CN101118803A - 配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置 - Google Patents

Abstract

一种配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，在变压器三相绕组的调压档级分接抽头分别接有主控开关及控制系统，主控开关是由一个单相交流固态继电器SSR与一个单向磁保护继电器TCK并联而成的双继电器主控开关，变压器三相绕组的调压档级分接抽头分别与各自的主控开关一端连接，主开关的另一端点与高压侧绕组的星点连接，或与调压同档级的各相主控开关的星点连接；在变压器高压绕组的中位调压档分接抽头上与单相交流固态继电器并联一个常闭型固态继电器作为看门桩开关。具有体积小巧、结构简单、动作敏捷、换档无冲击、无环流、无谐波、损耗低、安全性好、可靠性高、价格低、寿命长、免操作、免维护的特点，实现了无环流有载调压功能。

Description

配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置

技术领域

本发明涉及一种变压器有载自动调压装置，特别是一种电力系统中配电变压器的有载自动调压装置。

背景技术

为了保证供电电压质量、提高供电可靠性、降低电网损耗，多少年来，人们一直在延用着变压器机械式有载调压装置。但是，机械式有载调压装置因其价格昂贵、体积庞大、运行维护量大等的因素，致使大多的小容量变压器望而却步，尤其是在为数众多的10KV配电变压器上的有载调压率几乎是零，也可以说低压配电变压器在有载调压方面至今还是个空白。随着社会经济的发展，面对快速增长的配电变压器容量和人们对电压质量、供电可靠性的渴求以及配网系统自动化技术的日益完善，推出新颖的体积小、价格低、使用和维护方便、适应范围广的低能耗、高效率变压器有载自动调压装置已是迫在眉睫。

目前，本领域内的有识之士们正在用自己的智慧和劳动不断地探索着变压器有载调压的新方法。例如：公开号为CN1725618A的发明申请公示了一种名称为“无触点有载自动调压配电变压器”的技术方案，就是采用固态继电器去取代普通变压器的无载调压开关，实现变压器无触点有载自动调压目的的。这套装置的特点：一是创意新：即利用了新的电力电子元件作为主控开关和单片机控制技术构成一套变压器有载自动调压系统。二是结构简单：即直接利用原普通变压器的三个调压抽头接线，且把有载自动调压系统与变压器一体化安装。不过，它要作为一台可接入电力网进行安全、经济、可靠地运行的“无触点有载自动调压配电变压器”的话，至少还存在有以下几个主要问题：

1、电压波动率超标：普通变压器的三个无载调压抽头的调压指标为±5％U_N，而我国对10KV电力网的电压波动率规定为≤2.5％U_N，所以，这种直接趁用±5％U_N的调压抽头用于有载调压，是不能达到电压波动率规定为≤2.5％U_N指标要求的。

2、共星点的调压接线方式，致使额定电压只有几百伏的固态继电器的耐压问题无法在高压绕组中得到有效解决，使得调压范围受到限制；加上采用传统的过渡限流电阻的方法来降低换档时绕组间的短路环流，这不仅增加了变压器的功率损耗，也使调压范围超过三档级以上时的N-1组的限流电阻及SSR的数量、体积和成本急剧增加，在有限的安装空间里更是难以安置。因此，这些不利因素都是不能满足增加变压器调压档级的实用要求的。

3、安全问题：控制系统元件公用一块电路板，没能将处于高、低压区的开关或控制元、器件进行有效的分离，并且，共用一个直流电源(取自变压器低压侧)。这样，当电网过电压或是变压器逐相送电时，置于高压绕组中的开关元件及控制引线若被高电压击穿时，将导致10KV高压窜入400V侧的事故(虽然SSR内部有光电隔离，但耐压却很有限)，直接危及低压侧设备、用电器和用电者的安全。

4、保护功能不完善：配电变压器的运行环境较差，在实际的电网运行中，外部故障率是很高的，如：缺相、过电流、短路及过压、欠压接地等故障中的任一故障出现时，都会危及装置的正常工作，甚至损坏设备，造成大面积停电事故，而这些必要的保护措施在其文件中未见介绍。

