摘要：有载调压开关是有载调压变压器的重要组成部分，对主变压器的正常运行具有重要影响，调压开关切换芯子装在油箱内部，难以直观巡视，且维护周期较长，如何利用红外测温手段有效发现调压开关内部故障，是需要关注和思考的一个问题。本文针对两个110kV变电站主变有载调压开关同类型发热缺陷，结合调压开关的结构和原理，以及设备运维记录，对该发热缺陷进行分析，找出发热原因，并对后续运维提出对策措施。
关键词：调压开关；发热；分析
Abstract：OLTC is an important component of transformer，has an important effect on normal operation of the main transformer，voltage regulating switch core is installed inside the tank，it is difficult to patrol，intuitive and maintenance cycle is long，how to use the infrared measuring temperature found effective regulating switch internal fault，is a problem that is need to pay attention and to thinking about.Based on the OLTC type heating defects of the main transformer of two 110kv substation，combined with structural adjustment and the principle of the combined switches，as well as the equipment operational records，to analyze the heat defect，identify the reasons of the fever，and proposes some countermeasures for the subsequent operation and maintenance.
Key words：Tap changer；Fever defects；Analysis.
1 引言
电力变压器有载调压开关使用非常广泛，它能在不停电情况下，实现电压调节，保证连续供电，但有载调压开关也时常出现各种故障，影响变压器的安全运行。调压开关切换芯子装在油箱内部，难以直观巡视，且检修维护周期较长，缺陷较难提前发现，在吊芯检修时，时有发现调压开关触头积碳腐蚀、烧损等情况，下面笔者就两起有载调压开关同类型发热缺陷进行分析，找出发热原因，并对巡视维护及检修工作提出建议措施，为变压器的安全运行提供参考。
2 缺陷概述
2.1缺陷背景
2016年7月，运行人员在红外测温时发现110kV和平站#2主变有载调压开关顶盖温度与主变本体温度存在明显温差，且高于相邻#1、#3主变相同区域20℃（见图1-3），随后检修人员到现场对缺陷进行了确认，认为其内部存在严重过热，需紧急停运进行吊芯检修。
110kV和平站#2主变由保定天威保变电气股份有限公司生产，型号为SZ9-50000/110，2004年9月投运。有载调压开关是由MR公司生产的V型三相有载分接开关，型号为VⅢ350Y-76-10193WR+MA9。
图1：#1主变红外测温图 图2：#2主变红外测温图
图3：#3主变红外测温图
2.2缺陷查找及处理
主变停运后，由于变高套管采用封闭式电缆出线，试验班组未能开展调压开关档位直流电阻测试。检修人员打开顶盖时，检查油色正常，油位充满，漫过所有触头，排除油位低导致触头接触空气锈蚀的可能；检查切换芯整体及触头情况，发现极性选择开关触头及触头连接端子有明显发黑现象，伴随轻微烧蚀迹象，有一层黑色炭素微粒附着触头表面，分接开关吊出后在开关油室内壁能明显的看到有油污现象（见图4-7）。
图4：调压开关内部 图5调压开关油室
图6 图7
检查分接选择器触头表面也无明显缺陷；进一步检查分接选择器过渡电阻，用万用表欧姆档测量各过渡电阻Ra1，Ra2，Rb1，Rb2，Rc1，Rc2，均为正常值3.6欧姆。此外，检查切换芯各固定螺丝及压紧弹簧弹力也都正常，综合判断，极性切换开关触头即为此次发热故障点。
