有載分接開關標準沿革及達標技術措施

分接開關標準沿革及達標技術措施摘要：著重介紹分接開關標準的沿革、新標準的性能要求及達標相應技術措施。關鍵詞：分接開關、標準、措施一．標準沿革分接開關的性能要求與分接開關的技術開展和標準沿革的狀況密切相關的。隨著分接開關的技術開展和可靠性大幅度提高以及電力系統(tǒng)急劇開展，因此人們迫切要求統(tǒng)一規(guī)格和性能要求。早在二十世紀六十年代，國際電工委員會〔TC〕14《電力變壓器》技術委員會著手分接開關標準的制定工作。于1964~1965年的兩年期間，先后統(tǒng)一了配電用和輸電用的有載調壓變壓器、有載調壓器以及分接開關性能指標、試驗工程標準，并于1966年首次發(fā)表IEC214《有載分接開關》公報。這項標準的制訂，在分接開關歷史上具有劃時代的意義，從而分接開關有了統(tǒng)一的性能要求。隨著分接開關技術開展和年代的變遷，IEC214標準進行三次重大的修訂。其中1976年除對IEC214標準進行首次的修訂外，還編制了IEC542《有載分接開關應用導那么》，用于正確指導分接開關的選用和使用。1989年，IEC214標準再次進行修訂，分別把機械壽命和觸頭電氣壽命提高2.5倍。與此同時，GB10230－1988《有載分接開關》和GB/T10584－1988《有載分接開關應用導那么》的國家標淮首版相應誕生了。2003～2004年，IEC214標準進行第三次重大修訂。本次IEC60214標準把IEC214和IEC542合并為分接開關總標題下的兩個局部：第一局部：性能要求和試驗方法；第二局部：應用導那么。目前，國家標準GB10230也相應地進行修改，并進入報批階段。歷次IEC60214標準的修訂的性能要求見表1的標準沿革狀況中所表達。表1.IEC60214標準沿革狀況序標準沿革標準主要性能要求及修改重要內容性能要求結構要求1IEC214-1966機械壽命20萬次、電氣壽命2萬次；——2IEC214-1976保存IEC214-1966的機械壽命20萬次、電氣壽命2萬次的性能要求增加有載分接開關和電動機構兩章節(jié)的結構要求；IEC542-1976增加分接開關的選用和使用的推薦性要求3IEC214-1989壽命指標重大修改：機械壽命50萬次、電氣壽命5萬次；進一步完善有載分接開關和電動機構兩章節(jié)的結構要求；IEC542-1989根本維持IEC542-1976的選用和使用的推薦性要求4IEC60214-1-2003IEC60214-1增加無勵磁分接開關及電動機構的兩個局部的性能要求；增加電抗式有載分接開關術語、技術標準及附錄B的性能要求；修改絕緣試驗和密封試驗等要求及測試方法等。IEC60214-2-2004標準進行重大修改，增加安裝、選用、運行監(jiān)控的主要技術要求。二．性能要求及貫標相應技術措施⒈壽命指標有載分接開關與無勵磁分接開關根據所使用環(huán)境條件的不同，對其壽命指標的要求也截然不同。由于無勵磁變壓器調壓必須停電，許多已在系統(tǒng)中運行的無勵磁變壓器除非不得已時，一般均不調換分接抽頭改變其電壓比。因此，根本上不發(fā)揮調壓作用或調壓次數很少。據此，無勵磁分接開關壽命指標遠遠低于有載分接開關壽命指標(見表2)，以便獲得更佳的性價比。表2.分接開關壽命指標的要求項目有載分接開關(包括電動機構)無勵磁分接開關手動操作電動操作機械壽命(萬次)IEC標準≥50，工業(yè)興旺國家標準≥80IEC標準≥0.2IEC標準≥2電氣壽命(萬次)IEC標準≥5，工業(yè)興旺國家標準≥20----------要實現分接開關壽命指標，必須著重解決下述與分接開關壽命密切相關問題：⑴關鍵的傳動構件不僅要有足夠的機械強度和剛度，而且需要外表硬化處理(調質、淬火、碳氮共滲和氮化等)，提高耐磨性，減少磨屑；⑵加強軟連結、編織線等薄弱工藝的攻關，提高使用壽命期限和操作次數，減少維修次數；⑶儲能彈簧和觸頭彈簧按一類重要負荷彈簧設計，確保分接開關工作