讨论减少ABB变压器有载调压开关滑档故障的重要性及预防措施

徐文

(广东电网公司珠海供电局，广东 珠海 519000)

讨论减少ABB变压器有载调压开关滑档故障的重要性及预防措施

徐文

(广东电网公司珠海供电局，广东 珠海 519000)

有载调压开关作为变压器的心脏，在电网电压调节中起到至关重要的作用。有载调压开关的故障有很多方面，根据运行经验，有载调压开关滑档故障占比较大，也是危害性最大的故障之一。有载调压开关滑档故障是指档位不断发生连续变化，滑档故障若不能及时停止，将引起系统电压剧烈波动，在两台并列的主变之间会产生很大的环流，造成设备损坏及电网事故。认识滑档故障的危害性、深入了解滑档故障的产生原因、如何减少滑档事故发生率，是作为检修人员必须掌握的知识和技能。

变压器；有载调压开关；电动机构

1 引言

电压是电力系统中一个重要的质量指标，由于发电和耗电不可能随时保持平衡，所以电压波动是不可避免的。有载分接开关能随电网电压波动而频繁地调节电压，是方便有效控制电压质量的方法之一，在电力变压器中被广泛应用。但在实际运行中，有载分接开关故障时有发生，调压失败轻则影响电压合格率和变压器可用率，重则可能造成某一电网或某一区域停电，给当地工农业生产和人民生活造成损失。因此保证变压器安全可靠运行、正确快速处理变压器有载分接开关故障和及时正确维护显得尤为重要。有载调压开关的动作原理相对于其他开关、刀闸设备较为复杂，保护、互锁、机械保持、中间的接力启动等功能也较多。本文以一起典型缺陷入手，详细讲解了ABB电动机构原理，讨论了滑档可能发生的各类原因，并总结了如何进行维护以减少滑档的发生率。

2 MR有载调压开关电动机构自检回路的优越性

有载调压开关主要由ABB公司和MR公司两个生产厂商生产，从MR有载调压开二次图可以得知，其设计有自检回路(图1)，通过档位变换的不同阶段分别对回路中关键的继电器都有检测功能，一旦继电器损坏或接点接触不良，都会使电机保护回路接通并使电机跳闸，并且根据不同的跳闸位置可判断不同的故障类别。而在ABB有载调压开关(包含UB、UC机构)回路中，滑档保护仅有电机的时间继电器保护，而对凸轮、升降档继电器损坏、级进继电器损坏等没有自检功能，而此时若时间继电器也失效，将使档位一直操作到极限档位，这将引起电压强烈波动，严重威胁到电网的安全稳定运行。

图1

3 一起滑档的典型缺陷及ABB有载调压开关的二次原理

缺陷报告：110kV某变电站#1主变有载调压开关出现电机电源开关跳闸的故障，运行人员恢复电机电源开关后就地操作，有载调压开关出现“连调”(有载调压开关不能实现一次调节一个档位功能)，电机电源开关再次跳闸；有载调压开关型号：UBBRN。

欲分析故障的根本原因，下现场工作前必须先了解机构的动作原理，全面掌握可能导致故障的各类原因，做出预判断，然后再根据现场的实际情况进行缺陷处理工作。下面我们先了解ABB主变有载调压开关机构的电气动作原理。

ABB有载调压开关共分为17档，ABB将从1档滑行向17档称为升档(或“-”档)，反之，称为降档(或“+”档)。升档为降操作—降压，降档为升操作，升压。有载调压开关不允许同时连续进行调档任务，调档必须一级一级的进行，否则导致电压过调节或欠调节。中间档为9B档,9A至9C档为触头换向时滑过的档位，中间档只停留在9B档而不会停留在9A和9C档。操作至1/17档位时，有终点限位功能，不允许再次降/升档。

有载调压开关不允许同时接受升降两个方向的调档任务，因为这种情况将有可能造成电机回路的相间短路，调档回路中设计有升降档的互排斥接点。手动操作时也会断开电机电动。有载调压开关电机电源空开配有脱扣线圈，就地急停、远方急停、超时急停都接到该脱扣线圈使电机电源空开脱扣，从而切断电机电动回路。

3.1 电机回路的二次元件标识和二次图分析

此项流程节点的重点在于根据图纸(图2)确认各个二次元件的名称、位置和作用，再分析各个功能(运转、互锁、保护)的实现，最后根据现场情况初步判断缺陷原因。

3.2 二次原理及各电气功能实现

(1)升降档启动回路

降档接触器K3或升档接触器K2的线圈A1-A2受电励磁后将驱动电机回路的K3、K2相应接点改变电机电源的相序使电机正转或反转，从而实现升降档的功能。升降档的启动有两种方式：就地手动和远方控制。启动电源经控制电源空开(F2-3、F2-4)、主变过载闭锁(X3-1、X3-2)后，由把手S1进行远方就地选择，然后切至相应的启动回路。就地启动时，由控制把手S2将电源切至降档或升档回路；远方启动时，由监控系统的测控装置提供的遥控接点将电源切至降档或升档回路。

