以前使用的有载分接开关测试仪与新型测试仪性能比较

一、分析带绕组测试有载开关波形时存在问题原因

以前存的问题：长期以来，因受制于检测技术及检测设备方面的限制，电力行业在变电站现场检测变压器有载分接开关的过度波形时，检测方法一直延用开关出厂试验方法直流法进行试验，所获取的波形与分接开关制造商出厂试验波形进行比对。分接开关制造商出厂试验是采用直流法进行试验，是对裸开关（不带绕组）进行试验，而在变电站现场检测是在变压器有载分接开关带绕组状态下进行的试验，由于开关带绕组状态下电路中存在电感和电容等电参量，使用直流法进行试验时直流电流通过绕组（电感线圈）、再通过开关时试验电流不能发生突变，而有载开关的真实过度波形应该是瞬时量（突变量），这就造成两者在不同条件下测试出的过度波形差异很大，在分析波形时会产生很大争议，在判断开关故障时会出现无法判读等问题。这一技术难题曾有专家解读是由于开关弹跳等原因引起的，也有现场试验人员认为是测试仪器性能不好引起的。仪器的制造厂家为了满足现场试验人员要求，在仪器内部对测试波形进行多次平滑滤波处理，使得仪器显示出来的波形接近于理想波形，这样的做法同时将有载开关动作时产生的瞬时量（真实值）滤波处理掉了，掩盖了开关故障隐患，导致在分析开关过度波形故障时产生很大争议，甚至在判断变压器有载开关故障时会造成误判，后果很严重。我们打破了常规测试方法，开阔思路，提出采用交流法试验，这种方法更接近于有载开关的实际运行状态，这是种新技术，新方法，采用交流法试验判断有载分接开关是否存在故障隐患的判据很明确，就是通过分析观察有载分接开关切换全过程的过度波形是否连续，波形是连续的说明有载分接开关工作状态是良好。我们克服了交流法试验遇到的多项技术堡垒，并成功研制出的《CD9812型变压器有载分接开关交流检测装置》，解决了上述技术难题，在变压器有载分接开关带绕组状态下，能准确捕捉检测到开关动作过程中所产生的瞬变点，测试出的开关过度波形是真实的，对波形的解析结果是*性的，通过分析开关过度波形能准确判断出开关过渡电阻断线、过渡电阻桥接时间、触头接触不良等隐性缺陷。下面从技术、方法、实际测试几个方面进行比较分析论述。

1.1．从技术方面分析，由于受测试技术方法和技术能力的限制，一直延用的直流试验方法在使用过程中还存在诸多不足，主要表现在以下几个方面：

a) 直流测试由于其测试原理、技术能力等原因，有时测试获取的波形与制造商给出的波形差异较大，无法给出准确分析结论。诺在现场吊出分接开关，甩开绕组再进行检查、试验，必将影响新设备、大修后设备的投运。为防止分接开关事故，有些地方甚至将无法判定分接开关是否存在缺陷的变压器改做无载调压变压器运行。

b) 直流试验方法仅适用于绕组中性点处并有中性点抽出的有载分接开关测试，对绕组中性点以外的其它位置(线端、中部等)处的有载分接开关以及单相变压器有载分接开关不能测试。

c) 测试出的部分直流波形有异常,但无法判定分接开关动作特性是否正常，诺投入运行，不能保证分接开关的安全运行。

d) 近年来在变压器设计上采用了很多新技术，如电抗式分接开关、真空断路器式分接开关等使用，直流测试方法已不能满足现场试验需要。

e) 目前在现场使用的“有载分接开关测试仪”，是采用直流原理设计的，为了能达到在带绕组状态下测试出波形来，对测试出的波形用软件进行滤波处理，经过处理后的波形从表面上观察接近于理想试验波形了，同时将测试仪用途改为可以在开关带绕组状态下测试，实际上这种经过测试仪内部处理后的波形是虚假的，是不真实波形。

