有载分接开关动作特性交、直流测试技术分析

有载分接开关动作特性交、直流测试技术分析

【摘要】有载分接开关是变压器重要组成部分，准确可靠测试其动作特性具有重要意义。本方式介绍了有载分接开关的工作原理，分析了有载分接分接开关动作特性测试原理及交、直流法测试技术，对比了两种测试技术的差异性，并结合典型实例进行分析说明。实例表明，直流法由于测试电压低，不能击穿触头氧化膜、油膜等，测试波形不能直接判定有载分接开关是否存在缺陷异常；交流法具有试验电压高、更符合实际工况等特点，能反映切换过程中每一瞬间的通流状态。

【关键词】有载分接开关；动作特性；直流法；交流法；波形分析

前言

变压器是电网核心设备，其质量对电网安全稳定运行具有重要意义，有载分接开关是变压器重要组成部分，能实现有载调压、改善电能质量等。然而有载分接开关作为在线动态设备，受材质、工艺及负荷轻重等影响，其故障率相对较高，据统计有载分接开关故障导致的事故占变压器事故的8.62%。有载分接开关缺陷已成为危机电网安全运行的一个重要因素，因此能够准确检测有载分接开关动作特性，可靠判断有载分接开关缺陷异常，在提高电力系统运行的可靠性方面有着重要意义。

传统的预防性试验只能测量变压器在分接开关切换前后接触是否良好，绝缘性能是否劣化，无法对有载分接开关的过渡过程进行监测，无法判断过渡时间、过渡波形、过渡电阻等参数是否存在异常。随着电网发展，将有载分接开关波形测试纳入交接及预防性试验项目成为必然趋势。目前，电力行业普遍使用直流法测试有载分接开关动作特性，然而直流测试存在电压偏低、使用范围窄、波形解析不唯一等问题，波形解析上存在较大分歧，甚至出现误判的情况，准确测试有载分接开关动作特性是国内工程界高电压试验领域亟待解决的问题。近年来，交流测试方法得到了显著发展，其具有测量电压较高、更接近于实际运行状态、运用范围广等优点，测得的波形反应切换过程中每一瞬间的通流状态，可以清晰反映有载分接开关工作过程，有效判断开关故障。

1 有载分接开关工作原理

有载分接开关是变压器在负载状态下进行操作的用来改变绕组分接位置的一种装置，其在变换分接过程中必须满足两个基本条件：（1）保证电流的连续性，不能开路；（2）保证分接间不能短路。因此，在有载分接开关切换过程中，必然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；而在桥接的两个分接间，必须串入电阻以限制循环电流，以保证不发生分接间短路。有载分接开关就是采用过渡电路实现这一功能，根据过渡电阻数量可以分为单电阻、双电阻和4电阻等类型。其中双电阻类型结构简单，使用较为广泛，在过渡过程中定触头与动触头始终遵循“1-2-1”的变化规律进行切换，以完成电路的过渡任务，其工作

原理如图1所示。

（1）切换开关先接通k1、k2，然后断开k1，一个过渡电阻接入负载回路，负载电流从过渡电阻流过，如图1（a）～（c）所示，该过程为“架桥”阶段。

（2）切换开关接通k2、k3，两个过渡电阻接入负载回路，负载电流从两个过渡电阻搭接的“桥”上流过，同时，两过渡电阻中存在环流，如图1（d）所示，该过程为“桥接”阶段。

（3）切换开关先断开k2，再次一个过渡电阻接入回路，再接通k3、k4，最后断开k3，负载电流从k4流过，切换过程完成，如图1（e）～（g）所示，该过程为“拆桥”阶段。

有载分接开关由分接选择器、切换开关等组成，切换档位时先由分接选择器选中要变换到的档位，然后由分接开关迅速动作，完成由当前档位向目标档位的切换。有载分接开关总是从“单到双”或者“双到单”两个方向交替运动，由于是带负载进行切换，对有载分接开关的机械特性要求很高，若出现故障将会整个切换过程造成很严重的影响。测试有载分接开关过渡波形能用于判断过渡电路“架桥”、“桥接”、“拆桥”过程的完整性和连续性。

