刘　钊，冯正军，胡　嘉，李晓溪

(1.国网河北省电力公司保定供电分公司，河北　保定　071000；2.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄　050021)



110 kV变压器有载分接开关轴销脱落故障分析

刘钊1，冯正军1，胡嘉2，李晓溪1

(1.国网河北省电力公司保定供电分公司，河北保定071000；2.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄050021)

摘要：针对一起变压器保护动作情况，通过油化试验、高压试验以及设备解体检查，确定变压器跳闸的主要原因是有载分接开关机构轴销脱落故障，深入分析轴销脱落的原因，提出防止轴销脱落的措施和建议。

关键词：有载分接开关；油化试验；高压试验；解体

1概述

有载分接开关是有载调压变压器里最重要的部分之一，它能够在负荷电流不中断的前提下，实现变压器分接头间的切换、绕组匝数的改变、电压比的调整，从而为负载时常变化的主变压器提供恒定的输出电压。

某110 kV变电站2号主变压器有载分接开关由第10至12分接调整完毕后，主变压器双套差动保护以及有载重瓦斯动作，跳开110 kV侧和35 kV侧断路器，故障被隔离。随后工作人员进行了全面的高压及油化试验，并对故障变压器实施解体，通过试验数据分析以及解体情况找出了故障原因。故障变压器型号为SFSZ7-31500/110，1995年11月出厂。试验前测得故障变压器油温为31 ℃，空气湿度为43%。

2故障判断

2.1油色谱分析

分析故障设备油中溶解的有价值气体的体积分数，如氢气(H2)、一氧化碳(CO) 、二氧化碳(CO2) 、甲烷(CH4)等，是判断充油或者油纸绝缘型设备绝缘缺陷最有效的方法之一[1]。本故障变压器近期油色谱测试结果如表1所示。

表1油色谱分析数据uL/L

取样日期气体的体积分数H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2总烃2010-05-167.11433.101457.926.963.371.840.1012.272011-07-134.97657.861445.385.913.011.790.00810.592012-08-218.061103.004607.5817.7919.865.360.9944.002013-04-278.74894.761730.6315.4811.664.051.0522.072013-11-218.961156.484504.8020.6625.356.694.5057.10

GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》[2]规定,运行中的110 kV等级变压器总烃、乙炔以及氢气体积分数的注意值分别为150 uL/L、5 uL/L以及150 uL/L, 对照表1数据可知故障变压器此3种气体体积分数含量并未超标，但是乙炔的体积分数较历史数据有明显增长；2013年4月到11月这7个月以来总烃的相对产气速率达到了22.7%，远超出导则要求10%的注意值。通过表1数据计算可得三比值编码为“122”，判断为“低能放电兼过热”型故障，同时对照“溶解气体解释表”可以判断此故障为大于700 ℃的热故障[3]。

2.2高压试验数据分析

2.2.1绝缘电阻试验

绝缘电阻测试是低电压等级下测定设备绝缘性能最基本的方法。通过测量设备的绝缘电阻(R)和吸收比(K)能有效地发现电气设备普遍存在的受潮、表面脏污、绝缘老化和贯穿性缺陷。对故障变压器高、中、低压三侧套管做整体绝缘电阻试验，其结果如表2所示。

表2绝缘电阻试验数据

试验数据R15/GΩR60/GΩK高压4143.81.07中压24.525.61.04低压2828.51.02

依据《河北省电力公司输变电设备状态检修试验规程》[4]中对于主变压器整体绝缘的规定判断，绝缘电阻试验数据无异常，且与历史数据相比无明显下降。

2.2.2介质损耗及电容量试验

介质损耗及电容量试验是判断设备绝缘性能的另一个重要参数，相对于绝缘电阻试验而言，它是在更高的电压等级下进行的并且对设备绝缘劣化、受潮等缺陷具备更高的灵敏度。介质损耗及电容量试验是主变压器出厂、交接、例行及查缺试验中必不可少的一项,试验数据见表3。

表3介质损耗及电容量试验数据

介质损耗tanδ(30℃)/%介质损耗tanδ(20℃)/%电容量C/pF介质损耗tanδ/%(初值)电容量C/pF(初值)介质损耗增量/%电容量增量/%高压对中、低压及地0.2230.179106600.1981060012.230.57中压对高、低压及地0.2350.181160300.2111594011.370.56低压对高、中压及地0.2200.169141300.2001405010.000.57

表3数据表明故障变压器的20 ℃油温介质损耗，电容量增量以及介质损耗增量均在规程[4]规定的正常范围内。

2.2.3绕组直流电阻试验

在主变压器故障后进行绕组直流电阻试验是为了检查各绕组有无匝间短路、断股，以及分接开关在每个分接头接触是否良好。该主变压器高、中、低压所有分接下的绕组直流电阻测试值如表4、表5、表6所示。