5、采用给控制器配置蓄电池、加操作开关的办法来防止变压器上电时高压绕组悬空高压击穿SSR开关，是不可靠、不安全的。我们知道，配电变压器的安装和运行环境较差，一般情况下很少有人留守值班，特别是为数众多的农电配变台区，农电工因忙于其它工作或因事外出有时长达多天不到配电室去，若遇电网长时间停电后突然来电时，如果忘记或未能及时操作开关怎么办？旧蓄电池放电时间会更短的。再者，蓄电池安装在绝缘油中，一旦密封出现问题，其大量的电解物也将对绝缘油造成污染，严重时还会导致事故的发生。

总之，以上几个主要问题若不能得到有效解决，那么，这套技术方案不管是一台新型的变压器或是作为一套有载自动调压装置，显然都是不实用的。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，要解决变压器自动全天候检测电压与适时进行有载自动调压的技术问题；并解决上述装置实现体积小巧、结构简单、动作敏捷、换档无冲击、无环流、无谐波、损耗低、安全性好、可靠性高、价格低、寿命长、免操作、免维护的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

所述的一种配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，包括变压器油箱13、油箱内的变压器铁心5和变压器三相绕组6，变压器三相绕组的高压端和低压端分别与变压器油箱上面的高压侧绝缘子1和低压侧绝缘子2连接，变压器三相绕组6的调压档级分接抽头与主控开关及控制系统连接，其特征在于：

主控开关是由一个单相交流固态继电器SSR与一个单相磁保护继电器TCK并联而成的双继电器主控开关7，变压器三相绕组6的调压档级分接抽头分别与各自的主控开关一端连接，主控开关的另一端点与高压侧绕组的星点连接，或与调压同档级各相主控开关的星点相互连接。

单相交流固态继电器SSR的控制极与处于高压区控制回路中的三相SSR控制回路连接，三相SSR控制回路连接控制系统中的三相准调压指令发生器单元。

单相磁保护继电器TCK的控制极与处于高压区控制回路中的三相TCK控制回路连接。

上述控制系统中单片机CPU的信号输入端输入取自变压器低压侧电压采样比较回路和电流采集、保护检测输入回路的电压、电流变化信号；控制系统中单片机CPU的信号输出端进光电隔离器到综合指令变换器、经变换的电指令信号分为两路：一路是预调指令信号直接到三相TCK控制回路去执行预调任务，另一路是准指令信号进入基准指令发生器单元，经整合后的基准指令再进入三相准指令发生器，最后通过三相SSR控制回路去执行调压任务。

控制系统由低压区控制回路和高压区控制回路组成，高、低压区之间的信息传递由光电隔离器完成。

在控制系统的低压区控制回路处于高电位时，三相SSR执行回路和三相TCK执行回路导通，去接通相应的高压绕组分接抽头。

在控制系统的低压区控制回路处于低电位时，三相SSR执行回路和三相TCK执行回路截止，去关闭相应的高压绕组分接抽头。

当电压偏离基准电压值时，低压区控制回路的单片机CPU先发出预调指令，使运行状态的单向磁保护继电器TCK立即断开；单片机CPU紧接着发出准调压指令，使处于原运行档位的A相中的单相交流固态继电器SSR断开，同时新换档位的单相交流固态继电器SSR导通，紧接着新换档位的单向磁保护继电器TCK导通，原运行档位退出待命，新换档位加入运行；同档级的B相和C相的调档执行动作与A相依次滞后120°，完成了一次有载自动调压。

上述单向磁保护继电器TCK与一个可变电阻RP串联。

上述低压区控制回路包括取自变压器低压侧的电源、电压采样比较回路、电流采集与保护检测输入回路、CPU指令生成及保护闭锁单元、准指令输出单元和预调指令输出单元。

上述高压区控制回路包括取自变压器铁芯自绕制绕组的电源、监压、监流保护回路、三相TCK控制、执行回路、综合指令交换器、基准指令发生器、三相准指令发生器、看门桩控制执行单元和三相SSR控制、执行回路。

