（国网技术学院 山东省济南市 250002）
摘要：有载分接开关是在带负载情况下切换变压器分接头，容易产生电弧，造成开关触头烧蚀，因此，很有必要对有载分接开关进行切换特性试验，来检查是否存在机械或者电气上故障。本文首先介绍了有载分接开关的基本结构和工作原理，然后，介绍了其切换特性测试方法，最后，以两个典型故障为例，说明有载分接开关能否正确动作的判断方法。
关键词：有载分接开关；切换特性试验；典型故障分析；试验研究
Abstract: Load tap changer switches the transformer tap under load, producing arc easily, and burning contact terminal, thus, it is necessary to research the switching characteristics of the load tap changer. In this paper, the structure and working principle are introduced at first. Then, the test method of the switching characteristics is recommended. At last, the judging method weather the load tap changer can act correctly is presented by two typical faults.
Key words: load tap changer; switching characteristics test; typical fault analysis; experimental investigations
引言
随着电力系统的发展，对电压质量的要求也越来越高。为了保证负荷端的电压满足要求，需要对变压器输出电压进行调整，而通过有载分接开关对电压进行调整是一种非常方便、有效的方式，因此，有载分接开关在电力变压器中得到了广泛应用。
有载分接开关可以使变压器在带负载情况下或者说励磁状态下，对分接绕组分接头的位置进行调整，从而改变一次绕组与二次绕组的匝数比，达到调节输出电压的目的。
变压器分接绕组一般是在高压绕组上抽出适，因为高压绕组常套在外面，引出分接头方便；另外，高压侧电流小，引出的分接引线和分接开关的载流部分截面积小，开关接触部分也比较容易解决。
有载分接开关是变压器中唯一经常动作的部件，因此，它的可靠性直接决定变压器能否安全稳定运行。变压器运行过程中有载分接开关频繁切换，容易造成触头切换不到位、过渡电阻烧坏断裂、切换开关卡滞等故障。通过测试有载分接开关的过渡波形，并与标准波形进行比较，可以有效判断有载分接开关是否存在电气或者机构上的故障，因此，很有必要对变压器的有载分接开关进行切换特性试验研究。
1 M型有载分接开关基本结构
有载分接开关从结构上可以分为组合式和复合式两种。组合式有载分接开关由一个切换开关和一个分接选择器组成。复合式有载分接开关是将切换开关和分接选择器的功能合二为一，整个开关都安装在一个绝缘油室内。组合式有载分接开关从结构上可以分为滚转式切换机构、摆杆式切换机构、杠杆式切换机构等几种。复合式有载分接开关从结构上可以分为夹片式、双滚柱式、单滚柱式三种切换机构。
M型有载分接开关是一种非常典型的组合式有载分接开关，本文主要对这种有载分接开关的过渡波形测试进行研究。M型有载分接开关的基本结构包括切换开关、分接选择器和操动机构。
切换开关触头系统包括主通断触头、过渡电阻触头、主触头三部分。其中，主通断触头和过渡电阻触头由铜钨合金制成，以提高触头电寿命，又称为电弧触头。主触头是一种镀银的羊角形触头，可以保证长期工作电流通过时，电阻比较小。切换开关上装有过渡电阻，过渡电阻由镍铬丝绕制而成，装在绝缘框架内，固定在弧形绝缘板的下部。
分接选择器是一种能够承载电流，但是不能接通和开断电流的装置。因此，它实质上是一个无励磁分接开关。分接选择器上装设有静触头和动触头。静触头的外侧与变压器分接绕组的分接端子相连接，静触头的内侧与动触头相连接，并且每一层静触头对应一个动触头，三相六层静触头，对应六个动触头。
在分接选择器上还有一个非常特殊的结构，就是极性选择器。极性选择器的作用就是实现是正向调压还是反向调压的一个选择。正向调压的时候极性选择器将主绕组尾端与正极性端相连接，正极性端再与1分接头相连接；负向调压的时候极性选择器将主绕组尾端与负极性端相连接，负极性端再与9分接头相连接。这样，可以实现在不增加变压器分接绕组抽头的情况下，扩大调压范围。
操动机构主要有两个功能。它的第一个功能是提供了操作者与变压器之间的人机交互的一个接口。因为它上面有分接位置指示，档位调节摁钮，远方/就地转换摁钮等。操动机构的第二个功能是提供了有载分接开关进行分接变换操作的驱动力。在操动机构的内部装设了电气控制系统、三相交流电机、齿轮传动机构等，这些装置可以为分接变换操作提供驱动力。另外，还装设了用来传输保护信号和控制信号的信号传输系统。
