浅析有载调压变压器及故障处理
中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司动力分公司 吴凯
摘要：本文通过分析有载调压变压器的工作原理和特点，总结了运行注意事项，得出应合理设置主变压器分接开关位置、动态补偿无功功率，结合实际，科学设置各分变电站有载调压变压器控制器的参数，加强变压器有载调压开关异常的分析和处理。
关键词：优化;有载调压;电压质量
1引言
电压质量是反映电能质量优劣的重要指标，其质量好坏直接影响用电设备的性能和寿命，也影响电力系统的安全运行。从安全角度考虑，电压过高会危及电力设备的安全，降低电力设备的使用寿命;电压过低则不利于电网的安全稳定运行。为了满足用电设备的电压需求，大部分变电站均将原来的无励磁调压变压器更换为有载调压变压器，如何使这些变压器最大限度的发挥调压、稳压的作用成为用电单位关注的焦点。随着数控设备和高精尖用电设备不断投入使用，对电力系统的要求越来越高，在要求电力系统少停电、不停电的情况下，对电网的电能质量也提出了更高的要求，而且电能质量问题也已成为供电部门面临的重要问题。
2工作原理与优缺点
2 .11作原理
变压器出线侧电压的波动来自两个方面，一方面是进线电源的电压波动，第二是用电负荷变化引起电压降的变化。若电网中没有调压措施，则线路末端电压波动可达20%以上。负载的变化直接影响变压器出线端侧的电压。在变压器容量不变的情况下，负载小，变压器出线端的电压偏高;负载大，变压器出线端电压偏低。严重时，将造成停电事故。有载自动调压变压器可根据系统运行情况，在带负荷的条件下随时切换分接头开关，保证电压质量，而且分接头数目多、调节范围比较大，采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷和最小负荷时分接头电压来分别选择各自合适的分接头。这样就能缩小二次电压的变化幅度，甚至改变电压变化的趋势。变压器的高压绕组终端区隔一些线匝就抽出一个接头，电源接在不同的抽头上，高压绕组的实际线匝数就不同，而低压绕组的线匝数是固定的，这样，变化的高压绕组匝数和不变的低压绕组匝数就构成了不同的变比，根据变压器变压的原理，低压绕组就可以随高压绕组接不同抽头而变出不同的电压。高压绕组的抽头可以在线圈的电源侧，也可以在中心点侧，这都不能改变其基本原理。变压器一般都带抽头，以便现场根据实际电压来调整电压值。有载调压就是将上述绕组抽头都接在有灭弧能力的开关上，在外部通过远方控制手动或自动调节电源好这些抽头的连接，从而达到随时调整低压绕组输出电压的目的。
2.2有载调压变压器的优点
2 .2.1保持电压稳定
变压器及输电线路是存在一定阻抗的，在功率传输过程中，将产生电压降，并随着用户侧负荷的变化而变化。系统电压的波动加上用户侧负荷的变化引起电压较大的变动。备分变电站配电变压器的任务是直接向用电负荷供应电力，就电力系统来讲，配电变压器的一次侧直接接到6kV主电压网。配置有载调压变压器后，在实现无功功率就地平衡的前提下，当电压变动超过定值时，有载调压变压器就会在一定的延时后动作，对电压进行调整，并保持电压的稳定。
2 .2.2提高电网经济效益
经过多年改造，公司两台主变压器分别进行了更新改造，具备了有载调压功能，各厂房变电站有载调压变压器已有几十台，保证了公司供电电压质量。有载调压变压器保持公司电网运行在较高的电压水平，优化了无功功率，从而降低了线损，提高了电网经济效益。电压质量提高了，用电设备的使用寿命大大延长，特别是电脑计算机和控制设备的突发性停电造成的故障得到了控制;避免用户分散安装大量感应调压器、饱和电抗器、铁磁谐振稳压器、补偿式稳压器等调压设备造成的浪费现象。
2.3有载调压变压器的缺点
2 .3,1不能改变无功需求平衡状态
