摘要：变压器调压开关是变压器的重要组成部分，在电网中担负着调节电压的重要作用，但是由于客观原因往往会造成其维护、巡视等工作困难，尤其是对调压开关的运行年限和调压次数等数据没有引起重视。如果调压开关故障就会造成变压器退出运行，从而直接影响系统的可靠性和安全性。本文深入分析了一起变压器调压开关顶盖发热的原因并提出了防止此类现象的改进措施。
关键词：调压开关；原因分析；改进措施
0前言
2016年7月8日，值班员在110kV和平变电站红外测温特巡时发现#2主变压器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主变、#3主变相同区域20℃，随后检修人员到现场对此现象进行了确认，认为其内部存在严重过热，需紧急停运进行吊芯检修。吊芯检查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。
1设备概况
该站#2主变由保定天威保变电气股份有限公司制造，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。巡视红外测温见图1a、图1b、图1c。
2缺陷查找及处理过程
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。
图1a #1主变红外测温图 图1b #2主变红外测温图 图1c #3主变红外测温图
图2a 调压开关 图2b 调压开关油室
图3a 调压开关结构 图3b 极性开关动触头
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，见图3a、图3b。
为彻底消除缺陷及隐患，更换极性开关的触头，打磨未更换的触头，除去积垢。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，油化班组取油样做完试验无误后进行送电。
3原因分析
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主变是由保定天威保变电气股份有限公司制造，型号为SZ9-50000/110， 2004年9月投运。调压开关是由MR广东莱茵豪森公司生产的型号为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，且同一年投运。
同样的设备，同样的缺陷，其诱发因素很多，我们从以下几个方面分析下原因。
3.1内部结构分析
如图4，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
图4 V型调压开关内部结构图
图5 110kV和平站近三年#2主变变高开关电流负荷曲线图
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负荷电流分析
从负荷电流上看，通过OPEN3000系统调取两个站近几年变高电流的数据及主变负载率，如图5、图6所示：
图6 110kV和平站近三年#2主变每月负载率曲线图
图7 110kV王家站近三年#1主变变高开关电流负荷曲线图
图8 110kV王家站近三年#1主变每月负载曲线图
由图5、图6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，属于负载较重但并不很重的主变。
由图7、图8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，属于需重点关注的重载主变。
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从运行年限和调压次数分析
1）MR厂家规定
见下页表格所示，MR厂家对有载分接开关操作到一定次数之后规定需要进行检修。
2）南网电力设备检修规程
图9近三年110kV和平站#2主变调压档位曲线图
图10近三年110kV王家站#1主变调压档位曲线图
目前，110kV和平站及110kV王家站调压开关均已投入运行13年，调压次数为8000次左右，根据厂家给出的维护建议，调压次数没有达到，运行6至7年后也应开展一次吊芯检查，但根据网公司《电力设备检修规程》，运行15后才吊芯检查，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，除了因发热而吊芯检修的，其他都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13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。
3.4主变档位分析
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远远大于极性开关触头切换次数，触头也应更容易积碳磨损，而实际却恰恰相反，查找110kV和平站#2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，直阻试验数据合格。由此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，从而直阻试验数据合格。查看110kV和平站#2主变和110kV王家站#1主变近三年调压档位曲线如图9、图10。
通过档位曲线图可以看出两台主变档位基本都在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。
3.5预防性试验分析
直流电阻测试是目前最有效发现调压开关机构内部故障的试验手段之一，然而（参考下页网公司2011年电力设备预防性试验规程）对于封闭式出线或GIS出线的变压器，电缆、GIS 侧绕组可不进行定期试验。这也是目前封闭式出线变压器没有开展直流电阻测试的原因，从而不可能发现调压开关内部隐患。
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，结合本次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。变压器油具有绝缘、灭弧、冷却、润滑、防腐蚀等作用。油质的变差会产生游离碳、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，使极性开关触指发热。
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）针对变高封闭式电缆出线或GIS出线的变压器未开展直阻测试的情况，结合主变预防性试验，应开展此类主变调压开关各档位直流电阻测试。对于主变出线方式主变单相绕组测量难以构成回路的问题，可采用线间绕组直流电阻测试方法，并采用线间偏差比较分析。对于变高为GIS设备，测试信号可通过出线侧地刀接地联板接入。对于变高为敞开式设备，测试信号可通过出电缆头接线掌接入。
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，利用主变停运检修的机会，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，日常巡视红外测温主要针对主变本体器身和套管，未关注调压开关顶盖温升情况。对于具备检测条件的主变压器，应结合日常巡视把调压开关顶盖部位纳入红外测温巡查部位，若发现局部温升异常，应及时上报相关专业进行高精度红外复测和分析判断。如分析确认存在异常发热问题，应立即停电吊芯检查处理。
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。
6结束语
通过对本次调压开关机构发热原因的全面分析，我们得出调压开关极性选择开关长期不动作、负荷过高、主变档位长期在9档以下、检修维护不到位是造成发热的主要因素。因此在今后的工作中，我们应将调压开关顶盖纳入红外测温范围，严格按照厂家检修维护要求维护，以保障设备安全稳定运行。
7致谢
在完成本篇高级技师论文的过程中，本人得到了深圳电力技术研究中心同事的大力帮助，是他们为此付出了心血和精力，在此请允许我向他们表示最衷心的感谢！同时还要感谢相关厂家人员，有了他们的支持和配合，使我的论文增色不少。
参考文献：
[1]中国南方电网有限责任公司.电力设备检修规程.2014-9-22.
[2]中国南方电网有限责任公司.电力设备预防性试验规程. 2011-10-26
[3]莱茵豪森集团.MR厂家资料.2013-03-26.
论文作者:李建琦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
标签：极性论文; 触头论文; 档位论文; 测温论文; 变压器论文; 电阻论文; 顶盖论文; 《电力设备》2017年第33期论文;