一種有載調容配電變壓器的製作方法
2023-06-02 00:32:46
專利名稱：一種有載調容配電變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統配電領域，尤其涉及一種有載調容配電變壓器。
背景技術：
傳統的有載調容變壓器是以機械開關及其電動機構作為複合開關進行調容，復 合開關帶負荷切換時產生較大的電弧，容易燒蝕觸頭造成油汙染，影響變壓器的絕緣特 性和使用壽命，維護工作量大，同時成本也高。現有的以複合開關作為調容開關的有載調容變壓器，解決了配電變壓器的快 速、無弧調容，如中國專利授權公告號CN201170985Y 「一種有載調容配電變壓器的複合 開關及其配電變壓器」中記載，其中由於沒有降低或抑制高壓複合開關承受的穩態高電 壓及其瞬態過電壓過電流等結構和控制方案，電子開關需採用許多晶閘管串聯使用以實 現開關IOKV耐壓，使產品的可靠性明顯降低，且成本提高；高壓複合開關中機械開關 需採用12KV高壓真空開關，成本顯著提高，甚至複合開關的價格高於變壓器本體價格。
發明內容
本發明的目的是提供一種有載調容配電變壓器，能夠智能化的實現配電變壓器 的可靠運行，並且降低成本。本發明採用下述技術方案一種有載調容配電變壓器，包括變壓器本體，檢測 單元、控制單元、調容裝置，檢測單元與變壓器本體連接，檢測單元的信號輸出端與控 制單元的信號輸入端連接，控制單元的信號輸出端與調容裝置的信號控制端連接，調容 裝置的信號輸出端分別與變壓器本體的高壓線圈和低壓線圈連接；所述調容裝置包括由 接觸器和晶閘管電子開關相併聯組成的5KV及其以下電壓等級的複合開關。所述高壓線圈和低壓線圈均採用多段式結構，各段匝數比符合相同比例係數。所述高低壓線圈均為四段結構，變壓器高壓側每相中均需要三個高壓複合開 關，高壓複合開關均由阻容吸收元件、兩個反並的晶閘管、接觸器構成，兩個反並的晶 閘管兩端分別並聯有阻容吸收元件，接觸器並聯在晶閘管兩端；高壓側每相的三個高壓 複合開關中第一複合開關的導通端與高壓線圈中第二段的下端和第三段的上端連接，第 二複合開關的導通端與高壓線圈中第二段的上端和第三段的上端連接，第三複合開關導 通端與高壓線圈中第二段的下端和第三段的下端連接；變壓器低壓側每相中均需要三個 低壓複合開關，低壓複合開關包括阻容吸收元件、雙向晶閘管、接觸器，阻容吸收元件 和接觸器均並聯在晶閘管兩端，其中低壓複合開關與低壓線圈的連接關係和高壓複合開 關與高壓線圈的連接關係相同。利用有載調容配電變壓器實現有載調容的方法，包括以下步驟(1)、由檢測單 元識別變壓器的繞組結構並檢測高低壓側電壓和電流和相位角(2)、檢測變壓器的負載 率是否大於設定值，如果是，進入步驟(4)，如果否，進入步驟(3); (3)檢測變壓器的 負載率是否小於設定值並且持續一定時間，如果是，進入步驟(4)，如果否繼續檢測；(4)、檢測電壓電流相位，若高壓側相電壓相位為零則控制相應的複合開關通斷而增大變 壓器的容量並進入步驟(5)；若低壓側相電流相位為零則控制相應的複合開關通斷而減 小變壓器的容量並進入步驟(5) ； (5)當高壓側和低壓側轉換完畢後，返回步驟(2)。本發明的有益效果是1.本發明中複合開關電壓等級(低於5KV)大幅降低，採用低電壓等級接觸器代 替12KV級高壓真空開關，選用低電壓等級的晶閘管，晶閘管的數量大大減少，甚至無需 串聯，且開關成本顯著降低；並且複合開關體積小，結構更緊湊；控制單元採用高低壓 側不同步分別動作的開關控制策略，有效地消除高壓側過電流和低壓側過電壓，進一步 提高了設備可靠性；2.本發明中高低壓線圈採用多段式結構的變壓器繞組，高低壓繞組各段匝數比 均採用相同比例係數，減小了調容變壓器電壓的波動，保證負載的電壓質量，使變壓器 穩定運行。本發明解決了配電變壓器有載調容複合開關的電壓等級及其成本、體積和可靠 性問題，提供了一種自動化程度高、成本低、易實現的有載調容變壓器，以實現配電變 壓器的可靠、調容經濟運行。
