有源橋式配電變壓器有載調壓裝置的製作方法

2023-05-23 10:14:56

專利名稱：有源橋式配電變壓器有載調壓裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變壓器分接開關，特別是一種有源橋式配電變壓器有載調壓裝置。
現有技術我國電網的覆蓋面積大，線路長，電源分布不合理，用電缺口很大。由於各地的工農業生產沿襲傳統習慣，日出而作日落而息，負荷從時空上都較集中，高峰爭著用電低谷時電網幾乎沒有負荷。因此我國電網的質量參數較差，特別是電壓，起伏波動很大。有的地區用電高峰時不能正常收看電視，但是後半夜，電壓高得很，經常閃燈泡。現有的配電變壓器都裝設了無激磁調壓開關，該開關的調壓範圍僅±5％。而且由於調整不方便，長期無人調整，所以根本就不起作用。目前市場上推出了一種新的調壓設備，他是在低壓側進行串聯調壓。將一組在一定的電壓範圍內正負可調的三相調壓器接三隻電壓變換器，將變換器的低壓繞組串聯在輸出電源上，低壓繞組與電源電壓疊加後輸出，此時的輸出電壓是電源電壓和調整電壓的和。當電源電壓低時，調壓繞組輸出一相應的加極性電壓，輸出電壓升高。當電源電壓升高時，調壓線圈輸出一減極性電壓，使輸出電壓降低，藉此維持輸出電壓的穩定。整個設備由龐大的電磁系統，機械作業系統，及控制系統組成，所以設備造價高，投資大。又因為該設備在工作時必須消耗一定的電磁能量，而且配變消耗的電磁能量也無改變，所以該設備重複耗能。使用該設備，從設備投資，設備佔地，運行噪音，特別是能源消耗諸方面來看都是不經濟不合理的。在我國能源短缺的情況下，重複耗能更是十分不合算的。
本實用新型的目的是設計一種結構可靠、體積小。能在無人操作控制下長期運行並能適應各種氣候環境的配電變壓器有載調壓裝置，徹底扭轉配電電網電壓不穩定的狀況。
所述有源橋式配電變壓器有載調壓裝置包括配電變壓器的繞組、調壓裝置和控制電路三部分。其原理和裝置的結構分述如下所述變壓器繞組中的調壓繞組33分為四段，五個抽頭按電壓由低至高的順序接到調壓裝置39的固定觸頭4～8上；橋式繞組34的首尾端與調壓繞組33對準同名端後接在調壓裝置39的滑動觸頭1、3上；滑動觸頭2接過渡電阻27和過渡開關22的一端；過渡電阻27和過渡開關22的另一端與橋式繞組34的中心抽頭一併接地(接在蓋板23上)見圖1。所述變壓器繞組中的調壓繞組33繞在基本繞組32的外層上端，橋式繞組34繞在基本繞組32的外層下端，(見圖13、圖12)，它們與鐵芯裝配後構成所述配電變壓器的器芯。所述調壓裝置39裝在器芯的底部，用絕緣支架49固定，距油箱48底部和鐵芯38相距30mm以上(見圖14)。
所述有載調壓裝置中的調壓裝置部分結構是在基板15上裝有固定觸頭座14，基板15的固定觸頭座14上裝有固定觸頭4～8，他們與固定觸頭座14處在同一平面上；在固定觸頭座14的兩側分別裝有齒條13，基板15的一側裝有滑軌框12，另一側裝有固定滑板54；滑塊24裝在滑軌框12內，電機9和變速器10連成整體後固定在滑塊24上；輸出軸20穿過滑塊24與兩個行走齒輪19固定在一起，輸出軸20上裝有兩個操作臂18，操作臂18套在彈簧槽52內，彈簧槽52內裝有四個儲能彈簧17；儲能彈簧17、操作臂18、滑動觸頭1～3和金屬園筒53全都裝在滑動觸頭板16上；滑動觸頭板16上有蓋板23，蓋板23裝在滑軌框12和固定滑板54上；蓋板23上裝著三塊阻滯定位板25，阻滯定位板25上與固定觸頭4～8對應處有五個阻滯定位孔30，阻滯定位板25的反面裝著五個過渡開關觸頭22，五個過渡觸頭22鉚在一條多層軟銅箔31上並與五個阻滯孔30對齊後張緊；蓋板上還裝有接觸銅泊55和三個過渡電阻27；27的一端接阻滯定位板25，另一端接地(接在蓋板23上)，阻滯過渡板25通過絕緣板28裝在蓋板23上，與蓋板絕緣。調壓裝置的總體結構見圖5。