为彻底消除缺陷及隐患，检修人员更换极性开关的触头，打磨未更换的触头，除去积碳。使用干净无绒布条擦净切换芯整体及油室内壁，然后使用新油冲洗切换芯及油室内壁，回装切换芯及封盖完成后，油化班组取油样试验正常，之后送电，运行正常。
3 缺陷分析
图8：V型调压开关内部结构
110kV和平站#2主变调压开关顶盖发热与2014年发现的110kV王家站#1主变调压开关顶盖发热情况相同，都是因极性开关触头积碳导致接触电阻增大引起的，110kV王家站#1主变由保定天威保变电气股份有限公司生产，型号为SZ9-50000/110，2004年9月投运。调压开关是由MR广东公司生产的型号为VⅢ350Y-76-10193WR+MA9三相有载分接开关，与和平站#2主变调压开关为同一厂家、同一型号，且同一年投运。
3.1内部结构分析
同样的设备，同样的缺陷，其诱发因素很多，首先从V型调压开关内部结构来看，其内部结构如图8所示：
内部采用筒式的选择开关，它将极性切换开关和分接选择器的功能复合在一起安装在筒内，由能承受压力的绝缘圆筒形成油室把开关油与变压器油箱的油隔离；极性切换开关在分接选择器上端，二者由不同的齿轮带动；分接选择器起调档作用，每调一档，分接选择器旋转36度，共有10个位置，极性切换开关只在9档上调档时，才会动作，扩大调压的范围；极性切换开关和分接选择器接入高压回路，提供电流通道，且有切断和接通电路的动作，因此极性开关和分接选择器触头是常见易发热的部件，而极性开关又刚好在调压开关油室上部，这也就说明为何能在调压开关顶部发现温度异常。
3.2主变负载率分析
从负荷电流上看，通过Scada系统调取两个站近几年变高电流的数据，并由此生成主变负载率曲线，如图9-10所示：
图9：110kV和平站#2主变每月负载率曲线图
图10：110kV王家站#1主变每月负载率曲线图
由图9可以看出，110kV和平站#2主变负载率总体上在70%上下波动，夏季7、8月份可达到80%以上，属于负载较重的主变。
由图10可以看出，110kV王家站#1主变负载率在全年大部分时间均在80%以上，夏季6至9月份可达到90%以上，属于重载主变且需重点关注。
以上两台主变负载率虽有所不同，但在相同的运行年限下，却出现了同样的故障，说明负载是产生发热的一个原因，但并不全是。在高负荷下，分接开关在切换操作过程中，主通断触头和过渡触头都会产生电弧，该电弧导致触头烧损形成碳颗粒和油的碳化，同时电流的热效应会使弹簧的弹性变弱，动、静触头之间的接触压力降低，接触电阻增大，使触头之间的发热量增大，从而导致加速触头表面的氧化腐蚀和机械变形。
3.3检修维护周期分析
按照MR厂家检修维护标准要求，调压开关检修维护周期取决于投运时间和调压次数，两者哪个先达到就进行检修，见图11：
根据投运时间，调压开关的维护周期标准：第一次检修是运行6至7年后，以后的检修不论安装或者不安装MR在线滤油机都是每隔6至7年后。
根据调压次数，调压开关的维护周期标准：使用MR滤油机为每操作140000次后，不使用MR滤油机为每操作70000次后。
查阅2014年南方电网公司颁布的《电力设备检修规程》，对于110kV主变有载分接开关吊芯检修周期规定为15年或有必要时，显然远大于厂家建议的检修周期，如此长时间不开展检修，不利于及时发现内部问题，难以保证设备运行正常。
110kV和平站及110kV王家站调压开关均已投入运行12年，调压次数为8000次左右，根据厂家给出的维护建议，期间应开展一次吊芯检查，但根据网公司《电力设备检修规程》，在未发现异常时也可不开展。目前投运的MR公司生产的该V型调压开关，除了因发热缺陷而吊芯检修的，其它未查到有吊芯检修记录，调压开关超过检修时间而未进行吊芯检修维护，长达12年运行，内部元件的机械磨损、电腐蚀、积碳等问题，都是导致触头发热的原因。
图11：MR厂家检修维护周期要求
3.4主变运行档位分析
