变压器分接开关

第一节 变压器分接开关结构

一、概述

为提高供电电压的质量，电力变压器一般都装有分接开关。

分接开关分为无载(亦称无励磁)分接开关和有载调压分接开关两大类。无载分接开关是在变压器停电情况下进行分接头的调节，因而不具备开断负荷的能力；有载调压分接开关可在不中断供电的情况下，带负荷调节分接开关，使其分接头处于合适的分接位置。由于需带负荷调节，故分接开关触头(或部分触头)需具备开断负荷的能力。

无载分接开关按相数可分为单相和三相分接开关，也可按触头型式分为夹片式触头、楔形式触头及动触环定触柱式触头分接开关等。这些在分接开关型号中都有表示，型号中各字母符号的含义如表9-1所示。如SWX-82-10／60型，表示三相中性点调压，10kV、60A的无载分接开关(工厂序号82)。

有载调压分接开关分为复合式和组合式，按过渡电路可分为电阻式和电抗式，另外还有其它分类法，不一一列举。国内有载调压分接开关生产厂家在产品命名上很不一致，其型号中字母符号的含义大致如表9-2所示。

表9-1 无载分接开关型号字母符号含义 字母符号 含 义 S 三相 D 单相 W X J 无载（无励磁） “星”形连接中性点调压 触头为“夹”片式 Y S X Z 表9-2 有载调压分接开关

型号字母符号含义 字母符号 F 复合式 组合式且有“电阻式过渡电路” 有载调压 三相 星形连接中性点调压 含 义 P（亦有用X） 触头为“楔”形式 工厂序号—额定电压（kV）/额数字—数字 定电流（A）

【例】 遵义长征电器一厂产品型号为FY3—Ⅲ—350—／△60—14271W，表示复合式有载调压三级额定电流350A，60kV电压级，14271W基本连接方式。

上海电力修造总厂产品型号SYXZZ，表示三相有载调压星形连接中性点调压组合式电阻过渡电路分接开关。

无载分接开关一般用于发电厂、变电所(负荷变化不频繁，对电压要求不高)等场所。有载调压分接开关用于钢铁厂、化工厂等负荷变化大又频繁，而且对电压要求较高场所的变压器上。

二、无载分接开关原理与结构 1．无载分接开关原理

无载分接开关的原理，就是通过改变变压器绕组的分接头连接方式(在停电状态下)，改变不同绕组间的匝数比，来达到合适的电压输出(见图9-1)。

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2．无载分接开关结构

无载分接开关调压系统包括操作机构、分接开关、分接引线和线圈的分接线匝等部分。电力变压器无载分接开关分为三相中性点调压、三相中部调压和单相中部调压，而大型电力变压器一般采用单相中部调压。分接开关的电压等级有10kV、35kV、60kV、110kV和220kV等。

目前，我国电力变压器常用的无载分接开关型号主要有：SWX型、SWXJ型、SWJ型、

DWJ—110／400～1000、DW—110～220／400～1000型、DWX型等。

(1)SWX型、SWXJ型。这两种型号的分接开关直接固定在变压器的箱壳上，采用箱盖型手动操作机构，由绝缘部分、接触系统和操作机构组成，适用于中小型变压器，多用于10kV电压级的变压器上。分接头引线连接在定触头尾端，动触头为夹片式，此种为SWXJ型；若电流小于60A，则定触头改为螺钉，动触头改为楔形触头，就成了SWX型。SWX型也可用于35kV电压级的变压器，但电流应不大于50A。

(2)SWJ型。这是一种三相中部调压的无载分接开关，手动操作机构安装在箱盖上，为降低变压器高度，增加了一对伞形齿轮，改为横卧安装形式。适用的电压等级为10kV、35kV和69kV。

(3)DWJ—110／400～l000型，由传动部分、接触部分和绝缘部分组成(见图9-2)。

传动部分主要由绝缘丝杆和蹄形螺母组成，绝

缘丝杆是用酚醛布棒加工而成，蹄形螺母由酚醛塑料压制成或用铝合金制作，采用特殊梯形螺纹，螺纹的节距是根据定触头之间的距离而确定的；接触部分由引线和动、定触头组成，引线焊在定触头尾部，定触头嵌在绝缘板上；动触头安装在蹄形螺母上，它分为上、下两片

