通量耦合變壓器是變壓器行業(yè)發(fā)展好幫手
通量耦合變壓器有載分接開關(guān)電路一旦發(fā)生開路故障，將直接威脅到通量耦合變壓器的安全運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)幾個(gè)有關(guān)通量耦合變壓器有載分接開關(guān)電路的常規(guī)例行試驗(yàn)的分析，介紹了判斷通量耦合變壓器有載分接開關(guān)電路開路故障的幾個(gè)方法。
我國(guó)電力系統(tǒng)及用戶正在愈來(lái)愈多地采用帶有有載分接開關(guān)的通量耦合變壓器進(jìn)行調(diào)壓，這種通量耦合變壓器稱為有載調(diào)壓通量耦合變壓器。有載調(diào)壓通量耦合變壓器在電力系統(tǒng)中有著重要作用，它不僅能穩(wěn)定負(fù)載中心電壓，而且也是聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)、調(diào)整負(fù)載潮流、改善天功分配等不可缺少的重要設(shè)備。但是據(jù)統(tǒng)計(jì)，近些年來(lái)，有載分接開關(guān)在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多異常情況，其中有載分接開關(guān)電路開路故障占了很大的比重，由此導(dǎo)致有載分接開關(guān)事故和故障率較高，而且有逐年上升的趨勢(shì)，直接威脅主通量耦合變壓器和電網(wǎng)的安全運(yùn)行，引起電力系統(tǒng)的廣泛關(guān)注。
1 有載分接開關(guān)電路分析
所謂有載分接開關(guān)，是一種能在通量耦合變壓器勵(lì)磁或負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行操作，用以調(diào)換通量耦合變壓器繞組的分接連接位置的一種裝置，通過(guò)它來(lái)在不中斷負(fù)載電流的情況下改變通量耦合變壓器繞組的有效匝數(shù)，即改變通量耦合變壓器的電壓比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。通常它由一個(gè)帶過(guò)渡阻抗的切換開關(guān)和一個(gè)能帶或不帶轉(zhuǎn)換選擇器的分接選擇器所組成，整個(gè)開關(guān)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)操作的。在有些型式的分接開關(guān)中，切換開關(guān)和分接選擇器的功能被結(jié)合成為一個(gè)選擇開關(guān)。因此。有載分接開關(guān)必須滿足兩個(gè)基本條件：第一，在切換過(guò)程中，保證電流是連續(xù)的;第二，在切換過(guò)程中，保證不發(fā)生短路。為滿足要求，有載分接開關(guān)的電路由過(guò)渡電路、選擇電路和調(diào)壓電路三部分組成。
Ⅰ-調(diào)壓電路;Ⅱ-選擇電路;Ⅲ-過(guò)渡電路;1、2、3-分接選擇器定觸頭;
S1、S2-分接選擇器動(dòng)觸頭;K1~K4-切換開關(guān)定觸頭;J-切換開關(guān)動(dòng)觸頭;R-過(guò)渡阻抗
有載分接開關(guān)一般安裝于通量耦合變壓器繞組得中性點(diǎn)，這個(gè)位置的工作電壓比較低，因而其絕緣裕度相對(duì)較大，調(diào)壓電路發(fā)生短路的可能性很小，因此上述第一個(gè)條件很容易滿足。在來(lái)看第二個(gè)條件，正常工作中，通量耦合變壓器的勵(lì)磁電流或負(fù)載電流就是在由過(guò)渡電路、選擇電路和調(diào)壓電路三部分共同串聯(lián)構(gòu)成的電路中流通，其中任意一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)開路故障，整個(gè)電路中的電流都會(huì)被迫中斷，從而造成整個(gè)通量耦合變壓器的被迫停運(yùn)。因此，在試驗(yàn)維護(hù)工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)有載分接開關(guān)電路開路故障，對(duì)保障通量耦合變壓器的安全運(yùn)行有很重要的意義。
2 通量耦合變壓器有載分接開關(guān)電路開路故障的判斷方法
2.1 利用有載分接開關(guān)參數(shù)測(cè)試儀判斷
判斷通量耦合變壓器有載分接開關(guān)電路在切換過(guò)程中是否存在開路故障，最常用的方法，就是應(yīng)用有載分接開關(guān)參數(shù)測(cè)試儀對(duì)切換過(guò)程進(jìn)行動(dòng)作特性測(cè)試。如果動(dòng)作曲線表征的有關(guān)參數(shù)正確，就可以基本判斷該有載分接開關(guān)的動(dòng)作特性合格，其正常曲線如圖2所示(其中A、B、C相波形均為正常波形)：