調壓裝置的滑動觸頭1～3裝在滑動觸頭板16上，滑動觸頭1～3上裝有觸頭壓簧26，滑動觸頭2上還裝有金屬園筒53；阻滯鋼球21裝在金屬園筒53內觸頭壓簧26上，並頂在阻滯定位板25上。每兩個相鄰的滑動觸頭1～2，2～3之間的中心距是每兩個相鄰的固定觸頭4～8的中心距的1／2。將蓋板23定位裝配在滑軌框12和固定滑板54上後，將滑動觸頭板16及滑動觸頭1～3裝在基板15和蓋板23之間就構成了單向平面無損觸頭。所有的調壓觸頭上都套有石墨環29，見圖6。
所述調壓裝置半園柱滑軌部分由上滑軌梁56，下滑軌梁57和兩根立柱58兩根黃銅柱滑軌11和滑塊24構成，其裝配關係見圖9。
本實用新型所述有載調壓裝置採用了如上設計後，具有如下優點1 採用了有源橋式調壓結構減少了繞組抽頭，擴大了調壓範圍，降低了過渡電流，使得配電變壓器有載調壓得以實施；2 採用平板型結構，體積小、造價低、容易製造便於安裝。3 機械行走部分使用框架式半園柱槽軌銅鐵結構；調壓觸頭採用無損單向平面觸頭；調壓裝置設計了適合平板結構的儲能阻滯系統並與過渡電路結合起來；裝置實現了有載全自動跟蹤調壓；控制電路採用了新穎的電路結構和集成電路，並進行嚴密的電磁屏蔽；對配變的改制方案進行了設計，使實施更加快捷。以上的一系列特徵和新穎結構，使調壓裝置體積小，重量輕，運行可靠，壽命長，造價低，加工簡單，自動化程度高。容易實施和普遍應用。在後面的附圖說明和實施例中將詳細闡述所述裝置的工作原理和過程。


圖1有源橋式配電變壓器有載調壓電氣原理圖(正位)圖中1～3滑動觸頭，4～8固定觸頭22過渡開關，27過渡電阻、32基本繞組，33調壓繞組，34橋式繞組，0星點。(接地點)
圖2有源橋式配電變壓器有載調壓電氣原理圖(橋位)圖中1～3滑動觸頭，5～8固定觸頭27過渡電阻，33調壓繞組，34橋式繞組0星點，22過渡開關。32基本繞組。
圖3調壓裝置過渡過程原理圖。
圖中1～3滑動觸頭，5～8固定觸頭0星點27過渡電阻，33調壓繞組，34橋式繞組。
圖4過渡過程等效電路圖。
圖中27過渡電阻，V33調壓繞組電壓，0星點(接地點)V34橋式繞組電壓。
圖5有源橋式配電變壓器有載調壓裝置總裝示意圖。
圖中1～3滑動觸頭，4～8固定觸頭9電機，10變速器，11黃銅棒(滑軌)12滑軌框，13齒條，14固定觸頭座、15基板，16動觸頭滑板、17儲能彈簧、18操作臂、19行走齒輪、20輸出軸、21阻滯鋼球、22過渡觸頭、23蓋板、24滑塊、25阻滯板、26觸頭彈簧、27過渡電阻、28絕緣板、52彈簧槽、53金屬園筒54固定滑板。
圖6無損單向平面觸頭結構圖。
圖中1～2滑動觸頭，4～6固定觸頭，15基板，16滑動觸頭板，21阻滯鋼球，25阻滯定位板，26觸頭壓簧，29石墨環，53金屬園筒。
圖7無損單向平面觸頭產生，熄滅電弧部位示意圖圖中1～3滑動觸頭，5、6固定觸頭，14固定觸頭座，29石墨環。
圖8底板示意圖圖中4～8固定觸頭，14固定觸頭座，15基板，29石墨環。
圖9半園柱槽軌框架滑動機構示意圖圖中11黃銅棒，12滑軌框，24滑塊，58立柱56上滑軌梁，57下滑軌梁。
