论文部分内容阅读
摘要：对真空有载分接开关中每相用四个真空灭弧室的安全性能进行了分析。
关键词：真空有载分接开关；灭弧室
引言：
近几年国内外有载分接开关制造厂家相继推出以每相用四个真空灭弧室替代传统油浸式有载分接开关，但有的国外制造厂家直接套用M型原结构，只将其每相四个铜钨机械触头替换成真空灭弧室。由于结构的限制无法加装任何机械触头只能靠真空灭弧室直接切换。真空灭弧室内触头的开距极小，若真空灭弧室发生故障，就会造成级间短路，后果将不堪设想。这一问题也是所有业内专业人士一直顾忌的，尤其是完全由老结构改造，没有加装任何保护措施的分接开关。即使试验通过了也不能完全保证它的安全运行性能。本文将对此做具体分析。
一、切换原理
有载分接开关切换原理就是在变压器绕组中引出若干个分接抽头后，在变压器不断电的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头，以改变绕组的有效匝数，达到调压的目的。分接开关在切换过程中要始终保持变压器绕组导通分接开关能承载一定的额定电流和短路电流的冲击，在转换过程中，不能发生任何短路现象，否则变压器绕组可能会被烧毁。因此有载分接开关的制造始终要坚持的原则就是先合后断，不能有断路故障也不能有断路故障。
有载分接开关工作时两组触头一直处在变压器调压绕组某一段的二个抽头上，而两组触头必须保证一组触头打开。处于断开出头组的各对触头的断口尺寸将决定开关的安全可靠性，其断开距离越大，安全性越好。图一为有载开关的过渡原理图。
二、触头任务
有载分接开关每相触头组至少各有三对触头，每对触头分别具有承载电流、通断电流、电流过渡的作用。每对触头所承担的任务不同，要求也就不同。
1.主触头（M1、M2）：有载分接开关每组触头有一对触头要承担变压器分接绕组和变压器主绕组的连接任务，此对触头必须具备不低于变压器绕组相同的承载能力，可以长期承担变压器最大额定电流，且温升值不超过变压器绕组的温升值，同时又能够在短时承载变压器可能受到的过载冲击。它不能因短路电流产生的过高温度使触头熔化成为一体，也不能因电流过大产生电动力使触头变形甚至断裂并烧毁。这就要求这对触头材质必须在低电阻率、高机械强度及所有触头中最好的分合能力，要求其在经过许多次分合之后电阻率不增加，接触面积和超程压力在开关有效寿命中不变化，它在分合时不能有电弧和电磨损痕迹。
2.主通断触头（K1、K4）这对触头的作用是在调压时保护主触头，分接开关接环过渡过程中让主触头断开时不产生电弧及电磨损，还能在主触头断开后暂时代替它接通变压器主绕组和分解绕组，它同时还能在触头分开时熄灭电弧。这就要求它的材料必须能够承受通断时的电弧烧蚀。
3.过渡触头（K2、K3）这对触头和过渡电阻串联，在触头通断的时候起到先合后分的跨接作用，此时一段分接绕组受到两侧抽头同时接通的短路状态。过渡电阻这时限制通过电流，是分接绕组不会烧毁。
有载分接开关的一次完整的切换过程从一侧主触头分断开始，接着主通断触头分断，然后两个过渡触头跨接，然后第二侧主触头和主通断触头接通，过渡触头分断，第二侧主通断触头分断。至此一次完整的切换过程完成。此时变压器又处在静止负载状态，但这不表示不安全状态完全消除。
三、每相用 “四个真空灭弧室”的安全隐患及过渡回路特殊设计
对于传统使用铜钨合金机械触头的有载分接开关来说，达到上述的安全要求在技术上已经很完善。但随着切换频率和电压等级要求的不断增高，有载开关的发展方向已经趋向于使用真空灭弧室来替代原有的铜钨合金触头。真空灭弧室相比于传统铜钨合金触头，其好处有很多，包括机械行程短、不会污染油等。但同时也存在一个很大的不足，即真空灭弧室在质量达不到要求或真空度下降时，其可能会发生灭弧失败或重燃故障，这直接导致一段调压绕组之间短路烧毁，即变压器极间短路。如图2所示：
为此可以把有载分接开关设计成每项四个真空灭弧室，整个过渡回路分为两段，各自形成一个中性点A和B。真空有载分接开关的中性点0通过中性点开关K连接A或B。在真空灭弧室性能正常时，开关K只起连接作用。而在真空灭弧室不合格或使用久了真空滅弧室真空度下降，不能实现正常的灭弧及通断时，有载分接开关还是能完成切换，中性点开关K的切换将产生电弧，这将导致开关报警。不会造成烧毁变压器绕组的事故。
四、结论
在选择真空有载分接开关时，如果只是单纯的将传统的铜钨合金触头更换为真空灭弧室，危险系数将会很大。建议选择有特殊保护电路设计的真空有载分接开关，如文章所提到的每项四真空灭弧室开关，真空有载开关的安全性将得到很大提升。
作者简介：
