CN104700998A - 智能型无级调容配电变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能型无级调容配电变压器，包括节能配电变压器、有载调磁开关和控制箱；所述控制箱内设置于一个动态调容控制器；所述动态调容控制器与所述节能配电变压器直接相连接，以获取节能配电变压器的运行参数；所述节能配电变压器包括高压线圈，所述高压线圈抽有多个抽头，所述高压线圈的抽头和有载调磁开关的调整档位的接线柱连接；所述有载调磁开关和所述动态调容控制器相连接，由所述动态调容控制器通过所述有载调磁开关实现所述节能配电变压器的容量调节。本发明的智能型无级调容配电变压器，具有能根据配电变压器的实际负荷大小自动进行容量调节、彻底解决配电网大马拉小车的问题、提高节能效果等优点。

Description

智能型无级调容配电变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，尤其是一种用于电力系统的智能型无级调容配电变压器。

背景技术

变压器的损耗在电网中的损耗中占有非常可观的比重，尤其配电网量大面广。配电变压器被大量使用其损耗电量备受关注。因此配电变压器的降损大小直接关系到电力企业和社会的经济效益。

配电变压器主要用于农村电网和城市配网。农村电网负荷具有季节性强、用电峰谷差大的特点。而城市电网峰谷差异更加明显，且其峰谷轮换也更加频繁。但为了满足高峰负荷时的用电需要，选择变压器时都不得不按照最大负荷配置变压器。这样就导致了配电变压器经常运行在轻载或空载状态下，形成“大马拉小车”的现象，导致目前我国配电变压器损耗相当严重，造成了大量不必要的电能资源浪费。据最新资料统计显示：全国全年变压器总的电能损失3000多亿kWh相当于三个中等用电量省的用电电量之和；而中压系统中配电变压器的损耗约占整个配电系统损耗的50％。随着能源的日益紧张和电力需求的快速增长，如何最大化节约配变的能耗成为了重要和紧迫的任务。

另一方面我国城乡配电台区和企业变压器的供电容量，随着迅猛增长的用电量不断增加，从而导致了配电变压器不断进行增加容量的更换，造成供电设备的重复投资建设，形成许多不必要的浪费。虽然各供电公司和用户都积极采取各项措施，但变压器容量的唯一性又无法改变此类的浪费。

目前解决大马拉小车的措施有以下几个方面：

(1)用双变压器供电，即使用子母变压器。此方法只能用于季节内变化的负荷，不适合频繁变化的负荷，且造价高维护费用大。

(2)前几年无载调容变压器在配电网获得了应用，但是由于其需要停电调节。在使用中其调容功能并没有获得充分的利用，节能效果并不明显。

(3)近年来，有载调容变压器在配电网获得了应用。有载调容变压器可以根据实际负荷大小通过有载自动调容开关自动调节到应有的容量下运行，其节能效果比普通无载调容变压器显著。它可以保证变压器在农闲季节运行在小容量，而且可以保证其他低负荷时也能自动运行在小容量，也可以适用于单班制工厂和季节性、间歇性负荷单位使用。部分解决了变压器“大马拉小车”的问题。

现有技术中，有载调容变压器具有大小两个容量，是通过有载调容开关自动调节运行的。参照国网公司企业标准Q/GDW731-2012中规定的调容前后变压器的参数值，则调容前后的容量比为0.3-0.32的关系。大小容量的空载损耗按同容量的国家标准值执行。为了保证有载调容变压器的安全可靠运行，必须设定安全的大小容量的调容点。根据文献《有载调容变压器运行中最佳容量调节点分析和计算》计算是小容量的60％左右。按大小容量比为1：0.3来计算，只有容量小于20％大容量时在小容量状态下运行，这就导致20％以上容量负载全部在大容量变压器中运行，“大马拉小车”的问题仍然相当严重。

从供电可靠性方面分析，在小容量状态下通过大电流会导致变压器烧毁，为保证供电的安全不得不将容量调节点电流降低，使节能效果减弱。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种智能型无级调容配电变压器，以根据配电变压器的实际负荷大小自动进行容量调节、彻底解决配电网大马拉小车的问题、提高节能效果。

本发明首先提供了一种智能型无级调容配电变压器。

智能型无级调容配电变压器，其结构特点是，包括节能配电变压器、有载调磁开关和控制箱；所述控制箱内设置于一个动态调容控制器；所述动态调容控制器与所述节能配电变压器直接相连接，以获取节能配电变压器的运行参数；所述节能配电变压器包括高压线圈，所述高压线圈抽有多个抽头，所述高压线圈的抽头和有载调磁开关的调整档位的接线柱连接；所述有载调磁开关和所述动态调容控制器相连接，由所述动态调容控制器通过所述有载调磁开关实现所述节能配电变压器的容量调节。