上述控制系统中的单片机CPU是一个用于测量、判断、指令生成(预调指令和调压准指令)及光电指令输出，继而实现有载自动调压的功能的AVR高速嵌入式单片机。

上述三相SSR执行回路和三相TCK执行回路的电路板10、低压区控制回路的电路板11、高压区控制回路的电路板9和光电隔离器12全部安装在配电变压器油箱13内的变压器铁心和变压器三相绕组周围的有效空间内，或底座槽钢的凹陷空间内。

上述三相SSR执行回路和三相TCK执行回路的电路板10置于变压器三相绕组之间间隙的绝缘板3上。

上述绝缘板3上均安装一块公用的金属散热板15，单相交流固态继电器SSR的接线端子14安装在金属散热板15上。

看门桩开关SSRK是常闭型固态继电器，这种固态继电器与常规的SSR开关的通、断特性是相反的，就是在它的控制极上加上控制电压时，开关是截止状态，而当没有控制电压时，开关反而是导通的。由于变压器的调压档级均选用奇数级(即：3级、5级、7级、9级等)，所以，看门桩开关(常闭型SSRK)的两个端点总是与变压器高压绕组的中位调压档分接抽头上的单相交流固态继电器SSR相并联。看门桩的执行受控于看门桩控制回路，它的上一级与三相准指令发生器相连接。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

1、本发明通过改变变压器高压侧绕组分接抽头的方法，从而使变比发生变化，达到在有载状态下自动地把变压器低压侧电压维持在一个合理数值水平的目标(即：U1/U2＝W1/W2＝K)。

本发明根据等电位的原理，选用单相交流固态继电器SSR和单向磁保护继电器TCK组成主控开关，采用本发明的“定星点调压接线方案”(图1)或“动星点调压接线方案”(图2)两种接线方式，实现变压器无换档环流调压和节能运行，可使低压电子开关元件接入10KV高压绕组内的任一调压档级抽头的调压场合，达到宽范围的有载节能调压功能。再配以AVR高速嵌入式单片机的测量、判断、控制电路和光电收、发，基准指令整合及执行回路，实现有载自动调压的功能。

主控开关中的单相交流固态继电器SSR(Solid state releys)是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另外两端为常开受控端，中间采用光电隔离，作为输入输出之间电气隔离(浮空)。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态)，从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，所以与电磁继电器相比具有工作可靠、寿命长，对外界干扰小，能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快和使用方便等一系列优点。

2、通过对众多的现役10KV配电变压器的现场改造，将达到改善当前低压配网的电压合格率低下调压难、频繁停电调压造成供电可靠性差、电压不稳无功补偿难投入导致线损高的被动局面。

3、本发明的问世可为配网自动化系统功能的完善提供新的技术支持。

4、本发明可为特种变压器的宽范围调压方法和高电压、大容量变压器的创新拓宽新路径。

5、宽范围调压：由于电子开关工作时是静止不动的，加上它的额定电压较低，为了回避高压，致使装在高压绕组上固态继电器(SSR)只能接在星点附近的调压抽头上，造成了电子开关调压范围小的尴尬局面。本发明采用创新出的“动结点调压接线方案”，解决了这一难题，使不管多高档级上的SSR开关的受压值均匀分布。所以，本发明既可直接对现役变压器进行现场改造；也可增加高压绕组调压抽头，扩充调压档级数量，降低变压器的调压波动率、拓宽调压范围，图2中的省略号代表省略的多档级。它既可适用于配电变压器的有载自动调压，也适用特种变压器的有载自动调压场合。

6、无环流调压：在已有的有载调压技术中，换档调压瞬间的两绕组之间的环路短路电流，是无法回避的大难题，传统的做法就是：在新换档位的绕组抽头端口处，接入限流电阻器(或限流电抗器)，用以保证负载电流的连续性和限制调压瞬间的换档环流值。这一做法实属无奈之举，这里且不论其调压环流所带来的冲击和损耗危害，仅只是接入体积庞大的限流电阻器，也足以使电子式有载调压装置的元件数量、体积及成本急剧增加，使其调压范围受到限制。本发明彻底解决了这一难题，根据固态继电器的特性，利用单片机控制技术，实现了精密、准确的换档调控，它能在接受调压指令瞬间，根据负荷的变化情况，自动地确定最佳翻转时间，成功地遏制了换档环流的产生，消除了换档环流损耗，保证了换档时的轻松、平滑过渡和正弦波形的完整性，这也是本发明与传统的机械式有载调压装置及已有技术所截然不同的分界点。同时，它也为电子有载调压装置的多档级、宽范围调压技术铺平了道路。所以，本发明中不使用换档过渡限流电阻器。本发明的“无环流调压”将使变压器有载调压装置甩掉调压短路环流损耗和限流电阻的困扰，使变压器真正实现有载调压。