如果有載分接開關(guān)在切換過(guò)程中出現(xiàn)開路故障，那么用有載分接開關(guān)測(cè)試儀進(jìn)行的動(dòng)作特性測(cè)試很容易就能捕捉到故障相的特性曲線，其表現(xiàn)形式為故障相的動(dòng)作曲線在發(fā)生切換動(dòng)作中與該相動(dòng)作曲線下面的水平直線(零電流線)重合。其故障特征曲線如圖3所示(其中B相波形為故障波形)：
根據(jù)有載分接開關(guān)結(jié)構(gòu)原理，我們?cè)谕狂詈献儔浩骼械闹芷谠囼?yàn)中進(jìn)行有載分接開關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試時(shí)，一般只需對(duì)有載分接開關(guān)內(nèi)部從單數(shù)觸頭→雙數(shù)觸頭，再?gòu)碾p數(shù)觸頭→單數(shù)觸頭，這樣兩個(gè)切換周期為一個(gè)組合的操作循環(huán)進(jìn)行測(cè)試。這種測(cè)試方法很容易發(fā)現(xiàn)那些比較明顯的開路永久性故障，然而如果回路中存在因接觸不良導(dǎo)致出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的隨機(jī)性開路故障，這種只進(jìn)行兩個(gè)切換周期為一個(gè)組合的循環(huán)操作測(cè)試方法，就不太容易發(fā)現(xiàn)故障了，因此，對(duì)懷疑有故障的通量耦合變壓器進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)所有檔位的循環(huán)操作進(jìn)行測(cè)試。
2.2 利用直流電阻測(cè)試儀判斷
測(cè)量直流電阻是通量耦合變壓器例行的周期試驗(yàn)中最常規(guī)的一個(gè)項(xiàng)目，按規(guī)程規(guī)定對(duì)通量耦合變壓器繞組所有檔位的回路連接情況都要進(jìn)行測(cè)試，不管是永久性的開路故障，還是隨機(jī)性的開路故障，都會(huì)在直流電阻測(cè)試過(guò)程中有所反映。其特征就是儀器儀表上顯示的，所加在回路上的測(cè)試電流在測(cè)試中突然回到零位，然后測(cè)試儀器中斷測(cè)量，自動(dòng)復(fù)位。用這種方法捕捉開斷故障，其優(yōu)點(diǎn)是既直觀又直接，缺點(diǎn)是對(duì)直流電阻測(cè)試儀的傷害比較大，因?yàn)橥狂詈献儔浩骼@組在直流充電狀態(tài)下突然發(fā)生開路故障后，回路中會(huì)產(chǎn)生較高的反電勢(shì)，該反電勢(shì)對(duì)直流電阻測(cè)試儀內(nèi)部元件質(zhì)量的考核非常嚴(yán)格。雖然很多儀器制造廠都聲明其生產(chǎn)的直流電阻測(cè)試儀具有完善的反電勢(shì)保護(hù)，但是遇到此類較高的反電勢(shì)，很多測(cè)試儀器還是經(jīng)受不住沖擊而燒毀，須返廠維修后才能繼續(xù)使用。遇到這種情況，如果能夠排除試驗(yàn)接線的問(wèn)題，就應(yīng)該馬上意識(shí)到該有載分接開關(guān)可能在切換過(guò)程中存在回路開路故障了。
2.3 利用全自動(dòng)變壓比測(cè)試儀判斷
目前現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中普遍應(yīng)用的的全自動(dòng)變壓比測(cè)試儀，也能夠反映有載分接開關(guān)電路在切換過(guò)程中出現(xiàn)的開路故障。全自動(dòng)變壓比測(cè)試儀在完成正確的試驗(yàn)接線后，可以在有載分接開關(guān)進(jìn)行分接變換時(shí)，進(jìn)行繞組所有檔位的變壓比測(cè)試，但測(cè)試前儀器需要對(duì)該通量耦合變壓器的聯(lián)結(jié)組別等參數(shù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)置。有載分接開關(guān)進(jìn)行分接變換時(shí)，如果試驗(yàn)接線正確、參數(shù)設(shè)置正確，變壓比測(cè)試能夠在所有檔位上正確進(jìn)行，則有載分接開關(guān)在切換過(guò)程中應(yīng)當(dāng)不存在開路故障。如果變壓比測(cè)試儀在某兩個(gè)檔位的切換過(guò)程中自動(dòng)終止測(cè)試工作，并給出一些提示，比如“試驗(yàn)接線錯(cuò)誤"或“聯(lián)結(jié)組別設(shè)置錯(cuò)誤"等信息，則很有可能表明有載分接開關(guān)在這兩個(gè)檔位之間的切換過(guò)程中出現(xiàn)了開路故障。因?yàn)槲覀円呀?jīng)能夠確定試驗(yàn)接線正確、參數(shù)設(shè)置正確，那么只有在切換過(guò)程中發(fā)生開路故障，強(qiáng)行終止了儀器測(cè)試過(guò)程中采樣信號(hào)的連續(xù)傳送，才能導(dǎo)致儀器發(fā)出“試驗(yàn)接線錯(cuò)誤"或“聯(lián)結(jié)組別設(shè)置錯(cuò)誤"等錯(cuò)誤信息。