本发明的智能型无级调容配电变压器的结构特点也在于：

所述动态调容控制器包括微控制器U1、电压采样电路、电流采样电路、通信电路、按键、显示屏、外扩RAM电路和外扩FLASH电路；所述电压采样电路、通信电路、按键和显示屏、电流采样电路、外扩RAM电路和外扩FLASH电路均与所述微控制器U1相连接；

所述电压采样电路，用于采集所述节能配电变压器的三相电压；所述电流采样电路用于采集所述节能配电变压器的三相电流；所述通信电路，用于微控制器U1与外部设备进行通信；所述按键用于使得工作人员能够输入控制指令；所述显示屏用于显示无级调容配电变压器的运行参数和调磁开关的运行状态。

所述微控制器U1上连接有电阻R1～R6、电容C1～C4、电解电容E1～E3、二极管D1～D5、接线端子J1和晶振X1；所述电阻R1的一端连接微控制器U1的引脚137，另一端连接电源VDD；所述电阻R2的一端连接微控制器U1的引脚146，另一端连接电源VDD；所述接线端子J1连接微控制器U1的引脚126-127、引脚131、引脚135-137、引脚146；所述电阻R3的一端连接微控制器U1的引脚17，另一端连接接地端GND；所述二极管D1的正极连接微控制器U1的引脚44，二极管D1的负极连接电源VDD；所述电阻R4的一端连接微控制器U1的引脚166，所述电阻R4的另一端依次通过电容C3和电阻R5连接微控制器U1的引脚16；所述电解电容E1的正极连接微控制器U1的引脚166，电解电容E1的负极连接接地端GND；所述电解电容E2的正极连接微控制器U1的引脚10，电解电容E21的负极连接接地端GND；所述电解电容E3的正极连接微控制器U1的引脚11，电解电容E3的负极连接接地端GND；所述二极管D2的正极连接微控制器U1的引脚149，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D3的正极连接微控制器U1的引脚151，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D4的正极连接微控制器U1的引脚155，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D5的正极连接微控制器U1的引脚157，二极管D1的负极连接电源VDD。

所述电压采样电路包括电阻R 401～R403、电流互感器T1和运算放大器U2；所述电阻R401的一端连接节能配电变压器以接入被测电压，电阻R401的另一端连接电流互感器T1的输入引脚1；所述电流互感器T1的输出引脚4连接运算放大器U2的输入引脚2，所述电流互感器T1的输出引脚4还通过电阻R402连接运算放大器U2的输出引脚1；所述电流互感器T1的输出引脚3连接运算放大器U2的输入引脚3；所述电阻R403的一端连接运算放大器U2的输出引脚1，另一端连接微处理器U1。

所述电流采样电路包括电流互感器T2、电阻R501～R502和运算放大器U3；所述电流互感器T2的输入端连接节能配电变压器以接入被测电流，电阻R501的一端连接电流互感器T2的输出端3，电阻R501的另一端连接电流互感器T2的输出端4并连接运算放大器U3的输入端5，所述运算放大器U3的输入端6与输出端7相连接，所述电阻R502的一端连接运算放大器U3的输出端7，所述电阻R502的另一端连接微处理器U1。

所述外扩FLASH电路包括FLASH存储器芯片U4、电阻R601、电容C60～C66；所述电容C66的一端连接接地端GND，另一端连接FLASH存储器芯片U4的引脚2；所述电阻R601的一端连接电源VDD，另一端连接FLASH存储器芯片U4的引脚3；电容C63的一端、电容C64的一端和电容C65的一端均与所述FLASH存储器芯片U4的引脚6相连接，电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均连接接地端GND；

电容C60的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚11相连接，电容C60的另一端连接接地端GND；电容C61的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚12相连接，电容C61的另一端连接接地端GND；电容C62的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚13相连接，电容C62的另一端连接接地端GND。

所述外扩RAM电路包括RAM存储芯片U5和电容C701；所述电容C701的一端连接所述RAM存储芯片U5的引脚11和33并连接电源VDD，所述电容C701的另一端连接所述RAM存储芯片U5的引脚12和34并连接接地端GND。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明的智能型无级调容配电变压器，包括节能配电变压器、有载调磁开关和控制箱；所述控制箱内设置于一个动态调容控制器；所述动态调容控制器与所述节能配电变压器直接相连接，以获取节能配电变压器的运行参数；所述节能配电变压器包括高压线圈，所述高压线圈抽有多个抽头，所述高压线圈的抽头和有载调磁开关的调整档位的接线柱连接；所述有载调磁开关和所述动态调容控制器相连接，由所述动态调容控制器通过所述有载调磁开关实现所述节能配电变压器的容量调节。