表4高压绕组直流电阻试验结果

分接位置U-OV-OW-O误差/%1719.5661.2724.69.592709.4711.4714.70.753699.6661704.76.614689.7691.5694.70.725679.7661684.83.606669.5671.1674.60.767659.6660.9664.70.578649.4651654.50.799/10/11638.3638.36410.4212650.8649.9655.70.7513660.8700.9665.66.0714669.5670.5674.30.7215679.6700.4684.53.0616689.5691.1694.50.7317699.6700.8704.50.7018709.4710.8714.40.7019719.5700.7724.63.41

表5中压绕组直流电阻试验结果

分接位置Um-OVm-OMm-O误差/%78.8579.2579.60.95

表6低压绕组直流电阻试验结果

分接位置UVVWWU误差/%11.9712.0112.030.5

Q/GDW 04-105011047-2010《河北省电力公司输变电设备状态检修试验规程》[4]规定1.6 MVA及以上变压器，各相绕组相间互差不大于2%。高压侧U、W两相绕组以及中、低压绕组直流电阻值满足规程要求，然而高压V相绕组在双数分接时数据合格，但在单数分接时不满足规程要求，并存在极性前为一个数值，极性后为一个数值的分布特征。

2.2.4低电压短路阻抗试验

低压短路阻抗法和频响法是判断主变压器故障后绕组是否有不同程度的位移、鼓包、局部扭曲等变形现象的主要方法。低压短路阻抗法是将主变压器的低压侧短路，在其高压侧施加工频50 Hz电压, 通过测量绕组漏抗的变化来判断变压器绕组是否变形，见表7。

表7主变压器低电压短路阻抗试验结果

接线方式UVW合相值铭牌值纵比误差/%横比误差/%高压对低压(9分接)---17.5817.60.1030.13

由于中压侧未在额定分接，同时故障未涉及到中、低压侧，因此只进行了高对低的短路阻抗试验，结果无异常。

2.2.5铁心绝缘电阻试验

铁心绝缘电阻为2 500 mΩ，无异常。

2.3一次设备解体检查

故障变压器附近有大量油滴散落，根据部位分析判断为有载开关上盖接缝处喷出，说明有载切换油室内部压力大增从而致使绝缘油冲破胶垫散落在地。

随后拆除故障主变压器所有附件，检查吊罩发现V相选择开关单数固定销子脱落，停留在第7分接；切换开关内双数位置的静触头与固定底座绝缘树脂表面有放电痕迹；切换开关内V相第3过渡电阻烧断，末端断点与固定底座最近位置有小的放电痕迹；V相主绕组下部与第7分接(双数时是第17分节)相连的最外层调压绕组部分脱落。

3故障原因分析

通过现场勘验、试验检查、保护、故障录波、监控记录结果等信息综合分析认为：主变压器有载开关的选择开关V相单数选择动触头轴销脱落，导致单数触头不再转动，是造成主变压器跳闸的直接原因。以下分析有载分接开关轴销脱落的原因。

3.1高压V相绕组直流电阻数据异常原因

表4可知V相直流电阻在极性选择开关动作前为661 mΩ且在单数开关位置1、3、5、7转换过程中保持不变，极性选择开关切换后的13、15、17、19位置均为700 mΩ，与U、W相的第7和17分接直流电阻数据相近。

图1　有载分接开关选择部分示意

有载分接开关选择部分示意见图1。分接绕组共有8个，加入极性转换后，可实现17级调压。在有载分接开关选择分接的时候是360°转圈循环接触。第7分接和第17分接属于一个静触头(第 7分接在极性选择开关动作后即为第17分接)，由于极性开关位置不同，二者电压差出10个分接。分接开关在第7分接时用到2个分接绕组而在第17分接却用到6个分接绕组，因此两者相差4个分接绕组的直流电阻值。根据直阻试验数据可知每个分接绕组直阻值为10 mΩ，而直阻测试值在第7分接与17分接相差约40 mΩ，恰好是4个分接绕组的阻值，因此最终判定V相单数分接卡在7分接不能转动。吊开有载开关的选择开关，发现有载开关的选择部分单数B相动触头轴销脱落，导致选择开关的B相单数动触头停留在7位置。当日故障主变压器在不同时间由6分接升压到12分接，而V相动触头轴销应该是6分接到7分接切换过程中脱落。