圖10儲能阻滯定位機構示意圖圖中16滑動觸頭板，17儲能彈簧，18操作臂20輸出軸，21阻滯鋼球。23蓋板，25阻滯定位板、52彈簧槽，30阻滯定位孔。
圖11儲能阻滯機構與過渡電路的配合示意圖圖中2滑動觸頭，5固定觸頭，15基板16滑動觸頭板，21阻滯鋼球，22過渡開關23蓋板，25阻滯定位板，26觸頭壓簧，28絕緣板。27過渡電阻，30阻滯定位孔、31導電銅箔，55接觸銅箔，53金屬園筒。
圖12繞組結構圖之一。
圖中32基本繞組，33調壓繞組。34橋式繞組35油槽、36絕緣筒、37固體絕緣板、59端圈。
圖13繞組結構圖之二。
圖中32基本繞組、33調壓繞組、34橋式繞組、35油道槽、36絕緣筒、37固體絕緣板、59端圈。
圖14裝置在配變中的安裝示意圖。
圖中9電動機，33調壓繞組、34橋式繞組37固體絕緣、38鐵芯、39調壓開關、40高壓引線41調壓引線、42高壓瓷套，43高壓導杆，44低壓導杆，45低壓瓷套，46循環油管。47低壓引線，48變壓器油箱、49絕緣支架、50控制電路。
圖15控制原理方框圖下面闡述實施例。
首先結合附圖和前述結構對所述有載調壓裝置的調壓原理分述如下1.正位見圖1。三相滑動觸頭2對準三相固定觸頭4～8的相應觸頭。圖1中是6。此時滑動觸頭1，3懸空，過渡開關22閉合，三相的調壓抽頭經過固定觸頭6和滑動觸頭2聯在一起形成配電變壓器的星點。過渡開關22閉合後，過渡電阻22被短路。
2.橋位見圖2。三相滑動觸頭2懸空，滑動觸頭1，3分別跨接在相應的三相調壓繞組兩相鄰的固定觸頭之間，圖2中為固定觸頭6，7。由於橋式繞組34和每段調壓繞組33等壓且同名端一致，因此構成了一個交流電橋電路。當橋式繞組34的接地點抽頭和調壓繞組33第三段的中點電位相等時電橋平衡。根據平衡對稱電路原理可知此時接地點的電位等於調壓繞組33第三段中點的電位。這樣就將調壓繞組33裡沒有抽出的中點事實上抽了出來。將圖2中的三相橋式繞組的接地點聯在一起。實質上就是在三相第三段調壓繞組的中點接成了星點。當滑動觸頭1、3跨在相鄰的固定觸頭4～8上時，也就將這些被跨接的調壓繞組的中點接成了星點。從而減少了一半抽頭，這對配電變壓器實行有載自動調壓具有至關重要的作用。
3.調整位(過渡過程)見圖3、圖4。若將滑動觸頭由正位過渡到橋位，或者由橋位過渡到正位都要經過一次過渡過程。(圖3中的過渡開關22已斷開故未畫出)。此時過渡電阻27的電流可求。
I27＝1／2U33÷R上式可見，這種過渡方式將過渡電流和抽頭電壓降低了一半。
調壓裝置在過渡過程中和正常運行時絕對不允許動靜觸頭開路。裝置中的動靜觸頭分布和過渡觸頭充分考慮了這個問題使裝置不管在什麼狀態下滑動觸頭1－3和固定觸頭5～8總有一個以上的可靠接觸點，有時還有兩點或三點接觸。調壓裝置的動作過程簡述如下由控制電路發出的控制脈衝驅動電機9，經變速器10變速後通過輸出軸20齒輪19，齒條13。將輸出軸20的園周運動變成直線運動，推動操作臂18，使儲能彈簧17壓縮儲能。當17的力大於阻力時，阻滯鋼球21從阻滯孔30內脫出，此時儲能彈簧17能量釋放。推動觸頭滑板快速動作，迅速過渡並進入另一檔電壓位，使輸出電壓保持穩定。當電壓朝相反趨勢變化時，控制電路50發出反向脈衝，驅動電機9朝相反方向旋轉。直至輸出電壓符合要求，電路才靜止。