当系统无功功率缺额时，负荷的电压特性可以使系统在较低电压下保持稳定运行，但如果无功功率缺额较大时，为保持电压水平，有载调压变压器动作，电压暂时上升，将无功功率缺额全部转嫁到主网，从而使主网电压逐渐下降，严重时可能引发系统电压崩溃。
2 ,3.2降低变压器运行的可靠性
有载分接开关内部传动结构较为复杂，而且经常操作切换，它的故障直接影响到变压器的正常运行。分接开关由于受高温和绝缘油影响，极易使触头表面氧化，产生氧化膜，使触头间接触不良电阻增大，引起周部高温，破坏触头表面。其故障形式主要有简体爆炸、触头烧损、档序错乱、齿轮损坏等。近几年我公司电力系统中就发生过某分变电站变压器有载分接开关档序错乱，以及其它变电站有载分接开关故障造成跳闸，发生停电事故。此外，有载调压变压器由于带负荷调整电压，不可避免地产生电弧，其积聚游离变压器油由有载调压变压器中的瓦斯冒出，有时还会引起误动作或误发信号。因此，大容量变压器配置了有载调压分接头，也会给变压器的可靠运行造成了一定的影响。
3运行中注意问题与故障处理
3.1运行中注意的问题
3.1.1做好检修，定期试验
真空有载分接开关运行一年、油浸式有载分接开关切换2000次后，应进行全面检查、修理，并对切换开关油箱中的油抽样进行不低于25kV的工频耐压试验，试验应合格，否则更换合格变压器绝缘油。为了防止分接开关在严重过负荷或系统短路时进行切换，宜在有载分接开关控制回路中加装电流闭锁装置，其整定值不超过变压器额定电流的1.5倍。
电动操作机构应经常保持良好状态，有载分接开关配备的瓦斯保护、防爆装置、相序保护器、同期保护、过流保护等均应运行正常。当保护装置动作时应查明原因。分接开关的切换开关箱应严格密封，不得渗漏。如发现其油位升高异常或满油位，说明变压器与有载分接开关切换箱窜油。应保持变压器油位高于分接开关的油位，防止开关箱体油渗入变压器本体，影响其绝缘油质，并及时安排停电处理。
对于真空有载分接开关，应该按周期对真空投切元件等进行绝缘检查及耐压试验。送电前必须连接好高压跳闸，否则严禁送电。分接开关出现故障，保护使高压跳闸，故障没有彻底排除不得送高压。进行分接开关检修和润滑时，必须做好停电和对地短路装置的连接。为保证分接开关传动部分可靠工作，室内温度应不低于-5℃。
3.1.2遵守规定，规范操作
由于有载调压变压器无法改变系统的无功需求平衡状态，为避免引发电网电压崩溃，系统应有足够的无功容量并实现分层分区就地平衡，优化配置并保持足够的事故备用容量，避免有载调压变压器动作引发电压崩溃，造成大面积停电。正常情况下，有载分接开关一般使用自动控制调整方式运行。操作分接开关的变换档位时，必须在一个分接变换完成后方可进行第二次分接变换，也就是有载分接开关操作过程中应逐级调压，同时监视分接位置及电压电流变化，每次调压一档后应间隔1分钟以上，才能进行下一档调节。
对两台并联运行的有载调压变压器.容许在85%变压器额定负荷电流及以下的情况时进行分接头变换操作，对85%以上的情况应闭锁分接头变换。同时，不得在单台变压器上连续进行2个分接变换操作，必须一台变压器的分接变换完成后，再进行另一台变压器的分接变换操作。每进行1次分接变换后，都要检查电流和电压的变化情况，防止误操作和过负荷。升压操作，应先操作负荷电流相对较少的一台，再操作负荷电流相对较大的一台，以防止过大的环流。降压操作时与此相反。操作完毕，应再次检查并联的两台变压器的电流大小与分配情况各种调压方式。另外，必须设置可靠的失步保护，确保两台变压器同步切换。有载调压变压器与无载调压变压器并联运行时，有载调压变压器的分接应尽量靠近无载调压变压器的分接位置。对高电压大容量变压器，为提高本身的可靠性，防止谐振过电压，也应尽可能不用分接头，必要时也仅用调节范围不大的无载调压方式，在变压器内采用氧化锌避雷器作吸收过电压保护。