2 有载分接开关动作特性测试

2.1 有载分接开关动作特性测量原理

由有载分接开关工作原理可知，切换过程中串入负载回路的过渡电阻有规律地变化，测试回路中电流亦值随时间有规律改变，将这一变化波形记录下来，同时测量出动作参数，并与标准波形、设计要求进行比较，则能判断出有载分接开关的动作是否存在异常。本文仍以双电阻类型为例，其测量原理如图2所示。其中?R、?L为分接间的阻抗值，Rn、Ln为有载分接开关切换前已串入回路分接的阻抗值。在进行试验时，变压器二次绕组开路。

2.2 有载分接开关动作特性直流测试技术

使用直流法测试有载分接开关动态特性时，理想波形如图3（a）所示。t为总的切换时间，t1为当前主触头打开至过渡电阻触头闭合的时间，即“架桥”过程，提供给主触头的熄弧时间，在主触头打开瞬间，负载电流被切断而有电弧，等到电流过第一个零点时，如果动、静触头间的断口足够大，则电弧熄灭，反之则电弧重燃，等电流第二次过零时熄灭。由于触头断开瞬间电流相位是随机的，所以要求t1≥10ms，以保证至少有一个电流过零时电弧熄灭。t3为后一过渡电阻分开至主触头闭合时间，即“拆桥”过程，一般t3与t1相等。t2为两个过渡电阻同时接通的“桥接”时间，此时两个过渡电阻并联，要求t2为3ms～7ms。

2.3 有载分接开关动作特性交流测试技术

使用交流法测试有载分接开关动态特性时，测量波形如图X所示。在”架桥”即t1阶段，只有过渡电阻接入回路，阻值变化不大，故电流基本不发生变化；在“桥接”即t2阶段，由于电磁感应分接间有感应电压，切换过程中分接间存在循环电流，同时一个阶段电感（?L）接入回路，电流发生变化；在“拆桥”即t3阶段，过渡电阻从回路中切除，阻值变化不大，故电流基本不发生变化。故交流测试中只有t2段比较明显，同时t1、t3与t2是由机械设计的角度来固化的，相互之间存在固定的时间关系，测量出t2可以反推得到t1、t3。

有载分接开关过渡波形测试原理虽然很简单，但不同厂家的产品、不同的测试方法等多种原因，现场测得的波形与标准波形相比都存在不同的差距，这给判断有载分接开关能否正确动作带来很大的困难[6-9]。因此，在实际中应采用多种测量手段，根据实测波形来进行综合判断，下面结合实例进行说明。3 有载分接开关动作特性测试实例分析

某新建110kV变电站，3#主变压器型号SFZ9-50000/110，额定电压110±8*1.25%/37.5 KV，2012年出厂。

3.1 有载分接开关动作特性直流波形测试

3#主变有载分接开关其他测试项目试验数据均在合格的范围内，未发现异常情况。然而使用直流法测量有载分接开关动态特性，通过“单到双”和“双到单”档位多次切换，发现测量波形存在异常情况。从测试结果看，A、B、C三相的过渡电阻大致为1.6Ω，相互之间差别不大；过渡时间大致为49ms，对比厂家出厂参数值，结果并无异常。从过渡波形分析，从“单到双”切换时，A、B相波形较为正常，C相“搭桥”、“拆桥”阶段存在波形弹跳、振荡现象，如图4所示。

当从“双到单”切换时，A、B、C三相波形均异常，在“搭桥”阶段存在多处波形弹跳、振荡现象；“桥接”过程缺失，双过渡电阻未同时接入工作，如图5所示。

上面的测试均是电动切换开关，当采用手摇方式使开关动作时，亦发现存在异常情况，如图6所示，A、B相“搭桥”阶段存在多处波形弹跳、振荡现象，“桥接”过程缺失；C相全过程发生中断，出现缺相情况。

直流法测量有载分接开关动作特性时，切换过程中出现的抖动，这可能是由于动、静触头闭合时产生的机械冲击力而出现的轻微弹跳，或者由于触头氧化膜、油膜电阻的存在导致触头接触接触不良等；“桥接”过程缺失，这可能是由于切换过程中触头接触不良而导致过渡电阻未接入工作；断流情况的出现，可能是由于触头接触不良，或者是由于测试电压太低不能击穿触头氧化膜、油膜等。但这些并不意味着该有载分接开关就一定存在故障[10-15]，应采用其他测试技术进行综合判定。

3.2 有载分接开关动作特性交流波形测试

由于3#主变有载分接开关直流测试波形的问题很大，分析困难，故对其进