真空有载分接开关的研发

变压器组件真空有载分接开关的研发胡同先（上海华明电力设备制造有限公司，上海 200333）摘要 ：介绍了真空有载分接开关的设计理念以及 真空有载分接开关的性能 、结构特点和技术参数 。关键词 ：有载分接开关 ；真空切换 ；研发中图分类号 ：献标识码 ：B 文章编号 ：10018425（2010）050035051 概述早期电力变压器有载分接开关大都采用高速电阻切换原理 ， 靠铜钨电弧触头在电流过零点时油中熄弧进行负载转换的 。由于分接开关切换频繁 ，分接开关的触头烧损相应比较严重 ， 所以油的碳化和污染程度较高 ， 给供电部门增加了日常维护和定期检修工作量 。 21 世纪是真空技术和电力电子信息应用的年代 ，分接开关技术的发展也面临一次革命 。真空管自其诞生以来就以其无以伦比的优越性在电力行业取得了应有的地位 ，并推动着电力设备的发展 。真空管触头代替油内铜钨触头的技术最初应用于中压或低压断路器上 ，随后在中压接触器上得到推广 。随着真空技术的不断发展 ， 真空管开始进入有载分接开关调压领域 ，逐步向高电压 、大电流方向发展 ，并将推动变压器进入真空有载分接开关调压的新时代 。为了满足国内电力系统现代化发展的需要 ，彻底解决油的碳化与污染的问题 ， 提高分接开关机械寿命和触头电气寿命 ，延长检修周期 ，少维修或免维修 ， 显著降低检修成本 ， 提高分接开关运行的可靠性 、安全性 ，我公司自主研发出油浸式真空熄弧的有载分接开关及其智能型电动机构新品 ， 以适应当今分接开关技术创新式发展的新潮流 。2 油浸式大容量真空有载分接开关的研发20 世纪 60 年代美国首先把真空切换技术用在电抗式有载分接开关上 。 20 世纪 70 年代中期日本把真空切换技术用在 我国自 20 世纪 70 年代末也开始研发真空有载分接开关 ，1981 年沈变研发首台真空分接开关产品在沈阳冶炼厂投入运行 ， 取得了真空切换技术可喜的科研成果 。我公司自 20 世纪 90 年代开始着手研发用于干式变压器的真空有载分接开关 。 进入 21 世纪初 ，在摸索试验和实践基础上研发了拥有自主知识产权的高电压 、大电流 、大容量油浸式真空有载分接开关 。真空有载分接开关真空有载分接开关见图 1。真空有载分接开关为组合式 Y 接中性点调压分接开关 ， 设备最高工作电压为 52相最大额定通过电流为 800A，单相最大为 2 000A， 频率为 50电力变压器或工业变压器在负载状态下变换绕组的分接位置达到调压的目的 。 其技术数据见表 1。真空有载分接开关o., 00333, he of is CM 7 卷 第 5 期2010 年 5 7 卷分类特征最大额定通过电流 /A 2 000额定频率 / 0按绝缘水平分为 B、C、D、个绝缘等级600 800 600相数和连接方式 三相 Y 接中性点连接方式 ， 单相任意连接方式动稳定 (峰值 ) 15 20 24 24 60 60工作位置数 不带转换选择器最大 18，带转换选择器最大 35最大级电压 /V 4 000额定级容量 / 500 1 600 2 500 2 500 4 000 5 000抗短路能力 /有效值 )/3 4 24表 1 真空有载分接开关技术数据 真空有载分接开关 （见图 2）是具有整体插入式结构的新一代复合式 D 结的分接开关 ，设备最高工作电压为 45相最大额定通过电流为 500A，频率为 50电力变压器或工业变压器在负载状态下变换绕组的分接位置达到调压的目的 。 其技术数据见表 2。真空分接开关真空分接开关是为 分接开关更新换代和技术改造而新研发的真空有载分接开关 。（1）与 分接开关结构原理基本一致 ，两者均采用双电阻过渡工作原理 ，两者的技术参数相同 。（2）与 分接开关的所有外形安装尺寸完全一致 ， 利于分接开关整体替换或切换开关芯子 (图 3)的更换 ，现场更换简便 。 这给在电网中运行的 分接开关技术改造提供便捷的途径 ，且切换开关芯体的技术改造费用比分接开关整机更换费用低 。