CN104094369B - 包括分接开关装置的变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括分接开关装置的变压器,其中,初级侧或次级侧可选地可借助所述分接开关装置调节,并且在变压器的要调节的一侧上设置主干绕组和可由所述分接开关装置接通的至少一个调节绕组。按照本发明,主干绕组分成两个主干绕组部分,并且所述至少一个调节绕组和将所述至少一个调节绕组接通的分接开关装置(3)电气式地设置在两个主干绕组部分(1、2)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括分接开关装置的变压器,所述分接开关装置用于在该变压器的调节绕组的各部分之间进行无中断地转换。
背景技术
用于在可调式变压器的各绕组抽头之间进行无中断地转换的分接开关装置多年以来是已知的现有技术。对应的需要进行调节的可调式变压器在初级侧亦或在次级侧具有分级的调节绕组。在变压器的要调节的一侧上的绕组大体上包括固定部分、即主干绕组和具有多个绕组抽头的实际的调节绕组。这例如在2000年公布的出版物“Axel用于电力变压器的有载分接开关(On-Load Tap-Changers for Power Transformers)”中进行了详细地解释。
因此已建立的现有技术是,要调节的可调节变压器在其要调节的一侧上具有主干绕组和与该主干绕组串联的分级的调节绕组。
据此较早的分接装置具有用于在调节绕组的各个绕组抽头之间进行转换的机械开关元件,多年以来已开发出真空开关元件。在最近最后也提出用于在这样的绕组抽头之间进行无中断地转换的半导体开关元件。这样的半导体开关元件具有很多优点;转换可以在没有机械构件的情况下进行,然而所述半导体开关元件相对于超电压相对敏感。在现有技术中,这样的半导体开关元件总是在测试变压器而暴露于雷电电压的情况下以及在电网的瞬态下(例如在切换SF6/真空断路器时)经受高负载。
发明内容
本发明的任务是给出一种包括分接开关装置的变压器,其中最小化在分接开关装置中使用的半导体开关元件的电负载。
该任务通过本发明按照权利要求1解决。从属权利要求涉及本发明的有利扩展方案。
本发明的基本构思是,将在变压器的要调节的一侧上的按照现有技术一体式的主干绕组分成两个相同的绕组部分并且在这些绕组部分之间设置调节绕组,而在所述调节绕组上又设置对应的分接开关装置。
本发明相对于现有技术提供了许多优点。首先,半导体开关元件可以不再被雷电电压波的全部幅值加载,因为一半主干绕组的相应阻抗被前置。由于主干绕组的准前置的部分也接收雷电电压波的一部分能量,因此开关元件的保护线路也可以具有较小的尺寸,这导致费用和空间的节省。此外也可以使用具有较小闭锁/反向电压的半导体开关元件,这是因为所述半导体开关元件主要应按照雷电电压负载、而不是按照耐受交流电压确定尺寸。
由于分成多部分的主干绕组的前置部分按照本发明如节流阀一样针对快速瞬态而作用在电源线上,因此所述半导体开关元件在该情况中也不被全部幅值和边沿陡度加载,这是因为各个绕组部分如前置的节流阀一样缓冲地作用。特别有利地,用于分成多部分的主干绕组的绕组设计对称地构造;由此最小化在短路情况中的力作用。按照本发明分成多部分的主干绕组的两个部分的制造可以有利地分配到各个位置上。
附图说明
接着要借助附图更详细地解释本发明。附图示出:
图1按照本发明的包括分接开关装置的变压器的第一实施形式;
图2本发明的另一种实施形式;
图3在按照图2的实施方式中可取得的电压级的表格;
图4本发明的第三实施形式。
具体实施方式
图1在本发明的第一实施形式中示出一种变压器,该变压器的初级侧和次级侧通过示意性表示的点划线彼此分开。在图左侧示出需要进行调节的初级侧。按照本发明设置分成多部分的主干绕组,其包括两个相同的主干绕组部分1、2。在各主干绕组部分之间设置通过虚线标示的分接开关装置3。在这里作为最简单的情况,分接开关装置3具有一个调节绕组4,该调节绕组由电桥形式的开关元件S包围。作为开关元件S例如可使用反并联晶闸管对、IGBT或类似物的半导体开关元件。在本发明的该最简单的情况中,调节绕组4可被接通或可被切断。在这里还示出开关5、所谓的黑启动开关,该开关保证变压器在调节器失效或半导体开关元件失效时也可以继续运行。在右侧表示次级线圈6。以附图标记7和8表示初级侧上的整个绕组结构的始端和末端。
