CN100448149C - 全晶闸管无暂态变压器有载调压方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器有载调压无暂态切换方法及装置。它利用全晶闸管构成的有载调压分接开关，在切换瞬间晶闸管开关投入工作使分接开关处于无弧状态，而且选择合适的投切角，可实现无暂态过程切换。该装置由电压变送器、电流变送器、单片机控制器、晶闸管触发电路、脉冲变压器、晶闸管分接开关组所组成。具有耐过负荷，过电流，过电压能力强，可靠性高，寿命长，相对需要维护工作量小，可进行频繁的调压操作等特点，在电力系统具有广泛地推广应用价值。
Description
(一)技术领域
本发明属于电力系统电能质量控制技术领域，特别涉及一种全晶闸管无暂态变压器有载调压方法及装置。
(二)技术背景
电压是电能质量主要指标之一，电压偏差影响电力系统的稳定运行和经济运行。而且，电压偏差直接危害用电设备。在无功电源充裕的电网中，广泛利用有载调压变压器调压，以保证电网电压质量。
目前，90％以上的变压器都装有有载调压分接开关，而使用的分接开关均为机械触头，切换时伴有电弧出现，触头容易烧坏。由于机械式分接开关内部连接器松动，材料强度差，出头接触不良甚至脱落，操作机构及限位开关失灵等，故分接开关在使用中经常出现故障，可靠性低。据报道，在1990年至1994年间有载调压分接开关的故障占变压器故障的17.5％，最高达22％以上。另外，机械式分接开关调节速度慢，不能频繁操作，更不能跟踪线路负荷电压的变化自动调节。在多台有载调压变压器并联运行时，由于机械式开关的切换难以同步，极易形成较大的变压器的内部环流。
基于机械式有载调压分接开关存在的问题，国内外力求研制一种新型的无弧分接开关，以取代现有的机械式有载调压分接开关，从而满足电力系统运行要求。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，而提出的一种全晶闸管无暂态变压器有载调压方法及装置，即利用电流过零触发的原理，对晶闸管分接开关组进行触发或切换，从而实现变压器有载调压过程无暂态。
本发明的目的通过下述方法和装置实现的。
本发明全晶闸管无暂态变压器有载调压方法包括下列步骤：
(1)将接入母线上的电压互感器和电流互感器输出的电压、电流信号分别经电压变送器、电流变送器转换成弱电压ux、弱电流信号ix。
(2)弱电压ux、弱电流ix信号传送到单片机控制器，由单片机控制器测量并计算出电压幅值UX，将UX与电压标准值UR进行比较，计算出电压偏差或正或负，作为晶闸管分接开关组Si(i＝1、2、…n)闭合或断开的判据。
(3)当电压正常时，晶闸管分接开关组S1闭合，其它晶闸管分接开关组S2、S3、…、Sn都断开。当UX＝UR时，单片机控制器发出高电平信号(1)封锁晶闸管触发电路D2～Dn，晶闸管分接开关组S2～Sn不被触发而维持断开状态。晶闸管分接开关组S1仍维持闭合状态，变压器输出电压维持不变，即负荷电压不变；
(4)若UX≠UR，则单片机控制器根据所测电压进行比较并计算出的电压偏差(正或负)，单片机控制器解除相应晶闸管触发电路Di发出低电平信号(0)，解除对晶闸管触发电路Di的封锁；
(5)晶闸管触发电路Di检测电流的过零点，在电流过零点产生触发脉冲触发晶闸管分接开关组Si的控制极，晶闸管分接开关组Si闭合；
(6)同时，单片机控制器向其它晶闸管触发电路发出高电平信号(1)，封锁其它晶闸管触发电路不产生触发脉冲，使其它晶闸管分接开关组断开；
(7)根据步骤(4)、(5)和(6)，即可实现无暂态变压器有载调压。
所述晶闸管分接开关组切换变送器分接开关时，不发生暂态过程；晶闸管分接开关组在切换过程中只能短路，不能开路。
本发明全晶闸管无暂态变压器有载调压装置，它的输入端连接母线、电压互感器和电流互感器，其输出端连接变压器，变压器连接负荷，所述全晶闸管无暂态变压器有载调压装置由电压变送器、电流变送器、单片机控制器、晶闸管触发电路、脉冲变压器、晶闸管分接开关组所组成；其中：
