CN101325124A - 一种有载调压变压器分接开关及其应用的调压变压器 - Google Patents
一种有载调压变压器分接开关及其应用的调压变压器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种有载调压变压器分接开关，包括：单分接开关控制器，与电压调节控制器连接；第一双向开关，一端与所述单分接开关控制器连接，另一端通过第一滤波器与所述调压变压器连接；第二双向开关，一端与所述单分接开关控制器连接，另一端通过第一滤波器与所述调压变压器连接；第一滤波器，连接在所述第一、第二双向开关和调压变压器之间；所述第一、第二双向开关之间相互连接，用于通过所述第一、第二双向开关的通断情况的变化来控制所述调压变压器的原边或副边匝数的变化。本发明可以实现电压连续快速调节，并且无谐波，无电弧，无动作机构，电子开关数量少，因此具有结构简单，易于控制，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及变压器领域，特别是涉及一种调压变压器分接开关及包含有该调压变压器分接开关的调压变压器。
背景技术
运行中的配电变压器，由于一次侧电压(电网电压)、负载大小和性质的变化，二次侧电压可能会有较大的变化。我国配电变压器覆盖35kV以下电压等级，为了使负载电压维持在规定范围(±5％UN)，保证用电设备的正常需要，必须对配电变压器进行调压。目前农网用配变基本采用无载调压方式。无载调压要求其分接开关必须在配电变压器一次侧和二次侧均与电网断开的情况下，才能允许进行调压。无载调压除了具有价格优势以外，存在的问题有：
(1)不能随电网电压变化而自动有载调压，且停电调分接开关后须测直流电阻；
(2)电压调整范围一般为3档，实际波动范围较大；
(3)由于不能实时调节，电压过高过低时严重危害用电设备；
(4)自动补偿电容器，因有电压保护，在峰谷时段几乎不能投入。
采用有载调压变压器后可随电网电压变化而自动有载调压，调后无须测直流电阻，调压范围大(目前常用九档为±10％)。
变压器有载调压的基本原理是从变压器某一侧(一般为高压侧)的线圈中引出若干分接头，通过有载分接开关，在不切断负荷电流的情况下，由一个分接头切换至另一分接头，以变换有效匝数，达到调节电压目的。有载调压变压器实际由二部分构成，一部分是变压器本体，与通常变压器不同的是引出多个抽头，另一部分是有载分接开关，可分别由不同厂家供货再组装。
目前变压器有载调压的实现方式可分为传统机械式、机电混合式、全电子开关式和辅助线圈式等四种类型。四种方式的优缺点见表1。
表1
| 型式 | 机械式 | 机电混合式 | 全电力电子开关式 | 辅助线圈式 |
| 动作速度 | 慢 | 慢 | 快 | 快 |
| 动作频率 | 低 | 低 | 快 | 快 |
| 调压等级 | 有级 | 有级 | 有级 | 有级或连续 |
| 电弧 | 有 | 可限制 | 无 | 无 |
| 谐波含量 | 少 | 少 | 少 | 多 |
| 电子开关失控后果 | 无影响 | 无影响 | 影响大 | 影响大 |
| 额定特性 | 高 | 较高 | 低 | 低 |
| 绝缘 | 高 | 较高 | 低 | 低 |
| 开断容量 | 高 | 较高 | 低 | 低 |
| 经济性 | 高 | 较高 | 不高 | 较高 |
由表1可以看出，机械式分接开关的主要问题是分接开关进行分接头切换时会产生电弧，烧蚀触头，所以动作次数受限，增加维护量。机电混合式分接开关的切换过程以电动操作机构为本体，带动动触头移动，实现分接接头切换，但存在机械部件操作时间长的缺点。全电子开关式有载分接开关的基本特点是变压器仍然存在多个抽头，每个抽头都连接一只电子开关(一般采用双向晶闸管或两只晶闸管反并联构成)，或一只电子开关与一只机械开关并联，所有分接头开关的另一侧接至公共输出端，其优点是去掉了电动操作机构，无动触点。该方案的典型问题是需用电子开关数量多。辅助线圈式有载分接开关如图1所示。该方案利用主变T1的第三绕组产生附加电压，经电子开关S1、辅助变压器T2将附加电压串联到主电源，附加电压基波幅值通过对S1移相控制调节，S2为变压器T2提供续流通路，该方案的不足是晶闸管移相控制产生谐波。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压连续快速调节、无谐波、无电弧、无动作机构、电子开关数量少的分接开关，特别是提供一种有载调压变压器分接开关及包含有该调压变压器分接开关的调压变压器。