本发明彻底改变了传统的变压器设计理念，打破了按单一容量设计的方法，引入了集成容量设计思路。不仅可以取代有载调容配电变压器，实现某一段容量范围内无级调容，而且空载损耗和负载损耗低于国家标准，节能效果显著。更重要的是：就象集成块的出现很快取代了分立元器件，给使用者带来了方便和实惠。按集成容量设计的变压器，实际上是一台可以在一个容量段使用的变压器，用电量增长不超过该容量段就不需要更换变压器。

本发明的智能型无级调容配电变压器，具有能根据配电变压器的实际负荷大小自动进行容量自动调节、彻底解决配电网大马拉小车的问题、提高节能效果等优点。

附图说明

图1为本发明的智能型无级调容配电变压器的主视图。

图2为本发明的智能型无级调容配电变压器的动态调容控制器的结构框图。

图3为本发明的智能型无级调容配电变压器的动态调容控制器的微控制器U1的电路图。

图4为本发明的智能型无级调容配电变压器的动态调容控制器的电压采样电路的电路图。

图5为本发明的智能型无级调容配电变压器的动态调容控制器的电流采样电路的电路图。

图6为本发明的智能型无级调容配电变压器的动态调容控制器的外扩FLASH电路的电路图。

图7为本发明的智能型无级调容配电变压器的动态调容控制器的外扩RAM电路的电路图。

图1-图7中标号为：1节能配电变压器，2有载调磁开关，3控制箱，4动态调容控制器。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1-图7，本发明的智能型无级调容配电变压器，包括节能配电变压器1、有载调磁开关2和控制箱3；所述控制箱3内设置于一个动态调容控制器4；所述动态调容控制器4与所述节能配电变压器1直接相连接，以获取节能配电变压器1的运行参数；所述节能配电变压器1包括高压线圈，所述高压线圈抽有多个抽头，所述高压线圈的抽头和有载调磁开关2的调整档位的接线柱连接；所述有载调磁开关2和所述动态调容控制器4相连接，由所述动态调容控制器4通过所述有载调磁开关2实现所述节能配电变压器1的容量调节。

如图1所示，本发明的智能型无级调容配电变压器是一种新型节能变压器，包括节能配电变压器1、有载调磁开关2和控制箱3，可以通过有载调磁开关和动态调容控制器根据实际负荷大小自动进行容量调节，不仅能着力解决现有农网配电台区因季节性负荷变化造成变压器严重过载和“大马拉小车”的问题，克服无载调容配电变压器因手动调节容量而需断电的运行维护难题，并能取代有载调容配电变压器，实现某一段容量范围内无级调容。使配电变压器空载损耗大大降低，具有显著的节能效果，技术经济性好，对于城乡电网的用电情况有较好的适用性。控制箱3安装于所述配电变压器1的外壳的外表面上，所述有载调磁开关2设置于所述外壳的内腔中。

智能型无级调容配电变压器主要由节能配电变压器、有载调磁开关、动态调容控制器及附件组成。配电变压器可以通过串口/USB接口与笔记本电脑连接或依靠Zigbee微功耗无线收发模块与手持PDA终端连接，实现就地数据下载、数据查看和参数整定；还可通过外置GPRS模块利用GPRS网络实时传输台区配变的运行数据，并经防火墙到达企业内部的管理服务器，监控中心可直接对现场调容变进行数据查看和远程监控，子站可通过Web方式进行数据查询和浏览。

智能型无级调容配电变压器可以通过自带的调容控制器实时监测无级调容配电变压器的运行参数(电流、电压、有功功率、无功功率等)和调磁开关的运行状态，记录调容过程中的瞬时数据，而且能够根据实际负载大小修改高、低容调容的定值参数，使变压器可以更加经济运行。

所述动态调容控制器4包括微控制器U1、电压采样电路、电流采样电路、通信电路、按键、显示屏、外扩RAM电路和外扩FLASH电路；所述电压采样电路、通信电路、按键和显示屏、电流采样电路、外扩RAM电路和外扩FLASH电路均与所述微控制器U1相连接；

所述电压采样电路，用于采集所述节能配电变压器的三相电压；所述电流采样电路用于采集所述节能配电变压器的三相电流；所述通信电路，用于微控制器U1与外部设备进行通信；所述按键用于使得工作人员能够输入控制指令；所述显示屏用于显示无级调容配电变压器的运行参数和调磁开关的运行状态。

