张志恒

(国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，江苏 连云港222000)

0 引 言

变压器导体部件之间接触不良主要包括分接开关接触不良、绕组与引线连接不良等。导体接触不良一般分为压力不够和接触面氧化两种，根据接触电阻与接触面压力成反比的原理，当连接面压力降低时，会使导体部件之间的接触电阻上升，从而导致导体连接部位的发热量变大，所引起的高温又加速了导体表面的氧化、腐蚀和变形，进而增大接触电阻，如此反复形成恶性循环，使得导体连接处的状况不断劣化。虽然导体连接处的损耗与电阻只是正比关系，但由于所引起的损耗集中于局部，增量往往很大，局部过热的现象可能很严重，如诊断处理不及时，往往会使变压器发生发热、直阻不平衡和油中特征气体等一系列缺陷。

有载分接开关的载流触头应有良好的接触和导电性能，长期通过额定电流时温升不应超过允许值。接触电阻增大是造成变压器有载开关热点的重要原因，常会从低温逐步发展为高温，甚至会迅速发展为电弧性热点而造成设备损坏[1-3]。

1 事故过程

1.1 事故经过

2019-05-05 19:10:46，苏北地区某220 kV变电站1号主变有载分接开关重瓦斯动作，1号主变220 kV侧2601开关、110 kV侧701开关、10 kV侧101开关跳闸，1号主变失电。

故障发生当天，1号主变进行3次调档操作：08:03:10 从9档降到8档，15:42:22从8档升到9档，19:10:36从9档升至10档。故障跳闸前,19:10:42有载分接开关压力释放阀动作。故障跳闸后，19:11:34、19:12:04有载分接开关油位异常、轻瓦斯动作分别告警。

1.2 设备参数

该变压器由山东某变压器公司生产，型号为OSSZ11-180000/220，产品编号为141010910001，出厂日期为2014年12月，2015年8月投运。变压器为三相共体，额定电压为220/115/10.5 kV，联结组别为YNa0d11。

有载分接开关由贵州某电力公司生产，型号为ZVMD1601-170/D-10193W，出厂日期为2014年9月，工作分接位置共19档，带极性切换档位，额定极电压1 660 V。电动结构型号为MAE-10193，三相共用同一机构，采用机械联动方式。截至故障发生时，该有载分接开关已操作6 068次。

2 现场检查与电气试验

2.1 外观检查

经现场检查发现，1号主变靠近A相侧的油箱壁、鹅卵石上有大量油迹，有载分接开关油枕油位指示为零，A相有载分接开关油室顶盖已严重破裂，压力释放阀的红色动作信号杆竖起，如图1所示。B、C相有载分接开关及变压器本体压力释放阀未动作，外观无明显异常。

图1 A相有载分接开关油室顶盖破裂、压力释放阀动Fig.1 Top cover rupture of phase a tap changer oil chamber, pressure relief valve action

2.2 电气试验

故障后，立即对1号主变进行油色谱、直流电阻、绕组连同套管介损及电容量、低电压短路阻抗、绕组频率响应等诊断性试验，除了油色谱试验外(表1)，其他试验结果未发现异常[4-6]。

表1 油色谱检测结果Table 1 Results of oil chromatography test 单位：μL /L

由表1可以看出，事故发生当天1号主变中部、下部检出C2H2，且中部浓度相对较大。第二天，C2H2在主变中充分扩散，上、中、下部乙炔浓度基本一致。

3 有载分接开关吊芯检查

在电气试验之后，拆除A相有载分接开关油室顶盖进行吊芯检查，发现切换开关油室内变压器油严重碳化、变黑，切换开关芯体表面存在大量熔融产生的细小金属颗粒、粉末，切换开关芯体的三组主载流触头存在不同程度的烧蚀现象，如图2所示。

图2 有载分接开关吊芯检查情况Fig.2 Inspection of on load tap changer hanging core

检查均压环、绝缘传动轴，无变形、破损、放电痕迹，枪击释放快速机构、真空泡外观无明显异常，两组过渡电阻阻值均在合格范围内。检查芯体内部连接导线，发现K1转换开关与V1真空管之间的连接导线在K1侧接头熔断，且未发现导线固定螺栓，如图3所示。对切换开关芯体各部位螺栓进行检查，发现枪击释放快速机构导轨固定螺栓、绝缘支撑杆导体固定螺栓等存在一定程度的松动。

排尽A相有载分接开关油室内部变压器油，发现绝缘筒壁、油室底部存在较多积碳、金属颗粒，绝缘筒壁上的静触头存在不同程度的烧蚀现象，与主载流触头烧蚀情况对应，如图4所示。清理顶盖安装法兰、绝缘筒内壁、油室底部脏污并进行检查，未发现明显放电痕迹。

