CN101430966A - 晶闸管直接切换有载分接开关 - Google Patents

Abstract

晶闸管直接切换有载分接开关，包含一切换开关回路，其特征在于，所述切换开关回路包含一在变压器电流过零点时实现分接之间电流切换的晶闸管直接切换回路。本发明晶闸管直接切换有载分接开关在变压器电流的同一过零点开断原分接和接通新分接的负载电流，不会产生电弧；不存在开关的触头电弧烧损问题，切换开关的电寿命不受切换次数的限制。有较高的快速性能，也为其他元件提供了较低的温度环境。不存在开关油室内的变压器油因切换电弧烧损而变质，减轻了变压器油过滤和换油的工作量和节省油料，切换开关可与变压器共用油箱。

Description

晶闸管直接切换有载分接开关

背景技术

本发明涉及变压器有载分接开关技术领域，特别涉及晶闸管直接切换有载分接开关。

背景技术

有载分接开关是电力调压变压器和工业调压变压器的一种重要组件。在变压器不中断负载电流的情况(即有载情况)下进行分接头的调整，改变变压器的匝数比，从而调整变压器的输出电压。

有载分接开关自八十多年以前由美国人和德国人研制成功以来，基本上是采用机械开关触头进行切换的传统机械式触头产品，这类有载分接开关产品存在着如下问题：

1.切换开关的机械触头在有载开断时产生拉弧，容易造成触头烧损和电寿命短，同时也容易发生供电事故。

2.切换开关触头产生的拉弧容易污染切换开关油室内的变压器油，缩短了保养周期，增加了维修工作量和维修产生的物质损耗。

为了解决上述有载分接开关所存在的问题，本案申请人开发一种切换开关采用真空泡的有载分接开关，将触头产生的拉弧控制在真空泡内，但是这种切换开关采用真空泡的有载分接开关仍然存在着如下问题：

1.使用弹簧储能快速机构实现分接切换，弹簧储能机构是限制有载分接开关机械寿命的主要因素，也是最易出现机械故障的部件。

2.有电寿命短、快速性能差、可靠性不高、维护量大等弱点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一组晶闸管直接切换有载分接开关，以解决传统有载分接开关所存在的有载开断时产生拉弧、电寿命短、快速性能差、可靠性不高和维护量大等问题。

本发明所要解决的技术问题可通过以下技术方案来实现：

晶闸管直接切换有载分接开关，包含一切换开关回路，其特征在于，所述切换开关回路包含一在变压器电流过零点时实现分接之间电流切换的晶闸管直接切换回路。

在本发明中，所述晶闸管直接切换回路还包括一用于检测变压器电流过零点采样用的电流传感器件，以给晶闸管提供触发信号。所述电流传感器件为电流互感器。

所述晶闸管直接切换回路起直接切换作用的是一晶闸管反并联交流开关。

在本发明的晶闸管直接切换有载分接开关中，用反并联的晶闸管作为切换开关，用机械触头作为通流开关，机械开关的动触头按升/降压指令由电动操作机构驱动；晶闸管门极在触发信号作用下，使晶闸管开关在变压器电流过零点时实现分接之间电流的切换。

本发明晶闸管直接切换有载分接开关在变压器电流的同一过零点开断原分接和接通新分接的负载电流，不会产生电弧；不存在开关的触头电弧烧损问题，切换开关的电寿命不受切换次数的限制。有较高的快速性能，也为其他元件提供了较低的温度环境。不存在开关油室内的变压器油因切换电弧烧损而变质，减轻了变压器油过滤和换油的工作量和节省油料，切换开关可与变压器共用油箱。

附图说明

图1为本发明晶闸管组合式直接切换有载分接开关的切换主电路原理图；图1中：K1、K2为机械通流开关定触头，CT为电流互感器，X为分接公共端，It为变压器电流，V1、V2为晶闸管反并联交流开关。

图2为本发明晶闸管复合式直接切换有载分接开关的切换主电路原理图；图2中：K为通流机械开关动触头，K1′、K2′为过渡机械开关动触头，CT为电流互感器，X为分接公共端，It为变压器电流，V1、V2为晶闸管反并联交流开关，n-1、n、n+1为分接定触头。

图3为本发明晶闸管直接切换有载分接开关的控制和触发电路框图；图3中：C为控制电路，SIt为变压器电流传感器，SQ为动触头位置传感器，T为晶闸管门极触发电路，Usc为控制电路自检输出电压，Uc为控制电路用的直流电源电压，Ut为触发电路用直流电源电压。