7、节能功能：为了降低本发明的能耗，本发明解决了主控开关元件单相交流固态继电器SSR导通时PN结上的固有压降(≤2V)问题，使用在调压开关回路中加入一个单向磁保护继电器TCK(图3)，达到了两个开关合理分工、取长避短的要求，把为数众多的相对功耗率高的中、小型变压器调压回路的功耗降到了原功耗的三分之一以下的水平。

8、运行的安全性：为了确保高、低压之间的绝缘水平，特把本发明的控制系统分为两个部分(图1112)，即：低压控制部分和高压控制部分。低压控制部分的电源与测量电压源均采自400V侧，主要供单片机进行取样、测量、判断、发出调压指令及保护回路用电；高压部分的电源是在变压器的空闲铁心处加绝缘后绕制获得，该部分主要是负责调压指令的接受、整理和执行。两部分电路之间的信息传递、接收由装在密封管排内的光电元件完成。这样，就把接入高压绕组内的开关元件及其控制回路引线与其它低压区控制电路拉开了足够的绝缘距离(≥13CM)，既保证了控制回路的完整性、协调性，又从根本上预防了变压器上的高电压窜入低压侧危及低压设备和人身安全的事故发生。

9、本发明的保护功能分为两类：一类是本发明的内部电路异常时的保护功能，另一类是电网异常时的外部保护功能。内部保护功能主要有：指令中断保护、执行元件拒动保护、电源异常保护和装于油箱上层的开关元件的温度保护；外部异常保护主要有；电源缺相、接地、高压侧过电流、低压侧短路和电网过电压、欠电压及电网停、送电保护。

10、本发明无需更改变压器的几何尺寸和外部形状：为了降低成本，节省安装、改造时间、压缩高压引线长度、合理利用空间，在确保安全的前提下，全部元、器件都就近安装在变压器油箱内下半部的有效空间里(图5-7)。

因为本发明的元、器件全部安装在油箱内的铁心和绕组周围，在电气设计中，充分考虑和制定了严密的安全保障措施，从绝缘要求、电磁影响、温度影响到元件筛选、老化以及安装工艺、电气试验项目等方面都参照有关《规程》提出了较高的要求，以保障装置在任何环境下都能与变压器一体，去应对和抵御各种恶劣环境及电网故障的袭击，确保电网、设备及用电者的安全。

11、本发明中不使用蓄电池供电：因为本发明的元件全部安装在变压器油箱内部。为了防止蓄电池内部电解物对绝缘油的污染，避免维护的麻烦、为节省箱体内的有效空间和适应电网的各种不可预见事件，所以，在本发明中不允许使用蓄电池。

12、可靠、方便的“看门桩”：所谓“看门桩”，是本发明的特定叫法。当变压器送电时，各调压开关都还处于断开状态，此时，高压绕组与星点不能形成回路，调压开关的两端点间将会被绕组上的悬空高压击穿。所以，为防止高压击穿开关元件，特选用常闭型固态继电器SSRK设置了“看门桩”电路。常闭型固态继电器与常规的SSR开关的通、断特性是相反的，就是在它的控制极上加上控制电压时，开关是截止状态，而当没有控制电压时，开关反而是导通的。由于变压器的调压档级均选用奇数级(即：3级、5级、7级、9级等)，所以，看门桩开关(常闭型SSR)的两个端点总是与变压器高压绕组的中位调压档分接抽头上的单相交流固态继电器调压开关相并联。这样，当变压器电源侧停电时，它会迅速地、自动地在规定档位(中间档)抽头处接通绕组与星点的连接，当在调压功能启动后、中位调压档的SSR接通的同时，它又将自动地退出程序，等待下次停电后的再启动。它不需要任何的人工操作和配用专门电源，可随时应对变压器的停、送电。