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(大电流时上、下各两片)，由弹簧作用将定触头夹在中间。在正常工作位置时，动触头跨接于两相邻定触头之间，开关动触头的上限位置是通过绝缘丝杆的轴肩实现，下限位置采用绝缘撑套确定，这样，动触头转至上限位置和下限位置时与定触头的接触都是最佳位置。 这种开关本体与操作机构在结构上是分开的。在变压器装配时，再用可拆卸的传动绝缘杆把两者连接起来。操作机构安装在油箱上，调整开关位置时，用手转动操作机构来完成。操作机构主要由手柄、转轴、螺母、位置指示件、传动绝缘杆等构成。转动转轴，螺母上下沿位置指示件的槽孔移动，指示出分接位置。

这种开关具有结构简单、性能良好、外形尺寸小等优点，因而广泛应用在110kV及以下大型电力变压器上。

(4)DW—110～220／400～1000单相中部调压开关(又称鼓型开关)。开关接线见图9-1(a)、(b)。开关通过上、下两个绝缘筒固定在外绝缘筒中间，再通过上下各两个绝缘螺栓将内外绝缘筒一起固定在夹持木件上。

这种无载分接开关的接触系统由6根接触柱(定触头)、5～8根接触环(动触头)和蜗形弹簧及两端绝缘固定板构成的笼形结构，电缆引线焊接在定触头两端，动触头固定在传动轴上，由动触头连接两相邻定触头，接触环对定触头的压力取决于蜗形弹簧的弹力。当调压范围为±5％时，通常是采用将、3柱与7柱并接起来、4柱与6柱并接起来的方法。

操作机构由手轮、定位盘、转轴等零件组成。下面连接传动绝缘杆，其上端装有万向接头，下端的长槽插在开关主轴的销子上，即可实现在油箱上部调节开关。

这种分接开关的优点是电场分布均匀，调节时手感较强，接触可靠，指示明显，弱点是由于环形触头必须采用平面蜗形弹簧，对蜗形弹簧的弹力要求较高，工艺上不易保证，在调节时会有折断现象(即失去弹力)。再由于蜗形弹簧在接触环的内部，既不便于检查，又不易修复，现已较少采用。

(5)DWX—220／600～1200(亦有叫做DWP型)单相中性点调压无载分接开关(又称楔形式分接开关)，其内部结构和切换程序分别见图9-3和图9-4。

DWX与DW开关外部结构形式基本相同，操作机构装在变压器上节油箱上，经传动绝缘杆与开关连接起来。

DWX开关保留了DW开关定触头笼形结构的优点部分，将接触环改为楔形动触头，蜗形弹簧改为圆柱螺旋压缩弹簧，开关采用偏转推进机构，主轴旋转300°，动触头变换一个分接，同时操作机构的结构型式也有改进。

DWX无载分载开关的纵向剖面参见图9-3。其定触头由6根圆铜棒组成，动触头连接两相邻定触头。动触头安装在传动偏心轴上。驱动操作机构使偏心轴转动。

楔形开关的切换程序如图9-4所示。图9-4(a)～(h)反映DWX分接开关完成从一个分接位置切换到另一个分接位置的切换过程。图9-4中小箭头为传动轴旋转方向和偏心轴的运动轨迹。

DWX无载分接开关的操作机构参见图9-5，沿箭头方向转动手柄时，转轴、齿轮2(Z＝48)、传动绝缘杆随之转动，同时带动齿轮1(z＝40)。当齿2转300°时，根据齿轮的传动原理，齿轮1已沿反方向转动了一周，此时指针12指向数字盘的下一个罗马数字，分接开关即调整了一个分接位置。 三、有载分接开关原理与结构 (一)有载分接开关原理

有载分接开关的基本原理，就是在变压器的绕组中引出若干分接抽头，通过有载调压

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分接开关，在保证不切断负荷电流的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头，以达到变换绕组的有效匝数，即改变变压器的变压比。有载分接开关的核心

是采用了过渡电路。用这种方式切换，其装置的材料消耗少，变压器的体积增加得不多，电压可以做得很高，容量亦可做得很大。

有载调压分接开关和无载分接开关在结构上的最大区别就在于前者采用了过渡电路及为实现带负荷调压而使用的快速机构。 (二)有载调压分接开关结构

前面提到有载调压分接开关按过渡电路分为电抗式和电阻式。由于电抗式有载分接开关体积大，耗材多，触头烧蚀严重，已不再生产，目前均采用电阻式。

有载分接开关系统是由有载分接开关本体、传动机构、分接开关保护装置以及分接开关油系统等组成。

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有载分接开关本体包括过渡电路(亦称限流器)、分接选择器和切换开关三部分。 选择分接头的开关叫分接选择器。为了增加调压级数还包括有相串联的粗选择器。 切换负荷的开关叫切换开关，为了瞬时切换完毕，需具备快速机构。 过渡电路中的电阻器应安放在切换开关里。 1．过渡电路