图4为本发明晶闸管直接切换有载分接开关的监控和电源电路框图；图4中：S为电源电路，SS为切换短路检测电路，L为闭锁升/降压电路，SIs为切换电流互感器，L/E为光/电转换电路，Us为级电压，OC为光缆，Usc为控制电路自检输出电压，Uc为控制电路用的直流电源电压，Ut为触发电路用直流电源电压。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

本实施例所要阐述的是晶闸管直接切换有载分接开关为晶闸管组合式直接切换有载分接开关，其切换开关回路包含一在变压器电流过零点时实现分接之间电流切换的晶闸管直接切换回路。

参见图1，在单数分接和双数分接的定触头上都接有晶闸管直接切换回路。切换时，必须在变压器电流过零点附近的时刻接通新分接上晶闸管开关的门极电路；必须在该过零点之前(本实施例选在90°电角度附近的时刻)断开原分接上晶闸管的门极电路。为此，必须检测变压器电流的过零点和用电子开关控制晶闸管的门极。本实施例采用电流互感器用于检测变压器电流过零点采样。

为了实现上述切换过程和保证可靠运行，晶闸管组合式直接切换电路主要采用如下构件：

1、机械通流开关定触头K1、K2，用于通过单数或双数分接的变压器电流；

2.晶闸管反并联交流开关V1和V2，其中还包含晶闸管的保护元件；用于有载切换。

3.变压器电流过零点检测用电流互感器CT。在I和II之间引出级电压Us作为控制电源。

4.机械开关动触头位置传感器(见图3中的SQ)：采用霍尔开关和磁钢构成的接近式检测装置。

5.控制电路和触发电路(参见图3)：控制电路C由微电子元件构成，用于检测变压器电流过零信号和机械开关动触头位置信号，输出晶闸管的触发开门信号和运行状态的控制电路自检输出电压Usc。晶闸管门极触发电路T由MOSFET、光电隔离元件和脉冲变压器等构成，用于依据晶闸管的触发信号控制晶闸管开通。控制电路用的直流电源电压Uc来自电源电路。

6.监控电路和电源电路(参见图4)：监控电路由切换短路检测电路SS、闭锁升/降压电路L、切换电流互感器SIs、光/电转换电路L/E和光缆O???C等构成。用于检测控制电路、电源电路和切换主电路的运行状态。当发生异常时，发出以下两种保护动作信号，通过光缆从高压电路上传输到电动操作机构箱：一是发生主电路过电流、低电压或控制电路、电源电路等发生异常情况，发出闭锁升/降压的控制信号。二是当发生切换短路的严重故障时，发出变压器分闸的控制信号。电源电路由变压器和整流、稳压等元件构成，用于把变压器的级电压转换成控制、触发和监控电路需要的直流电源。

图1中的K1→K2切换过程如下：

初始状态：K1处于通态，从分接I经过K1到X端流通变压器电流It；V1被K1短接不会有电流流过；V2未开门，没有电流流过，但承受级电压。

K1→K2切换：当K1上的动触头移动后V1的门极被打开；当动触头移动到离开定触头K1后，It由V1支路接续，K1开断时不会产生电弧；从动触头离开K1后查到It的过零点开始计时；当计时到It正弦波90°电角度时断开V1的门极，但V1主电路的It不会被断开，因晶闸管是半控元件；至下一个过零点时V1关断，此时打开V2的门极，It从分接II经V2支路到X端流通；待到动触头与K2接通时刻，因V2已处于通态也不会产生电流冲击；K2接通后It从II分接经K2到X端通流，此后断开V2的门极电路；当动触头移到K2上的停位后切换过种结束。

实施例2

本实施例所要阐述的是晶闸管复合式直接切换有载分接开关(参见图2)。在两个过渡动触头上都接有晶闸管开关支路。在切换过程中，当出现动触头已经移动到一个过渡动触头与原分接定触头接通，并经该支路上的晶闸管通过变压器的电流；另一个过渡动触头与新分接定触头接通但该支路上晶闸管未接通的情况就可进行切换。切换时，必须在变压器电流过零点附近的时刻接通新分接上晶闸管开关的门极电路；必须在该过零点之前(本实施例选在90°电角度附近的时刻)断开原分接上晶闸管开关的门极电路。

