變壓器有載分接開關的切換波形問題

隨著人們對電源電壓的要求越來越高，各供電系統也相應提出了電壓合格率的考核標準，而有載分接開關作為調整電壓的一種主要手段之一，也更加廣泛應用于電網設備當中。有載分接開關的工作原理如下：有載分接開關是在負載狀態下調節變壓器繞組分接位置，這就要求有載分接開關在從一個分接工作位置變換相鄰分接位置的過程中，既要保證負載電流的連續性，即主電流不能斷開；又要保證過渡分接間不能有短路產生。

因此，在有載分接開關切換過程中，必然在某一瞬間同時橋接兩個分接頭，以保證負載電流的連續性。而橋接的兩個分接間必須用限流阻抗來限制級間循環電流，從而保證不會發生分接間短路，實現這一功能的電路可稱為過渡電路，由此限流阻抗也稱過渡阻抗。

然而，與變壓器等其它電力設備不同，有載分接開關作為一種在線動態裝置，處在頻繁地帶負荷調壓的工作狀態中，雖然通常具有動作幾十萬次的機械壽命，但是受材質、工藝及負荷輕重的影響，其故障率在變壓器總事故中的比例相對較高。

吊芯檢查是發現有載分接開關內部潛在缺陷直接有效的手段之一，但是，吊芯檢查必須要求操作人員具備相關專業的操作技能和的判斷能力，這給使用單位帶來了困難。因此，常規預防性試驗在加強對有載分接開關潛在缺陷異常的診斷監控、提高電力系統運行可靠性方面有著重要意義。傳統的預防性試驗只能測量變壓器在分接切換前后接觸是否良好，絕緣性能是否劣化，卻無法監測有載分接開關過渡過程的機械特性。

通過對有載分接開關動作特性的測試，分析有載分接開關的過渡時間、過渡波形、過渡電阻、三相同期性等參數，可及時有效地判斷其是否存在潛在缺陷和故障。國內常規的有載分接開關基本采用電阻過渡的方式，它能帶負載變換變壓器調壓線圈的分接頭。有載分接開關由于是在帶負載的情況下變換分接位置，因此它必須滿足兩個基本條件：①在變換分接的過程中，要保證負荷電流連續，即有載分接開關在變換分接位置過程中，要保證負載電流的連續、不能開路斷流；②同時又要保證兩分接之間不能有短路產生。

因此，在有載分接開關切換過程中，必然在某一瞬間同時橋接兩個分接頭，以保證負載電流的連續性；而橋接的兩個分接間必須串接過渡電阻以限制級間循環電流，保證不發生分接間短路，實現這一功能的電路為過渡電路。

正是有載分接開關是通過過渡電阻限流(級間環流)來達到帶負荷換擋的目的，其動作過程中過渡電阻會接入線圈回路，形成電流或電壓的變化，所以現在國內市場上應用的有載分接開關動態測試設備正是利用這種電流的變化波動來檢查有載分接開關的動態特征的；具體如附圖(a)、(b)所示，分接開關的切換開關不調檔時，承擔主電流的是KA或KB(同時相對應K1或K4也呈閉合狀態)，如果從KA切換到KB，有如下程序：

第①步，KA斷開，因為KA與K1同時接通，KA斷開主負載電流轉由K1承擔，同時K2合上，因為KA和K1等電位，所以KA不會放電拉弧；

第②步，K1拉弧分開，負載電流由K2通過過渡電阻承擔，即如圖b進入t1時段；

第③步，在K1斷開，K2與過渡電阻承擔負載電流約15ms后，K3合上，此時K2和K3各自帶過渡電阻承擔1/2負載電流，同時承擔級間環流，即所謂的橋接形成，也就是所謂的t2時段；

第④步，橋接形成2～8ms后，K2斷開(既斷開1/2負載電流又斷開環流，此時K2的開斷任務重)，即進入K3帶過渡電阻承擔負載電流階段---t3時段，

第⑤步，K3帶過渡電阻承擔主電流約15ms后(即K2因過零點并充分熄弧后)，K4合上，負載電流由K3轉到K4；

第⑥步，當K4合上后，K3分開；

第⑦步，K3分開后KB合上，整個切換過程完成。

通過切換波形和切換程序我們可以看出，在過渡電阻接入回路時，會產生電流(電壓)的變化，通過監測該回路的電流(電壓)變化的時序，可以判斷出過渡觸頭的動作時序。因為不需要有載分接開關吊芯，所以實際應用當中市場上的有載分接開關動態測試裝置還是起到了相當大的作用，如果過渡電阻斷，過渡觸頭與過渡電阻連接不好，過渡時間過長等等，都可以通過分接開關動態測試裝置的波形測試反應出來，為防止故障的擴大起到了積的作用。

然而，也正是因為其通過回路電阻的變化來監控有載分接開關的動作特性的，其回路電阻沒有變化的部分，該類有載分接開關特性測試設備就沒法反應出來了，比如：主觸頭KA和通斷觸頭K1的變換，以及其它觸頭的交接過程，都是沒有電阻變化的，這樣的動作程序就無法通過該類測試手段來判斷了；而且，市場上的有載分接開關動態測試設備往往使用的都是直流低電壓、小電流設備，當電弧觸頭經過電弧燒蝕或干燥形成油膜后，接觸電阻變大，就會影響過渡電阻的讀數，當總回路電阻大于30歐姆后會甚至會導致波形顯示觸頭未接觸(復零現象)，而對實際工況的高電壓大電流是沒有影響的；另外，因為變壓器線圈的電感特性(與線圈的布置和變壓器的特性有關)，以及測試設備的處理性能(市面上的有載分接開關動態特性測試儀大多為單片機芯片處理)，信號反應的時間常數等等，都會造成測試波形的失真。

所以專業的分接開關生產單位一般通過兩種方式，一、普通有載分接開關在型式試驗時，通過機械行程設定動作程序，從工藝上規定切換程序；二、特殊高要求有載分接開關通過各自獨立的分波形進行檢測；三、通過交流高電壓測試方法來測試過渡程序。這樣就會帶來一個問題，因為測試方式和測試環境的差異造成測試數據的截然不同，往往給用戶帶來困惑，遇到這類問題往往又以制造廠商發承諾來解決了事，或是現場再進行吊芯檢查。

綜上所說，現在市場上的有載分接開關常規檢測設備，檢測所得的數據作為判斷有載分接開關狀態的參考數據，結合有載分接開關的實際工況具體分析，是比較科學的，不可作為決定性數據，來判別設備的好壞，當發現有載分接開關的波形有疑問時，可以通過對切換開關獨立檢測，增大測試電流或電壓，調整測試設備的靈敏度，更換測試設備，有載分接開關吊芯檢查等手段，來確定有載分接開關的真實狀態；值得注意的是，有時為了波形的問題，對電弧觸頭進行打磨處理的方法是不可取的，這樣波形是好看了，但有載分接開關的使用壽命反而降低了