假设变压器每相绕组有三个分接抽头1、2、3。负载电流I开始时由分接抽头1输出，如图9-6(a)所示，由于是有载调压，不能停电，分接抽头1、2之间必须接入一个过渡电路。这个过渡电路仅在进行调压时接入，当调压完成后即行退出。通常是应用一个阻抗(电阻或电抗)，跨接在分接抽头l、2之间，如图9-6(b)所示，于是阻抗中将流过一环流Ic，有了这

个过渡阻抗，就可以使分接抽头1和2之间不会造成短路，起限流作用，故有时也称为限流阻抗。

阻抗的接入，好比在分接抽头1、2之间架设了一座临时的“桥”。这时动触头可以在 “桥”上滑动，如图9-6(c)所示。于是负荷电流可以继续通过“桥”输出，不致造成停电，直至分接开关的动触头到达分接抽头2位置时为止，如图9-6(d)所示。动触头既然已经 到达分接抽头2，“桥”已无用，可以退出，如图9-6(e)所示。至此，切换时的过渡过程 完成，原来由1分接头输出负荷电流，现在改为由2分接输出；原来为1分接抽头电压 现在为2分接抽头电压，其它分接抽头切换与上述相同。

图9-7所示为滑动接触，由于一个分接切换的时间很短，无需圆滑地过渡，所以通常都采用简化的方法，如图9-8～图9-10所示。 图9-8和图9-9为双电阻式过渡电路，此外还有多电阻过渡电路如图9-10所示，其切换原理与图9-6的相同。

2．选择电路

当电流不大，每一级的电压不高时，采用图9-7～图9-10所示那样的切换触头直接在各分级抽头上依次地进行切换是可行的，

此即所谓的“直接切换式”有载分接开关，也称“复合式”或“单体式”有载分接开关。这种结构的所有触头，在切换时都会因分离电弧而使触头的接触表面烧蚀。因此，必须用铜钨触头镶嵌制造，但当容量较大时就很不经济了。此外，复合式有载分接开关的外形尺寸，随电压的增高而迅速加大。因为电压高时，切换开关的体积要加大，以保证灭弧，因此这种型式(复合式)的有载分接开关不适用于大容量或高电压的切换。

为了解决这个问题，通常把切换电流的任务，专门交给另一组触头，制造一个单独的部分，即所谓切换开关，它只由一个分接触头切换到另一个分接触头。而另外再增加一个单独的部分，即所谓选择开关，把变压器绕组的所有抽头引出线，分成两组，如图9-11所示，

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单数组为S1(1、3、5……)，双数组为S2(2、4……)，随着切换过程的进行，依次把相应的分接抽头连到切换开关的1或2的触头上。而选择开关在这里则仅执行切换前的准备工作，即将立刻需要切换的分接抽头预先接通，然后切换开关才能切换到这个分接抽头上来。所以，选择开关是不切换负载电流的，负载电流的切换是由切换开关来完成的。这样的分接开关，称为“有单独切换开关”的有载分接开关，或称“组合式”有载调压分接开关。 3．调压电路

有载调压的变压器，具有许多分接头，调压范围比

较大，与无励磁调压相比，情况不大相同，根据不同的工作需要，有不同的调压方式，且各有不同的调压电路。

例如图9-12和图9-14为中性点调压；图9-13为中部调压；图9-15～图9-17为线端调压；图9-18为串联调压；图9-19为附加调压器调压等。 (三)有载调压分接开关主要接线图

通过以上对过渡电路、选择电路和调压电路的分析，可知有载分接开关的接线图与以上这些电路有关，但主要还是决定于调压电路范围变化的方式。当这一方式决定后，便可构成主要接线图，例如图9-20为线性调压接线图。图9-21为带范围开关正反调压接线图，所谓正反调压是指调压绕组的极性与主绕组的极性相同时为正调，相异时为反调，可以增加或减少变压器有效的总匝数。范围开关所在的位置，就直接意味着开关是在正调范围还是在反调范围工作。

