以前使用的有載分接開關測試儀與新型測試儀性能比較
一、分析帶繞組測試有載開關波形時存在問題原因
以前存的問題：長期以來，因受制于檢測技術及檢測設備方面的限制，電力行業在變電站現場檢測變壓器有載分接開關的過度波形時，檢測方法一直延用開關出廠試驗方法直流法進行試驗，所獲取的波形與分接開關制造商出廠試驗波形進行比對。分接開關制造商出廠試驗是采用直流法進行試驗，是對裸開關(不帶繞組)進行試驗，而在變電站現場檢測是在變壓器有載分接開關帶繞組狀態下進行的試驗，由于開關帶繞組狀態下電路中存在電感和電容等電參量，使用直流法進行試驗時直流電流通過繞組(電感線圈)、再通過開關時試驗電流不能發生突變，而有載開關的真實過度波形應該是瞬時量(突變量)，這就造成兩者在不同條件下測試出的過度波形差異很大，在分析波形時會產生很大爭議，在判斷開關故障時會出現無法判讀等問題。這一技術難題曾有專家解讀是由于開關彈跳等原因引起的，也有現場試驗人員認為是測試儀器性能不好引起的。儀器的制造廠家為了滿足現場試驗人員要求，在儀器內部對測試波形進行多次平滑濾波處理，使得儀器顯示出來的波形接近于理想波形，這樣的做法同時將有載開關動作時產生的瞬時量(真實值)濾波處理掉了，掩蓋了開關故障隱患，導致在分析開關過度波形故障時產生很大爭議，甚至在判斷變壓器有載開關故障時會造成誤判，后果很嚴重。我們打破了常規測試方法，開闊思路，提出采用交流法試驗，這種方法更接近于有載開關的實際運行狀態，這是種新技術，新方法，采用交流法試驗判斷有載分接開關是否存在故障隱患的判據很明確，就是通過分析觀察有載分接開關切換全過程的過度波形是否連續，波形是連續的說明有載分接開關工作狀態是良好。我們克服了交流法試驗遇到的多項技術堡壘，并成功研制出的《CD9812型變壓器有載分接開關交流檢測裝置》，解決了上述技術難題，在變壓器有載分接開關帶繞組狀態下，能準確捕捉檢測到開關動作過程中所產生的瞬變點，測試出的開關過度波形是真實的，對波形的解析結果是*性的，通過分析開關過度波形能準確判斷出開關過渡電阻斷線、過渡電阻橋接時間、觸頭接觸不良等隱性缺陷。下面從技術、方法、實際測試幾個方面進行比較分析論述。
1.1．從技術方面分析，由于受測試技術方法和技術能力的限制，一直延用的直流試驗方法在使用過程中還存在諸多不足，主要表現在以下幾個方面：
a) 直流測試由于其測試原理、技術能力等原因，有時測試獲取的波形與制造商給出的波形差異較大，無法給出準確分析結論。諾在現場吊出分接開關，甩開繞組再進行檢查、試驗，必將影響新設備、大修后設備的投運。為防止分接開關事故，有些地方甚至將無法判定分接開關是否存在缺陷的變壓器改做無載調壓變壓器運行。
b) 直流試驗方法僅適用于繞組中性點處并有中性點抽出的有載分接開關測試，對繞組中性點以外的其它位置(線端、中部等)處的有載分接開關以及單相變壓器有載分接開關不能測試。
c) 測試出的部分直流波形有異常,但無法判定分接開關動作特性是否正常，諾投入運行，不能保證分接開關的安全運行。
d) 近年來在變壓器設計上采用了很多新技術，如電抗式分接開關、真空斷路器式分接開關等使用，直流測試方法已不能滿足現場試驗需要。