一般電氣觸頭在使用過程中都有不同程度的損失和損壞，這是因為電弧和電化學反應而產生的電化學作用所致。這一切皆起因於電弧對觸頭的燒灼。為了解決這個問題，調壓裝置中設計了一種新的電觸頭－－無損單向平面觸頭。見圖6、圖7。滑動觸頭①～③固定觸頭在4～8時，金屬觸頭先脫離接觸，此時觸頭中的電流轉移到石墨環29中。觸頭完全脫離時電弧僅在石墨環29的邊緣產生。因為石墨耐高溫，有很好的抗蝕性能，所以表面不會產生燒毛融溶。由於金屬觸頭上始終沒有電弧產生，因此金屬觸頭的表面永遠是光潔的，有效地防止了調壓過程中觸頭接觸不良和粘連卡澀現象發生。保證了調壓裝置的可靠性延長了觸頭的壽命。
半園柱形槽軌滑動框架放棄了傳統的V形槽和燕尾槽結構。由於半園槽軌表面沒有稜線沒有平面，動配合部分採用銅鐵結構，不僅阻力小耐磨，更重要的是簡化了加工過程和難度。見圖9。
儲能阻滯部分見圖10。輸出軸20帶動行走齒輪19在齒條13上行走，由於阻滯球21落在阻滯孔30內產生一阻滯力，行走力不能推動觸頭滑板16而是使儲能彈簧17壓縮儲能。當17被壓縮到一定距離時，儲能彈簧17壓力大於阻滯力，鋼球21從阻滯定位孔30中脫出，能量迅速釋放，動觸頭滑板16快速向另一檔過度調壓後重新定位。
為了縮小體積簡化結構，調壓裝置將阻滯定位部分和過渡電路結合起來，利用阻滯部分和滑動觸頭板16的位置變化引起的狀態變化實行調壓過渡。金屬園筒53內裝觸頭壓簧26和鋼球21頂在阻滯定位板25上並與滑動觸頭2連成一體。當滑動觸頭2對準固定觸頭8時(正位)，鋼球21將過度觸頭22頂向接觸銅箔55、並壓緊貼合在55上。調壓繞組三相接在固定觸頭8上的抽頭分別經過三相的固定觸頭8→滑動觸頭2→阻滯板25→導電銅箔31→過渡觸頭22→接觸銅箔55然後都接到蓋板23上，形成星點。此時過渡電阻27被過渡開關22短路，運行電流不通過過渡電阻27。當滑動觸頭2不在固定觸頭8上或由固定觸頭8(正位)脫出時與滑動觸頭2相鄰的另兩個滑動觸頭1、3將會有一個與滑動觸頭2被固定觸頭8短路，見圖3。此時過渡觸頭22已復位斷開，過渡電阻27投入了過渡電路，限制了過渡電流消除了過渡過程中的短路。這種結構僅用一個過渡電阻，過渡中的運行負荷電流總可以由1，3提供，所以可以採用小電流過渡，而且過渡過程中沒有電壓跌落的現象。本裝置採用額定電流過渡。
由於裝置的設計具有以上的特點，所以整機的原動力僅使用了一個15瓦的電機，不僅縮小了裝置的體積，提高了可靠性，延長了壽命，降低了造價還十分節能。控制電路方框圖見圖15。
變壓器的相應改變。該裝置的設計原則是儘量不改變配電變壓器已有系列的基本結構。所以實施該技術方案只需要將配電變壓器的器芯提高150mm，讓油箱48底部出現一個矩形扁平空間，用來安裝調壓裝置39，同時將高壓繞組略加改動就可進行正常有載調壓。改動後結構見圖14。
變壓器高壓繞組改繞有2種方案，見圖12，圖13。將變壓器基本繞組32按原設計繞成筒式線圈。要求在整數層繞完基本繞組32。接著分四層在基本繞組32的一端繞調壓繞組33要求每層一段，層層整齊覆蓋，在調壓繞組的兩端抽頭。基本繞組32的另一端繞橋式繞組34。橋式繞組34的三個頭都從繞組的另一端引出。圖12是變線經繞法。圖13是同線經繞法。在空間和絕緣距離允許的情況下採用後者更好。
調壓裝置採用等電位運行方式，其電位與變壓器的星點即接地相等，上述所謂接地是指控制電路的參考電位，並非就是零電位。由於配電變壓器的絕緣按全電壓設計。所以該裝置對外殼的絕緣應能承受配變運行中的運行過電壓和額定的大氣過電壓，能承受正常的配電變壓器出廠和大修後的耐壓試驗。因此調壓裝置必須與油箱鐵芯有足夠的絕緣充油空間，其空間不小於30mm，其固定絕緣支架39應能承受35千伏耐壓1分鐘。