(2)升降档自保持回路

控制电源空开(F2-1、F2-2)向控制回路提供自保持电源。自保持电源通过凸轮开关行程接点(S4-33、S4-34或S3-33、S3-34)保持升降档回路。该自保持行程不是全程的，所以，启动回路的接点应设置足够长的闭合时间，以保证机构能顺利进入自保持行程。由该自保持是纯机械行程的而非电磁保持，所以在任何滑档不到位的位置一旦电气回路重新接通或闭锁接除，机构将继续进行滑档直至到位。例如，手动降档的过程中升降档回路是被闭锁的，手动摇把一旦抽出，机构将自动继续降档而无须重新在远方或就地启动降档。因为调压开关手动调档不像隔离开关手动分合那么容易而明显的判断是否到位，所以这种手动不到位时自启动电动调档是很必要的。

图2

(3)升降档互排斥闭锁

互斥有两种，一种是升降档接触器接点(K2-21、K2-22和K3-21、K3-22)的互斥，另一种是凸轮开关行程接点(S3-41、S3-42和S4-41、S4-42)的互斥。升降档接触器的互斥是依赖于电磁的，凸轮开关的互斥是纯粹机械行程的，是不依赖电磁保持的。当升降档接触器受电励磁后，只要励磁不消失，其接点的互斥是全程可靠的。

(4)手动联锁

当手动操作升降档时，手动联锁开关S5的接点(S5-21、S5-22和S5-11、S5-12)打开，从而断开升降档回路。

(5)极限档位行程闭锁

降档的极限档位是1档，此时末档行程开关S7的接点(S7-61、S7-62)打开，从而闭锁降档；升档的极限档位是17档，此时末档行程开关S6的接点(S6-61、S6-62)打开，从而闭锁升档。

(6)急停回路

急停有三种方式:一是就地手动急停(S8-13、S8-14);二是远方遥控急停(X3-8);三是运转超时急停(K6-15、K601-18)。急停原理是将自保持电源给到电机电源开关脱扣线圈(Q2-C1、Q2-C2)励磁，脱扣后断开电机电源从而停止调档。超时急停的时间由运转时间继电器K6控制，ABB固定整定为10s，在升降挡中，电磁接点(K3-13、K3-14或K2-13、K2-14)闭合，K6开始计时，当升降档结束，K6随着上述电磁接点返回而返回。正常的一次调档均应在10s内完成，超出时间则自动急停。

(7)步控回路

这是对K1接触器的直译。K1的目的是为了保证调档能够一档一档的进行，防止因远方或就地的启动接点拈死而造成的连续误调档。在调档过程中，凸轮行程接点S3-13、S3-14或S4-13、S4-14闭合，K1线圈励磁，K1的常闭接点K1-41、K1-42和K1-31、K1-32打开，分别断开升降档的启动回路，直到升降档行程结束，K1返回才允许接受下一次启动。当调档行程结束时，如果启动回路有电源，该电源将通过K1自身的接点K1-1、K1-2,K1-3、K1-4和K1-5、K1-6使得K1自保持以持续切断启动回路，这个回路有点类似断路器的防跳回路。当调档到位，凸轮行程接点S4-33、S4-34均打开，步控回路随之复归。

(8)接力启动回路

当档位滑行到9A或9C时，接力启动接点S15-36、S15-38接通，自保持电源经过K2-31、K2-32或K2-43、K2-44保持升降档回路，给以升降档走第二次行程的启动力。

3.3 在分析完各功能实现后，整理一次完成一次降档操作的全过程

(以就地操作降档为例，按下S2旋钮开关后)

(1)电触发阶段：L——X3(2)——F2(3、4)——S1(2、3)——S2(2、3)——K1(41、42)——S3(41、42)——S7(61、62)——S5(21、22)——K2(21、22)——K3(A1、A2)——S1(5、6)——N

图3

电触发后，电机启动，通过电机齿轮和拐臂等元件的机械传动，凸轮开始顺时针或逆时针转动，这个凸轮是后续动作的关键元件，凸轮是缺角圆形的形状，然后配有凸轮压片，凸轮压片是带有弹簧的三角形状的金属体，凸轮的转动、缺角的循环转动、周期时间的配合，通过这样的设计可以使凸轮压片左侧的行程开关S3、S4实现周期性、有规律地关断、互锁。

(2)机械保持阶段：X3(1)——F2(1、2)——S1(7、8)——S4(33、34)——S3(41、42)——S7(61、62)——S5(21、22)——K2(21、22)——K3(A1、A2)——N

凸轮转动后，S4动作，常开接点闭合，常闭接点打开，电路通过凸轮的物理结构，使电动机降档继电器K3持续保持吸合状态，并且在这个阶段电触发回路因为旋钮S2回位而断路，K1继电器在这个阶段保持保持动作(见功能(2)、(7))。