1.2．本装置采用交流试验方法，解决了直流试验方法中存在的技术难题，测试出的开关过度波形是真实的，对波形的解析结果是*性的，主要表现在以下几个方面：

a) 采用交流法试验判断有载分接开关是否存在故障隐患的判据很明确，就是通过分析观察有载分接开关切换全过程的过度波形是否连续，波形是连续的说明有载分接开关工作状态是良好。

b) 采用交流法试验，测试仪的数据采样速度高，采集速度达200 k/s/通道以上（直流法测试仪采集速度为10 k/s）。存储数据量大，高速缓存深度达8 M byte FIFO。若开关动作过程中存在微弱接触不良缺陷。交流法从波形上能明显反应出。

c) 采用交流法测试，目的是能能准确捕捉检测到开关动作过程中所产生的瞬变点，不对波形进行滤波处理，测试出的开关过度波形是真实的，对波形的解析结果是*性的。

d) 采用交流法测试时接线不受变压器绕组结线方式的限制。能对10kV～500kV电压等级的各种结线组别开关进行测试，如：结线为YN.d、YN.y0，或结线为Y.y0、D.y0（变压器调压绕组在一次侧，没有中性点引出）三相、单相变压器有载分接开关动作特性进行交流测试。

e) 应用计算机技术，将各种信息汇总起来，建立一套专家诊断系统，对检测到的各种参数自动进行初步分析，依据相关标准，结合专家经验，参考变压器有载分接开关的初始状况和运行环境，进行综合分析，自动完成判断。

1.3．通过实测事例生成的波形对比分析，证实交流法测试出的开关过度波形是真实有效的

a) 图1所示是经滤波处理后的无异常直流试验波形，接线方式：一次绕组YN结线。

b) 图2所示是没有经滤波处理的无异常直流试验波形，接线方式：一次绕组YN结线

d) 图3所示是交流试验波形，接线方式：一次绕组YN结线，双电阻式MR分接开关。波形分析：分接开关桥接时长 20.29 ms，进入桥接三相开断不同步时间 1.18 ms。

分析结果：以上图1和图2是直流法带绕组状态下测试出的开关过度波形，区别是图1经过滤波处理，经过滤波处理后的开关过度波形会掩盖触头接触不良等故障缺陷，这种波形从表面上观察接近于理想波形，实际上是不真实的，是虚假波形；图2波形是没有经过滤波，但是波形杂乱无法分析。图3是交流法带绕组状态下测试出的开关过度波形，观察图3波形是连续的，说明有载分接开关切换全过程的工作状态是良好的,测试出的开关过度波形是真实的，对波形的解析结果是*性的。

二、电管部门十分重视该项产品、新技术、新方法的推广应用

电管部门十分重视该项新技术的推广应用，2009年已经立项制定相关标准，该产品的关键技术内容已吸收进正在起草的电力行业新标准《DL/TXXX-2011变压器有载开关现场试验导则》中，2011年该标准已经报批，近期即将颁布。标准规定在有载开关带绕组状态下使用交流法测试过度波形，以前使用的直流法测试试仪将被淘汰。

近两年已近有多家供电局使用了《CD9812型变压器有载分接开关交流检测装置》，在使用过程中已准确检测出多台变压器有载开关故障，有关测试经验及事例分析已近陆续发表在《变压器》、《高电压技术》等专业刊物上。下面就有关典型事例做一介绍：

典型事例分析.

2011年6月，XX电力检修公司携带本项目产品《CD9812型变压器有载分接开关交流检测装置》样机，带绕组检测变压器有载分接开关动作过度波形，分析、比较、判断有载分接开关故障因患。

1.设备情况

   分接开关安装前检查试验未见异常。

有载调压变压器型号为：SZ11-40000/66，联接组别：YNd11,配VⅧ500Y-72.5-10193W型分接开关。

2.直流试验情况

   使用直流方法进行带变压器绕组的分接开关动作特性试验波形异常（见图1，图2），份接1到份接8波形相似，分接9B到分接17波形基本一致，怀疑分接开关存在质量缺陷。

3.直流试验波形分析

   电阻式V型分接开关一般切换前半桥时长20ms~25ms，桥接时长5ms~10ms，后半桥时长18ms~23ms，分接开关切换全时长45ms~60ms。直流测试仪记录开关动作波形以桥接为中心两侧公约80ms的切换过程（见图2）。