电压变送器的输入端连接电压互感器的输出端，电流变送器的输入端连接电流互感器的输出端，电压变送器和电流变送器的输出端分别与单片机控制器的输入端相连接，单片机控制器的输出端连接晶闸管触发电路的输入端，晶闸管触发电路的输出端连接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接到晶闸管分接开关组的输入端，晶闸管分接开关组的输出端连接变压器的输入端，其输出端连接负荷。
所述的晶闸管触发电路产生电流过零触发脉冲，单片机控制器由单片机构成，也可由计算机构成，晶闸管分接开关组均由晶闸管构成。
本发明具有以下优点和积极效果：
①目前所采用的机械式分接头开关或者机械触头与晶闸管配合的分接开关都存在着一系列问题，故障率高，而本方法则有效地克服了它们存在的问题，可靠性高。
②全晶闸管分接头开关无触点，不会产生电弧，所以不存在烧毁触头的问题。
③全晶闸管分接头开关动作速度快，能跟踪线路负荷电压的变化自动调节。在多台有载调压变压器并联运行时，同步好，不会形成较大的变压器内部环流。
④操作简便，免维护。
(四)附图说明
图1为全晶闸管无暂态变压器有载调压装置原理框图。
图中1、母线2、电压互感器3、电流互感器4、全晶闸管无暂态变压器有载调压装置4.1、电压变送器4.2、电流变送器4.3、单片机控制器4.4、晶闸管触发电路4.5、脉冲变压器4.6、晶闸管分接开关组5、变压器6、负荷
(五)具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的工作原理作进一步说明。
如图1所示，母线1电压与电流经电压互感器2、电流互感器3转换为标准的100V电压和标准的1A(5A)电流，送入全晶闸管无暂态变压器有载调压装置4。全晶闸管无暂态变压器有载调压装置4对电压进行采样，数据处理，经计算获得实际电压值UX，将实际电压值UX与电压标准值UR进行比较，计算出电压偏差(正或负)，作为晶闸管分接开关组4.6中晶闸管分接开关Si(i＝1、2、…n)闭合或断开的判据。对应闭合的晶闸管分接开关Si(i＝1、2、…n)选择在电流过零点，发出触发脉冲，使其导通；随后断开原先导通的晶闸管分接开关，从而实现变压器无暂态有载调压的目的。若实际电压值UX与电压标准值UR相等，则仍然维持原先导通的晶闸管分接开关导通。
本发明的全晶闸管无暂态变压器有载调压装置工作原理如下：
将接入母线1上的电压互感器2和电流互感器3输出的电压、电流信号分别经电压变送器4.1、电流交送器4.2转换成弱电压ux、弱电流信号ix。电压ux、电流ix信号传送到单片机控制器4.3，由单片机控制器4.3测量，进行数据处理并计算出实际电压值UX，将UX与电压标准值UR进行比较，计算出电压偏差(正或负)，作为晶闸管分接开关组4.6的晶闸管分接开关Si(i＝1、2、…n)闭合或断开的判据。假设电压正常时，晶闸管分接开关组中的晶闸管分接开关S1闭合，其它晶闸管分接开关组S2、S3、…、Sn都断开。当UX＝UR时，单片机控制器4.3发出高电平信号(1电平)封锁晶闸管触发电路4.4中的D2～Dn，晶闸管分接开关组4.6的晶闸管分接开关S2～Sn不被触发而维持断开状态。晶闸管分接开关组S1仍维持闭合状态，变压器输出电压维持不变，即负荷电压不变；若UX≠UR，则单片机控制器4.3根据所测电压进行比较并计算出电压偏差(正或负)，单片机控制器4.3解除相应晶闸管触发电路4.4的Di发出低电平信号(0电平)，解除对晶闸管触发电路4.4的Di的封锁；晶闸管触发电路4.4Di检测电流的过零点，在电流过零点产生触发脉冲，经脉冲变压器4.5触发晶闸管分接开关组4.6中的晶闸管分接开关Si的控制极，晶闸管分接开关组4.6中的晶闸管分接开关Si闭合；同时，单片机控制器4.3向晶闸管触发电路4.4的D1～Di-1、Di+1～Dn发出高电平信号(1电平)，封锁其它晶闸管触发电路不产生触发脉冲，使晶闸管分接开关组4.6的其它晶闸管分接开关S1～Si-1、Si+1～Sn断开，至此完成一次变压器有载调压过程。由于是在电流的过零点触发晶闸管分接开关，所以不会对晶闸管产生冲击，实现无暂态过程的变压器有载调压。
本发明的实施例：一台380V全晶闸管无暂态变压器有载调压装置。