13、利用原分接开关位置增设了新的功能：操作功能设置：I“试验/手动运行”位置；II“控制双备份”或“空挡”位置；III“自动调压”位置，新型号及特种变压器除外。此操作功能是本发明中的唯一的人工操作项目，平时不用。它的主要用途是：当对具有有载自动调压功能的变压器进行电气试验时，它可为各种试验，包括特性试验和绝缘试验项目提供可靠的绕组通路；同样，也可为暂时不能或不需有载自动调压功能的变压器仍能继续运行打开绿色通道。

14、选用AVR高速嵌入式单片机(Atmega8535L)主控制板(见图15)，具有响应速度快、精度高、抗干扰能力强、可靠性高、功耗小、价格低等优点，且有双重的“看门狗”功能，能严防程序走失。

本发明还具有体积小巧、结构简单、动作敏捷、可靠性高、价格低、寿命长、免操作、免维护、可全天候检测电压与适时进行有载自动调压的优点。本发明在挂入电网的试运行实践中获得了较满意的效果。

本发明既可以实现对现役配电变压器的有载自动调压改造，同时也可以适用于新型号有载自动调压配电变压器。本发明在未来的新型配电变压器中得到应用后，可促使更先进、更节能、更方便的新型变压器问世。本发明与传统的无载调压配电变压器有效结合后，将产生出一种具有有载自动调压功能的新型变压器；用本发明对众多的现役配电变压器进行现场改造后，可使普通的无载调压配电变压器具备有载自动调压的功能。本发明也同样适用于10KV及以下电网的特种变压器的有载自动调压场合。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

图1是本发明实施例一定星点接线调压主接线方案的原理图。

图2是本发明实施例二动星点接线调压主接线方案的原理图。

图3是双继电器主控开关的组成结构原理图。

图4是双继电器主控开关的接线原理图。

图5是本发明高压侧内部结构示意图。

图6是本发明低压侧结构示意图。

图7是本发明的侧视结构示意图。

图8是双继电器主控开关的压降曲线图。

图9是双继电器主控开关分立运行功耗曲线图。

图10是双继电器主控开关合并后的运行功耗曲线图。

图11是低压区控制回路框图。

图12是高压区控制回路框图。

图13是控制板电源部分电路原理图。

图14是控制板采样部分电路原理图。

图15是CPU最小系统及控制驱动电路原理图。

图16是单相交流固态继电器与支撑绝缘板的连接结构示意图。

图17是图16的主视结构示意图。

图18是图17的侧视图。

附图标记：1-高压侧绝缘子、2-低压侧绝缘子、3-绝缘板、4-变压器高压侧绕组三相线、5-变压器铁芯、6-变压器三相绕组、7-双继电器主控开关、8-分接开关、9-高压区控制回路的电路板、10-三相SSR执行回路和三相TCK执行回路的电路板、11-低压区控制回路的电路板、12-光电隔离器、13-变压器油箱、14-接线端子、15-金属散热板。

SSR-单相交流固态继电器、TCK-单向磁保护继电器、RP-可变电阻、SSR1-一档单相交流固态继电器、SSR2-二档单相交流固态继电器、SSR3-三档单相交流固态继电器、SSR3-四档单相交流固态继电器、SSR3-五档单相交流固态继电器、SSRK-常闭型固态继电器(也称看门桩开关)、TCK1-一档单相磁保护继电器、TCK2-二档单相磁保护继电器、TCK3-三档单相磁保护继电器TCK3-四档单相磁保护继电器、TCK3-五档单相磁保护继电器。

具体实施方式

参见图1-4所示，这种配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，包括变压器油箱(13)、油箱内的变压器铁心(5)和变压器三相绕组(6)，变压器三相绕组的输入端和输出端分别与变压器油箱上面的高压侧绝缘子(1)和低压侧绝缘子(2)连接，变压器三相绕组(6)的抽头与主控开关及控制系统连接。参见图3，主控开关是由一个单相交流固态继电器(SSR)和一个单相磁保护继电器(TCK)并联而成的双继电器主控开关(7)，其一端分别接入变压器高压侧绕组三相线(4)的任一调压档级分接抽头。