3.1.3正确设置，稳定运行
正确设置有载分接开关控制器参数，确保运行正常。有载分接开关控制器的工作原理，一般是根据采样电压的大小，与基准电压比较，然后向电机开关发出升压或降压指令，使电机向指定的升压或降压方向运转，并迅速驱动有载分接开关进行切换，实现对有载调压变压器进行自动有载调压，使变压器低压侧母线电压稳定在基准电压附近。这样就需要在使用自动调压之前，必须把有载控制器的相关参数包括基准电压、上限、下限、欠压、过压、过流、补偿电阻等设定在有载调压变压器使用范围。这些参数的设置准确性直接关系到供电电压的质量，特别是基准电压值的设定，必须等于或接近用电设备的要求。对于公司各厂房变压器经过近年有载调压变压器供电电压满足用电负荷要求的情况来看，均不能按照0.4kV进行设定，需要根据实际情况，在测量分析的基础上，充分考虑采样、测量误差、输电电压降等因素进行设置.才能保证供电电压达标。
3.2异常问题与处理
3.2.1调压开关拒动
远方或就地操作选择开关、手动或自动选择开关等操作方式选择开关位置不正确时，应将它们置于正确位置上;已在最高位继续调增、或已在最低位继续调减等操作超越极限位置时，应向发令人报告，改正错误。操作回路直流电源不正常时应恢复电源。操作机构交流电源不正常的情况一般有机构动力电源三相或两相无电压电动机不能启动、操作动力电源有一相无电压，电动机两相受电引起过电流使电源接触器跳闸;机构交流控制电源无电压，控制回路不能动作;操作交流电源三相相序错误，使电动机反向旋转，有关保护动作使电源接触器跳闸。这种情况一般将三相电源中两相互换，调正电源相序即可重新操作。
3.2.2有载分接开关机械故障
有载分接开关机械故障包括切换开关或分头选择器故障、操作机构机械故障在内，是一种严重故障。分头选择器带负荷转换，这种情况与带负荷分合隔离开关相似，将使变压器本体主瓦斯继电器动作跳闸。切换开关拒动或切换不到位，假如切换开关在切换中途长时间停止在某一中间位置，会使过渡电阻因长期通电而过热，可能使切换开关瓦斯继电器动作，将变压器跳闸，切换开关或分头选择器触头接触不良过热。出现上述问题时，应及时申请将变压器退出运行，进行检修。
3.2.3有载分接开关失步
变压器有载分接开关三相应在同一位置，所谓“失步”，是指调压中由于某种原因，使三相分头位置不一致。在这种状态下，由于次级电压三相不平衡，会产生零序电压和零序电流。在变压器调压过程中，短时不一致是可能的，如长时间不一致，可能使变压器过热或者跳闸。有载分接开关失步的原因，可能是其中一相或两相由于电气或机械故障而拒动，或启动后中途停止。发生有载分接开关失步故障时，运行人员应立即到现场，检查变压器三相分接开关的实际位置，查明拒动原因，予以处理，使三相恢复同步。
4小结
公司备分变电站已实现动态低压无功补偿，6kV系统也有动态无功补偿装置。合理的设置主变压器的分接开关档位，配合分变电站的动态无功补偿装置，正确设定各分变电站有载调压变压器的控制器参数并投入自动运行，同时对变压器有载调压开关异常问题进行及时处理，公司供电系统稳定运行，电压达标率也将会得到显著改善。
参考文献：
[1]孟宪章，罗晓梅.10/0.4kV变配电实用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]胡孔忠.变压器运竹与检修[M卜舍肥：合肥工业大学出版社，2013
[3]唐海.建筑电气设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2000
[4]胡景生，变压器经济运行[M].北京：中国电力出版社，1999
[5]姚志松，姚磊，新型节能变压器选用运行与维修[M].北京：中国电力出版社，2010
[6]张华，杨成.电力变压器现场运行与维护[M].北京：中国电力出版社，2015