为达到上述目的，一方面，本发明的技术方案提供一种有载调压变压器分接开关，包括：单分接开关控制器，与电压调节控制器连接，用于根据所述电压调节控制器产生的脉冲信号控制第一、第二双向开关换流切换；第一双向开关，一端与所述单分接开关控制器连接，另一端通过第一滤波器与所述调压变压器连接；第二双向开关，一端与所述单分接开关控制器连接，另一端通过第一滤波器与所述调压变压器连接；第一滤波器，连接在所述第一、第二双向开关和调压变压器之间，用于使所述调压变压器输出电压、电流维持正弦波形；所述第一、第二双向开关之间相互连接，用于通过所述第一、第二双向开关的通断情况的变化来控制所述调压变压器的原边或副边匝数的变化。
其中，所述第一双向开关是由两只IGBT采用反串联方式构成。
其中，所述第二双向开关是由两只IGBT采用反串联方式构成。
其中，所述调压变压器分接开关还包括：第二滤波器，与所述第一、第二双向开关连接，用于使所述调压变压器输出电压、电流维持正弦波形。
其中，所述调压变压器分接开关还包括：电流互感器，分别与所述单分接开关控制器和第二滤波器连接，用于采样主回路电流信息，并将所述主回路电流信息传送给所述单分接开关控制器。
其中，所述第一滤波器是由电感、电容构成的二阶滤波器。
其中，所述第二滤波器是由电感、电容构成的二阶滤波器。
另方面，本发明的技术方案提供一种单相调压变压器，包括一个上述调压变压器分接开关，与所述单相调压变压器连接，用于控制所述单相调压变压器调压。
再方面，本发明的技术方案提供一种三相调压变压器，包括：三个上述调压变压器分接开关，通过Y型接线方式与所述三相调压变压器连接，用于控制所述三相调压变压器调压。
再方面，本发明的技术方案提供一种三相调压变压器，包括：三个上述调压变压器分接开关，通过角型接线方式与所述三相调压变压器连接，用于控制所述三相调压变压器调压
上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：本发明可以实现电压连续快速调节，并且无谐波，无电弧，无动作机构，电子开关数量少，因此具有结构简单，易于控制，成本低的优点。
附图说明
图1现有技术中辅助线圈式调压装置；
图2本发明实施例的一种单相无级调压变压器及单只调压变压器分接开关示意图；
图3本发明实施例的一种调压变压器分接开关控制器输出触发脉冲形成原理示意图；
图4本发明实施例的一种电压调节控制器输出脉冲形成原理示意图；
图5本发明实施例的一种调压变压器分接开关用于三相无级有载调压变压器原边Y型接线示意图；
图6本发明实施例的一种调压变压器分接开关用于三相无级有载调压变压器原边角型接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提出一种无级无弧有载调压变压器分接开关(以下简称分接开关)方案，可以克服现有技术的缺点，达到电压连续快速调节、无谐波无电弧、无动作机构、电子开关数量少等目标。设计的分接开关不仅可用于配电变压器，只要合理选择分接开关耐压和功率等级，也可用于高电压等级变压器调压。有载调压变压器由于原边电流较小，分接开关一般接在有载调压变压器的原边，通过调节原边电压间接调节副边电压，如果为了降低分接开关电压耐量，也可接于有载调压变压器的副边。
本发明包括一个分接开关单元，该单元由两个滤波器、斩控单元(即第一、第二双向开关)和控制器组成。单相变压器调压可使用一只分接开关，当用于三相变压器调压时需使用三只分接开关。根据需要，分接开关可工作于变压器原边或副边及变压器Y型或角型接线方式。
图2本发明实施例的一种单相无级调压变压器及单只调压变压器分接开关示意图。图2中虚线框表示调压变压器分接开关，包括第一、第二滤波器F1和F2、四只全控开关和单分接开关控制器，其中四只全控开关可采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型功率管)等全控型电力电子器件，并采用反串联方式构成两只双向开关，即第一、第二双向开关T1、T2。单分接开关控制器通过电流互感器CT采样主回路电流i，根据电流i的方向和电压调节控制器送来的脉冲给定信号P控制四只全控器件的触发。全控型电力电子器件T11和T12构成第一双向开关T1、全控型电力电子器件T21和T22构成第二双向开关T2。第一开关T1的两端分别与第一、第二滤波器F1和F2连接，第二开关T2的两端也分别与第一、第二滤波器F1和F2连接，且第一、第二开关之间也进行连接。当T1导通、T2关断时，变压器原边匝数少，副边输出电压高；当T1关断、T2导通时，变压器原边匝数多，副边输出电压低；当T1和T2按一定占空比并按一定周期(载波周期)轮流导通时，通过在0％-100％之间(设0％对应T1导通T2关断，100％对应T1关断T2导通)调节占空比，即可使变压器输出电压在最低值和最大值之间连续调节。分接开关输出的电压电流仅含载波频率整倍次谐波，通过提高载波周期并增加滤波器F1和F2，可使变压器输出电压电流维持正弦波形。滤波器F1和F2可由电感L和电容C构成二阶滤波器。两个双向开关T1和T2切换必须按一定时序进行，否则会导致变压器绕组开路或短路。