可靠性和平安性；⑷加強緊固件防松措施的研究，采用行之有效的高強度〔8.8級或10.9級〕螺栓、自鎖螺母、止退墊片和零比率碟形墊圈(用于絕緣件緊固，內錐高度H/鋼扳厚度a=1.5)的措施；⑸觸頭耐磨性和耐蝕性的攻關，采用銀銅合金、鉻鋯銅合金的耐磨材料作為分接選擇器觸頭，且外表鍍硬銀(3%銻液里低溫電鍍，HV150～180)處理，提高運動觸頭的耐磨性；電弧觸頭采用耐燒蝕的Cu-W-Ni合金〔W65%，Cu34.5%，Ni0.5%〕制成，電氣壽命高達20萬次；⑹絕緣構件采用DMC或SMC高強度不飽和聚酯料團模壓成型，絕緣筒或絕緣扳用環(huán)氧玻璃絲纏繞或引拔擠拉成型，耐熱性好、機械強度高和電氣性能好；2.觸頭溫升分接開關觸頭溫升限值的要求見表3所示。表3.分接開關觸頭溫升限值的要求序觸頭材料無勵磁分接開關有載分接開關空氣中(K)油中(K)空氣中(K)油中(K)1裸銅251535202外表鍍銀的銅/合金401565203其它材料協(xié)商15協(xié)商20由于無勵磁分接開關調壓次數很少，觸頭長時間一直停留在一個分接位置上，分接開關操作過程中觸頭正常的擦抹動作沒有了，觸頭外表得不到清洗。由此觸頭接觸電阻高于正常值，那么觸頭外表可能開始過熱。因熱裂化而在觸頭外表出現碳的形成物，并可能和觸頭粘在一起，導致觸頭導電性能逐慚變壞和過熱性故障的發(fā)生。所以無勵磁分接開關觸頭溫升限值嚴于有載分接開關，在1.2倍最大額定通過電流的15K溫升值近似于1.0倍最大額定通過電流的11K溫升值。無勵磁分接開關溫升限值從原20K的性能要求改為新15K性能要求后，應重新驗證其觸頭溫升是否符合新標準的性能要求。對于未達標的無勵磁分接開關，應采取相應技術措施，進行設計和質量攻關，適當地增大觸頭壓力或增加觸點并聯(lián)數目、降低載流導體電流密度。3．密封性能為了防止分接開關切換油室內因電弧所產生的污油滲漏到變壓器油箱里，要求分接開關切換油室應具有密封性能。在IEC214-1989標準中，僅定性地提及壓力試驗，未規(guī)定量化試驗值和試驗方法。但在IEC60214-1(2003)標準中，規(guī)定分接開關制造廠必須聲明壓力和真空試驗值，并增加油室密封型式試驗工程。對于油浸式分接開關的油室密封試驗，明確采用油中氣體分析法(DGA)來檢驗，規(guī)定了兩種可操作性的試驗方法。然而真空分接開關或用其它不產生電弧的電器作為切換開關或選擇開關，因切換油室內不會產生電弧，就不必要進行上述密封試驗。⑴在工作負載試驗期間的密封試驗切換開關或選擇開關油室的密封性可以與工作負載試驗同時進行來檢驗。切換開關或選擇開關油室如同裝入變壓器的那樣置入一個封閉的容器內,這個容器的體積不超過分接開關油室容積的10倍。切換開關或選擇開關油室的油壓至少比容器內壓力大20kPa。在試驗開始和結束時，分別沉著器里抽取油樣，油中氣體分析結果，應說明其氣體增量不大于有載分接開關操作期間通常所產生的氣體含量即H2〔氫氣〕、CH4〔甲烷〕、C2H4〔乙烯〕、C2H2〔乙炔〕、C2H6〔乙烷〕的10PPm。⑵單獨密封試驗可以對切換開關或選擇開關油室進行單獨密封試驗，作為上述密封試驗的替代方案。切換開關或選擇開關油室如同裝入變壓器的那樣置入一個封閉的容器內,這個容器的體積不超過分接開關油室容積的10倍。切換開關或選擇開關油室中的油壓至少比上述容器內的壓力大20kPa；分接開關油室內滲入乙炔(C2H2)量不少于10%；完全裝配好的切換開關或選擇開關在在觸頭不帶電情況下進行5萬次操作，試驗時間至少2周。在試驗開始和結束時，分別沉著器里抽取油樣，油中氣體分析結果，應說明其氣體增量不大于乙炔(C2H2)的10PPm。⑶改善油室密封性能應采取相應的技術措施：①合理選用密封材質(丁氰橡膠改為氟橡膠)和密封件壓縮量，到達耐油〔控制±5%〕、耐高溫(最高溫度140℃)和變形小〔壓縮永久變形率≤15%〕的要求，可防止油室氣相枯燥后的滲漏油；②絕緣筒上的觸頭孔采用高速金剛砂鉆磨削工藝加工，提高孔的加工光潔度，減少滲漏油；③油室觸頭的引出從原一道密封改為兩道密封，這對適應全密封變壓器尤其重要；④與密封性能相關的鑄鋁件采用低壓硬模精鑄成型工藝，消除縮孔與沙眼的缺陷；⑤對于油室底部貫穿轉軸處應設計預留有滲漏油檢修部位〔可增一個密封件〕，減少維修工作量。