靳鲁，男，研究生，助理工程师，研究方向：变压器有载开关设计。
关键词：真空有载分接开关；灭弧室
引言：
近几年国内外有载分接开关制造厂家相继推出以每相用四个真空灭弧室替代传统油浸式有载分接开关，但有的国外制造厂家直接套用M型原结构，只将其每相四个铜钨机械触头替换成真空灭弧室。由于结构的限制无法加装任何机械触头只能靠真空灭弧室直接切换。真空灭弧室内触头的开距极小，若真空灭弧室发生故障，就会造成级间短路，后果将不堪设想。这一问题也是所有业内专业人士一直顾忌的，尤其是完全由老结构改造，没有加装任何保护措施的分接开关。即使试验通过了也不能完全保证它的安全运行性能。本文将对此做具体分析。
一、切换原理
有载分接开关切换原理就是在变压器绕组中引出若干个分接抽头后，在变压器不断电的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头，以改变绕组的有效匝数，达到调压的目的。分接开关在切换过程中要始终保持变压器绕组导通分接开关能承载一定的额定电流和短路电流的冲击，在转换过程中，不能发生任何短路现象，否则变压器绕组可能会被烧毁。因此有载分接开关的制造始终要坚持的原则就是先合后断，不能有断路故障也不能有断路故障。
有载分接开关工作时两组触头一直处在变压器调压绕组某一段的二个抽头上，而两组触头必须保证一组触头打开。处于断开出头组的各对触头的断口尺寸将决定开关的安全可靠性，其断开距离越大，安全性越好。图一为有载开关的过渡原理图。
二、触头任务
有载分接开关每相触头组至少各有三对触头，每对触头分别具有承载电流、通断电流、电流过渡的作用。每对触头所承担的任务不同，要求也就不同。
1.主触头（M1、M2）：有载分接开关每组触头有一对触头要承担变压器分接绕组和变压器主绕组的连接任务，此对触头必须具备不低于变压器绕组相同的承载能力，可以长期承担变压器最大额定电流，且温升值不超过变压器绕组的温升值，同时又能够在短时承载变压器可能受到的过载冲击。它不能因短路电流产生的过高温度使触头熔化成为一体，也不能因电流过大产生电动力使触头变形甚至断裂并烧毁。这就要求这对触头材质必须在低电阻率、高机械强度及所有触头中最好的分合能力，要求其在经过许多次分合之后电阻率不增加，接触面积和超程压力在开关有效寿命中不变化，它在分合时不能有电弧和电磨损痕迹。
2.主通断触头（K1、K4）这对触头的作用是在调压时保护主触头，分接开关接环过渡过程中让主触头断开时不产生电弧及电磨损，还能在主触头断开后暂时代替它接通变压器主绕组和分解绕组，它同时还能在触头分开时熄灭电弧。这就要求它的材料必须能够承受通断时的电弧烧蚀。
3.过渡触头（K2、K3）这对触头和过渡电阻串联，在触头通断的时候起到先合后分的跨接作用，此时一段分接绕组受到两侧抽头同时接通的短路状态。过渡电阻这时限制通过电流，是分接绕组不会烧毁。
有载分接开关的一次完整的切换过程从一侧主触头分断开始，接着主通断触头分断，然后两个过渡触头跨接，然后第二侧主触头和主通断触头接通，过渡触头分断，第二侧主通断触头分断。至此一次完整的切换过程完成。此时变压器又处在静止负载状态，但这不表示不安全状态完全消除。
三、每相用 “四个真空灭弧室”的安全隐患及过渡回路特殊设计
对于传统使用铜钨合金机械触头的有载分接开关来说，达到上述的安全要求在技术上已经很完善。但随着切换频率和电压等级要求的不断增高，有载开关的发展方向已经趋向于使用真空灭弧室来替代原有的铜钨合金触头。真空灭弧室相比于传统铜钨合金触头，其好处有很多，包括机械行程短、不会污染油等。但同时也存在一个很大的不足，即真空灭弧室在质量达不到要求或真空度下降时，其可能会发生灭弧失败或重燃故障，这直接导致一段调压绕组之间短路烧毁，即变压器极间短路。如图2所示：
为此可以把有载分接开关设计成每项四个真空灭弧室，整个过渡回路分为两段，各自形成一个中性点A和B。真空有载分接开关的中性点0通过中性点开关K连接A或B。在真空灭弧室性能正常时，开关K只起连接作用。而在真空灭弧室不合格或使用久了真空滅弧室真空度下降，不能实现正常的灭弧及通断时，有载分接开关还是能完成切换，中性点开关K的切换将产生电弧，这将导致开关报警。不会造成烧毁变压器绕组的事故。
四、结论
在选择真空有载分接开关时，如果只是单纯的将传统的铜钨合金触头更换为真空灭弧室，危险系数将会很大。建议选择有特殊保护电路设计的真空有载分接开关，如文章所提到的每项四真空灭弧室开关，真空有载开关的安全性将得到很大提升。
作者简介：
靳鲁，男，研究生，助理工程师，研究方向：变压器有载开关设计。