4.交流试验情况

    交流试验证实，本分接开关切换过程的时长165.2ms（见图3）。

⑴ 图1中直流试验波形分析。

①.1分接到8分接直流测试仪记录的波形时长50ms，只记录了开关切换总时长不到1/3初始时波形，此时段过渡电阻没有接入工作。

② 所记录的波形U相测试电流发生多次向下跳跃，有数次电流瞬时跌落至零，V相，W相电流稳定。

（2）.图2中直流试验波形分析。

① 分接9B到分接17直流试验波形不尽相同，开关变换程序各分接记录长度80ms。

② 17分接到16分接开关程序前半桥U相，V相可反映分接开关切换过程的电流变化。

③ 后半桥W相波形无衰减稳定中频振荡，影响U相，V相出现的锯齿波。

  分析认为，分接开关切换过程可能存在异常，但不能判断分接开关存在哪类缺陷。

5.交流试验波形分析及结论

为判断分接开关动作特性，进行了800V三相交流试验。分接1到分接8切换交流测试波形相似（见图3），分接9B到分接17切换波形相似（见图4）。随后进行了零序法交流大电流试验（见图5）。

5.1交流试验波形分析

⑴ 图3中三相交流试验波形分析。

① U相电流变化量与V相，W相电流变化量之和大小相等，方向相反，为U相电流测试过程发生突变引发V相，W相电流响应，U相分接开关存在缺陷。

② 分接开关切换的165.2ms时长中，U相出现多次断流，zui长断流时长7.64ms。按绝缘油击穿电压50kV，试验电压800V，电流过零中间点为试验电压过零点测算，动静触头瞬时脱离接触的间隙约18.5μm。

③ 电流变化频率高，幅值大，动静触头间频繁放电，电流曲线失去圆滑。

④ 电流变化时长分析，如此长的过程不是过渡触头接触异常，应为开关切换全过程内处于合位的触头出现接触异常，频繁出现动静触头小间隙脱离，动静触头间燃弧。

⑤ 结合分接开关接线原理图6分析，1分接到8分接应为极性开关+极性恻触头切换过程中接触存在异常。

⑥ 桥接时长7.92ms分接开关交换程序无异常。

⑵ 图4中三相交流试验分析。

① 9B分接到17分接切换过程波形正常，三相电流基线正弦变化，电流曲线连续，圆滑。

② 过渡电阻桥接过程清楚，桥接时长10.8ms，进入桥接三相开断不同步时间1.48ms。

③ 桥接结束有小幅电流振荡。

⑶.图5中交流零序试验波形分析。

① 波形异常时长约180.0ms，其中3次测试电流过零时连续，14次测试电流过零时断流，zui长断流时长7.92ms。

② 波形中出现2次电流时长约2ms的窄蜂时段，按绝缘油击穿电压50kV,试验电压85V测算，动静触头瞬时脱离接触间隙约3.4μm。

③ 波形异常时长与三相交流试验异常波形时长接近，应为分接开关切换过程始终处于合位的触头接触不良。

④ 结合分接开关接线原理图（见图6）分析，1分接到8分接极性侧触头切换过程中接触存在异常。

5.2交流试验结论

  分接变换程序无异常，过渡电阻工作正常，分接开关U相极性开关+极性侧触头解除压力不够，切换过程中受机械振动影响，极性开关+极性侧动静触头抖动频繁脱离，动静触头zui大脱离间隙18.5μm，触头间隙放电燃弧。

6.缺陷认定及故障处理

⑴ 交流测试波形反馈到分接开关生产厂，生产厂分析波形后立即发到现场一组新分接开关准备更换。

⑵ 吊芯检查。生产厂维修人员更换新分接开关芯体测试，交流测试波形无变化。分接开关芯体吊出检查，发现U相极性开关静触头安装位置不正，造成+极性侧接触压力下降。

⑶ 缺陷处理。分接开关U相极性开关静触头校正紧固，重新测试，交流试验波形正常。

7. 分析总结试验结论

   本次分接开关缺陷，从直流试验波形异常，怀疑开关存在缺陷各方存在异议，交流试验判定缺陷位置和性质到处理的全过程，有以下经验可供借鉴。

⑴ 变压器有载分接开关直流试验波形异常反映了分接开关存在缺陷。由于直流试验电压低，触头间的油膜电阻，氧化膜电阻常影响到分接开关直流试验波形异常。受此影响，各方工程技术人员直流试验波形的解析分析意见不同，直流试验波形在确认缺陷，判定缺陷性质上常受到质疑。

