南昆线增压变分接开关灭弧的解决方案

辜贤江

（南宁铁路局供电处，工程师，广西 南宁 530029）

南昆线2005年扩能时，考虑到经济性，在百威段牵引变电所主变27.5 kV一侧引入了增压变压器（以下简称增压变）以提高供电能力。增压变使用的有载分接开关是采用高速电阻切换原理，靠电弧触头在电流过零点时油中熄弧进行负载转换的。随着运能的提高，百威段喜屯至板其区间负荷较大且变化剧烈，分接开关在冲击性负荷的作用下，远远超过设计预想进行频繁动作，导致分接开关内绝缘油的碳化和污染速度加快，需要经常性的停电退出进行维护，给铁路正常运输带来了很大的干扰。因此，必须对其灭弧方式进行改进，以满足扩能对运输设备提出的要求。

1 运行暴露的问题

南昆线使用的是电气化铁道专用自耦有载增压变压器，它串联接入牵引变电所主变低压侧的27.5 kV母线，通过有载分接开关变换档位调整增压变线圈绕组匝数，在不切断负荷电流的情况下调整母线电压，使母线电压控制在比较理想的状态，提高牵引供电系统供电能力〔1、2〕。南昆线增压变使用的是轮式分接开关，由切换开关和分接选择器组成，其结构及原理接线见图1（a）、（b）所示。

南昆线引入增压变对提高接触网线路末端电压取得了良好的效果，使运输能力增加了20%。但随着南昆线运能的进一步提高，百威段喜屯至板其区间负荷增量较大且变化剧烈，造成增压变分接开关运行工况十分恶劣，在实际运行中暴露出诸多问题，对运输造成了严重干扰，已无法再满足扩能之后运输设备正常运行的要求。

图1 分接开关结构和原理接线示意图

1.1 绝缘油碳化严重 增压变作为电压的调节辅助设备，在负荷变动较小的电力系统中，每年动作最多几十次，产生的游离碳影响有限。而在南昆线的运用中，每天动作次数多时超过100次，由于分接开关切换中变压器油起熄灭电弧和绝缘的作用，每次动作后变压器油可能产生分解物和游离碳而导致变压器油劣化，使绝缘性能下降。由此，分接开关的维护周期由厂家原定的5 000 次滤油，10 000 次吊芯，缩短修订为3 000次滤油，6 000次吊芯。

1.2 增压变喷油 大量的游离碳在电场的作用下吸附在分接开关的主绝缘上，在分接开关动作约3 000次后，较大概率的会使主绝缘击穿而发生增压变喷油故障，从而导致牵引变电所全所停电，中断铁路运输。由此，南昆线田林、平林村牵引变电所增压变分接开关的维护周期再次缩短修订为2 000 次滤油，4 000次吊芯〔3〕。

1.3 差动保护误动 增压变直接串接在主变低压侧及高压室母线之间，处于差动保护范围之内。在日常的运行中，当增压变投入和分接开关切换调压时将短时产生大量励磁涌流，流入主变差动保护回路，造成不平衡电流增大，可能导致主变压器差动保护误动，扩大了事故范围，增加了故障概率。

1.4 检修影响运输生产 南昆线运行经验表明，增压变分接开关动作次数越频繁，变压器绝缘油碳化就越严重，检修周期就越短。而每次检修需全所停电倒闸才能使增压变投退，又需2 天时间进行检修。无论是全所停电倒闸还是在检修的2 天时间中，均需要对运行的行车对数进行限制，从而严重影响了南昆线正常的运输生产秩序，造成巨大的经济损失。

2 改进灭弧方式

以上所述的问题，极大地影响着增压变运行的稳定性。针对这些问题，近几年通过采取加装在线滤油装置、改造主变差动保护回路、缩短维护周期等措施，使增压变喷油、绝缘油劣化、主变差动保护误动等问题得到一定改善，但不能从根本上解决绝缘油劣化的问题，杜绝增压变故障。为此，有必要对增压变运行存在问题的根源进行攻关，从根本上解决绝缘油劣化的问题，提高增压变运行的稳定性，减少对铁路运输的干扰〔4〕。

为了彻底解决问题的根源，可利用真空灭弧的原理，在分接开关的本体上安装小型的真空泡替代电弧触头，改进灭弧方式，从根本上解决绝缘油碳化的难题，提高增压变运行的稳定性，保证正常的铁路运输〔2〕。

2.1 真空型开关工作原理

2.1.1 机械动作原理 分接开关变换操作由电动机构启动开始，传动力经垂直轴、伞齿轮箱和水平轴，传至分接开关头部法兰上的齿抗减速机构。通过该机构输出轴的传动带动主绝缘轴下部传动机构转动。一方面带动分接选择器的槽轮机构，它的转动使分接选择器的单或双数动触头预选1个分接头。另一方面带动快速机构储能。当选择器动触头预选分接头结束后不久，弹簧储能机构释放，带动切换开关变换动作，完成一级调压。

2.1.2 触头变换原理 VCM 真空型分接开关采用双电阻过渡的原理，它能带负载变换变压器调压线圈的分接头，分接开关的变换操作在于2个转换的交替组合，即分接选择器的单双数动触头，轮流交替选择分接同切换开关往返切换相结合，分接位置由4 档变换5 档动作次序如图2 所示。图中粗线表示电流的路径，切换过程由（a）→（b）→（c）。图（a）分接开关变换操作前分接位置4导通，分接选择器单数触头组先由分接位置3变换至分接位置5。图（b）切换进行到V2、V3桥接位置，过渡电阻间产生的一循环电流，负载电流通过触头V2、V3 输出。图（c）切换结束，分接位置5导通。

图2 分接位置由4变换5次序图

2.2 真空型分接开关优点 VCM 型油绝缘真空泡熄弧有载分接开关运行安全、可靠，使用真空泡替代电弧触头，大大减少检修次数，降低检修成本，具有非常显著的优点：

1）分接开关电弧只在真空泡中熄灭，切换开关中的油不碳化、无污染，延长油的使用年限，提高分接开关的绝缘性能；同时无需滤油或换油，减少了设备投资和维护费用，提高了运行中分接开关的可靠性。

2）分接开关采用真空泡替代电弧触头，不需要更换触头。而且外形尺寸和普通的分接开关一致，方便将普通的切换开关更换成真空开关，实现普通分接开关的真空化。

3）分接开关的过载能力强，长期载流由专用的机械式旁路触头承担，真空泡只是瞬时承载。

4）所有真空泡都是可靠固定安装，分接开关机械寿命长，检修周期长，基本上达到免维护，减少了管理部门维护工作量。

3 结束语

2011年7月在田林、平林村牵引变电所的增压变上采用了VCM 真空型分接开关。当真空型分接开关动作满3 000次后，检查真空型分接开关运行无异常。滤油前后取2次油样，滤前、滤后的油样外观正常，油样化验结果均合格，不再需要退出增压变进行滤油及吊芯检修，其维护周期修订为半年取一次油样，一年吊芯检查一次，运行稳定性大大提高，保证了铁路运输的效率。

〔1〕陈海军.电力牵引供变电技术〔M〕.北京：中国铁道出版社，2008.

〔2〕陶乃彬.电气化铁道供变电技术（二次系统）〔M〕.北京：中国铁道出版社，2007.

〔3〕张鹏，冯斌，付高先等.变压器有载分接开关在线滤油装置的应用与运行维护〔J〕.变压器，2007，44（4）.58-59.

〔4〕刘先勇，李磊民.有载分接开关在线净油技术研究〔J〕.高压电器，2005，41（2）.122-124.