实施例一的定星点三档调压接线方案参见图1，各双继电器主控开关(SSR和TCK并联)与变压器高压侧绕组相应档级上的分接抽头(7)连接，另一端作为星点并联在一起。变压器的调压档级为三级或选用其它奇数档级，在变压器高压绕组的中位调压档(即二档)的三个分接抽头上与三个二档单相交流固态继电器(SSR2)分别并联一个常闭型固态继电器(SSRK)作为看门桩开关，组成看门桩控制单元，看门桩控制单元的执行受控于看门桩控制回路，它的上一级与三相准指令发生器相连接，其它调压档级分接抽头连接的单相交流固态继电器为常规的常开型。三档以上调压接线方案参照实施例一设计。

实施例二的动星点五档调压接线方案参见图2，变压器高压侧绕组三相线(4)的相同调压档级抽头上的五个双继电器主控开关(7)的另一端并联在一起。变压器的调压档级为五档或选用其它奇数档级，在变压器高压绕组的中位调压档(即三档)分接抽头上与三个三档单相交流固态继电器(SSR3)分别并联一个常闭型固态继电器(SSRK)作为看门桩开关，组成看门桩控制单元，看门桩控制单元的执行受控于看门桩控制回路，它的上一级与三相准指令发生器相连接，其它调压档级分接抽头连接的单相交流固态继电器为常规的常开型。五档以上调压接线方案参照实施例二设计。

参见图5、6、7，三相SSR执行回路和三相TCK执行回路的电路板(10)、低压区控制回路的电路板(11)、高压区控制回路的电路板(9)和光电隔离器(12)全部安装在配电变压器油箱(13)内的变压器铁心和变压器三相绕组周围。上述分接开关(8)的把手位置处设置了多功能转换开关。

参见图11，是低压区调压指令发射单元原理框图。低压区控制回路包括取自变压器低压侧的电源、电压采样比较回路、电流采集与保护检测输入回路、CPU指令生成及保护闭锁单元、准指令输出单元和预调指令输出单元。

参见图12，是高压区调压指令接收与执行电路框图。高压区控制回路包括取自变压器铁芯自绕制绕组的电源、监压、监流保护回路、三相TCK执行回路、综合指令交换器、三相准指令发生器、看门桩单元和三相SSR执行回路。

低压区控制回路与高压区控制回路之间设有光电隔离器(12)。

参见图15，单片机控制系统中的单片机型号为ATMEGA8535，是一个用于测量、判断、控制电路和光电收、发及执行回路，实现有载自动调压的功能的AVR高速嵌入式单片机。

本发明的有载自动调压动作过程：未送电时的变压器有载自动调压装置的所有元、器件都处于静止状态，看门桩开关(SSRK)也早已自动地在规定档位(中位调压档)抽头处把三相高压绕组与星点接通。当遇电网未断开的变压器上突然来电(自起动)时，或是人工使用操作杆逐相推上跌落熔断器的操作时，变压器都能正常启动转入运行；低压区主控制回路电源和取样电压的采集(如图14)，采样、判断、指令发布由CPU主控制板完成(见图15)。当变压器送电3秒钟后，主控制回路电源自动启动开始采样工作；5秒钟后位于高压区的指令接受、执行回路电源自动启动，同时，各相中位档上的单相交流固态继电器开关先导通，与其并联的看门桩开关(SSRK)断开与星点的连接。至此，本发明的启动过程全部结束，整个系统已作好自动调压的准备。

下面以单相绕组(设A相)调压档级之间的调压转换过程为例，说明本发明的调压动作原理(见图1)：

当电网电压偏离基准电压值(±2.5％Ue)5s-7s(躲开电压波动)时，低压区的控制板发出预调指令，处于运行状态的TCK1(节能支路开关)立即断开，1秒钟后CPU发出准调压指令，处于运行状态的SSR1开关与欲投入档的SSR2开关立即翻转换位，(即：SSR2导通，新调入档位转入运行；SSR1断开，原运行档位退出待命，)1秒钟后TCK2导通，新调入档位进入节能运行状态，变压器的二次侧电压将随调压方向发生相应变化。此时，本发明完成了一次有载自动调压的过程。