⑵ 现场分接开关直流试验中常遇到本案例1分接到8分接切换类似波形，应考虑波形不是分接开关应获取的切换波形。

⑶ 变压器有载分接开关直流测试仪测试波形的截取长度宜延长至200ms。

⑷ 9B分接到17分接直流试验的W相无衰减中频振荡，分析可能为触头油膜电阻影响。

⑸ 变压器连同套管的直流电阻测试，由于绕组直流电阻比较大，分接开关触头接触电阻极小，触头接触压力不够导致的分接开关导电回路接触电阻小幅增加，对变压器绕组直流电阻阻值影响极小，不能发现和判定此类缺陷。

⑹ 分接开关触头压力不够，是分接开关现场试验中常遇到的缺陷，电阻式V型分接开关动触头推理弹簧压缩量不够，触头解除压力不够，只影响桥接和一侧半桥波形变化。

⑺ 分接开关触头压力不够，分接开关切换机械振动将影响触头发生水平抖动，开关触头接触不稳定，出现频繁的触头小间隙脱离，导致交流试验波形失去连续喝圆滑，甚至发生断流。

⑻ 分接开关动作特性交流试验是变压器出厂试验规定的试验方法。交流试验波形可以准确反映分接开关切换过程中的异常，通过波形分析可判断缺陷的具体位置和原因。交流试验使用的电压和试验接线比较灵活，如此已认定的缺陷需要进一步分析和确认，可采用交流高压，大电流方法进行试验。

三、新型仪器技术性能介绍

1.简述技术设计方案

该项目产品技术线路主要由测试电源系统、信息采集系统、数据处理系统、数据分析诊断系统组成，见图1所示。测试电源系统的作用是能提供试验用的单相或三相试验电源；信息采集系统的作用是能准确检测捕捉到开关动作过程中所产生的瞬变点；数据处理系统的作用是能实时录制并保存开关动作全过程的过度波形；数据分析诊断系统是通过分析开关过度波形能准确判断出开关过渡电阻断线、过渡电阻桥接时间、触头接触不良等隐性缺陷。

2、简述变压器有载分接开关切换过程原理

有载分接开关是变压器内部的重要部件，有载分接开关的作用是在不需停电状态下能带负荷电流切换，达到调整电网电压目的，变压器有载分接开关过度电阻切换原理见图2所示，切换过程是：正常运行状态(A)→过渡电阻a1接入并联触头A打开→主通断触头a打开过渡电阻a1独立工作→过渡电阻b1接入工作双过渡电阻桥接运行→过渡电阻a1打开过渡电阻b1独立工作→主通断触头b接入工作→恢复正常运行状态(B)

3、简述该产品测试接线工作原理

该项目产品主要用于开关带绕组状态下，在变电站现场检测变压器有载分接开关的过度波形，见图3所示。图3是多种测试接线方法之一（测试单相变压器、电抗器等有载分接开关动作过度波形的方法类同），本产品使用单相220V电源作为工作电源，将单相电源通过仪器内部“电源系统”变换成三相可调试验用电源，再将试验电源加到变压器高压侧套管上，试验电流通过绕组、再通过开关触头构成回路，启动有载开关切换时，仪器内部的“信息采集系统、数据处理系统”能自动将变压器有载开关带绕组状态下动作过程交流波形采集、录制并保存下来。“数据分析诊断系统”软件能准确分析判断出开关过渡电阻断线、过渡电阻桥接时间、触头接触不良等隐性缺陷。

4、主要功能特点

4.1.本测试装置采用交流法测试，目的是能测试出真实的过渡波形（不对波形进行滤波处理），适合于在变电站现场，在带绕组状态下对变压器有载分接开关的过渡波形、过渡时间、三相同期性等参数进行测量。能判断出开关过渡电阻断线、触头接触不良、过渡电阻桥接时间超规程要求等设备的隐性缺陷。

4.2.本测试装置采用交流法试验判断有载分接开关是否存在故障隐患的判据很明确，就是通过分析观察有载分接开关切换全过程的过度波形是否连续，波形是连续的说明有载分接开关工作状态是良好。