图3 K1与V1的连接导线在K1侧接头熔断Fig.3 The connecting wire between K1 and V1 is fused at the K1 side connector

图4 A相有载分接开关油室检查情况Fig.4 Inspection for oil chamber of phase A on load tap changer

对B、C相有载分接开关进行吊芯检查，发现B、C相有载分接开关油室内变压器油较干净，但仍有轻微污染痕迹，怀疑为A相油室内变压器油喷射、扩散导致。此外，C相有载分接开关油室内发现较多橡胶碎片，如图5所示。检查有载分接开关顶盖法兰密封圈完好无破损，检查B、C相切换开关芯子外观无明显异常，手动切换挡位无卡涩、异响，过渡电阻阻值在合格范围内，但部分螺栓同样存在一定程度的松动。

图5 C相有载分接开关油室内发现较多橡胶碎片Fig.5 Rubber fragments were found in the oil chamber of phase C tap changer

4 有载分接开关故障原因分析

根据有载分接开关动作原理，综合上述故障现象和电气试验数据，判断故障产生原因为2018年12月对该有载分接开关进行家族性缺陷停电处理，更换K1转换开关后连接导线螺栓未紧固到位，经过1203次档位切换后松动导致接触电阻增大，引发此次故障[7-8]。具体发展过程分析如下。

此次故障发展在有载分接开关执行9b档升10档指令过程中，包含9b档升9c档(极性切换)、9c档升10档两个阶段。

阶段一：9b档升9c档(双到单)。

在执行第一步KA断开、电流向V1支路转移时，由于K1与V1连接导线螺栓松动导致接触电阻增大，负载电流由原“微欧支路→毫欧支路”变为“微欧支路→欧姆支路”，导致KA触头拉弧放电，如图6所示。

图6 发生故障时第一阶段第1步过程Fig.6 Failureprocess: phase I, step 1

由于主触头通过绝缘板条上部中压线圈固定触头与绝缘筒壁上部静触头始终等电位连接，下部静触头与主触头间存在压差,因此在主触头KA开断时仅下部烧蚀。

KA主触头间电弧在第2、3步过程，持续燃弧。在第4步过程中，因K1公共端接触电阻增大，在级间环流电流作用下发热熔断，如图7所示。

KA主触头间电弧在第5至7步过程，持续燃弧。当KB闭合后，KA间电弧熄灭。

第一阶段因电弧的持续加热作用，导致变压器油分解产生大量气体，引起有载分接开关本体压力释放阀动作。

阶段二：9c档升10档(单到双)。

在执行第1步KB断开、电流向V1支路转移时，由于K1公共端导线熔断，负载电流直接转移至V2-R2支路，负载电流由原“微欧支路→毫欧支路”变为“微欧支路→欧姆支路”，导致KB触头拉弧放电，如图8所示。

图7 故障时第一阶段第4步过程Fig.7 Failureprocess: phase I, step 4

图8 故障时第二阶段第1步过程Fig.8 Failureprocess: phase II, step 1

由于有载分接开关在制造过程中存在机械尺寸或配合偏差，导致双数触头向单数触头切换过程中，C单主触头最后断开，全部负载电流流经C单主触头，并引起较大能量的拉弧放电。高温电弧在C单主触头附近将变压器油分解产生大量气体和空间电荷，扩散至B双主触头与静触头之间时，经C单-B双主触头短接形成级间短路。短路电流流经3组双数主触头和C单主触头。短路电流远大于负载电流，导致C单主触头严重烧蚀，触头熔融产生的液态金属飞溅至油室各处，冷却形成金属颗粒。

级间短路电流形成的巨大能量引起变压器油的快速分解，产生大量气体，油室内压力迅速增大，远超压力释放阀的保护范围，导致铸铝顶盖破裂，大量变压器油喷出。在巨大油流冲击下，有载分接开关重瓦斯动作，跳开1号主变3侧开关。同时，油枕内变压器油通过破裂顶盖泄露，导致有载分接开关油位异常、轻瓦斯动作告警。

5 结 语

1)将故障有载分接开关更换为有良好运行经历厂家的新型三相分接开关切换芯体。

2)将故障相切换芯体返厂检查，重点检查转换开关弹簧压力、真空泡性能、触头接触压力、动作顺序、机械性能等。

3)故障过程中，1号主变A相调压绕组的1、2分接间绕组承受了级间短路电流，变压器器身吊罩检修过程中应重点检查A相调压绕组是否受损。

4)建议对江苏电网同批次有载分接开关开展油色谱检测，发现异常时尽快进行停电处理。

5)建议加强检修管理并严格按检修工艺操作，避免检修人员疏忽而造成设备故障并影响电网运行。