当下一次调压时，仍由控制板发出预调指令，让处于运行状态的TCK2先断开，待1秒钟后CPU发出准调压指令，使处于运行状态的SSR2与欲投入档的SSR3立即翻转换位，(即：SSR3导通，新调入档位转入运行；SSR2断开，原运行档位退出待命，)1秒钟后TCK3导通，新调入档位进入节能运行状态……三绕组的其它两个相别(B、C相)的调压指令的发出、执行与基准相(A相)的对应档级开关的动作依次滞后120°，(滞后时间6.67ms)。本发明就是在如此反复的过程中，完成着变压器有载自动稳压的任务。

若在调压前或当调压过程中出现外部异常情况时，装置的保护功能将即刻启动，去闭锁程序(在两个SSR换档的翻转瞬间除外)，暂停调压，待电网恢复正常后继续执行调压指令。当调压前或在调压过程中出现内部控制异常情况时，装置的保护功能也将即刻启动，去闭锁程序(在两个SSR换档的翻转瞬间除外)，暂停调压，等待装置恢复正常后自动转入工作，或需人工检修后方可投入运行。当装置内部高压区控制电路无电源故障后，装置会将变压器自动置于中位调压档位置，此时暂处于不调压运行状态。双继电器主控开关的压降曲线图参见图8。双继电器主控开关分立运行功耗曲线图参见图9。

本发明在原无励磁分接开关的把手位置处设置了多功能转换开关，若故障的装置不能将变压器自动地置于中位调压档位置时，用户可在检修人员到达检修现场之前自行将该转换开关调整到I“试验/手动运行”位置。这样，仍能使调压装置故障的变压器继续向用户供电。

本发明的性能参数：

1、适应范围：在可能需要的调压范围内的所有10KV及以下配电变压器和10KV及以下特种变压器的多档级调压。

2、调压范围：

a、3个档级即：Ue±5％(非标准)适应于个别普通用户对电压波动无严格要求的现役配电变压器的现场改造。

b、5个档级即：Ue2×±2.5％适应于大多用户的现役配电变压器的改造，为新型号变压器的标准档级。

c、7个及以上档级即：3×±2.5％Ue、4×±2.5％Ue、5×±2.5％Ue…适应于对电压波动有较高要求的企业用户的变压器改造(可按使用现场需要扩展)和特种变压器使用场合。

3、调压波动率：三档级的级间为Ue±5％/s(非标准)、五档级及以上的级间均为Ue±2.5％/s。

4、最大稳压偏差：±2.5％Ue(5档级以上)；±5％Ue(3档级，非标准)。

5、调压动作时间：≤2.5s(自发出“预调指令”到调档结束)。

6、躲开电压波动时间：5s-10s。

7、最小调压间隔时间：1min-10min(可按现场情况设定)。

8、换档瞬间波形状态：无环流、无冲击、无谐波；换档过度平滑，正弦波形自然、流畅、无变异。

9、控制回路功耗：≤2W。

10、三相调压回路额定总功耗：ΔP_∑e＝3I² _e×0.05∩＝(W)

(以100KVA的配变为例，其三相调压回路额定电流下的总功耗为：ΔP_∑e＝3×5.77²A×0.05＝4.99W)。

11、原分接开关档位功能改设为(新型号及特种变压器除外)；I“试验/手动运行”位置；原II档变为“空挡或双备份控制”；原III档变为“自动调压”位置。

12、装置在以下情况下不调压：

a、电压出现异常时(过高或过低)；

b、当变压器低压侧的电流值≥2Ie时；

c、当变压器电源侧缺相时。

参见图16-18，由于绝缘板3上的SSR开关，不管有多少个，其在任何时刻，都只有一个能导通，所以在每块绝缘板3上均安装一块公用的金属散热板15，单相交流固态继电器SSR的接线端子14安装在金属散热板15上。

Claims (8)

1.一种配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，包括变压器油箱(13)、油箱内的变压器铁心(5)和变压器三相绕组(6)，变压器三相绕组的高压端和低压端分别与变压器油箱上面的高压侧绝缘子(1)和低压侧绝缘子(2)连接，变压器三相绕组(6)的调压档级分接抽头与主控开关及控制系统连接，其特征在于：