从极性开关触头表面积碳情况来看，极性开关触头表面积碳严重，而分接选择器触头则没有明显看到积碳情况。分接选择器触头切换次数大于极性开关触头切换次数，触头也应更容易磨损发热，而实际却恰恰相反，查找2014年110kV王家站#1主变档位直阻试验记录，在档位切换前，测量直阻试验不合格，而当进行各个档位切换之后，第二次直阻试验数据合格。分析可能是调档过程中，极性开关发生切换动作，触头上部分积炭打磨脱落，接触电阻变小。查看110kV和平站#2主变和110kV王家站#1主变近三年档位曲线，如图12-13所示：
图12：110kV和平站#2主变调压档位曲线图
图13：110kV王家站#1主变调压档位曲线图
通过档位曲线图可以看出主变档位基本上都在9档以下，而V型调压开关其极性开关只有在9档以上时才会动作，极性开关长期不动作，积碳难以脱离触头，这也就说明为何极性开关触头更容易积碳发热。
4 有载调压开关常见发热原因
有载调压开关是由电机及齿轮传动机构、极性切换开关、分接选择器等组成，结合110kV和平站主变调压开关触头发热情况，调压开关常见的发热原因有以下几种情况：
①触头发热磨损。有载调压开关带负载电流实现调压，在调压过程中档位更换，使触头产生机械磨损、电腐蚀等问题，触头接触电阻增大，发热量增大，加速了触头表面的腐蚀和机械变形，从而导致开关损坏。
②极性开关长期不切换。调压开关长期在低档位运行，极性开关长期不切换，其触头积碳越积越多，导致触头发热，甚至烧蚀。
③切换开关拒动或切换不到位。切换开关因动力不足或受阻导致切换不到位，长期停留在中间位置，可导致过渡电阻持续发热，严重时引起变压器跳闸，导致供电中断。
④油质劣化。有载调压开关操作过程中产生的电弧引起油质劣化，开关的绝缘水平下降。油质变差会产生游离碳、氢、乙炔等气体及油垢，大部分气体一般会从绝缘油中排出，但游离碳微粒和油垢却会有一部分混在绝缘油中，另外一部分则堆积在开关的绝缘件表面及过渡电阻上，使开关绝缘水平下降，影响散热。
⑤油室渗漏油。有载分接开关的油室是独立的油箱，运行中有载分接开关的油室中的油是不允许进入变压器本体的。当调压开关油室渗漏油时，调压开关顶部的的极性开关容易暴露在空气中，使极性开关触头发热。
5 改进措施及建议
①梳理同类型号的调压开关，建议根据厂家检修周期要求逐步开展110kV MR调压开关的吊芯检修工作，尤其对于远超投运检修周期、负荷重的主变应优先考虑。
②对于调压开关状态的判断除了吊芯检修外，还有试验专业的档位直阻和油化试验，建议对变高套管采用封闭式电缆出线型式的主变，应开展直流电阻测试（2011版预试规程“封闭式电缆出线可不进行定期试验”）。
③加强对极性开关的动作次数收集，其动作次数对其触头寿命是重要的因素。调压开关检修周期主要以操作次数为根据，而极性切换开关的动作次数较少，容易被忽略。同时，利用主变停电检修的机会，对调压开关极性开关进行切换动作（升至10档即可），消除表面积碳和氧化膜，减轻积碳和发热程度。
④加强红外测温，从110kV和平站及110kV王家站主变调压开关发现的缺陷看，红外测温也是对调压开关状态的一种有效的检测手段，建议对于已超过检修维护周期而未开展吊芯检修的主变，在巡视时加强对此类主变调压开关的测温。
⑤对于新投产的主变，建议安装调压开关在线滤油装置。根据MR公司给的检修维护指引，带滤油机时调压开关调压次数可以显著增加，说明滤油机对净化油，延长调压开关使用寿命是有重要作用的。
结束语
调压开关作为主变压器的重要组成部分，发挥了重要的作用，其运行状况也影响着主变压器能否正常运行，一旦调压开关发生故障，会对主变压器运行造成极大的影响，甚至必须停电检修，因此，对调压开关定期进行检修维护，对故障和缺陷记录分析十分必要，不仅可以了解故障性质和故障原因，还可以掌握故障解决措施，确保变压器正常运行。本文分析了两起同类型有载调压开关发热缺陷产生的原因，并对后续的巡视、维护及检修工作提出建议，以期预防和减少此类故障再次出现，提高变压器的安全稳定运行水平。
参考文献：
[1]张华，杨成，朱涛，张鹏等.电力变压器现场运行与维护.北京：中国电力出版社.
[2]胡启凡.变压器试验技术.北京：中国电力出版社.
[3]姚志松，姚磊.有载分接开关实用手册.北京：中国电力出版社.
论文作者:王宏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/19
标签：极性论文; 触头论文; 档位论文; 测温论文; 缺陷论文; 变压器论文; 周期论文; 《电力设备》2017年第24期论文;