一起110kV变压器有载分接开关故障原因分析

张雄清 林 毅 舒凤舟 黄建明

（舟山电力局，浙江 舟山 316000）

在电力系统中电压质量是电能质量重要指标之一。电力系统负荷波动较大，会引起系统电压大幅波动，为稳定电网的电压，提高电压质量，最有效的措施是用有载分接开关进行电压调整。有载分接开关操作机构作为变压器的重要组件，它的稳定性、可靠性直接影响整个电力系统电网电压质量水平和变压器安全稳定运行。有载分接开关的操作可以通过电动操作和手动操作来实现。手动操作主要是在故障处理和检修试验时应用，电动操作主要应用于对运行中的变压器进行调档。运行中的有载调压变压器调档切换频繁，电动操作系统中的电子、电器及机械元件容易损坏，发生故障的概率也比较高。下面以一起110kV变压器有载分接开关的故障为例，对这一问题进行分析。

1 概述

普陀变#1主变，2003年投入运行，有载分接开关操作机构为上海华明电力设备制造有限公司，其电动操作机构为 SHM-I智能型电动操作机构，由SHM-I电动机构与HMK7控制器组成。SHM-I智能型电动操作机构，是一种智能型、通用的有载分接开关操作机构，其显著特点是采用先进的信息技术、微电子元件、计算机技术替代传统的有触点、要靠机械动作来完成电器功能的电器元件。

SHM-I电动机构的电机为单相异步电机，额定电压为220V。该电机定子上有两套绕组，一套是主绕组，另一套起动绕组，起动绕组与主绕组在空间互差90°，在起动绕组回路中串接起动电容C，作电流分相用，并通过离心开关与主绕组并联在单相电源上。电机通电后，将在气隙中产生旋转磁场，并在该磁场的作用下产生电磁转矩使电机转动，电磁转矩为

式中，I1为流过主绕组的电流，I2为流过起动绕组的电流，θ为I1与I2之间的夹角，θ和I2与起动电容有关，选择电容器的电容量适当，就能使θ接近90°，就可以获得最大的电磁转矩。

2 故障现象

2013年2月19日，运行人员上报普陀变#1主变有载分接开关无法调档紧急故障。变电检修班接到检修任务后，马上对普陀变#1主变进行处理。在处理前发现，普陀变1#主变有载分接开关调档不到位，档位停留在7档和8档之间，检修人员手摇有载分接开关至8档，在手摇过程中，未发现机构有卡涩现象。检修人员通过电动操作把有载分接开关从8档调至7档，调档过程中电机转动缓慢，转动几圈后，电机停止，有载分接开关未调节到位，继续按电动降档按钮，电机又转动几圈后停止，如此反复，直到调节至7档，用同样方式从7档调到8档，刚开始现象同上。经过几次电动操作后，电机突然恢复正常转动，此后1#主变可以正常向上或向下调档，但刚开始转动的前几圈比较缓慢，后来突然加速直到调档到位，故障暂时排除。2013年2月21日，普陀变1#主变有载分接开关又出现无法调节档位故障。

3 原因分析

从上述现象，我们可以得出以下几个结论。第一点是在手摇过程中，未发现传动机构有卡涩现象，说明传动机构良好，有载分接开关内部正常；第二点是检修人员电动操作过程中，电机都能转动，而控制回路中也无继电器、接触器等电器元件，说明电机转几圈后停止，不是由于电机控制回路接触不良引起的断线，电机控制回路正常，HMK7控制器功能良好；第三点电机能够转动，而且多次电动操作后能够恢复正常档位调节，说明电机的起动绕组和主绕组正常，没有击穿；第四点是电机起动比较缓慢，与正常有载分接开关调档时电机起动比较明显变慢，说明电机的电磁转矩不够。根据式（1）可以知道，起动绕组和主绕组确定后，电磁转矩主要与起动电容器的电容量有关。当电容量变化，电磁转矩也发生变化，因此我们怀疑故障是由于电机的起动电容引起的。

4 故障处理

2013年2月21日，普陀变1#主变有载分接开关无法调节档位，变电检修人员对SHM-I电动机构进行解体，发现电机有两个起动电容器，两个电容器处于并联状态，其中一个电容器击穿，如图1所示，更换电容器后，1#主变有载分接开关档位调节恢复正常，电机转动也恢复正常，故障排除，因此可以确认故障是由于起动电容器击穿引起的。电容器击穿，起动电容减小，电磁转矩变小，因此电机在起动过程比较缓慢。由于起动的电磁转矩不够大，电机在转动几圈后因为阻力停止转动。有载分接开关多次电动操作后，有载分接开关能够恢复正常调档，但刚开始转动的前几圈电机比较缓慢，这主要是由于电容和绕组经过多次通电后，电容器和绕组的温度升高，电容器的电容量和绕组的电阻都发生了变化，电磁转矩变大，虽然没有达到电机设计时的要求，但已经大于电机转动时遇到阻力，有载分接开关调档恢复正常。

图1 电机起动电容

5 结论

变压器有载分接开关的电动操作系统调节电网的电压，其可靠和稳定性直接影响供电质量和变压器的安全运行。在日常的检修维护工作中，检修人员对电动操作系统的查检比较缺乏，特别是电机部件的检查。今后在变压器检修工作中，我们要加强对有载分接开关单相电机起动电容器的检查，特别是那种运行年限比较长的变压器，及时排除安全隐患。

[1] 耿伟,耿洁宇.变压器有载分接开关常见问题的分析和处理[J].变压器,2012(3).

[2] 严震池.电机学[M].北京：中国电力出版社,1999.