（3）触头切换机构中仅用真空管替代 触头切换机构中铜钨电弧触头 ，实现了 分接开关的真空切换技术升级 。从而避免油的碳化与污染 ，提高油的绝缘强度和延长触头寿命 ，同时无需滤油或换油 ，减少了滤油的设备投资 。（4）真空切换延长维修周期 ，维修量大幅减少 ，实现 30 万次免维修 ，有效降低维修成本 。（5）真空分接开关长期载流由专用的机械式旁路主触头承担 ， 真空管只是瞬时承载 ，分接开关的过载能力强 ；所有真空管都是可靠固定安装 ，真空管不会产生误动作 。（b）开关芯子（a）开关整体图 2 CV 额定雷电冲击耐受电压 (0s) 1 3连接方式 D Y D 点 1 500 1 50012 接点 1 400 1 400额定级容量 /点 525400 52512 接点 420承受短路能力 /3s) 峰值 ) 0性调 ：12正反调或粗细调 ：23线性调 ：10正反调或粗细调 ：26 14585 140 230 275225 325 550 650表 2 真空有载分接开关技术参数 CV 先：真空有载分接开关的研发第 5 期（a）（b）单 双+12图 4 b）机械隔离触头（a）机械隔离触头图 5 of 不同真空分接开关的保护性能比较 of 分接开关 分接开关后备保护两者均采用单电阻过渡电路 。 因真空管开距小 ，串有机械隔离触点作为后备保护 。机械隔离触头带有熄弧功能 ， 正常切换时它无弧转换 ，一旦真空管切换失败后由它代替熄弧 ，保证其安全运行可靠性比国外真空分接开关更高 。设置机械隔离触头无熄弧功能 ，正常切换时它虽无弧转换 ， 一旦真空管切换失败后 ，会使分接开关烧毁和使变压器级间发生短路事故 。保留 电弧触头作为机械隔离触点 ，该触点带有熄弧功能 ，正常切换时它无弧转换 ，一旦真空管切换失败后由它代替熄弧 ，保证其运行安全可靠 。设置机械隔离触点 ，串入真空管电路 ，正常切换时它无弧转换 ， 一旦真空管切换失败后 ，它无法代替熄弧 ，会危及变压器和分接开关安全运行 。分接开关 分接开关采用双电阻过渡电路 采用单电阻过渡电路真空管开距小 ，串有机械隔离触点作为后备保护 。（a）换芯子 （b）换芯子图 3 CM M 空分接开关独特的研发理念（1）过渡电路 。选择合适的过渡回路 ，改善触头的切换任务 ，减小触头烧损 ，提高触头电气寿命 。过渡电路力求简单 ， 分接开关机械结构也就越简单 ，利于提高机械寿命 。真空分接开关采用单电阻过渡电路 ，真空分接开关采用双电阻过渡电路 ，见图 4。（2）真空管的后备保护 。在真空分接开关中 ， 采用美国某公司专供的性能良好的真空管 ，该真空管具有开断能力强 、截流小和适用于操作频繁等优点 。 由于真空管开距 (4 ，为了运行安全可靠 ，在图 3 的过渡电路中设置带有熄弧功能的机械隔离触头 , 如 的触头 ，的触头 J、2(即保留 选择开关滚柱式电弧触头 )作为真空管的后备保护 ，其机械隔离触头的结构如图 5 所示 。正常切换时真空管熄弧后 ， 隔离触头无负载转换 。万一真空管泄漏导致切换失败后 ，机械隔离触头能转换负载电流并熄弧 。 因而避免分接开关级间短路烧毁的发生 ，并保证分接变换的顺利进行 。由于机械隔离触头上产生电弧 ，导致大量气体的产生 ，分接开关油室的气体继由器轻瓦斯动作 “报警 ”。 从而告诫真空管的异常状态 。 这种真空管的后备保护的独特设计 ，有别于国外真空分接开关 (见表 3)。（3）设置长期运行的机械主触头 。分接开关真空管在切换过程中只是瞬间载流 ，长期载流由并联的机械主触头承担 。 如图 4 中的 I 和 械主触头 ，的 A 和 B 触头 。 其机械主触头的结构见图 6 所示 。长期载流主动触头采用多点接触方式 ，各触点采用浮动式结构 ，接触电阻小 、载流能力强 、温升低 ，抗短路能力强 。长期载流主动触头采用夹滚式接触结构 ，主动触头滚动进入主静触头 ，长期运行时兼用夹37第 47 卷（a）就地操作机构 （b）能控制器图 7 b）主触头结构（a）机械主触头结构图 6 of 棍 )式 ，具有抗短路能力强优点 。 