动态调容控制器在整个智能型无级调容调容配电变压器中，相当于“大脑中枢”，进行着数据采集、分析判断、记录存储以及发送指令等功能。图2所示为有载调容控制器的硬件结构框图，主要由微控制器U1、电压采样电路、电流采样电路、通信电路、按键、显示屏、外扩RAM电路和外扩FLASH电路等构成。微控制器U1选用先进的32位定点DSP芯片TMS320LF2812作为核心控制芯片，它接受6路模拟量输入(其中三相电压和三相电流交流信号采集)，两路通信接口信号(一路与无线传输模块的通信，一路通过GPRS模块的远程通信)，人机界面中的输入输出(按键输入和液晶显示)，外扩2M字的非易失性FLASH存储器和一块大容量静态存储器。

所述微控制器U1上连接有电阻R1～R6、电容C1～C4、电解电容E1～E3、二极管D1～D5、接线端子J1和晶振X1；所述电阻R1的一端连接微控制器U1的引脚137，另一端连接电源VDD；所述电阻R2的一端连接微控制器U1的引脚146，另一端连接电源VDD；所述接线端子J1连接微控制器U1的引脚126-127、引脚131、引脚135-137、引脚146；所述电阻R3的一端连接微控制器U1的引脚17，另一端连接接地端GND；所述二极管D1的正极连接微控制器U1的引脚44，二极管D1的负极连接电源VDD；所述电阻R4的一端连接微控制器U1的引脚166，所述电阻R4的另一端依次通过电容C3和电阻R5连接微控制器U1的引脚16；所述电解电容E1的正极连接微控制器U1的引脚166，电解电容E1的负极连接接地端GND；所述电解电容E2的正极连接微控制器U1的引脚10，电解电容E21的负极连接接地端GND；所述电解电容E3的正极连接微控制器U1的引脚11，电解电容E3的负极连接接地端GND；所述二极管D2的正极连接微控制器U1的引脚149，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D3的正极连接微控制器U1的引脚151，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D4的正极连接微控制器U1的引脚155，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D5的正极连接微控制器U1的引脚157，二极管D1的负极连接电源VDD。

如图3，所述微控制器U1为TMS320LF2812，TMS320LF2812有外部存储器接口，其硬件特性和主要系能如下：(1)有高性能的32位CPU，时钟最高150MHz，功耗低；(2)设有片内存储器；(3)系统时钟可由外部晶振或外部振荡器提供；(4)设有128位密钥；(5)丰富的串口；(6)具有低功耗模式和节能模式。TMS320LF2812既有较强的数字信号处理能力，又有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能。在控制算法上有其独到的优势，特别适用于有大批量数据处理的测控场合。

所述电压采样电路包括电阻R 401～R403、电流互感器T1和运算放大器U2；所述电阻R401的一端连接节能配电变压器1以接入被测电压，电阻R401的另一端连接电流互感器T1的输入引脚1；所述电流互感器T1的输出引脚4连接运算放大器U2的输入引脚2，所述电流互感器T1的输出引脚4还通过电阻R402连接运算放大器U2的输出引脚1；所述电流互感器T1的输出引脚3连接运算放大器U2的输入引脚3；所述电阻R403的一端连接运算放大器U2的输出引脚1，另一端连接微处理器U1。

如图4所示为电压采样电路对A相电压的采集示意图，A相电压EUa通过串联的采样电阻R401将电压信号转换成毫安级的电流信号，再通过一个电流型仪用高精度互感器T1一比一的传输到另一侧从而实现高低压的隔离，T1的二次侧所得电流信号通过运放U2再将电流信号转换成电压信号。由于TMS320LF2812为单电源供电方式，只能接受大于0的直流信号量，所以需要在运放的正极性端叠加一个恒定的偏置电压VHH，从而将交流信号抬高至一个按正弦波变化的直流量。所得直流量通过一个限流电阻R403将变换后的电压MUa输出至TMS320LF2812的AD接口，实现交流电压的采样。

所述电流采样电路包括电流互感器T2、电阻R501～R502和运算放大器U3；所述电流互感器T2的输入端连接节能配电变压器1以接入被测电流，电阻R501的一端连接电流互感器T2的输出端3，电阻R501的另一端连接电流互感器T2的输出端4并连接运算放大器U3的输入端5，所述运算放大器U3的输入端6与输出端7相连接，所述电阻R502的一端连接运算放大器U3的输出端7，所述电阻R502的另一端连接微处理器U1。