图2示出本发明的进一步改进的实施形式。在这里分接开关装置3包括调节绕组W1、W1、W3的多个部分。分接开关装置3在这里包括三个单独的模块M1、M2、M3。第一模块M1具有第一部分绕组W1以及在其两侧的两个桥接路径,这两个桥接路径分别具有包括两个半导体开关元件S1.1和S1.2或S1.3或S1.4的串联电路。分别在所述两个串联的开关元件之间设置有中心抽头M1.1或M1.2。各个半导体开关元件在这里并且也在后续附图中仅示意性作为简单的开关示出。所述半导体开关元件在实际中具有并联的晶闸管对、IGBT或其他半导体开关元件。所述半导体开关元件也可以分别具有多个这样的单独的半导体开关元件的串联或并联电路。
一个中心抽头M1.2与主干绕组部分2电连接。另一个中心抽头M1.1与第二模块M2的一个中心抽头M2.1处于连接。该第二模块M2相同地构造;该第二模块同样具有部分绕组W2以及分别包括两个半导体开关元件S2.1和S2.2或S2.3和S2.4的两个串联电路。同样在各串联电路之间再次设置中心抽头M2.1和M2.2。一个中心抽头M2.1与第一模块M1的接线已作解释;第二中心抽头M2.2本身与第三模块M3的一个中心抽头M3.2连接。
第三模块M3也相同地构造。该第三模块也具有部分绕组W3以及包括半导体开关元件S3.1和S3.2或S3.3和S3.4和处于各半导体开关元件之间的中心抽头M3.1和M3.2的两个串联电路。第三并且在这里也是最后一个模块M3的至今还未提到的中心抽头M3.1与主干绕组部分1电连接。在这里描述的三个模块M1...M3的不同之处仅在于各个部分绕组W1...W3的尺寸。在第二模块M2中的部分绕组W2的匝数在这里是第一模块M1中的部分绕组W1的匝数的三倍。第三模块M3中的部分绕组W3的匝数在这里是第一模块M1中的部分绕组W1的匝数的六倍。
图3示出在图2中示出的按照本发明的分接开关装置的接线表。符号“0”表示对应的部分绕组未接通、即被桥接。符号“+”表示对应的部分绕组相对于高压绕组2以与其相同的方向连接。最后符号“-”表示对应的部分绕组反向于高压绕组2连接。
在接线表中示出十个电压级,这十个电压级通过为高压绕组2的分级电压添加其他部分电压而产生。所述部分电压通过不同地接通、反向接通或桥接各个绕组部分W1...W3而产生。可看出,确定的电压级能够冗余地、即通过不同的切换状态产生。
同样在表中但未示出的是,可以沿另一个方向从高压绕组2的电压获取对应的分级的部分电压。因此在该实施形式中总共产生二十一种可能的电压级。分接开关装置处于在这里以N表示的中间位置中。主干绕组部分1和2则直接相互连接。
所解释的各个绕组部分W1...W3的接通或反向接通或桥接通过半导体开关元件S1.1...S3.4的对应接线实现。
图4示出本发明的另一种实施形式。在主干绕组部分1和主干绕组部分2之间设置在这里示出的分接开关装置3。该分接开关装置具有两个串联的电路结构组A和B。第一电路结构组A本身具有包括两个支路9和10的并联电路。在第一支路9中彼此串联地设置两个半导体开关单元S1、S2。在并联的第二支路10中彼此串联地设置两个另外的半导体开关单元S3、S4。在第一支路9的两个串联的半导体开关单元S1、S2和第二支路10的两个串联的半导体开关单元S3、S4之间设置调节绕组的第一部分绕组W1。
第二电路结构组B具有包括三个支路11、12和13的并联电路。在第三支路11中彼此串联地设置两个半导体开关单元S5、S6,在第四支路12中彼此串联地设置两个半导体开关单元S7、S8,并且在第五支路13中彼此串联地设置两个半导体开关单元S9、S10。在第三支路11的两个串联的半导体开关单元S5、S6和第四支路12的两个串联的半导体开关单元S7、S8之间设置调节绕组的第二部分绕组W2,并且在第四支路12的两个串联的半导体开关单元S7、S8和第五支路13的两个串联的半导体开关单元S9、S10之间设置第三部分绕组W3。在该实施形式中,第二电路结构组B与主干绕组部分2电连接。