3.2有载油室短路过程分析

由于V相选择开关单数触头停留在7分接位置，因此在由7分接转换至8分接时V相能正常切换，8分接至9分接切换时U和W相正常到了9分接，而V相还停留在7分接，见表8。

表8有载开关切换过程分头实际位置

切换令极性开关切换开关UVW5→6+单→双单5双6单5双6单5双66→7+双→单单7双6单7双6单7双67→8+单→双单7双8单7双8单7双88→9(不停)+双→单单9双8单7双8单9双89→10+单→双单9双10单7双10单9双1010→11(不停)+到-双→单单11双10单17双10单11双1011→12-单→双单11双12单17双12单11双12

正常情况下，根据切换开关原理，在单双数切换过程中，每相过渡电阻均承受一个分接的电压，按额定电压的1.25%计算为794 V。如表8所示，V相分接开关卡死在7分接后，由第10分接至12分接切换过程中，切换开关需动作2次：在极性开关动作由+转换到-的同时，选择开关由第10分接至11分接，此时上部切换开关由双到单，到达11分接前由于极性开关动作，单数分接由正极性时的7分接直接变成了17分接，而双数触头还在10分接。因此切换开关动作时，过渡电阻将承受6个分接电压，约为4 764 V。经测量过渡电阻每个阻值为5 Ω，该有载分接开关属于双电阻结构(见图2)，在桥接时，6个静触头同时有3个接入电路中，此时单双循环回路内阻为7.5 Ω(两并一串)，因此过渡电阻短时内循环电流约为：4 764 V/7.5 Ω=635.2 A，该电流在1、2电阻中通过会有分流，每个电阻大约承受635.2 V/2 Ω=317.6 A，但是电阻3将承受全部635.2 A的电流，是正常情况105.9 A电流的6倍。

图2　单双切换过程示意

因此过渡电阻3由于耐受不住6倍的正常过渡电流而发热熔断。过渡电阻3熔断后，切换开关过渡过程仍在继续，并且分接头间产生的电流均为不能突变的电感电流，因此在过渡电阻断开瞬间会产生电弧。由于内循环电流太大，在切换过程中，当动静触头分开时，不能顺利的熄弧。一直持续的电弧会引起油室的油剧烈气化，造成油室绝缘降低，发展到双数触头对相当于中性点的固定铁箱体电弧放电，而此放电一旦建立便形成了相当于17分接与12分接间的匝间短路。匝间短路电流产生的电动力在引起切换开关油室剧烈气化喷油的同时造成了V相绕组薄弱部位崩开。直到瓦斯和差动保护动作跳开三侧断路器，电弧熄灭。

由于分接开关切换到11分接后不会停留，将继续向12分接前进，无论此时是否已经跳开三侧断路器，有载开关将继续完成到12分接的切换。因此最终位置就是变压器跳闸后的最终状态。

4防范措施及建议

依据此事故原因分析并综合多方因素，提出如下防范措施：

a. SYXZ型有载分接开关可靠性不足，存在先天缺陷，应在可能的情况下停止该型号开关调压或者改为手动调压，以减少有载开关的故障概率。

b. SYXZ型有载分接开关更换速度较慢，应加快变压器大修速度，更换此类开关。

c. AVC系统实施后变压器调压频次大大增加，有载开关动作次数较多，约增长了200%～500%。应探讨AVC的调压逻辑，减少调压次数。

d. 为保障有载调压变压器的正常运行，运维检修人员必须认识到有载分接开关的重要性，了解其内部结构工作原理，能综合高压、油化以及解体情况分析判断问题所在，确保电网安全运行。

参考文献:

[1]国家电网公司运维检修部.电网设备带点检测技术[M].北京：中国电力出版社，2014.

[2]GB/T7252-2001，变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].

[3]李建明、朱康,等.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力出版社，2001.

[4]Q/GDW 04-105011047-2010，河北省电力公司输变电设备状态检修试验规程[S].

本文责任编辑：秦明娟

Analysis on On-load Tap-changer Failure of 110 kV Transformer

Liu Zhao1,Feng Zhengjun1,Hu Jia2,Li Xiaoxi1

(1.State Grid Hebei Electric Power Corporation Baoding Power Supply Branch,Baoding 07100,China;2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:Through introduction on a transformer accident caused by on-load tap-changer (OLTC) failure,this paper analyzes systematic high voltage test,oil chromatography test and disintegration analysis,the experience of positioning and analyzing this particular type of failure, analyzes the cause and proposes the deposal and preventive methods.

Key words:on-load tap-changer;high voltage test;oil chromatography test;disintegration

收稿日期：2015-11-20

作者简介：刘钊(1987-)，男，工程师，主要从事变电站一次设备的状态诊断研究工作。

中图分类号：TM41

文献标志码：B

文章编号：1001-9898(2016)03-0044-04