4.絕緣性能IEC60214－１(2003)標準與IEC214－1989標準相比有了較大的變化，主要修改內容見表4。表4．標準修訂前后的絕緣試驗工程的比擬序工程IEC60214－１(2003)IEC214－19891試驗順序規(guī)定試驗順序：a．雷電沖擊試驗；b．操作沖擊試驗〔假設要求時〕；c．工頻耐壓試驗；d．局部放電試驗〔假設要求時〕；無試驗順序要求2操作沖擊試驗適用擴至Um≥245kV的Ⅱ類分接開關；沖擊波形及試驗順序符合IEC60060規(guī)定,為250/2500μs；①適用于Um≥300kV的Ⅱ類分接開關；②沖擊波形及試驗順序符合IEC76-3規(guī)定；3局部放電試驗①適用范圍擴至Um≥121kVⅡ類分接開關；②施加電壓的順序和持續(xù)時間：符號標記：A=5min，B=5min，C=1min，D=60min〔Um≥300kV〕或30min〔Um＜300kV〕，E=5min；③局部放電量：在電壓1.5Um/時，q值不大于50pC，還新規(guī)定在電壓1.1Um/時，q值不大于30pC；①適用Um≥145kV和安裝在Um為300kV及以上的自耦變壓器的Ⅱ類分接開關；②施加電壓的順序和持續(xù)時間：③局部放電量：在電壓1.5Um/時，q值不大于50pC；提高絕緣性能和降低分接開關局部放電量的相應技術措施：①有電場性能要求的鑄件或金屬零部件的外表應光篩處理，有電場性能要求的緊固件應采用屏蔽罩或帽改善電場的均勻性，提高耐壓水平；②提高絕緣構件(環(huán)氧玻璃絲纏繞筒、環(huán)氧玻璃絲引拔桿、DMC和SMC聚酯片狀模壓塑料)的電氣性能〔介損tgδ≤1%，電氣強度：25mm尺寸的絕緣材料在Φ200均勻電場的油中的工頻耐壓≥50kV5min、擊穿電壓≥75kV〕和耐熱性能〔高于B級〕；③增加切換開關級間過電壓的火花間隙或ZnO壓敏電阻保護措施，防止雷電沖擊引起變壓器閑置分接繞組振蕩過電壓而造成意外損壞。④增加分接開關整體熱油沖洗，保持干凈清潔，減少分接開關局部放電量；⑤以工藝為突破口，提倡文明生產。存儲和搬運應添相關必要工位器具，減少磕碰傷。5.動熱穩(wěn)定性變壓器在運行中可能發(fā)生各種事故的短路。因此，分接開關耐受一定時間的短路電流的能力稱為動熱穩(wěn)定性。⑴熱穩(wěn)定性分接開關耐受一定時間的短路熱作用而不致破壞的能力稱為熱穩(wěn)定性。在分接開關中，熱穩(wěn)定電流是以最大額定通過電流的倍數Ki來表示。此時，短路電流穩(wěn)定值及持續(xù)時間均由變壓器承受短路能力所決定。Ki=Ikd／In=100／uk(％)式中 Ikd—短路電流穩(wěn)定值(均方根值)；In—最大額定通過電流(均方根值)；uk(％)—變壓器短路阻抗值。對于不同容量的變壓器，其短路阻抗uk(％)也不相同。分接開關短路電流穩(wěn)定值及持續(xù)時間見圖1的規(guī)定。⑵動穩(wěn)定性分接開關承受短路電動力作用時觸頭不被斥開或產生熔焊，載流導體不出現機械損壞或永久變形的能力稱為動穩(wěn)定性。通常以最大沖擊電流峰值來圖1.短路電流穩(wěn)定值及持續(xù)時間表示。一般相當于短路電流第—個半波的峰值，有的那么以最大沖擊電流峰值Im與額定短路電流值Ikd的比值(沖擊電流系數)來表示：Kf=Im／Ikd對于分接開關，沖擊電流系數規(guī)定為Kf=2.5±5％。⑶提高分接開關動熱穩(wěn)定性的相應技術措施①觸頭結構設計應采取多點并聯(lián)接觸方式，有效地降低觸頭接觸電阻、溫升和短路時電動斥力，提高觸頭的動熱穩(wěn)定性；②適當地增加觸頭接觸壓力和設置觸頭系統(tǒng)閉合的緩沖裝置，防止觸