(3)档位调节完成阶段：

档位到切换尾部阶段后，凸轮回到缺角位置，S4回位，常开接点打开，常闭接点闭合，机械保持结束，并且触发电路的K1(41、42)关断，保证电路断路，充分保证一次调节一个档位作用。

其他保护、互锁功能可根据结合前面的功能介绍进行分析。

4 滑档原因分析和预防措施

4.1 原因分析

故障情况是#1主变有载调压开关出现电机电源开关跳闸的故障，运行人员恢复电机电源开关后就地操作，有载调压开关出现“连调”(有载调压开关不能实现一次调节一个档位功能)，电机电源开关再次跳闸；根据前面的原理分析、故障出现的情况，可以做出以下的初步判断：(1)电机电源开关的跳闸是属于时间继电器K6的时间整定保护跳闸；(2)“连调”使机构不能一次调节一个档位，说明在一个档位调节完成阶段，K3/K4持续励磁，K3/K4的励磁回路是通路。 再做进一步的分析，K3/K4的供电回路有几个方面：

(1)触发回路，触发回路的通路充分条件(其它基本条件都满足)有S2持续闭合(旋钮为降档位置)和K1继电器常开状态(不吸合)，可能是K1继电器损坏不动作且S2旋钮卡死在降档/升档位置(这种情况比较少)；

(2)凸轮机械保持回路，此回路只要是S4(33、34)/S4(33、34)闭合，电路给电后就能持续降档。可能S3/S4继电器的凸轮板卡死，在档位调节完成后不能通过复位弹簧复位，也可能是凸轮机械损坏，或者S4(33、34)/S4(33、34)行程开关复归不到位。

(3)K2/K3交流继电器由于质量原因，剩磁大，当凸轮开关断开控制电源后，接触器仍在吸合位置，不能马上断开主电源，致使电机继续转动，产生滑档；

4.2 预防措施及维护检修建议

针对不同原因的滑档可进行相应的缺陷处理，由于有时间继电器的保护，使滑档能在一定电压范围内进行控制，但产生滑档的原因有多方面，若时间继电器失效，不能及时使电机跳开的话将引起系统电压剧烈波动，严重时发生电力系统事故。

在《电力设备检修规程》中规定有载调压开关机构的B修：500kV、220kV：3 年；110kV：6 年，主要是操作性检查，未提及针对各个关键二次部件的检查，而在厂家说明书中也未详细说明电动机构的维护要点，而ABB厂有载调压开关没有自检回路，这使该开关的预防性检修维护属于空白区，完全靠不同检修的人员的专业素养来决定设备的维护程度了。

ABB电动机构的维护应该在主变停电检修时进行，下面我们针对滑档故障预防维护进行如下维护总结：

(1)凸轮的检查——断开电动机构电机电源，打开盖板，检查凸轮是否存在变形，凸轮表面磨损程度，凸轮下方的紧固螺丝是否紧固，有无松动现象；

(2)复位弹簧的检查——手动拨动复位弹簧是否弹性良好，若出现卡滞的情况凸轮压片卡滞不是内部损坏，是由于长时间轮滑油氧化、灰尘和水分等原因导致卡滞，可用带长喷嘴的机械润滑剂进行清洗和润滑(为防止润滑剂滴下，在下方应垫上足够的碎布条)，反复多次用长一字刀进行机械转动凸轮压片，直至凸轮压片的动作良好；

(3)时间继电器的校核——检查时间继电器线圈电阻是否合格，可单独在时间继电器两端接入外接电源(退出二次回路接线)，校核时间继电器的完好性；

(4)K1/K2/K3交流继电器的检查——检查交流继电器的线圈电阻是否合格，动铁芯的动作是否灵活无卡滞；

(5)检查转盘是否有油污，转动部位是否有污秽，检查维护完成后对有载调压开关进行1-N档位的往复操作一遍，观察机构有无其他问题。

[1]孙旭东,王善铭.电机学[M].北京：清华大学出版社,2006.

[2]许艳阳.变电设备现场故障与处理[M].北京：中国电力出版社,2008.

With 220 kV Capacitive Voltage Transformer Three-phase Voltage Unbalance Fault Analysis

XUWen

(Zhuhai Power Supply Bureau,Zhuhai 519000,China)

As the transformer′s heart,the load regulating switch plays an important role in the regulation of the voltage of the power network.There are many aspects of the failure of the load regulating switch.According to the experience of operation,the ABB plant has a large load regulating switch.With the load transfer of the pressure switch slide file fault is a continuous change in the file,if the fault can not be stopped in time,will cause the system voltage fluctuations,in the two sets of main transformer will have a large circulation,resulting in equipment damage and power grid accident.Understanding of the dangers of sliding gear failure,in-depth understanding of the causes of the failure of the slide,and how to reduce the occurrence rate of the accident,is the maintenance personnel must be mastered the knowledge and skills.Key words：transformer;on-load voltage regulating switch;electric mechanison

1004-289X(2016)06-0096-05

TM41

B

2016-04-13

徐文，男，电气工程师，工学学士，变电检修高级技师，主要从事变电一次设备检修及二次继电保护维护专业工作。