参见图2，为了实现上述切换过程和保证可靠运行，晶闸管复合式直接切换电路主要采用如下构件：

1、通流机械开关动触头K；

2、过渡机械开关动触头K1′、K2′；K、K1和K2可在与各分接头连接的定触头n-1、n、n+1上滑动，构成机械开关；

3、晶闸管反并联交流开关V1和V2，其中还包含晶闸管的保护元件；

4、电流互感器CT：用于变压器电流It过零点的采样(对应图3中的SIt)；

5、动触头在导轨上滑动，用以引出分接公共端X。

6.机械开关动头位置传感器(见图3中的SQ)。

7.控制电路和触发电路(参见图3)：控制电路C由微电子元件构成，用于检测变压器电流过零信号和机械开关动触头位置信号，输出晶闸管的触发开门信号和运行状态的控制电路自检输出电压Usc。晶闸管门极触发电路T由MOSFET、光电隔离元件和脉冲变压器等构成，用于依据晶闸管的触发信号控制晶闸管开通。控制电路用的直流电源电压Uc来自电源电路。

8、监控电路和电源电路(参见图4)：监控电路由切换短路检测电路SS、闭锁升/降压电路L、切换电流互感器SIs、光/电转换电路L/E和光缆OC等构成。用于检测控制电路、电源电路和切换主电路的运行状态。当发生异常时，发出以下两种保护动作信号，通过光缆从高压电路上传输到电动操作机构箱：一是发生主电路过电流、低电压或控制电路、电源电路等发生异常情况，发出闭锁升/降压的控制信号。二是当发生切换短路的严重故障时，发出变压器分闸的控制信号。电源电路由变压器和整流、稳压等元件构成，用于把变压器的级电压转换成控制、触发和监控电路需要的直流通电源。

控制电源从K1′和K2′端之间引入级电压。当动触头处于图2中的位置附近时得不到级电压，但这也无妨，因在此位置附近不发生切换；只要K移动到切换位置范围内，就可得到级电压。

参见图2说明从n分接切换到第n+1分接的过程：

初始位置：K处于n分接定触头仃位上，变压器电流It从n分接经K到X；此时V1和V2支路都不通流，K1′和K2′端之间也得不到控制电源。

n→n+1切换：当动触头向右移动到K1与n分接定触头、K2与n+1分接定触头接通后，K1′和K2′端之间已经得到第n和第n+1分接间的级电压作为控制电源；其后打开V1的门极；当K移动到与n分接定触头开断位置时由V1接续通流，K1的开断不会产生电弧；在此时之后查到It的过零点开始计时；当计时到It正弦波90°电角度时关断V1的门级；当到It的下一个过零点时V1关断，同时打开V2的门极，It从n+1分接经K2、V2到X端流通；当K到达n+1分接定触头接通的位置后接续V2流通It，此后关断V2的门极；当K到达n+1分接定触头上停位后，n→n+1分接切换过程结束。

上述实施例1和实施例2具有如下特点：

1、用机械开关长期通流；用晶闸管开关无电弧切换，晶闸管可不装散热器；它们各自都扬长避短。

2、采用电流互感器等电流传感器件检测变压器电流的过零点，采用位置传感器检测动触头的位置，用电子电路进行处理和功率放大，用分接间的级电压作控制电源，驱动晶闸管开关在变压器电流的过零点时实现直接切换，不再使用传统有载分接开关的过渡电阻或电抗元件。

3、采用多种保护和抗干扰手段，选用宽工作温度的元器件，以提高产品的工作可靠性。

4、采用多种自检手段监测电路的工作状态，通过光缆把信息传输到低压电路，提高产品的可靠性。

本发明的晶闸管直接切有载分接开关与现有机械开关电阻或电抗过渡切换有载分接开关比较有如下优点：

1、切换时机械开关触头无电弧烧损，有载分接开关的电寿命不受切换次数的限制。

2.减少了维护和保养的工作量和成本。

3.提高了有载分接开关的快速性。

4.有较为完善的监控性能，提高有载分接开关的工作可靠性；电力产品的电子化对电力网的运行有利。

Claims (4)

1.晶闸管直接切换有载分接开关，包含一切换开关回路，其特征在于，所述切换开关回路包含一在变压器电流过零点时实现分接之间电流切换的晶闸管直接切换回路。

2.根据权利要求1所述的晶闸管直接切换有载分接开关，其特征在于，所述晶闸管直接切换回路还包括一用于检测变压器电流过零点采样用的电流传感器件，以给晶闸管提供触发信号。

3.根据权利要求2所述的晶闸管直接切换有载分接开关，其特征在于，所述电流传感器件为电流互感器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的晶闸管直接切换有载分接开关，其特征在于，所述晶闸管直接切换回路起直接切换作用的是一晶闸管反并联交流开关。

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