主控开关是由一个单相交流固态继电器(SSR)与一个单相磁保护继电器(TCK)并联而成的双继电器主控开关(7)，变压器三相绕组(6)的调压档级分接抽头分别与各自的主控开关一端连接，主控开关的另一端点与高压侧绕组的星点连接，或与调压同档级各相主控开关的星点相互连接；

变压器的调压档级均选用奇数级，在变压器高压绕组的中位调压档分接抽头上与单相交流固态继电器并联一个常闭型固态继电器作为看门桩开关(SSRK)，组成看门桩控制单元，看门桩控制单元的执行受控于看门桩控制回路，它的上一级与三相准指令发生器相连接，其它调压档级分接抽头连接的单相交流固态继电器为常规的常开型；

单相交流固态继电器(SSR)的控制极与处于高压区控制回路中的三相SSR控制回路连接，三相SSR控制回路连接控制系统中的三相准调压指令发生器单元；

单相磁保护继电器(TCK)的控制极与处于高压区控制回路中的三相TCK控制回路连接；

上述控制系统中单片机CPU的信号输入端输入取自变压器低压侧电压采样比较回路和电流采集、保护检测输入回路的电压、电流变化信号；控制系统中单片机CPU的信号输出端进光电隔离器到综合指令变换器、经变换的电指令信号分为两路：一路是预调指令信号直接到三相TCK控制回路去执行预调任务，另一路是准指令信号进入基准指令发生器单元，经整合后的基准指令再进入三相准指令发生器，最后通过三相SSR控制回路去执行调压任务；

控制系统由低压区控制回路和高压区控制回路组成，高、低压区之间的信息传递由光电隔离器完成；

在控制系统的低压区控制回路处于高电位时，三相SSR执行回路和三相TCK执行回路导通，去接通相应的高压绕组分接抽头；

在控制系统的低压区控制回路处于低电位时，三相SSR执行回路和三相TCK执行回路截止，去关闭相应的高压绕组分接抽头；

当电压偏离基准电压值时，低压区控制回路的单片机CPU先发出预调指令，使运行状态的单向磁保护继电器立即断开；单片机CPU紧接着发出准调压指令，使处于原运行档位的A相中的单相交流固态继电器断开，同时新换档位的单相交流固态继电器导通，紧接着新换档位的单向磁保护继电器导通，原运行档位退出待命，新换档位加入运行；同档级的B相和C相的调档执行动作与A相依次滞后120°，完成一次有载自动调压。

2.根据权利要求1所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：上述单向磁保护继电器(TCK)与一个可变电阻(RP)串联。

3.根据权利要求1或2所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：上述低压区控制回路包括取自变压器低压侧的电源、电压采样比较回路、电流采集与保护检测输入回路、CPU指令生成及保护闭锁单元、准指令输出单元和预调指令输出单元。

4.根据权利要求1或2所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：上述高压区控制回路包括取自变压器铁芯自绕制绕组的电源、监压、监流保护回路、三相TCK控制、执行回路、综合指令交换器、基准指令发生器、三相准指令发生器、看门桩控制执行单元和三相SSR控制、执行回路。

5.根据权利要求1或2所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：上述控制系统中的单片机CPU是一个用于测量、判断、指令生成即预调指令和调压准指令及光电指令输出，继而实现有载自动调压功能的AVR高速嵌入式单片机。

6.根据权利要求1或2所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：低压区控制回路的电路板(11)、和光电隔离器(12)全部安装在配电变压器油箱(13)内的变压器铁心和变压器三相绕组周围的有效空间内，或底座槽钢的凹陷空间内。

7.根据权利要求1或2所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：上述高压区控制回路的电路板及三相SSR执行回路和三相TCK执行回路的电路板(10)置于变压器三相绕组之间间隙的绝缘板(3)上。

8.根据权利要求7所述的配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，其特征在于：在上述绝缘板(3)上均安装一块公用的金属散热板(15)，单相交流固态继电器(SSR)的接线端子(14)安装在金属散热板(15)上。

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