浅析有载调压与调容开关负载切换试验检测差异

引言

变压器为实现调压或调容,降低运行损耗,就需要采用分接开关。变压器是静态运行的,分接开关因调压或调容需要是变压器中唯一频繁操作的电气部件。一旦分接开关出现运行事故,往往会导致某区域停电,造成较大的经济损失和社会负面影响。因此,要确保分接开关的运行可靠性,除提高分接开关的制造水平外,还必须加强对分接开关的试验检测与质量监督。

分接开关试验检测的目的是验证分接开关性能是否符合国家标准、行业标准或企业技术标准要求,以及找出该产品在设计及工艺制造上可能存在影响运行的各种缺陷。通过对试验检测数据的分析,提出改进设计、提高工艺性的方法,以保证分接开关在实际使用中能正常和安全可靠地运行。

分接开关根据产品功能与用途可分为调容分接开关(简称调容开关）与调压分接开关(简称调压开关）两种类型。就型式试验而言,两者的温升试验、短路电流试验、过渡阻抗试验、机械试验等试验项目均相同,但在最关键核心的有载调压开关或调容开关负载切换试验上存在显著差异。

本文就有载调压开关和调容开关在负载切换试验中存在的差异进行重点分析与探讨,对有载调压开关和调容开关负载切换试验具有一定的指导意义。

1有载调压开关与调容开关负载切换试验差异

有载调压开关与调容开关负载切换差异性由两者性能结构差异所决定。

变压器有载调压是通过带载改变高压侧调压绕组的分接位置实现,此时有载调压开关的切换电流是负载电流与同相过渡回路产生的环流相量和,触头断口间的恢复电压是调压绕组级电压与环流在其同相过渡电阻回路上的压降相量和。因此,有载调压开关负载切换试验可以采用一相触头负载切换试验,其试验模拟状态与调压开关的实际回路条件一致。

配电变压器有载调容技术是通过有载调容开关改变配电变压器高压绕组和低压绕组的连接方式,调节变压器的容量,实现大小容量3:1(Y/D转换）或4:1(串/并联转换）转变,降低变压器空/负载损耗,有显著的节能效益。

对于有载调容开关的负载转换试验,要求试验模拟状态与实际回路条件必须一致。因此,调容开关需要对高压与低压调容触头同时进行直接负载转换试验。由于高低压绕组间有电磁联系,所以不适宜单独分开进行模拟试验。

有载调容开关高压调容触头转换过程的回路现象与调压开关有本质不同。如高压调容触头在Y/D转换的通过电流中既有临界转换电流、励磁涌流分量,又有异相绕组产生的环流:触头断口间的恢复电压也是"级"电压与上述3个电流分量通过过渡电阻回路上压降的相量和。再者调容开关交流电弧熄弧总发生在电流过零时,三相高压调容触头电流过零时刻有先有后,在对称情况下各相电流均相差120o依次过零。三相高压调容触头转换时,哪相电流先过零,哪相电弧就先熄灭,然后其他两相中的电弧同时熄灭或先后熄灭。因此,调容开关触头所转换的三相电流大小和触头断口间的恢复电压的大小均不相同。

因此,三相有载调容开关负载转换试验不宜在单相触头上进行,只能采用有载调容变压器法进行三相触头负载转换试验,这与有载调压开关负载切换试验截然不同。

2有载调压开关与调容开关负载切换试验线路差异

2.1有载调压开关负载切换试验线路

变压器有载调压技术完善成熟。鉴于分接开关的特殊重要性,作为变压器组件的调压开关是唯一有国际标准(IEC60214）和国家标准(GB10230）的产品。在标准附录推荐了有载调压开关工作负载切换的变压器法、电阻法、电容补偿法及LC谐振法。

有载调压开关负载切换试验时,切换试验次数要求达5万次,通常一个试验周期长达2个月左右。由于试验电源容量很大,试验成本(电费）很高。为了节约试验用电,降低试验成本,必须寻找一个低能耗等效模拟试验线路,如图1所示的谐振法。

根据4种试验线路的计算比较,在额定通过电流1500A负载下进行开断容量试验,电阻法所需供电容量为30000kVA,变压器法为22500kVA,补偿法为5750kVA,谐振法仅为1550kVA。很显然,谐振法试验用电最省,仅为电阻法的5%,具有明显的经济性。

LC谐振法不仅耗电少,而且可以大量节约试验设备的投

资。LC谐振法在额定通过电流小于1500A时,其线路条件等价性较好,触头开断电流值、恢复电压值及其两者的乘积大于开关切换循环计算值的95%,不仅试验结果完全符合规定要求,而且该摸拟试验线路均能满足国内全部有载调压开关负载切换试验要求。

2.2有载调容开关负载切换试验线路

有载调容开关只能采用有载调容变压器法进行三相触头负载转换试验,如图2所示。在负载切换过程中,有载调容开关需三相高压调容触头与低压调容触头同步切换,即高压Y/D转换,低压串/并联转换。同时,必须采用专用的有载调容开关负载切换试验变压器,通过调节低压侧负载大小,调节调容开关的切换试验电流进行负载切换试验,这与有载调压开关负载切换试验截然不同。

在有载调容开关负载切换试验中,主要考核其触头燃弧时间及切换程序是否会危害有载调容开关的正常操作。通过测量触头工况、燃弧时间以及触头烧损情况,最终确认有载调容开关切换试验是否满足相关标准要求,从而判断有载调容开关负载切换试验与开断容量试验合格与否。

3结语

本文通过对有载调压与调容开关负载切换试验检测差异进行分析与探讨,为分接开关的设计、制造及使用提供如下参考:

(1）从有载开关负载切换模拟试验与实际回路条件一致角度出发,调压开关可进行一相试验,而调容开关只能三相高低压调容触头同时进行负载切换试验:

(2）从节约、降低试验成本考虑,调压开关负载切换试验宜采用LC谐振试验线路,调容开关低压负载切换试验线路宜采用间歇式通电方式。