有载分接开关标准沿革及达标技术措施

分接开关标准沿革及达标技术措施摘要：着重介绍分接开关标准的沿革、新标准的性能要求及达标相应技术措施。关键词：分接开关、标准、措施一．标准沿革分接开关的性能要求与分接开关的技术开展和标准沿革的状况密切相关的。随着分接开关的技术开展和可靠性大幅度提高以及电力系统急剧开展，因此人们迫切要求统一规格和性能要求。早在二十世纪六十年代，国际电工委员会〔TC〕14《电力变压器》技术委员会着手分接开关标准的制定工作。于1964~1965年的两年期间，先后统一了配电用和输电用的有载调压变压器、有载调压器以及分接开关性能指标、试验工程标准，并于1966年首次发表IEC214《有载分接开关》公报。这项标准的制订，在分接开关历史上具有划时代的意义，从而分接开关有了统一的性能要求。随着分接开关技术开展和年代的变迁，IEC214标准进行三次重大的修订。其中1976年除对IEC214标准进行首次的修订外，还编制了IEC542《有载分接开关应用导那么》，用于正确指导分接开关的选用和使用。1989年，IEC214标准再次进行修订，分别把机械寿命和触头电气寿命提高2.5倍。与此同时，GB10230－1988《有载分接开关》和GB/T10584－1988《有载分接开关应用导那么》的国家标淮首版相应诞生了。2003～2004年，IEC214标准进行第三次重大修订。本次IEC60214标准把IEC214和IEC542合并为分接开关总标题下的两个局部：第一局部：性能要求和试验方法；第二局部：应用导那么。目前，国家标准GB10230也相应地进行修改，并进入报批阶段。历次IEC60214标准的修订的性能要求见表1的标准沿革状况中所表达。表1.IEC60214标准沿革状况序标准沿革标准主要性能要求及修改重要内容性能要求结构要求1IEC214-1966机械寿命20万次、电气寿命2万次；——2IEC214-1976保存IEC214-1966的机械寿命20万次、电气寿命2万次的性能要求增加有载分接开关和电动机构两章节的结构要求；IEC542-1976增加分接开关的选用和使用的推荐性要求3IEC214-1989寿命指标重大修改：机械寿命50万次、电气寿命5万次；进一步完善有载分接开关和电动机构两章节的结构要求；IEC542-1989根本维持IEC542-1976的选用和使用的推荐性要求4IEC60214-1-2003IEC60214-1增加无励磁分接开关及电动机构的两个局部的性能要求；增加电抗式有载分接开关术语、技术标准及附录B的性能要求；修改绝缘试验和密封试验等要求及测试方法等。IEC60214-2-2004标准进行重大修改，增加安装、选用、运行监控的主要技术要求。二．性能要求及贯标相应技术措施⒈寿命指标有载分接开关与无励磁分接开关根据所使用环境条件的不同，对其寿命指标的要求也截然不同。由于无励磁变压器调压必须停电，许多已在系统中运行的无励磁变压器除非不得已时，一般均不调换分接抽头改变其电压比。因此，根本上不发挥调压作用或调压次数很少。据此，无励磁分接开关寿命指标远远低于有载分接开关寿命指标(见表2)，以便获得更佳的性价比。表2.分接开关寿命指标的要求项目有载分接开关(包括电动机构)无励磁分接开关手动操作电动操作机械寿命(万次)IEC标准≥50，工业兴旺国家标准≥80IEC标准≥0.2IEC标准≥2电气寿命(万次)IEC标准≥5，工业兴旺国家标准≥20----------要实现分接开关寿命指标，必须着重解决下述与分接开关寿命密切相关问题：⑴关键的传动构件不仅要有足够的机械强度和刚度，而且需要外表硬化处理(调质、淬火、碳氮共渗和氮化等)，提高耐磨性，减少磨屑；⑵加强软连结、编织线等薄弱工艺的攻关，提高使用寿命期限和操作次数，减少维修次数；⑶储能弹簧和触头弹簧按一类重要负荷