关键词：有载调压开关；故障；解决措施
1 引言
当电力设备设备出现故障时，一部分的故障现象是发热，热缺陷类故障会导致绝缘材料绝缘性能降低、火灾、导电及机械性能下降，危及人身、设备、电网安全。运维人员通过对运行设备测温，实现热缺陷发展成电气事故前的介入检修，防止运行隐患扩大造成的停电。随着科技水平不断发展，我们对热缺陷的发现手段从“示温蜡”演变到“红外点温枪”，再到现在引入了“红外热成像技术”。热缺陷分类上从“电流致热型”，发展到提出“电压致热型”“综合致热型”观点。
2 有载调容的工作原理
串并联型调容方式的变压器每相高压绕组和低压绕组都包括9个切换开关，高压侧和低压侧的绕组为相同的星型接线方式。高压侧和低压侧的绕组都被分成了两部分，每个部分和同类型的普通配电变压器绕组相比，线圈匝数保持相同但是横截面积被设计为同型号普通配电变压器的1/2，则当两部分并联连接时，横截面积扩大为每部分的两倍，和原来变压器的横截面积相同，有效匝数也和原来变压器的匝数相同，对应的流过绕组电流也相同，这个时候变压器的情况均与原变压器情况相同，因此此时变压器的容量也为额定容量。而当两部分线圈串联时，因为每一部分横截面积都为变换前的一半，则导线截面为原截面的一半，又因为串联使其有效匝数变多，则有效匝数为原匝数的二倍，因为横截面积变小，导线载流量变小，容许通过电流也为原电流的1/2，则其对应的容量也为原来的1/2。因此在调容变压器双侧实现串并联的变化可以改变其容量大小，实现调容目标。
3 有载调压开关的故障分析
本文作者全程参与缺陷发现、负荷控制、故障初步判断、停电处理、送电复测。通过有载调压开关吊芯检查发现，该主变压器有载调压机构档位切换触指表面积累大量碳化物。有载调压开关档位切换过程中，动静触头切换时轻微拉弧，弧光致使触头表面镀银层、绝缘油发生碳化，有载调压开关绝缘油在弧光作用下劣化。由于该变电站所处当地用电负荷波动较大，有载调压开关切换频繁，有时切换次数一日可达几十次。原本发生碳化的触指在频繁切换情况下，动静触指表面接触不良的情况进一步扩大，接触电阻增大，最终形成电流致热。可能导致该故障的原因分析如下：（1）触头夹紧力不够，夹紧弹簧疲软，复位弹簧的弹簧力在发热状况下疲软加剧造成触指松动。（2）紧固件故障松脱或档位切换过程震动导致松脱致使档位切换时拉弧。（3）触头镀银层厚度不足，硬度不够，切换档位时磨损产生的碎屑积累成垢造成导电能力下降，加剧碳化。（4）该主变压器V型有载调压开关分接头切换触指在档位衔接隙变大，导致拉弧。
4 应对措施
4.1 开关量输入检测电路设计
调容调压变压器电压档位分为高压档位、中压档位和低压档位，由调压开关K1和K2控制；容量档位分为大容量档位和小容量档位，由调容开关K3控制。调容调压开关通断状态如表4-1所示，如果调压开关K1和K2同时都闭合，电压档位为高；如果调压开关K1断开并且K2闭合，电压档位为中；如果调压开关K1和K2同时都断开，电压档位为低。如果调容开关K3闭合，容量档位为大容量，反之为小容量档位。该电路输入侧E1、E2输入调压开关K1和K2状态信号，E3输入调容开关K3状态信号，输出侧I1、I2、I3连接主控芯片引脚p211、p212和p213，其中E4和I4引脚空闲。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆选择光耦芯片TLP281，将输入信号通过光耦模块与输出信号进行隔离，这样可以提高电路的抗干扰能力，同时也可以转换信号电压，把控制器外部的强电信号转换成+3.3V的弱电压信号输入到主控芯片，具有保护电路的作用。当调容调压开关闭合时，E1、E2、E3输入信号为低电平，使得光耦模块的LED侧导通发光，同时驱动另一侧使得与主控芯片相连的引脚I1、I2、I3为低电平；当调容调压开关断开时，E1、E2、E3输入信号为高电平，使得光耦模块的LED侧截止不发光，则另一侧引脚I1、I2、I3在上拉电阻的作用下位高电平，从而主控芯片检测到高电位。
4.2 开关量输出控制电路设计
本文调容调压控制器的输出回路控制三路开关量的信号输出，依据科学的控制策略，主芯片对实时负荷和变压器调容调压开关状态做出判断并输出相应的控制信号，通过光耦隔离模块控制储能继电器动作，从而控制储能电容器放电，储能电容器瞬间放电驱动调容调压开关中的永磁机构动作，使调压开关K1和K2以及调容开关K3闭合或者断开，实现变压器容量的变化和输出电压的调节。
储能电容器选择450V/2000uF电解电容，采用LT3751电容充电器为电容器进行充电。以一路开关量输出为例，其中C为储能电容器，RL1、RL2、RL3、RL4为继电器，电阻R与电感L串联作为永磁机构等值电路。LT3751电容充电器将直流12V电压信号转换为直流220V电压信号为储能电容器充电，同时对输入的电压信号进行滤波处理。电容器瞬间放电为永磁机构提供输入电流，主芯片发出控制命令使继电器RL1和RL3闭合，此时为永磁机构提供正向电流，实现调容开关或者调压开关闭合；主芯片发出控制命令使继电器RL2和RL4闭合，此时为永磁机构提供反向电流使永磁机构反相动作，实现调容开关或者调压开关断开。通过主芯片控制不同继电器的组合动作实现永磁机构的双向切换，从而使调容调压开关的完成闭合与断开的动作。
4.3 发现问题做好风险预控
当运维过程中发现同类热缺陷故障的，应先考虑主变压器承担的重要负荷转移控制，现场人员应与运行或调度人员及时做好沟通，降低由于缺陷发展可能造成的停电损失。若条件允许，可尝试切换有载调压开关档位，通过改变分接触点、极性触点多次磨合，缓解发热现象。但应注意如果测得机构温度过高或尝试切换时温度呈现上升趋势，则应考虑停电检修。
5 结束语
本文设计的调容调压控制器装置仍可进行进一步改进和完善，目前研究的调容变压器一般只有大、小两个容量，在今后的工作中，可以进一步研究根据负荷动态变化情况的有载逐级自动调容技术，能够实现配电变压器容量连续平滑调节。 在现有装置基础上增加更完善的保护模块，增加自适应容量变化过载保护策略和小容量切换到大容量时的负荷限制策略，提高供电可靠性和供电质量，延长调容调压变压器及其开关的使用寿命。
（1）制造厂应该保证调压装置的设计合理。加强有载分接开关装置的质量控制，提高装配精度和设备使用耐久度。对开关动作次数和运行时间达到检修要求应对有载开关本体进行吊芯检查、试验，并更换绝缘油。（2）在变压器运行过程中，当电力系统需要调节电压时，应多考虑采取其他措施，减少开关调档次数，例如尽量采用无功补偿装置调压。（3）对年限久的分接开关，定期进行过渡电阻切换过程试验，与历史数据进行比较，检查有无异常。（4）应利用主变停电检修的机会，做好对有载调压开关油化试验，并做好数据跟踪分析。
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论文作者:王世民
论文发表刊物:《中国电业》2019年16期
论文发表时间:2019/11/29
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