电压变送器4.1，输入电压为100V，输出为3.5V；电流变送器4.2为霍尔式电流传感器，输入为5A，输出为3.5V，单片机控制器4.3由单片机、模拟集成电路及数字集成电路等组成，单片机采用80C320；晶闸管触发电路4.4由模拟集成电路、数字集成电路及光电耦合器等组成，触发脉冲移相范围约为0°～180°，通过手动或自动调节方式，晶闸管触发电路4.4产生电压幅值为12V、频率为12kHz的脉冲串，经脉冲变压器4.5产生电压幅值为24V、频率为12kHz的脉冲串，触发晶闸管分接开关组4.6。脉冲变压器4.5由磁芯和漆包线组成，晶闸管分接开关组4.6由12只双向晶闸管及相应的保护电路构成。
Claims (4)
1.一种全晶闸管无暂态变压器有载调压方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤一、将接入母线(1)上的电压互感器(2)和电流互感器(3)输出的电压、电流信号分别经电压变送器(4.1)、电流变送器(4.2)转换成弱电压ux、弱电流信号ix；
步骤二、弱电压ux、弱电流ix信号传送到单片机控制器(4.3)，由单片机控制器(4.3)测量并计算出电压幅值UX，将电压幅值UX与电压标准值UR进行比较，计算出电压偏差，或正或负，作为晶闸管分接开关组(4.6)的晶闸管分接开关Si闭合或断开的判据，Si中的i＝1、2、…n；
步骤三、当电压正常时，晶闸管分接开关组(4.6)的晶闸管分接开关S1闭合，晶闸管分接开关组(4.6)的其它晶闸管分接开关S2～Sn都断开，当UX＝UR时，单片机控制器(4.3)发出高电平信号封锁晶闸管触发电路(4.4)D2～Dn，晶闸管分接开关组(4.6)的晶闸管分接开关S2～Sn不被触发而维持断开状态，晶闸管分接开关组(4.6)的晶闸管分接开关S1仍维持闭合状态，变压器输出电压维持不变，即负荷电压不变；
步骤四、若UX≠UR，单片机控制器(4.3)解除相应晶闸管触发电路(4.4)Di发出低电平信号，解除对晶闸管触发电路(4.4)Di的封锁；
步骤五、晶闸管触发电路(4.4)Di检测电流的过零点，在电流过零点产生触发脉冲，经脉冲变压器(4.5)触发晶闸管分接开关组(4.6)的晶闸管分接开关Si控制极，使晶闸管分接开关组(4.6)的晶闸管分接开关Si闭合；
步骤六、同时，单片机控制器(4.3)向其它晶闸管触发电路(4.4)D1～Di-1、Di+1～Dn发出高电平信号，封锁晶闸管触发电路(4.4)D1～Di-1、Di+1～Dn不产生触发脉冲，使晶闸管分接开关组(4.6)的其它晶闸管分接开关S1～Si-1、Si+1～Sn断开。
2.根据权利要求1所述的全晶闸管无暂态变压器有载调压方法，其特征在于：所述晶闸管分接开关组(4.6)切换变送器分接开关时，不发生暂态过程；晶闸管分接开关组(4.6)在切换过程中只能短路，不能开路。
3.一种全晶闸管无暂变态压器有载调压装置，该装置的输入端连接母线(1)、电压互感器(2)和电流互感器(3)，其输出端连接变压器(5)，变压器(5)连接负荷(6)，其特征在于：所述全晶闸管无暂态变压器有载调压装置(4)由电压变送器(4.1)、电流变送器(4.2)、单片机控制器(4.3)、晶闸管触发电路(4.4)、脉冲变压器(4.5)、晶闸管分接开关组(4.6)所组成；其中：
电压变送器(4.1)的输入端连接电压互感器(2)的输出端，电流变送器(4.2)的输入端连接电流互感器(3)的输出端，电压变送器(4.1)和电流变送器(4.2)的输出端分别与单片机控制器(4.3)的输入端相连接，单片机控制器(4.3)的输出端连接晶闸管触发电路(4.4)的输入端，晶闸管触发电路(4.4)的输出端连接脉冲变压器(4.5)的输入端，脉冲变压器(4.5)的输出端连接到晶闸管分接开关组(4.6)的输入端，晶闸管分接开关组(4.6)的输出端连接变压器(5)的输入端，其输出端连接负荷(6)。
4.根据权利要求3所述的全晶闸管无暂态变压器有载调压装置，其特征在于：所述的晶闸管触发电路(4.4)产生电流过零触发脉冲，单片机控制器(4.3)由单片机构成或计算机构成，晶闸管分接开关组(4.6)均由晶闸管构成。
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