e) 目前在現場使用的“有載分接開關測試儀”，是采用直流原理設計的，為了能達到在帶繞組狀態下測試出波形來，對測試出的波形用軟件進行濾波處理，經過處理后的波形從表面上觀察接近于理想試驗波形了，同時將測試儀用途改為可以在開關帶繞組狀態下測試，實際上這種經過測試儀內部處理后的波形是虛假的，是不真實波形。
1.2．本裝置采用交流試驗方法，解決了直流試驗方法中存在的技術難題，測試出的開關過度波形是真實的，對波形的解析結果是*性的，主要表現在以下幾個方面：
a) 采用交流法試驗判斷有載分接開關是否存在故障隱患的判據很明確，就是通過分析觀察有載分接開關切換全過程的過度波形是否連續，波形是連續的說明有載分接開關工作狀態是良好。
b) 采用交流法試驗，測試儀的數據采樣速度高，采集速度達200 k/s/通道以上(直流法測試儀采集速度為10 k/s)。存儲數據量大，高速緩存深度達8 M byte FIFO。若開關動作過程中存在微弱接觸不良缺陷。交流法從波形上能明顯反應出。
c) 采用交流法測試，目的是能能準確捕捉檢測到開關動作過程中所產生的瞬變點，不對波形進行濾波處理，測試出的開關過度波形是真實的，對波形的解析結果是*性的。
d) 采用交流法測試時接線不受變壓器繞組結線方式的限制。能對10kV～500kV電壓等級的各種結線組別開關進行測試，如：結線為YN.d、YN.y0，或結線為Y.y0、D.y0(變壓器調壓繞組在一次側，沒有中性點引出)三相、單相變壓器有載分接開關動作特性進行交流測試。
e) 應用計算機技術，將各種信息匯總起來，建立一套專家診斷系統，對檢測到的各種參數自動進行初步分析，依據相關標準，結合專家經驗，參考變壓器有載分接開關的初始狀況和運行環境，進行綜合分析，自動完成判斷。
1.3.通過實測事例生成的波形對比分析，證實交流法測試出的開關過度波形是真實有效的
a) 圖1所示是經濾波處理后的無異常直流試驗波形，接線方式：一次繞組YN結線。
b) 圖2所示是沒有經濾波處理的無異常直流試驗波形，接線方式：一次繞組YN結線
d) 圖3所示是交流試驗波形，接線方式：一次繞組YN結線，雙電阻式MR分接開關。波形分析：分接開關橋接時長 20.29 ms，進入橋接三相開斷不同步時間 1.18 ms。
分析結果：以上圖1和圖2是直流法帶繞組狀態下測試出的開關過度波形，區別是圖1經過濾波處理，經過濾波處理后的開關過度波形會掩蓋觸頭接觸不良等故障缺陷，這種波形從表面上觀察接近于理想波形，實際上是不真實的，是虛假波形；圖2波形是沒有經過濾波，但是波形雜亂無法分析。圖3是交流法帶繞組狀態下測試出的開關過度波形，觀察圖3波形是連續的，說明有載分接開關切換全過程的工作狀態是良好的,測試出的開關過度波形是真實的，對波形的解析結果是*性的。
二、電管部門十分重視該項產品、新技術、新方法的推廣應用
電管部門十分重視該項新技術的推廣應用，2009年已經立項制定相關標準，該產品的關鍵技術內容已吸收進正在起草的電力行業新標準《DL/TXXX-2011變壓器有載開關現場試驗導則》中，2011年該標準已經報批，近期即將頒布。標準規定在有載開關帶繞組狀態下使用交流法測試過度波形，以前使用的直流法測試試儀將被淘汰。
近兩年已近有多家*使用了《CD9812型變壓器有載分接開關交流檢測裝置》，在使用過程中已準確檢測出多臺變壓器有載開關故障，有關測試經驗及事例分析已近陸續發表在《變壓器》、《高電壓技術》等專業刊物上。下面就有關典型事例做一介紹：
典型事例分析.
