该说这是故障的直接原因,主要问题在变压器制造厂。
(2)切换开关内触点接触不良,绝缘件机械强度不够而损坏。
例如,某电业局的一台SFLZ—16000/35型变压器配用江苏吴江开关厂生产的SYXZ—35/400—7型有载分接开关。现场使用NE—1 型低电阻测试仪测量35kV侧绕组直流电阻时发现异常,测量结果如表1-46所示。
由表1-46数据可见,A 相偶数分接开关直流电阻较B、C 两相同编号分接开关直流电阻要高8.8%～9.5%,此值比《规程》规定的2%大好几倍,而且A 相偶数分接的直流电阻都大于同相相邻分接的直流电阻。检查发现A 相双数动触头至切换开关之间的一条公共引线的连接螺栓松动,属工艺问题,如图1-111所示。测量其故障点的接触电阻高达24000μΩ,紧固后重新测量,接触电阻小于50μΩ。直流电阻也正常,如表1-47所示。
图1-110 选择开关绝缘支架变形前后示意图
(a)结构正常;(b)变形后触头接触;(c)支架变形
1—静触头;2—动触头;3—转动主轴;4—绝缘支架
表1-46 直流电阻测试结果(单位:Ω;温度:14℃)
图1-111 SYXZ-35/400-7故障部位示意图
表1-47 处理后直流电阻测试结果(单位:Ω;温度:24℃)
另外,这种开关汇流排的布置也不合理。汇流排的三相上下布置,A 相在上,B相在中,C 相在下,分接开关的引线固定在框架上,开关与引线靠圆筒插入引线框架内接触的,但圆筒只在上部有固定螺栓,当上部螺栓在运行中松动或多次操作后使开关圆筒偏移,因而造成接触不良。测得的接触电阻甚至高达0.09Ω,引起发热。东北某变电所SFZ—15000/60型变压器曾发生过这种故障。
(3)切换开关油室密封不良造成渗漏油,使变压器本体油箱中可燃性气体含量异常增高。
由于有载调压变压器采用油中气体分析作为故障检测的方法,因此,变压器和有载分接开关需要有各自完全独立的油系统。也就是说,分接开关油室应带有单独的储油柜、硅胶吸湿器、气体继电器等装置。一个有载调压变压器中两个各自独立的油系统如图1-112所示。
图1-112 有载调压变压器的两个独立油系统
当切换开关油室密封不良时,会造成渗漏油,随之切换开关操作时产生的可燃性气体也进入变压器本体油箱中,使其色谱分析结果异常。例如,华东某电厂的一台主变压器,于1982年11月24日测得的油中乙炔在有载调压变压器切换开关油室为19.4ppm,在变压器本体内为5.8ppm,而1983年4月3日测得变压器本体内的乙炔为10.4ppm,均大于注意值。其原因为有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器本体渗漏的结果。
导致切换开关油室渗漏油的主要原因有:
1)有载分接开关油箱底部放油阀门未紧固,致使变压器本体油箱中油与有载分接开关油箱中的油混合。
2)两油箱间密封胶垫材料不良或装配工艺不佳。现场处理时发现多数因胶垫尺寸选择不当 (圆形胶圈直径偏小,矩形胶垫厚度不够),压缩后无余量,胶垫不起作用。另外,有载分接开关油箱上沿与本体油箱预留孔错位,密封更加困难。还有的是有载分接开关油箱绝缘筒上边沿被压裂,出现缺口,导致渗漏油。
(4)操动机构内低压控制电器及辅助元件质量不稳定,造成分接开关拒动、联动、位置指示失灵等。
例如,华东某变电所的一台31500/110型变压器,配用SYXZ—110/200A 型有载分接开关,当从第一档调到第二档时,突然在中途停止调档,事后检查发现电动机被烧坏。产生的原因是控制器的极限开关被锈住。
再如,山东某台SFZL3—20000/110型主变压器配有SYXZ—110/200—2、7、6 型有载分接开关。由于其操动机构失灵,有时造成连续调档,电气回路停止接点打不开,导致电动机烧坏。有载分接开关的电气控制回路如图1-113所示。图中所示的符号,其首位标1 的设备为控制1→N 转向的,即升压方向;标2的为控制N→1转向的,即降压方向。