圖1為本發明的原理框圖；圖2為本發明中高壓側線圈的示意圖；圖3為本發明中低壓側線圈的示意圖；圖4為本發明中變壓器線圈與調容裝置的連接圖；圖5為本發明中變壓器有載調容的流程圖；圖6為輕載運行時變壓器高壓側線圈的連接狀態圖；圖7為重載運行時變壓器高壓側線圈的連接狀態圖；圖8為高壓側並聯改串聯時複合開關瞬態電流的仿真結果；圖9為低壓側並聯改串聯時複合開關瞬態電流的仿真結果；圖10為高壓側並聯改串聯時複合開關瞬態電壓的仿真結果；圖11為低壓側並聯改串聯時複合開關瞬態電壓的仿真結果；圖12是高壓側串聯改並聯時複合開關瞬態電流的仿真結果；圖13是低壓側串聯改並聯時複合開關瞬態電流的仿真結果；圖14是高壓側串聯改並聯時複合開關瞬態電壓的仿真結果；圖15是低壓側串聯改並聯時複合開關瞬態電壓的仿真結果。
具體實施例方式本發明以下結合附圖和實施例作以詳細的描述。如圖1所示，本發明有載調容配電變壓器包括變壓器本體、檢測單元，控制單 元和調容裝置，檢測單元與變壓器本體連接，檢測單元的信號輸出端與控制單元的信號 輸入端連接，控制單元的信號輸出端與調容裝置的信號控制端連接，調容裝置的信號輸 出端分別與變壓器本體的高壓線圈和低壓線圈連接。其中調容裝置採用接觸器和晶閘管相併聯的低電壓等級複合開關，複合開關中接觸器和晶閘管接收來自控制單元輸出的信 號而閉合或斷開；本實施例中複合開關採用3000V等級，變壓器高壓線圈與低壓線圈均 採用多段式結構，本實施例中採用四段式結構，如圖2、圖3所示，每相線圈均被分為四 段，以高壓側A相為例說明線圈被分為AA2、A2A2'、A3A3'與A3' O四段，本 發明採用多段的繞組連接方式能夠有效降低複合開關的兩端承受電壓至適當值，各段匝 數比符合相同比例係數，由繞組的分段比例可以確定各複合開關承受的穩態電壓。本發明中的複合開關中晶閘管作瞬間動作控制開關，交流接觸器作穩態開關， 如圖4所示，高壓複合開關以複合開關Il為例說明複合開關Il包括反並聯的晶閘管 31、32，由電容1和電阻2串聯構成的阻容吸收元件，交流接觸器4，晶閘管31、32兩端 均並聯有阻容吸收元件，交流接觸器4並聯在晶閘管31、32的兩端，晶閘管31、32的兩 端為高壓複合開關的導通端，用來與線圈連接，交流接觸器4的線圈以及晶閘管31、32 的控制極與控制單元的信號輸出端連接；低壓複合開關以複合開關119為例說明複合 開關119包括雙向晶閘管5、由電容11和電阻21串聯構成的阻容吸收元件和交流接觸器 41，阻容吸收元件與交流接觸器41均並聯在雙向晶閘管5的兩端，雙向晶閘管5的兩端 為低壓複合開關的導通端，用來與線圈連接，交流接觸器41的線圈以及雙向晶閘管5的 控制極與控制單元的信號輸出端連接。複合開關與線圈的連接以高壓側A相為例說明 第一複合開關Il的導通端與高壓線圈第二段的下端A2'與第三段的上端A3連接，第二 複合開關12的導通端與高壓線圈第二段的上端A2和第三段的上端A3連接，第三複合開 關K的導通端與第二段的下端A2'和第三段的下端A3'連接；高壓側B相、C相和低 壓側每相與各自相線圈連接的方式均和高壓側A相連接方式相同。高、低壓側每相均需 要三個高、低壓複合開關，三相共需九個高壓複合開關和九個低壓複合開關，本實施例 中高壓側每相用6隻晶閘管(每隻1500 2000V)，和其並聯的交流接觸器選用電壓等級 為3000V，三相共18隻晶閘管；低壓側每相使用3隻雙向晶閘管(每隻220V)，三相共9 只雙向晶間管；高壓側和低壓側的交流接觸器可以採用單極交流接觸器，也可採用雙極 交流接觸器，本實施例中高壓側和低壓側均分別採用三個單極交流接觸器與三個雙極交 流接觸器，由此可知，本實施例中複合開關的電壓等級採用3000V以下，複合開關電壓 等級低，需要的晶閘管的數量較少，極大地降低了複合開關的成本。