2011年6月，XX電力檢修公司攜帶本項目產品《CD9812型變壓器有載分接開關交流檢測裝置》樣機，帶繞組檢測變壓器有載分接開關動作過度波形，分析、比較、判斷有載分接開關故障因患。
1.設備情況
分接開關安裝前檢查試驗未見異常。
有載調壓變壓器型號為：SZ11-40000/66，聯接組別：YNd11,配VⅧ500Y-72.5-10193W型分接開關。
2.直流試驗情況
使用直流方法進行帶變壓器繞組的分接開關動作特性試驗波形異常(見圖1，圖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，懷疑分接開關存在質量缺陷。
3.直流試驗波形分析
電阻式V型分接開關一般切換前半橋時長20ms~25ms，橋接時長5ms~10ms，后半橋時長18ms~23ms，分接開關切換全時長45ms~60ms。直流測試儀記錄開關動作波形以橋接為中心兩側公約80ms的切換過程(見圖2)。
4.交流試驗情況
交流試驗證實，本分接開關切換過程的時長165.2ms(見圖3)。
⑴ 圖1中直流試驗波形分析。
①.1分接到8分接直流測試儀記錄的波形時長50ms，只記錄了開關切換總時長不到1/3初始時波形，此時段過渡電阻沒有接入工作。
② 所記錄的波形U相測試電流發生多次向下跳躍，有數次電流瞬時跌落至零，V相，W相電流穩定。
(2).圖2中直流試驗波形分析。
① 分接9B到分接17直流試驗波形不盡相同，開關變換程序各分接記錄長度80ms。
② 17分接到16分接開關程序前半橋U相，V相可反映分接開關切換過程的電流變化。
③ 后半橋W相波形無衰減穩定中頻振蕩，影響U相，V相出現的鋸齒波。
分析認為，分接開關切換過程可能存在異常，但不能判斷分接開關存在哪類缺陷。
5.交流試驗波形分析及結論
為判斷分接開關動作特性，進行了800V三相交流試驗。分接1到分接8切換交流測試波形相似(見圖3)，分接9B到分接17切換波形相似(見圖4)。隨后進行了零序法交流大電流試驗(見圖5)。
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5.1交流試驗波形分析
⑴ 圖3中三相交流試驗波形分析。
① U相電流變化量與V相，W相電流變化量之和大小相等，方向相反，為U相電流測試過程發生突變引發V相，W相電流響應，U相分接開關存在缺陷。
② 分接開關切換的165.2ms時長中，U相出現多次斷流，zui長斷流時長7.64ms。按絕緣油擊穿電壓50kV，試驗電壓800V，電流過零中間點為試驗電壓過零點測算，動靜觸頭瞬時脫離接觸的間隙約18.5μm。
③ 電流變化頻率高，幅值大，動靜觸頭間頻繁放電，電流曲線失去圓滑。
④ 電流變化時長分析，如此長的過程不是過渡觸頭接觸異常，應為開關切換全過程內處于合位的觸頭出現接觸異常，頻繁出現動靜觸頭小間隙脫離，動靜觸頭間燃弧。
⑤ 結合分接開關接線原理圖6分析，1分接到8分接應為極性開關+極性惻觸頭切換過程中接觸存在異常。
⑥ 橋接時長7.92ms分接開關交換程序無異常。
⑵ 圖4中三相交流試驗分析。
① 9B分接到17分接切換過程波形正常，三相電流基線正弦變化，電流曲線連續，圓滑。
② 過渡電阻橋接過程清楚，橋接時長10.8ms，進入橋接三相開斷不同步時間1.48ms。
③ 橋接結束有小幅電流振蕩。
⑶.圖5中交流零序試驗波形分析。
① 波形異常時長約180.0ms，其中3次測試電流過零時連續，14次測試電流過零時斷流，zui長斷流時長7.92ms。
② 波形中出現2次電流時長約2ms的窄蜂時段，按絕緣油擊穿電壓50kV,試驗電壓85V測算，動靜觸頭瞬時脫離接觸間隙約3.4μm。
③ 波形異常時長與三相交流試驗異常波形時長接近，應為分接開關切換過程始終處于合位的觸頭接觸不良。
④ 結合分接開關接線原理圖(見圖6)分析，1分接到8分接極性側觸頭切換過程中接觸存在異常。
5.2交流試驗結論
分接變換程序無異常，過渡電阻工作正常，分接開關U相極性開關+極性側觸頭解除壓力不夠，切換過程中受機械振動影響，極性開關+極性側動靜觸頭抖動頻繁脫離，動靜觸頭zui大脫離間隙18.5μm，觸頭間隙放電燃弧。