弹簧设计，确保分接开关工作可靠性和平安性；⑷加强紧固件防松措施的研究，采用行之有效的高强度〔8.8级或10.9级〕螺栓、自锁螺母、止退垫片和零比率碟形垫圈(用于绝缘件紧固，内锥高度H/钢扳厚度a=1.5)的措施；⑸触头耐磨性和耐蚀性的攻关，采用银铜合金、铬锆铜合金的耐磨材料作为分接选择器触头，且外表镀硬银(3%锑液里低温电镀，HV150～180)处理，提高运动触头的耐磨性；电弧触头采用耐烧蚀的Cu-W-Ni合金〔W65%，Cu34.5%，Ni0.5%〕制成，电气寿命高达20万次；⑹绝缘构件采用DMC或SMC高强度不饱和聚酯料团模压成型，绝缘筒或绝缘扳用环氧玻璃丝缠绕或引拔挤拉成型，耐热性好、机械强度高和电气性能好；2.触头温升分接开关触头温升限值的要求见表3所示。表3.分接开关触头温升限值的要求序触头材料无励磁分接开关有载分接开关空气中(K)油中(K)空气中(K)油中(K)1裸铜251535202外表镀银的铜/合金401565203其它材料协商15协商20由于无励磁分接开关调压次数很少，触头长时间一直停留在一个分接位置上，分接开关操作过程中触头正常的擦抹动作没有了，触头外表得不到清洗。由此触头接触电阻高于正常值，那么触头外表可能开始过热。因热裂化而在触头外表出现碳的形成物，并可能和触头粘在一起，导致触头导电性能逐惭变坏和过热性故障的发生。所以无励磁分接开关触头温升限值严于有载分接开关，在1.2倍最大额定通过电流的15K温升值近似于1.0倍最大额定通过电流的11K温升值。无励磁分接开关温升限值从原20K的性能要求改为新15K性能要求后，应重新验证其触头温升是否符合新标准的性能要求。对于未达标的无励磁分接开关，应采取相应技术措施，进行设计和质量攻关，适当地增大触头压力或增加触点并联数目、降低载流导体电流密度。3．密封性能为了防止分接开关切换油室内因电弧所产生的污油渗漏到变压器油箱里，要求分接开关切换油室应具有密封性能。在IEC214-1989标准中，仅定性地提及压力试验，未规定量化试验值和试验方法。但在IEC60214-1(2003)标准中，规定分接开关制造厂必须声明压力和真空试验值，并增加油室密封型式试验工程。对于油浸式分接开关的油室密封试验，明确采用油中气体分析法(DGA)来检验，规定了两种可操作性的试验方法。然而真空分接开关或用其它不产生电弧的电器作为切换开关或选择开关，因切换油室内不会产生电弧，就不必要进行上述密封试验。⑴在工作负载试验期间的密封试验切换开关或选择开关油室的密封性可以与工作负载试验同时进行来检验。切换开关或选择开关油室如同装入变压器的那样置入一个封闭的容器内,这个容器的体积不超过分接开关油室容积的10倍。切换开关或选择开关油室的油压至少比容器内压力大20kPa。在试验开始和结束时，分别沉着器里抽取油样，油中气体分析结果，应说明其气体增量不大于有载分接开关操作期间通常所产生的气体含量即H2〔氢气〕、CH4〔甲烷〕、C2H4〔乙烯〕、C2H2〔乙炔〕、C2H6〔乙烷〕的10PPm。⑵单独密封试验可以对切换开关或选择开关油室进行单独密封试验，作为上述密封试验的替代方案。切换开关或选择开关油室如同装入变压器的那样置入一个封闭的容器内,这个容器的体积不超过分接开关油室容积的10倍。切换开关或选择开关油室中的油压至少比上述容器内的压力大20kPa；分接开关油室内渗入乙炔(C2H2)量不少于10%；完全装配好的切换开关或选择开关在在触头不带电情况下进行5万次操作，试验时间至少2周。在试验开始和结束时，分别沉着器里抽取油样，油中气体分析结果，应说明其气体增量不大于乙炔(C2H2)的10PPm。