因而 ，结构新颖 ，转动阻力小 ，触头磨损小 ，接触可靠 ，温升低 ，抗短路能力强 。（4）分接开关结构的继承性 。真空有载分接开关在结构上继承了分接开关优点 ，大量沿用已经获得成功运行经验的成熟结构 ，例如快速机构 、过渡电阻器和切换开关油室等基本上沿用 分接开关的零部件 ，而分接选择器完全借用性能优良的 “外部引线 ，内部套轴 ”的结构 ，零部件通用性和标准化程度高 。真空有载分接开关在结构上继承了 把转换选择器置于分接开关油室外侧干净的变压器油中 ， 因此增加分接开关的相间和对地绝缘裕度 。 选择开关本体采用整体插入式笼型结构 ， 选择开关本体的检测和波形调试可独立进行 。 因此安装调试简单 、维护方便快捷 。 大量沿用已经获得成功运行经验的成熟结构 ， 例如快速机构和机械隔离触头直接借用成熟的 分接开关相关零部件 ，不仅保证了分接开关的性能 ，而且缩短了产品的研发周期 。真空分接开关采用模块化设计 ， 分接开关作为一个整体由多个零部件模块组成 ， 各模块可独立进行电气和机械性能的安装和测试 ， 模块化设计不但提高了产品的工艺性而且容易保证产品的质量 。真空管触头的开闭结构采用简单的凸轮杠杆原理 。 在机械上通过强制开闭 ，保证触头的断口速度 。通过弹簧缓冲机构实现触头的柔性闭合 ， 消除触头闭合时的刚性冲击和弹跳 。（5）分接开关油室设置带轻 、重 “瓦斯 ”的气体继电器的保护 。分接开关油室设置带轻 、重 “瓦斯 ”的气体继电器的保护的目的是监控真空管工作是否正常 。 当真空管工作正常时 ，油室内无异常气体 ；若真空管泄漏而切换失败时 ，机械隔离触头带弧转换 ，电弧分解的大量气体被气体继电器收集 ，当达到整定容积后 ，轻瓦斯信号接通发出告警 。 一旦分接开关本体发生重大事故时 ，油室内涌流使重瓦斯跳闸接点闭合 ，将变压器从网路上切除 ，防止事故进一步扩大 。（6）分接开关出厂试验增加 1 500 次模拟实际负荷的切换试验 ， 以确保真空有载分接开关技术性能满足设计要求 。（7）真空分接开关配置了免维护智能型 电动机构是采用机电分装和无触点转换的创新理念 ，研发出的具有智能化 、模块化及免维护的电动机构 ，是 动机构的更新换代的产品 。 动机构是由就地操作机构和 能控制器两部分组成 ，如图 7 所示 。电动机构采用当今先进电力电子技术 、微处理器技术 、现代电子信息技术 、光电转换技术及计算机技术来控制电动机构的运转 。 其核心是用晶闸管 、集成电路 、微处理器的芯片来取代传统的有触点电器元件 ，如接触器 、微动开关等 。因而 ，电动机构的结构大为简化 。电气分装在密封盒内 ，并安装在控制室里 ，使环境对电气元件影响到最低限度 。经电磁兼容 （验验证 ，抗干扰能力强 。控制器设置 讯接口 、位置信号输出接口 、远控信号输入接口 、变压器过流闭锁接口 、电机电缆和控制电缆接口 ，并采用标准的通信规约 ，能支持现场总线和数字式通信技术发展 。 从而电动机构可靠性大大提高 。从目前大量的试运行信息反馈看 ，深受电力用户欢迎 。4 结束语 、和 真空有载分接开关是具有自主知识产权的创新式产品 ，填补了国内 “空白 ”。 产品设计合理 、结构新颖 、技术参数先进 ，达到国际同类真空分接开关的先进水平 ， 产品的保护功能完善 ，可靠性优于国际同类真空分接开关 。（下转第 63 页 ）38王 明谦：电流互感器试验（ 5）第 5 期得 在电桥上加以固定 ，可实现标准互感器和 被试互感器不同电流比值的误差测量 。图 30 瑞士 2711/2722 型误差测量电桥原理接线图 （电流互感器 ）N标准电流互感器 ；X被试电流互感器 ；G平衡指示仪 。222722271127222711（待续 ）!（上接第 38 页 ） 、和 真空有载分接开关经型式试验考核 ，机械寿命大于 100 万次 ，触头寿命大于 30 万次 ，实现 30 万次免维护 。 真空分接开关的各项性能指标均超过 2003 接开关 第 1 部分 性能参数与试验方法 的技术要求 。真空有载分接开关在 2007 年通过机械部