6.缺陷認定及故障處理
⑴ 交流測試波形反饋到分接開關生產廠，生產廠分析波形后立即發到現場一組新分接開關準備更換。
⑵ 吊芯檢查。生產廠維修人員更換新分接開關芯體測試，交流測試波形無變化。分接開關芯體吊出檢查，發現U相極性開關靜觸頭安裝位置不正，造成+極性側接觸壓力下降。
⑶ 缺陷處理。分接開關U相極性開關靜觸頭校正緊固，重新測試，交流試驗波形正常。
7.分析總結試驗結論
本次分接開關缺陷，從直流試驗波形異常，懷疑開關存在缺陷各方存在異議，交流試驗判定缺陷位置和性質到處理的全過程，有以下經驗可供借鑒。
⑴ 變壓器有載分接開關直流試驗波形異常反映了分接開關存在缺陷。由于直流試驗電壓低，觸頭間的油膜電阻，氧化膜電阻常影響到分接開關直流試驗波形異常。受此影響，各方工程技術人員直流試驗波形的解析分析意見不同，直流試驗波形在確認缺陷，判定缺陷性質上常受到質疑。
⑵ 現場分接開關直流試驗中常遇到本案例1分接到8分接切換類似波形，應考慮波形不是分接開關應獲取的切換波形。
⑶ 變壓器有載分接開關直流測試儀測試波形的截取長度宜延長至200ms。
⑷ 9B分接到17分接直流試驗的W相無衰減中頻振蕩，分析可能為觸頭油膜電阻影響。
⑸ 變壓器連同套管的直流電阻測試，由于繞組直流電阻比較大，分接開關觸頭接觸電阻極小，觸頭接觸壓力不夠導致的分接開關導電回路接觸電阻小幅增加，對變壓器繞組直流電阻阻值影響極小，不能發現和判定此類缺陷。
⑹ 分接開關觸頭壓力不夠，是分接開關現場試驗中常遇到的缺陷，電阻式V型分接開關動觸頭推理彈簧壓縮量不夠，觸頭解除壓力不夠，只影響橋接和一側半橋波形變化。
⑺ 分接開關觸頭壓力不夠，分接開關切換機械振動將影響觸頭發生水平抖動，開關觸頭接觸不穩定，出現頻繁的觸頭小間隙脫離，導致交流試驗波形失去連續喝圓滑，甚至發生斷流。
⑻ 是變壓器出廠試驗規定的試驗方法。交流試驗波形可以準確反映分接開關切換過程中的異常，通過波形分析可判斷缺陷的具體位置和原因。交流試驗使用的電壓和試驗接線比較靈活，如此已認定的缺陷需要進一步分析和確認，可采用交流高壓，大電流方法進行試驗。
三、新型儀器技術性能介紹
1.簡述技術設計方案
該項目產品技術線路主要由測試電源系統、信息采集系統、數據處理系統、數據分析診斷系統組成，見圖1所示。測試電源系統的作用是能提供試驗用的單相或三相試驗電源；信息采集系統的作用是能準確檢測捕捉到開關動作過程中所產生的瞬變點；數據處理系統的作用是能實時錄制并保存開關動作全過程的過度波形；數據分析診斷系統是通過分析開關過度波形能準確判斷出開關過渡電阻斷線、過渡電阻橋接時間、觸頭接觸不良等隱性缺陷。
2、簡述變壓器有載分接開關切換過程原理
有載分接開關是變壓器內部的重要部件，有載分接開關的作用是在不需停電狀態下能帶負荷電流切換，達到調整電網電壓目的，變壓器有載分接開關過度電阻切換原理見圖2所示，切換過程是：正常運行狀態(A)
→過渡電阻a1接入并聯觸頭A打開
→主通斷觸頭a打開過渡電阻a1獨立工作
→過渡電阻b1接入工作雙過渡電阻橋接運行
→過渡電阻a1打開過渡電阻b1獨立工作
→主通斷觸頭b接入工作
→恢復正常運行狀態(B)
3、簡述該產品測試接線工作原理
該項目產品主要用于開關帶繞組狀態下，在變電站現場檢測變壓器有載分接開關的過度波形，見圖3所示。圖3是多種測試接線方法之一(測試單相變壓器、電抗器等有載分接開關動作過度波形的方法類同)，本產品使用單相220V電源作為工作電源，將單相電源通過儀器內部“電源系統”變換成三相可調試驗用電源，再將試驗電源加到變壓器高壓側套管上，試驗電流通過繞組、再通過開關觸頭構成回路，啟動有載開關切換時，儀器內部的“信息采集系統、數據處理系統”能自動將變壓器有載開關帶繞組狀態下動作過程交流波形采集、錄制并保存下來。“數據分析診斷系統”軟件能準確分析判斷出開關過渡電阻斷線、過渡電阻橋接時間、觸頭接觸不良等隱性缺陷。
4、主要功能特點
4.1.本測試裝置采用交流法測試，目的是能測試出真實的過渡波形(不對波形進行濾波處理)，適合于在變電站現場，在帶繞組狀態下對變壓器有載分接開關的過渡波形、過渡時間、三相同期性等參數進行測量。能判斷出開關過渡電阻斷線、觸頭接觸不良、過渡電阻橋接時間超規程要求等設備的隱性缺陷。