在电动机操作前,先合上电动机M 回路中的自动开关QA 及转换开关QC,并合上控制回路的刀开关QK。
当实行1→N 方向的分接变换电动操作时,按下按钮1SB1,控制回路经按钮1SB1、接触器KM的常闭接点、接触器1KM 的线圈、极限开关1SP及联锁开关Q 接通,接触器1KM 因此而吸合。此时,在电动机回路的接触器1KM 的主接点合上,电动机接通电源并开始按1→N 方向转动。在控制回路起动后,与接触器1KM 的线圈串联的常开接点闭合,使得接触器处于自保持状态,从而使电动机保持运转。
图1-113 电气控制回路
QA—自动开关;QK—刀开关;FU—熔断器;1SB1、2SB1—按钮开关;QC—转换开关;1KM、2KM—接触器;1SL、2SL—顺序开关;1SP、2SP—极限开关;Q—联锁开关;1SB、2SB—按钮开关;M—电动机;ZD—刹车电磁铁
在一级变换动作完成后,与接触器1KM 的线圈串联的顺序开关1SL 被打开,接触器1KM 线圈断电,从而使电动机回路中的接触器主触点打开,切断电动机电源,使电动机停止运转。同样,当分接开关操作到端部极限位置时,极限开关1SP 动作,使电动机停止运转。
如果由于异常情况,操作超过极限位置时,电动机仍继续运转,则操作机构的机械限位器动作,使整个机构完全停止工作,以防止意外事故的发生。
同理,当实现N→1 方向转动时,按下按钮2SB1即可。
从操作机构的原理来看,调压电动机应该每调一次就会自动停止,为什么会发生连续运转呢?
假如排除接触器、顺序开关、极限开关以及按钮等元件损坏的可能性,就要考虑接触器1KM、2KM 与分接开关的时间参数。分析如下:
接触器1KM、2KM 均采用JZ7—44型中间继电器,该继电器每次的通断间隔时间为3s,而分接开关每变换一级所需时间也是3s左右,两者配合,没有一点时间裕度。一旦产生误差,也就是说,当接触器间隔时间由于种种原因变得稍大或当分接开关变换时间变得稍小时,分接开关变换完成一级后,接触器不能可靠地切断电动机电源回路。相反,由于接触器来不及断开,其接点仍处于闭合状态,电动机由于带电继续工作,进行下一级操作。就这样,一直转到最后一级。简言之,是由于接触器与分接开关配合时没有足够的时间裕度,使得控制回路不能可靠地完成其功能,造成了调压电动机的连续运转。
(5)转轴轴销及快速机构储能弹簧脱落、主轴断裂等故障是机械部件本身不良及装配质量问题所致。
例如,华东某供电局的一台110kV主变压器,因有载分接开关转轴轴销脱落造成主变压器烧坏。
再如,华东某供电局的一台110kV主变压器,在调压切换过程中出现弹簧机构被卡死,限流机构长期接通。事后吊芯检查发现有载分接开关在装配过程中拨杆上的轴套没有用销子将其固定,造成拨杆轴转动过程中使轴套自行向上滑行,结果被开关箱盖上的加强筋所卡,使弹簧长期处于储能状态而不能完成释放动作,主触不能切换,副触头长期切入,造成限流电阻长期被接入,甚至导致油温过高而喷油的事故。
(二) 复合式有载分接开关
(1)转动的绝缘主轴单侧受力 (由于分接引线的作用),加之随同变压器高温干燥而产生变形,影响触头的良好接触,造成过热及其他故障。
(2)绝缘筒的材质、绝缘性质及加工精度不稳定,造成一些故障。
(3)绝缘筒上静触点固定不良,运行年久松动,造成触点接触不良发热烧损。
(4)绝缘筒密封不良渗漏油,影响变压器本体油箱中油色谱分析可燃性气体含量异常增高。
(5)操动机构内低压控制电器及辅助元件质量不稳定,造成开关拒动、联动、位置指示失灵等。
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