本發明通過檢測單元檢測變壓器低壓電流、低壓母線電壓，檢測高低壓三相電 壓、三相電流，由控制單元實時計算與監測變壓器負荷，控制單元發出信號給複合開 關，通過複合開關的通斷來改變變壓器高低壓繞組部分線圈的串並聯連接方式，降低有 載複合開關承受穩態電壓至適當值，實現調節變壓器容量，從而減少變壓器輕載時的損 耗目的。如圖5所示，具體步驟如下(1)、由檢測單元識別變壓器的繞組結構並檢測高低壓側電壓和電流和相位 角；(2)、檢測變壓器的負載率是否大於設定值，如果是，進入步驟(4)，如果否， 進入步驟(3)；(3)、檢測變壓器的負載率是否小於設定值並且持續一定時間，如果是，進入步 驟(4)，如果否繼續檢測；(4)、檢測電壓電流相位，若高壓側相電壓相位為零則控制相應的複合開關通斷而增大變壓器的容量並進入步驟(5)；若低壓側相電流相位為零則控制相應的複合開關 通斷而減小變壓器的容量並進入步驟(5)；(5)、當高壓側和低壓側轉換完畢後，返回步驟(2)。其中選擇高壓側相電壓相位為零時為高壓側開關動作時刻，以有效消除高壓側 過電流；選擇低壓側相電流相位為零時為低壓側開關動作時刻，以有效消除低壓側過電 壓，這種特殊的開關控制方案有效的抑制了由於採用較低電壓等級的複合開關而產生的 高低壓側暫態過電壓和過電流，從而能夠提高開關的可靠性，克服電力電子開關作為有 載複合開關耐壓和可靠性等的不足。當變壓器負載較大時，須將變壓器由小容量調至大容量，需將線圈由串聯狀態 改為並聯狀態，高壓線圈串聯狀態如圖6所示，低壓線圈串聯狀態與高壓側線圈串聯狀 態相同。如圖4所示，檢測電路檢測負載，若負載大於設定值且持續大於設定時間，則 需使高壓複合開關II、13、14、16、17、19和低壓複合開關III、113、114、116、117、119
閉合，使高壓複合開關12、15、18和低壓複合開關112、115、118斷開。先將高壓側每相複合開關12、15、18和低壓複合開關112、115、118中晶閘管輪 流觸發導通達到設定時間40ms，使其中接觸器控制電路斷電，使其接觸器斷開；檢測單元檢測變壓器高壓側每相電壓和低壓側每相電流，若高壓側某相符合投 切條件，則該側該相複合開關動作，以高壓側A相為例說明A相複合開關12中晶閘管 關斷，動作結束；同時A相複合開關II、K中晶閘管輪流觸發導通，導通時間達到設定 時間40ms，其接觸器控制電路閉合，其接觸器導通，其晶閘管停止觸發，則A相複合開 關動作結束，直到高壓側三相輪流動作後，高壓複合開關動作全部結束。檢測變壓器高壓側電壓和低壓側電流，若符合低壓側某相投切條件，則低壓側 該相複合開關動作，動作過程如高壓側動作過程相同；直到低壓側三相輪流動作後，低 壓複合開關動作全部結束。當變壓器負載較小時，須將變壓器由大容量調至小容量，需將高低壓線圈由並 聯狀態改為串聯狀態，高壓線圈並聯狀態如圖7所示，低壓線圈並聯狀態與高壓線圈並 聯狀態相同。如圖4所示，檢測電路檢測負載，若負載小於設定值且持續大於設定時 間，則需將高壓複合開關II、13、14、16、17、19和低壓複合開關III、113、114、116、 117、119斷開，高壓複合開關12、15、18和低壓複合開關112、115、118閉合。先將高壓 複合開關II、13、14、16、17、19和低壓複合開關III、113、114、116、117、119中晶閘管 輪流觸發導通達到設定時間40ms，再將其接觸器控制電路斷電，使其接觸器斷開；檢測變壓器高壓側電壓和低壓側電流，若高壓側某相符合投切條件，則該側該 相複合開關動作以高壓側A相為例說明A相複合開關II、13、中晶閘管關斷，動作 結束；同時A相複合開關12中晶閘管輪流觸發導通，導通時間達到設定時間40ms，控制 其接觸器控制電路閉合，使其接觸器導通，其晶間管停止觸發，則高壓側A相複合開關 動作結束，直到高壓側三相輪流動作後，高壓複合開關動作全部結束。檢測變壓器高壓側電壓和低壓側電流，若符合低壓側某相投切條件，則低壓側 該相複合開關動作，動作過程如高壓側動作過程相同，直到低壓側三相輪流動作後，低 壓複合開關動作全部結束。圖8至圖15分別為高壓側和低壓側線圈在不同狀態時瞬態電 流和瞬態電壓的仿真圖像。