图9-12～图9-19均为复合式分接开关接线图，其功能与组合式分接开关相类同。

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第二节 分接开关试验

分接开关试验共有11项，如表9-3所示。型式试验时，全部项目均应进行；出厂试验时，只需做前5项和过渡电阻、过渡时间测量等项目。

表9-3 分接开关试验项目 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

试验顺序一般可按表9-3中序号顺序进行，但序号3触头接触电阻测量应在序号7、8试验前和试验后各测一次，以作前后比较，结果应无明显变化。序号6过渡电阻过渡时间测量应在序号9、l0试验前后各测量一次，前后比较，结果也应无明显变化。主要的几项出厂试验方法介绍如下。

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试 验 项 目 触头接触压力测量 转动力矩测量 触头接触电阻测量 切换开关动作顺序检查 外施耐压试验 过渡电阻过渡时间测量 温升试验 短路电流试验 开断能力试验 机械寿命试验 真空及压力试验 无载分接开关 出 厂 √ √ √ 型 式 √ √ √ √ 有载分接开关 出 厂 √ √ √ √ √ 型 式 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 注 “√”表示应试验项目。

一、触头接触压力测量

分接选择器和粗选择器的触头接触压力，是在某一个工作位置进行测量，而切换开关则是对每对触头逐个测量。

分接选择器和粗选择器触头接触压力测量方法为测力计法。拉开触头的力应沿着触头压力的方向，测力计应缓慢地拉起触头。当欧姆表指针起始动作或信号灯刚熄灭或塞尺(也可用0.12mm左右的电缆纸)刚能自由出入时，测力计上指示的力，即为触头的接触压力。往往还须以公式F＝F测·a/b进行折算，如b点选在紧靠定触头处，则可不折算。 切换开关触头接触压力测量是一样的，当触头是对开时，测量的力无须折算。 二、转动力矩测量

转动力矩测量只反映测量驱动机构的最大旋转力矩，最好分别进行分接选择器、切换开关和驱动机构等部件的测量。测量前，将应在变压器油中的转动部分浸入变压器油内，或涂上变压器油，再将测力计(如20kgf量程的弹簧秤，1kgf＝9．8N)绑在操作手柄(或杠杆)把手端。作用力始终垂直于手柄杆，正反时针转动并使切换不停止动作，读出最大刻度的力F(在粗选择器动作时)的数值，再用下列公式计算最大转动力矩，应不大于规定值

M＝9.8F·L (N·m) (9-1)

式中 L——手柄或杠杆长，m。 三、触头接触电阻测量

触头接触电阻测量采用电压降法或双臂电桥法。

试验前应预先转换数次，在空气中试验时触头应涂上变压器油。用电压降法时，测量回路的电流可不大于额定电流的30％，电压回路的导线直接接到被试触头上。

每个触头的接触电阻一般规定为不大于500μΩ。实测接触电阻一般在300μΩ以下，大多在100μΩ左右。 四、外施耐压试验

外施耐压试验是考核开关整个结构或各个部位的电气强度。这些部位包括绝缘间隙和不同电位间的绝缘件，如对地、相间、触头间、调节范围间等。各部位的试验电压由技术条件规定，试验时按照相同试验电压的部位合理接线，进行1min外施耐压试验。为了接线方便，允许对个别试验间隙重复施加电压。

型式试验在变压器油中进行，出厂试验可以在空气中进行，但试验电压需相应降低2.5 倍。

在油中试验时，开关必须先进行干燥。变压器油的电气强度要求在30kV以上，开关在油中静置至无气泡从油中逸出时，方能进行试验。如果不发生击穿、局部放电或闪络等，则认为试验合格。

如长征电器一厂ZY1A系列有载调压分接开关，其对地绝缘水平见表9-4。

表9-4 ZY1A系列有载调压分接开关对地绝缘水平 电压等级(kV) 设备最高工作电压(kV) 交流工频耐受电压(kV) 全波冲击耐受电压(kV)

35 40.5 95 250 60 69 140 350 110 126 230 550 150 170 325 750 220 252 460 1050 218

五、过渡电阻过渡时间测量

此项试验只在电阻式分接开关的型式试验时进行，切换开关动作的快慢，影响断弧和过渡电阻的工作。如果切换的动作太慢，就断不了弧并烧毁过渡电阻。通过测量电阻的过渡时间，可以判断切换开关的工作情况。一般可在开断能力和电寿命试验前后及中间测量几次。 试验应在变压器油中进行，采用示波器法，用示波器拍摄过渡时间的示波图。可用手动操作，测量三相分接开关的一相。测量过渡电阻的过渡时间应不大于所规定的时间(如0．04～0．05s)。

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