2 有载分接开关工作原理
有载分接开关是在负载状态下调节变压器绕组分接位置，因此，要求在分接位置变换过程中，既要保证负载电流的连续性，不能开路，又要保证分接之间不能短路。为满足不开路和不短路要求，在分接开关切换过程，必须在某一瞬间同时桥接两个分接头，以保证负载电流的连续性。并且，桥接的两个分接之间必须串接电阻，以限制循环电流，保证不发生分接之间短路，实现这种功能的电路被称为过渡电路。按照串接电阻的数量分为单电阻、 双电阻及四电阻这三种开关类型，在实际应用中常见的是双过渡电阻电路。
过渡电路的从单数侧切换到双数侧的工作原理可以用图2中a~i描述，图中，L表示一段分接绕组，R1表示单数侧的过渡电阻，R2表示双数侧的过渡电阻，o表示中性点引出端子，1表示单数侧主触头，2表示单数侧主通断触头，3表示单数侧过渡电阻触头，4表示双数侧过渡电阻触头，5表示双数侧主通断触头，6表示双数侧主触头。
图1 过渡电路工作原理图
1. 图1(a)~(d)，切换开关先断开触头1，再闭合触头3，再断开触头2，该阶段负载电流只经过单数侧。
2. 图1(e)中，触头3和触头4同时闭合，负载电流既经过单数侧又经过双数侧，此时，两个过渡电阻桥接在两个分接头之间，不仅保证负载电流的连续性，而且保证不发生分接头之间短路，限制环流。
3. 图1(f)~(i)中，切换开关先断开触头3，再闭合触头5，然后断开触头4，最后闭合触头6，该阶段负载电流只经过双数侧。
至此，切换开关将负载电流连续性地从单数侧切换到双数侧。切换开关总是这样从单数侧切换到双数侧或者从双数侧切换到单数侧，并与分接选择器配合，来实现变压器绕组分接头位置的转换。
3 有载分接开关切换特性试验
为了检查有载分接开关切换过程的连续性和完整性，就必须进行切换特性试验，以检验切换各段时间、总时间及切换波形是否符合要求。如果切换时间过长，触头离开速度过慢，电弧弧隙电压的恢复速度会快于弧隙绝缘强度的恢复速度，电弧就不能快速熄灭；而切换时间过短，切换程序会被打乱，切换本应该由第一程序进入第二程序时，由于速度太快，有可能进入第三程序，这样会使过渡回路电流成倍增加，也使得电弧难以熄灭，有可能造成触头灼烧、油气膨胀，防爆膜破裂，气体继电器动作等。
测试仪器通常采用高稳定的恒流源，并且由于采用了先进的数据处理技术，无需进行切换开关吊出即可带绕组进行测试。
使用有载分接开关参数综合测试仪进行测试时，将仪器面板上的A、B、C、O端引线与变压器高压绕组三相出线端子及中性端子对应相连接，其余绕组短接接地，并将仪器外壳可靠接地，这样就可以进行有载分接开关切换特性试验了。
由于M型有载分接开关总是在单数档位与双数档位之间往返动作，因此，测试档位应从单数档位到双数档位，再从双数档位切换到单数档位。双过渡电阻有载分接开关标准切换波形如图2所示。t是切换过程总时间；t1是R1电阻接入的时间长度；t2是R1电阻与R2电阻并联接入的时间长度；t3是R2电阻接入的时间长度。
图2 双过渡电阻有载分接开关标准切换波形
4 典型故障波形分析
规程规定，有载分接开关总切换时间及各段时间应该符合要求；切换波形各阶段要平直，无明显波动；三相开关的不同步时间要符合要求。
由于多种原因，在对实际变压器进行有载分接开关切换特性测试时，所测得的切换波形很难与标准切换波形完全一致，这一点将给判断有载分接开关能否正确动作带来很大困难。下面结合两个实测波形来说明有载分接开关能否正确动作的判断方法。
典型故障波形一如图3所示，对照单到双和双到单可以看出：单到双时C相动作早，桥接前这一段时间比B相、A相时间长，桥接后三相差不多同时；双到单时C相动作晚，桥接后这一段时间比B相A相长，桥接前三相时间差不多。由此可以判断，问题出在C相的单数侧，动触头和主通断静触头的接触配合上，脱离时早，接通时晚，有可能是主通断静触头松动或者烧蚀严重。
(a) 从单数档位到双数档位
(b) 从双数档位到单数档位
图3 典型故障波形一
典型故障波形二如图4所示。对照图4(a)与(b)可以看出单到双时，C相桥接后有抖动，而双到单时正常。它反映了由R1、R2并联向R2过渡时，R1有接触不良现象，但是并不严重，可以运行。在以后的测试中，应注意对照，看是否有所发展。
图4 典型故障波形二
5 结论
有载分接开关在电力变压器中得到了广泛应用，然而，其结构比较复杂，并且它是变压器中唯一经常动作的部件，容易发生故障，因此，本文对有载分接开关的基本结构和工作原理进行了详细介绍，并对其切换特性进行了研究，最后，通过两个典型故障波形说明了有载分接开关能否正确动作的判断方法。
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作者简介：
裴英（1985-），女，博士，讲师。主要从事电气试验专业方向研究与教育培训工作。
论文作者:裴英,陈珂睿,高楠楠,李宏博,郭良峰
论文发表刊物:《电力设备》2015年第12期供稿
论文发表时间:2016/4/25
标签：触头论文; 绕组论文; 电阻论文; 双数论文; 波形论文; 单数论文; 变压器论文; 《电力设备》2015年第12期供稿论文;