權利要求
1.一種有載調容配電變壓器，包括變壓器本體，檢測單元、控制單元、調容裝置， 檢測單元與變壓器本體連接，檢測單元的信號輸出端與控制單元的信號輸入端連接，控 制單元的信號輸出端與調容裝置的信號控制端連接，調容裝置的信號輸出端分別與變壓 器本體的高壓線圈和低壓線圈連接；其特徵在於所述調容裝置包括由接觸器和晶閘管 電子開關相併聯組成的5KV及其以下電壓等級的複合開關。
2.根據權利要求1所述的有載調容配電變壓器，其特徵在於所述高壓線圈和低壓 線圈均採用多段式結構，各段匝數比符合相同比例係數。
3.根據權利要求2所述的有載調容配電變壓器，其特徵在於所述高低壓線圈均為 四段結構，變壓器高壓側每相中均需要三個高壓複合開關，高壓複合開關均由阻容吸收 元件、兩個反並的晶閘管、接觸器構成，兩個反並的晶閘管兩端分別並聯有阻容吸收元 件，接觸器並聯在晶間管兩端；高壓側每相的三個高壓複合開關中第一複合開關的導通 端與高壓線圈中第二段的下端和第三段的上端連接，第二複合開關的導通端與高壓線圈 中第二段的上端和第三段的上端連接，第三複合開關導通端與高壓線圈中第二段的下端 和第三段的下端連接；變壓器低壓側每相中均需要三個低壓複合開關，低壓複合開關包 括阻容吸收元件、雙向晶閘管、接觸器，阻容吸收元件和接觸器均並聯在晶閘管兩端， 其中低壓複合開關與低壓線圈的連接關係和高壓複合開關與高壓線圈的連接關係相同。
4.一種實現有載調容配電變壓器的調容方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、 由檢測單元識別變壓器的繞組結構並檢測高低壓側電壓和電流和相位角(2)、檢測變壓 器的負載率是否大於設定值，如果是，進入步驟(4)，如果否，進入步驟(3); (3)檢測 變壓器的負載率是否小於設定值並且持續一定時間如果是，進入步驟(4)，如果否繼 續檢測；(4)、檢測電壓電流相位，若高壓側相電壓相位為零則控制相應的複合開關通斷 而增大變壓器的容量並進入步驟(5)；若低壓側相電流相位為零則控制相應的複合開關通斷而減小變壓器的容量並進入步驟(5) ； (5)當高壓側和低壓側轉換完畢後，返回步驟 ⑵。
全文摘要
本發明公開了一種有載調容配電變壓器，包括變壓器本體，檢測單元、控制單元、調容裝置，檢測單元與變壓器本體連接，檢測單元的信號輸出端與控制單元的信號輸入端連接，控制單元的信號輸出端與調容裝置的信號控制端連接，調容裝置的信號輸出端分別與變壓器本體的高壓線圈和低壓線圈連接；所述調容裝置包括接觸器和晶閘管電子開關相併聯的5KV及其以下電壓等級的複合開關；其中控制單元通過選擇高低壓側不同步動作的控制策略以有效消除高壓側過電流和低壓側過電壓。本發明解決了配電變壓器有載調容複合開關的電壓等級及其成本、體積和可靠性問題，提供了一種自動化程度高、成本低、易實現的有載調容變壓器，以實現配電變壓器的可靠、調容經濟運行。
文檔編號H01F27/42GK102013307SQ20101018973
公開日2011年4月13日 申請日期2010年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者華大鵬, 姚娟, 宋守雲, 常文平, 李曉慧, 楊捷 申請人:常文平, 李曉慧