在本发明的范围中,具有不同数量的要调节的部分绕组以及不同接线的半导体开关元件的分接开关装置3的各种不同实施方式都是可能的。在所有实施形式中重要的仅在于,在按照本发明分成多部分的主干绕组的两个主干绕组部分1、2之间的对应的开关装置3设置在变压器的要进行调节的一侧上。
Claims (4)
1.一种变压器,该变压器具有分接开关装置(3)、初级侧和次级侧,其中
初级侧或次级侧可选地能借助所述分接开关装置(3)调节,
在该变压器的要调节的一侧上设置有主干绕组和能由所述分接开关装置(3)接通的至少一个调节绕组(W1、W2、W3),
所述主干绕组分成两个主干绕组部分(1、2),并且
所述至少一个调节绕组(W1、W2、W3)和将所述至少一个调节绕组接通的分接开关装置(3)电气式地设置在所述两个主干绕组部分(1、2)之间,使得
-第一主干绕组部分(1)的一端与所述分接开关装置(3)的第一端(M3.1)连接,
-第二主干绕组部分(2)的一端与所述分接开关装置(3)的第二端(M1.2)连接,
-每个调节绕组(W1、W2、W3)经由至少一个半导体开关元件(S;S1.1、S1.2;S1.3、S1.4;S2.1、S2.2;S2.3、S2.4;S3.1、S3.2;S3.3、S3.4)与所述分接开关装置(3)的第一端(M3.1)和第二端(M1.2)相连接。
2.按照权利要求1所述的变压器,
其特征在于,
所述分接开关装置(3)具有至少两个模块(M1、M2、M3),
每个模块(M1、M2、M3)分别具有一个调节绕组(W1、W2、W3)以及在该调节绕组两侧的两个桥接路径,
每个桥接路径分别具有一个包括两个半导体开关元件(S;S1.1、S1.2;S1.3、S1.4;S2.1、S2.2;S2.3、S2.4;S3.1、S3.2;S3.3、S3.4)的串联电路,
在每个桥接路径中,在该桥接路径的半导体开关元件(S;S1.1、S1.2;S1.3、S1.4;S2.1、S2.2;S2.3、S2.4;S3.1、S3.2;S3.3、S3.4)之间设置中心抽头(M1.1、M1.2;M2.1、M2.2;M3.1.M3.2),
所述调节绕组(W1、W2、W3)具有不同的匝数,
在每个模块(M1、M2、M3)中,该模块的中心抽头(M1.1、M2.1、M2.2、M3.2)中的一个中心抽头与相邻的模块(M2、M1、M3、M2)的一个中心抽头(M2.1;M1.1、M3.2;M2.2)连接,并且
第一模块(M1)的剩余的中心抽头(M1.2)与其中一个主干绕组部分(2)电连接,并且最后一个模块(M3;M4)的剩余的中心抽头(M3.1;M4.1)与另一个主干绕组部分(1)电连接。
3.按照权利要求1所述的变压器,
其特征在于,
所述分接开关装置(3)具有两个串联的电路结构组(A、B),
第一电路结构组(A)具有包括第一和第二支路(9、10)的并联电路,第二电路结构组(B)具有包括第三、第四和第五支路(11、12、13)的并联电路,
每个支路(9...13)具有两个串联连接的半导体开关元件(S1、S2;S3、S4;S5、S6;S7、S8;S9、S10)
在第一支路(9)的半导体开关元件(S1、S2)和第二支路(10)的半导体开关元件(S3、S4)之间设置第一调节绕组(W1),
在第三支路(11)的半导体开关元件(S5、S6)和第四支路(12)的半导体开关元件(S7、S8)之间设置第二调节绕组(W2),
在第四支路(12)的半导体开关元件(S7、S8)和第五支路(13)的半导体开关元件(S9、S10)之间设置第三调节绕组(W3),
第一电路结构组(A)与其中一个主干绕组部分(2)电连接,第二电路结构组(B)与另一主干绕组部分(1)电连接。
4.按照权利要求1至3之一所述的变压器,
其特征在于,
附加地设置机械触点(5),该机械触点能够桥接所述分接开关装置(3),使得根据需要能建立所述两个主干绕组部分(1、2)之间的直接的电连接。
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