調壓裝置系用全充油式，裝置油箱也用等位運行方式以減小油箱體積。考慮採用充油結構的原因①可以減小裝置的運動阻力實行全潤滑②用變壓器油作為熄弧介質使電弧更小。③用變壓器油作絕緣介質和冷卻介質效果更好。油箱採用微壓設計以承受內外的壓差而又不笨重。(如運行條件不理想，可採用防爆式油箱)油箱結構略。
權利要求1.一種有源橋式配電變壓器有載調壓裝置，包括配電變壓器繞組、控制電路、調壓裝置三部分；其特徵在於所述繞組中的調壓繞組(33)分為四段，五個抽頭，按電壓由低至高的順序接到調壓裝置(39)的固定觸頭(4)～(8)上；橋式繞組(34)的首尾端與調壓繞組(33)對準同名端後接在調壓裝置(39)的滑動觸頭(1)、(3)上；滑動觸頭(2)接過渡電阻(27)，和過渡開關(22)過渡電阻(27)和過渡開關的另一端與橋式繞組的抽頭一併接地(接蓋板(23)上調壓繞組(33)繞在基本繞組(32)的外層上端，橋式繞組(34)繞在基本繞組(32)的外層下端，並裝配上鐵芯從而構成所述配電變壓器的器芯；調壓裝置距油箱(48)底部以及鐵芯(38)相距30mm以上；所述有載調壓裝置中的調壓裝置部分結構為在基板(15)上裝有固定觸頭座(14)，在基板(15)和固定觸頭座(14)上裝有固定觸頭(4)～(8)，它們與觸頭座處在同一平面上；在基板(15)的兩側邊上分別裝有滑軌框(12)和齒條(13)，滑塊(24)裝在滑軌框(12)內，電機(9)和變速器(10)固定在滑塊(24)上，行走齒輪(19)與輸出軸(20)固定在一起，輸出軸(20)穿過滑塊(24)與變速器中的輸出齒輪聯接；輸出軸(20)上裝有兩個操作臂(18)，操作臂(18)套在彈簧槽(52)內，彈簧槽(52)內裝有儲能彈簧(17)；滑動觸頭板(16)上裝有蓋板(23)，蓋板(23)裝在滑軌框(12)和固定滑板(54)上。
2.如權利要求1所述的配電變壓器有載調壓裝置，其特徵在於所述滑動觸頭(1)～(3)裝在調壓裝置的滑動觸頭板(16)上，每兩個滑動觸頭間的中心距是每兩個固定觸頭間中心距的1／2；滑動觸頭(1)～(3)上裝有觸頭壓簧(26)；滑動觸頭(2)上還裝有一個金屬園筒(53)，阻滯鋼球(21)裝在滑動觸頭(2)的觸頭壓簧(26)上且頂在阻滯板(25)上，阻滯板(25)裝在蓋板(23)上；所有觸頭上均套有石墨環(39)。
3.如權利要求1所述的配電變壓器有載調壓裝置，其特徵在於，在所述蓋板(23)上裝有三條阻滯定位板(25)，阻滯定位板(25)上與相應基板(15)上的固定觸頭(4)～(8)處開有阻滯孔(30)，過渡開關(22)鉚接在導電銅箔(31)上，導電銅箔(31)與阻滯板可靠聯接為一體，阻滯孔(30)中裝有過渡開關(22)，阻滯定位板(25)通過絕緣板(28)固定在蓋板(23)上與蓋板(23)絕緣；過渡電阻(27)的兩端分別接在蓋板(23)和阻滯定位板(25)上。
專利摘要一種有源橋式配電變壓器有載調壓裝置專為扭轉配電電網電壓不穩狀況而提出，由配電變壓器繞組、調壓裝置、控制電路三部分組成有源橋式調壓結構減少了繞組抽頭，擴大了調壓範圍，降低了過渡電流，使得所述實用新型得以實施；平板型結構具有體積小、造價低，加工安裝容易的優點；機械行走部分使用框架式半圓柱槽軌銅鐵結構；調壓裝置設計了適合平板結構的儲能阻滯系統並與過渡電路結合起來，裝置實現了有載全自動跟蹤調壓，容易實施和普及應用。
文檔編號H01F29/00GK2186435SQ9324731
公開日1994年12月28日 申請日期1993年12月18日 優先權日1993年7月21日
發明者劉恆文 申請人:劉恆文