有载调容变压器故障导向安全技术研究

罗伟彬　范伟波

摘 要：针对目前有载调容变压器运行中缺乏足够的安全保护措施，会对用户用电设备和用电安全造成威胁，并对产品的应用、推广产生不良影响的现实问题，进行了故障导向安全技术的研究，具体从安全性、先进性、实用性角度进行了探讨。

关键词：变压器；传感器；控制器；调容操作

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0011-02

有载调容变压器是一种新型变压器，能根据负荷的大小按控制器的指令在变压器励磁或负载下实现容量转换，达到降低变损、节能降耗的目的，在负荷季节性变化很大的工矿企业和农村有着广阔的应用前景。

有载调容变压器通过有载调容分接开关（以下简称“调容开关”）进行容量转换，现在普遍应用的是油浸式机械开关，其与有载调压分接开关的原理类似，但后者只对高压绕组抽头进行切换，前者需对高、低压绕组连接方式进行转换。调容开关进行调容时的动作过程是：大容量时，将高压绕组接成三角形，将低压绕组并联连接；小容量时，将高压绕组接成星形，将低压绕组串联连接。

有载调容变压器相对常规的变压器，增加配置了有载调容开关。此开关工作切换时存在高电压、大电流的情况，相对于有载调压开关，工作条件恶劣，故障率相对较高，所以要针对性地对故障导向安全技术进行研究，消除其对用户用电设备和用电安全的威胁。

1 故障导向安全保护技术的研究

1.1 调容开关漏油时的保护

调容开关安装在独立的绝缘筒内，筒内充满绝缘油（可与变压器为同一油号），起着绝缘和灭弧的作用。

绝缘筒壁上开有许多贯穿孔，用于安装静触头。用橡胶垫片密封，防止油泄漏到变压器油箱内。当因装配、老化问题而导致绝缘筒内发生油泄漏、油位降低时，如果进行容量转换操作，将会导致触头切换时产生的电弧无法按预期熄灭，烧损触头，严重时还会发生相间短路，引发严重事故。

调容开关发生漏油故障时，导向安全的技术措施为：配置油位检测传感器、输出触点信号到智能控制器、进行调容开关切换闭锁控制。

油位正常信号：只有在油位正常的情况下，智能控制器才开放容量转换操作功能，当此信号消失时，将会闭锁该功能，并发出提示信号。

油位低信号：当油位降低到此位置时，智能控制器会闭锁容量转换操作功能，并发出报警信号，提示运维人员检查维修。

1.2 小容量运行且调容转换失败时的保护

负荷增加时，调容变在控制器的控制下，自动从小容量转换到大容量，以满足负荷增加的要求。

容量转换由调容开关完成，如果因电气控制线路或机械故障的原因导致调大容量失败，调容变就会迅速处于过载运行状态。因为负荷增长过快会导致短时间内发生过载损坏事故，所以需配置具有过载保护功能的设备。

与常规的变压器不同，由于调容变有大、小两个容量，且大容量的往往是小容量的3倍，不同容量下额定电流相差很大。以S13-M.ZT-200（63）为例，大容量和小容量时的低压侧额定电流分别为289 A和91 A，常规的低压侧配置空气开关无法满足容量变化时的保护要求。

发生小容量转换到大容量的调容故障时，导向安全的技术措施为：①配置调容位置开关，输出触点信号到智能控制器，小容量运行时自动切换到小容量保护定值；②当电流越限并达到设定时间后，输出跳闸指令，跳低压总开关；③低压总开关应配置分励线圈，最好配置电动操作机构作为后备动作选项，确保分励线圈失效时跳开总开关，保护变压器。

1.3 电压异常时的保护

调容变在进行大、小容量转换时，高、低压绕组的连接方式通过调容开关进行转换。有载调容开关由许多对动静触点组成，还配置有过渡电阻。

当调容开关某些触点出现接触不良等现象时，很有可能会发生电压异常，对用户的用电设备和用电安全造成严重威胁。此时，需要迅速发现和切断供电，并发出报警信号。

电压异常时故障导向安全的技术措施是：研发、配置具有电压异常分析功能的智能型控制器，以快速反应相电压过高/过低、线电压过高/过低、线电压不平衡、缺相等电压异常情况，并根据用户要求进行定值设置，在发生异常时能判断是瞬时扰动还是真正的故障。如果是故障，则要迅速输出跳闸指令，跳开低压侧总开关，停止供电。

当普通控制器不具备电压异常保护功能时，可安装电压检测器、时间继电器、中间继电器组成的电路进行电压异常保护，但可靠性和判断逻辑能力不及智能控制器。

1.4 调容转换操作不到位时的保护

在设计调容开关时，要让它要么处于大容量的位置，要么处于小容量的位置，不存在任何“中间位置”。

当出现调容开关机构故障或触点变形导致配合不到位时，会发生绕组连接不到位的情况。如果让其在此位置运行下去，将导致触点烧损、电压异常的事故。

调容操作不到位故障导向安全的措施是：将调容开关配置位置的开关输出信号传输给智能控制器，正常情况下，必然有一个位置的信号是闭合的。如果两个位置的信号同时都是断开的，控制器就会认为是调容操作不到位，就会延时输出跳闸指令跳开低压侧总开关，停止供电。如果配置有高压侧开关，则同时输出跳闸指令给高压侧开关；如果没有配置，则发送信息给运维人员，让其断开高压侧隔离开关，然后进行检查、维修。

当没有操作而发生两个位置信号同时都是断开的情况时，控制器就会判断为位置信号断线故障，只发出报警信息，不输出跳闸指令。

1.5 调容开关发生燃弧时的保护

调容开关在发生绝缘油泄漏、触点接触不良等故障时，某些情况下，绝缘筒内可能会出现电弧，进而导致燃弧事故。

为保证设备和供电的安全，需在调容开关上配置瓦斯继电器，并将触点信号连接至控制器。当瓦斯继电器绝缘筒内发生电弧故障时，会产生大量的气体，并出现压力增大的现象。轻瓦斯时，控制器会发出报警信息；重瓦斯时，控制器会输出跳闸指令。跳开高、低压侧开关，如果无高压侧开关，则由高压侧熔断器进行保护。跳开低压侧总开关，尽可能地限制故障的发展，从而保证用电安全。

2 结束语

2011年，我国发生了“7·23”甬温线特大铁路交通事故。事故调查报告中指出，事故原因是列控中心设备研发审查不严，未能保证提供的信号产品达到“故障导向安全”的根本要求。所以，任何电力设备，特别是新型设备，都应充分考虑“故障导向安全”的实现，研究相应的安全技术和设备。

本文的创新点在于具体、系统地提出有载调容变压器有别于常规变压器的运行特点，然后逐一分析了各种故障特征，提出了有效的检测、控制技术，确定了故障导向安全技术，并配置了故障导向安全技术和设备的调容变，解决了它存在的缺点和局限性，提高了运行可靠性。

〔编辑：王霞〕