4.3.采用本测试装置测试时接线不受变压器绕组结线方式的限制。能对10kV～500kV电压等级的各种结线组别开关进行测试，如：结线为YN.d、YN.y0，或结线为Y.y0、D.y0（变压器调压绕组在一次侧，没有中性点引出）三相、单相变压器有载分接开关动作特性进行交流测试。

4.4. 本测试装置具有内置电源和外接电源两种接线方法，设备内能输出三相电源，现场测试接线十分方便。外接电源能进行高电压试验、零序试验。

4.5. 本测试装置测试采样速度高，采集速度达200 k/s/通道以上（一般直流法测试仪采集速度为10 k/s）。存储数据量大，高速缓存深度达8 M byte FIFO。若开关动作过程中存在微弱接触不良缺陷。交流法从波形上能明显反应出。

4.6. 本测试装置系统配置，数据处理系统由嵌入式电脑和测试软件组成，显示屏采用10.4寸大屏幕彩色屏，中文测试界面，触摸屏书写方式，系统支持U盘存储数据，支持USB键盘和鼠标，本装置配置微型打印机，可现场直接打印输出测试结果。

4.7. 本测试装置采集数据格式符合智能电网生产管理系统要求，现场工作人员使用USB将采集仪器与现场工作的平板电脑连接，通过3G网络连接的平板电脑，将采集数据上传至试验报告页面，符合智能电网生产管理系统要求。

4.8. 本测试软件具有脱机分析或重新编辑试验报告功能，将数据导入到办公室电脑中，可对测试波形重新进行分析或编辑。

4.9. 本测试装置设计有表计测试功能，在测试过程中，可用于测试试验电源的电压、电流、功率、频率等值，相当于一台数字繁用表功能。

4.10. 本装置采用一体化结构，便于现场携带，测试接线简单方便

4.11. 测试软件功能：

①.状态参数自学习功能。试验中需要实时计算相位与相差，准确提供初始参数。程序设计了自建、自动更新基准功能，每次测试前仪器自动获取试验的电压、电流、频率、相位数据做为试验的基准参数，与开关动作过程中动态实时参数进行比较，测试触发盲区极少，大大提高了试验触发的可靠性，并缩短了试验时间。

②.本装置采用彩色液晶显示，实时曲线快速走屏，真实反映试验变化过程。

③.本测试软件设计有自动测试及手动测试功能，对录制波形能再次进行播放，放大，缩小，编辑等功能

④.内存压缩存储技术，预触发记录深度可达6通道zui多800个周波深度，为数据分析提供了丰富的原始资料。

⑤.程序及操作系统装载在CF存储器上，不使用碟片磁盘，封闭对存储器写操作，使CF得到zui有效的保护，并*解决病毒感染问题。

⑥.测试软件可以在WIN98.WIN2000.或XP系统下对数据进行编辑分析。自动生成测试报告，测试数据及波形可以导入或导出。

5、产品主要技术指标

⑴工作环境条件

①.环境温度：-10℃～40℃；

②.环境湿度：≤80%；

③.海拔高度：≤2000m。

⑵ 工作电源

①.单相电压：220（1±10%）V；

②.频率：50Hz±1Hz；

③.波形：正弦，波形失真率≤2%。

⑶ 仪器内输出试验电源

①.输出电源频率：50Hz±0.2Hz（频率可调）；

②.输出电压范围：三相四线0～500V(电压可调) ；

③.输出容量：额定1000VA；

④.电源波形畸变率：偶次谐波率＜1%、奇偶次谐波率＜2%；

⑤.电压相角：120°，相角差≯120°±1°。

⑷ 仪器测试精度

①.同步采集通道数：6

②.采集数据精度：16位

③.采集速度：200 k/s/通道

④.采集板高速缓存深度：8 M byte FIFO

⑤.电压量程：0V～500V。

⑥.电流量程：0mA～100mA、0A～1A；

⑦.电压、电流测试精度：0.5级；

⑸ 绝缘性能

①.绝缘电阻：电源输入端对机壳的绝缘电阻＞20MΩ。

②.测试装置绝缘水平应能耐受1500V交流电压(有效值)

2.2.6 重量体积

①.重量：30kg(不包括测试线)。

②.体积：530*320*600（mm）