⑶改善油室密封性能应采取相应的技术措施：①合理选用密封材质(丁氰橡胶改为氟橡胶)和密封件压缩量，到达耐油〔控制±5%〕、耐高温(最高温度140℃)和变形小〔压缩永久变形率≤15%〕的要求，可防止油室气相枯燥后的渗漏油；②绝缘筒上的触头孔采用高速金刚砂钻磨削工艺加工，提高孔的加工光洁度，减少渗漏油；③油室触头的引出从原一道密封改为两道密封，这对适应全密封变压器尤其重要；④与密封性能相关的铸铝件采用低压硬模精铸成型工艺，消除缩孔与沙眼的缺陷；⑤对于油室底部贯穿转轴处应设计预留有渗漏油检修部位〔可增一个密封件〕，减少维修工作量。4.绝缘性能IEC60214－１(2003)标准与IEC214－1989标准相比有了较大的变化，主要修改内容见表4。表4．标准修订前后的绝缘试验工程的比拟序工程IEC60214－１(2003)IEC214－19891试验顺序规定试验顺序：a．雷电冲击试验；b．操作冲击试验〔假设要求时〕；c．工频耐压试验；d．局部放电试验〔假设要求时〕；无试验顺序要求2操作冲击试验适用扩至Um≥245kV的Ⅱ类分接开关；冲击波形及试验顺序符合IEC60060规定,为250/2500μs；①适用于Um≥300kV的Ⅱ类分接开关；②冲击波形及试验顺序符合IEC76-3规定；3局部放电试验①适用范围扩至Um≥121kVⅡ类分接开关；②施加电压的顺序和持续时间：符号标记：A=5min，B=5min，C=1min，D=60min〔Um≥300kV〕或30min〔Um＜300kV〕，E=5min；③局部放电量：在电压1.5Um/时，q值不大于50pC，还新规定在电压1.1Um/时，q值不大于30pC；①适用Um≥145kV和安装在Um为300kV及以上的自耦变压器的Ⅱ类分接开关；②施加电压的顺序和持续时间：③局部放电量：在电压1.5Um/时，q值不大于50pC；提高绝缘性能和降低分接开关局部放电量的相应技术措施：①有电场性能要求的铸件或金属零部件的外表应光筛处理，有电场性能要求的紧固件应采用屏蔽罩或帽改善电场的均匀性，提高耐压水平；②提高绝缘构件(环氧玻璃丝缠绕筒、环氧玻璃丝引拔杆、DMC和SMC聚酯片状模压塑料)的电气性能〔介损tgδ≤1%，电气强度：25mm尺寸的绝缘材料在Φ200均匀电场的油中的工频耐压≥50kV5min、击穿电压≥75kV〕和耐热性能〔高于B级〕；③增加切换开关级间过电压的火花间隙或ZnO压敏电阻保护措施，防止雷电冲击引起变压器闲置分接绕组振荡过电压而造成意外损坏。④增加分接开关整体热油冲洗，保持干净清洁，减少分接开关局部放电量；⑤以工艺为突破口，提倡文明生产。存储和搬运应添相关必要工位器具，减少磕碰伤。5.动热稳定性变压器在运行中可能发生各种事故的短路。因此，分接开关耐受一定时间的短路电流的能力称为动热稳定性。⑴热稳定性分接开关耐受一定时间的短路热作用而不致破坏的能力称为热稳定性。在分接开关中，热稳定电流是以最大额定通过电流的倍数Ki来表示。此时，短路电流稳定值及持续时间均由变压器承受短路能力所决定。Ki=Ikd／In=100／uk(％)式中 Ikd—短路电流稳定值(均方根值)；In—最大额定通过电流(均方根值)；uk(％)—变压器短路阻抗值。对于不同容量的变压器，其短路阻抗uk(％)也不相同。分接开关短路电流稳定值及持续时间见图1的规定。⑵动稳定性分接开关承受短路电动力作用时触头不被斥开或产生熔焊，载流导体不出现机械损坏或永久变形的能力称为动稳定性。通常以最大冲击电流峰值来图1.短路电流稳定值及持续时间表示。一般相当于短路电流第—个半波的峰值，有的那么以最大冲击电流峰值Im与额定短路电流值Ikd的比值(冲击电流系数)来表示：Kf=Im／Ikd对于分接开关，冲击电流系数规定为Kf=2.5±5％。⑶提高分接开关动热稳定性的相应技术措施①触头结构设计应采取多点并联接触方式，有效地降低触头接触电阻、温升和短路时电动斥力，提高触头的动热稳定性；②适当地增加触头接触压力和设置触头系统闭合的缓冲装置，防止触