图3给出了四只单向开关换流示意图。四只单向全控型电力电子器件T11、T12、T21和T22的切换时序根据回路电流方向和脉冲给定P，可分为四种状态，采用一种称为四步换流法的换流方式实现四个单向开关的切换。图3给出了四种状态(state＝1-4)及四个单向全控型电力电子器件的触发脉冲形成原理示意图。以图3a状态1(state＝1)为例分析其工作原理，此时主回路电流i方向与图2所示相同，脉冲P要求T1向T2切换。t1时刻前T11和T12导通而T21和T22处于关断；t1时刻脉冲P上升沿出现，先关断T11；t2时刻开通T21；t3时刻关断T12；t4时刻开通T22完成T1向T2双向开关换流，其它三种状态可依此原理进行。
图4为电压调节控制器输出脉冲P形成原理示意图。设变压器最高输出电压为1，此时系统要求输出电压为Ur，利用载波周期为T、幅值为1的三角波对Ur进行调制，形成脉冲列P，作为单分接开关控制信号给定，如图2和图3所示。
图5为采用三只分接开关用于三相无级有载调压变压器原边Y型接线示意图。Y型接线方式属于本领域的公知常识，不再详细描述。三只分接开关单元共用电压调节控制器的输出脉冲P信号，并由内置单独控制器控制该分接开关内四只单向全控器件的换流。
图6为采用三只分接开关用于三相无级有载调压变压器原边角型接线示意图，工作方法与Y型接线相同。角型接线方式也属于本领域的公知常识，不再详细描述。
分接开关不仅可用于配电变压器，只要合理选择分接开关耐压和功率等级，也可用于高电压等级变压器调压。有载调压变压器由于原边电流较小，分接开关一般接在原边，通过调节原边电压间接调节副边电压，如果为了降低分接开关电压耐量，也可接于变压器副边抽头。
由以上实施例可以看出，本发明实施例可以实现电压连续快速调节，并且无谐波，无电弧，无动作机构，电子开关数量少，因此具有结构简单，易于控制，成本低的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种有载调压变压器分接开关，其特征在于，包括：
单分接开关控制器，与电压调节控制器连接，用于根据所述电压调节控制器产生的脉冲信号控制第一、第二双向开关换流切换；
第一双向开关，一端与所述单分接开关控制器连接，另一端通过第一滤波器与所述调压变压器连接；
第二双向开关，一端与所述单分接开关控制器连接，另一端通过第一滤波器与所述调压变压器连接；
第一滤波器，连接在所述第一、第二双向开关和调压变压器之间，用于使所述调压变压器输出电压、电流维持正弦波形；
所述第一、第二双向开关之间相互连接，用于通过所述第一、第二双向开关的通断情况的变化来控制所述调压变压器的原边或副边匝数的变化。
2、如权利要求1所述的有载调压变压器分接开关，其特征在于，所述第一双向开关是由两只IGBT采用反串联方式构成。
3、如权利要求2所述的有载调压变压器分接开关，其特征在于，所述第二双向开关是由两只IGBT采用反串联方式构成。
4、如权利要求3所述的有载调压变压器分接开关，其特征在于，所述调压变压器分接开关还包括：
第二滤波器，与所述第一、第二双向开关连接，用于使所述调压变压器输出电压、电流维持正弦波形。
5、如权利要求4所述的有载调压变压器分接开关，其特征在于，所述调压变压器分接开关还包括：
电流互感器，分别与所述单分接开关控制器和第二滤波器连接，用于采样主回路电流信息，并将所述主回路电流信息传送给所述单分接开关控制器。
6、如权利要求5所述的有载调压变压器分接开关，其特征在于，所述第一滤波器是由电感、电容构成的二阶滤波器。
7、如权利要求6所述的有载调压变压器分接开关，其特征在于，所述第二滤波器是由电感、电容构成的二阶滤波器。
8、一种包括权利要求1～7任一项有载调压变压器分接开关的单相调压变压器，其特征在于，包括：
一个所述调压变压器分接开关，与所述单相调压变压器连接，用于控制所述单相调压变压器调压。
9、一种包括权利要求1～7任一项有载调压变压器分接开关的三相调压变压器，其特征在于，包括：
三个所述调压变压器分接开关，通过Y型接线方式与所述三相调压变压器连接，用于控制所述三相调压变压器调压。
10、一种包括权利要求1～7任一项有载调压变压器分接开关的三相调压变压器，其特征在于，包括：
三个所述调压变压器分接开关，通过角型接线方式与所述三相调压变压器连接，用于控制所述三相调压变压器调压。
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