4.2.本測試裝置采用交流法試驗判斷有載分接開關是否存在故障隱患的判據很明確，就是通過分析觀察有載分接開關切換全過程的過度波形是否連續，波形是連續的說明有載分接開關工作狀態是良好。
4.3.采用本測試裝置測試時接線不受變壓器繞組結線方式的限制。能對10kV～500kV電壓等級的各種結線組別開關進行測試，如：結線為YN.d、YN.y0，或結線為Y.y0、D.y0(變壓器調壓繞組在一次側，沒有中性點引出)三相、單相變壓器有載分接開關動作特性進行交流測試。
4.4. 本測試裝置具有內置電源和外接電源兩種接線方法，設備內能輸出三相電源，現場測試接線十分方便。外接電源能進行高電壓試驗、零序試驗。
4.5. 本測試裝置測試采樣速度高，采集速度達200 k/s/通道以上(一般直流法測試儀采集速度為10 k/s)。存儲數據量大，高速緩存深度達8 M byte FIFO。若開關動作過程中存在微弱接觸不良缺陷。交流法從波形上能明顯反應出。
4.6.本測試裝置系統配置，數據處理系統由嵌入式電腦和測試軟件組成，顯示屏采用10.4寸大屏幕彩色屏，中文測試界面，觸摸屏書寫方式，系統支持U盤存儲數據，支持USB鍵盤和鼠標，本裝置配置微型打印機，可現場直接打印輸出測試結果。
4.7.本測試裝置采集數據格式符合智能電網生產管理系統要求，現場工作人員使用USB將采集儀器與現場工作的平板電腦連接，通過3G網絡連接的平板電腦，將采集數據上傳至試驗報告頁面，符合智能電網生產管理系統要求。
4.8.本測試軟件具有脫機分析或重新編輯試驗報告功能，將數據導入到辦公室電腦中，可對測試波形重新進行分析或編輯。
4.9.本測試裝置設計有表計測試功能，在測試過程中，可用于測試試驗電源的電壓、電流、功率、頻率等值，相當于一臺數字繁用表功能。
4.10.本裝置采用一體化結構，便于現場攜帶，測試接線簡單方便
4.11.測試軟件功能：
①.狀態參數自學習功能。試驗中需要實時計算相位與相差，準確提供初始參數。程序設計了自建、自動更新基準功能，每次測試前儀器自動獲取試驗的電壓、電流、頻率、相位數據做為試驗的基準參數，與開關動作過程中動態實時參數進行比較，測試觸發盲區極少，大大提高了試驗觸發的可靠性，并縮短了試驗時間。
②.本裝置采用彩色液晶顯示，實時曲線快速走屏，真實反映試驗變化過程。
③.本測試軟件設計有自動測試及手動測試功能，對錄制波形能再次進行播放，放大，縮小，編輯等功能
④.內存壓縮存儲技術，預觸發記錄深度可達6通道zui多800個周波深度，為數據分析提供了豐富的原始資料。
⑤.程序及操作系統裝載在CF存儲器上，不使用碟片磁盤，封閉對存儲器寫操作，使CF得到zui有效的保護，并*解決病毒感染問題。
⑥.測試軟件可以在WIN98.WIN2000.或XP系統下對數據進行編輯分析。自動生成測試報告，測試數據及波形可以導入或導出。
5、產品主要技術指標
⑴工作環境條件
①.環境溫度：-10℃～40℃；
②.環境濕度：≤80%；
③.海拔高度：≤2000m。
⑵ 工作電源
①.單相電壓：220(1±10%)V；
②.頻率：50Hz±1Hz；
③.波形：正弦，波形失真率≤2%。
⑶儀器內輸出試驗電源
①.輸出電源頻率：50Hz±0.2Hz(頻率可調)；
②.輸出電壓范圍：三相四線0～500V(電壓可調) ；
③.輸出容量：額定1000VA；
④.電源波形畸變率：偶次諧波率<1%、奇偶次諧波率<2%；
⑤.電壓相角：120°，相角差≯120°±1°。
⑷儀器測試精度
①.同步采集通道數：6
②.采集數據精度：16位
③.采集速度：200 k/s/通道
④.采集板高速緩存深度：8 M byte FIFO
⑤.電壓量程：0V～500V。
⑥.電流量程：0mA～100mA、0A～1A；
⑦.電壓、電流測試精度：0.5級；
⑸絕緣性能
①.絕緣電阻：電源輸入端對機殼的絕緣電阻>20MΩ。
②.測試裝置絕緣水平應能耐受1500V交流電壓(有效值)
2.2.6重量體積
①.重量：30kg(不包括測試線)。
②.體積：530*320*600(mm)