如图5所示，变压器的电流信号电流型互感器T2引入，通过电流型互感器T2将标准的5A的电流转换成2.5mA的采样电流，同时实现交流信号量的隔离，取样电阻R501将电流信号转换成电压信号，VHH提供一个偏置电压，运放U3将得到的合成信号经限流电阻R502输出至TMS320LF2812的电流信号采样口。

所述外扩FLASH电路包括FLASH存储器芯片U4、电阻R601、电容C60～C66；所述电容C66的一端连接接地端GND，另一端连接FLASH存储器芯片U4的引脚2；所述电阻R601的一端连接电源VDD，另一端连接FLASH存储器芯片U4的引脚3；电容C63的一端、电容C64的一端和电容C65的一端均与所述FLASH存储器芯片U4的引脚6相连接，电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均连接接地端GND；

电容C60的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚11相连接，电容C60的另一端连接接地端GND；电容C61的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚12相连接，电容C61的另一端连接接地端GND；电容C62的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚13相连接，电容C62的另一端连接接地端GND。

如图6所示，为外扩FLASH电路的电路图。FLASH存储器芯片U4为AT45DB161D。AT45DB161D是一款2.5V或2.7V，串行接口的FLASH存储器，是各种数字语音，图像，程序代码和数据存储应用的理想选择。AT45DB161D支持RapidS串行接口，适用于要求高速操作的应用。RapidS串行接口兼容SPI，最高频率可达66MHz。AT45DB161D的存储容量为17,301,504位，组织形式为4,096页，每页512或528页。除了主存储器外，AT45DB161D还包含2个512/528字节的SRAM缓冲区。缓冲区允许在对主存储器的页面重新编程时接收数据，也可写入连续的数据串。简单顺序访问机制极大的减少了有效引脚的数量，有利于硬件布局，增强了系统可靠性，将切换噪音降至最小，并缩小了封装的尺寸。

对于许多要求高容量，低引脚数，低电压和低功耗的商业级或工业级应用来讲，AT45DB161D是最佳的选择。

R601为写保护的禁能上拉电阻，C63、C64、C65为电源退耦电容，选用不同容量的电容主要目的是针对不同频率的谐波影响，SPICS\SCLK\SDI\SDO为标准SPI接口。通过SPI口可以实现DSP与外扩FLASH之间的数据的快速交换。

所述外扩RAM电路包括RAM存储芯片U5和电容C701；所述电容C701的一端连接所述RAM存储芯片U5的引脚11和33并连接电源VDD，所述电容C701的另一端连接所述RAM存储芯片U5的引脚12和34并连接接地端GND。

如图7为外扩RAM电路的电路图，C701为供电电源的退耦电容，A0-A17为U5的外扩的地址总线，D0-D16为U5的数据总线，CSRAM\RD\WE为控制总线，通过总线的方式实现DSP与外扩静态RAM之间的一些中间暂存数据的高速交换。

所述RAM存储芯片U5为IDT71V416。IDT71V416是一款高速静态RAM，拥有IDT最先进的技术，结合创新的电路设计技术，提供了一种具有成本效益的解决方案的高速内存需要，且有一个输出使能引脚，以最快的速度6ns工作，具有12ns的地址存取时间。IDT71V416的主要特点和优势：(1)先进的高速CMOS静态RAM；(2)中心电源/接地引脚，可降低噪音；(3)双向数据直接输入和输出。

本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器中，为了提高系统的可靠性和抗干扰能力，动态调容控制器的所有零部件均采用工业级芯片，电路设计时充分考虑电磁兼容性，保证控制装置的可靠性和安全性，从而满足不同恶劣环境下的应用需求。

控制器的输入信号来自变压器的三相电流TA和变压器的三相电压TV。为了实现动态调容及有功、无功功率等电力参数的直接计算，需对电流TA、电压信号TV进行交流采样。输出信号主要是实现调磁开关投切转换的出口信号，一般是微控制器通过输出锁存器控制驱动电路，使相应的快速继电器动作。实际应用中为防止误动作(一般是上电复位时和外部电磁干扰)，常用输出锁存器的几位组成特定的密码，启动光电隔离与驱动电路，使出口继电器可靠动作。通常还要在软件中设置强电保护功能，以防止操作机构卡死而引起出口继电器触点损坏。

通信电路是Zigbee的通信模块，采用基于2.4G基频，传输速率高达250kbps，微功耗、低成本，具有自组多跳和自愈能力，抗干扰能力强，通信可靠，采用AES-128加密算法，保证数据的可靠性。

有载调磁开关采用10KV有载调压开关，通过调节高压线圈的匝数达到调节变压器磁路的磁密。

无级调容配电变压器中的配电变压器是特殊设计的节能变压器，它由三组高低压线圈和一个闭合磁路—铁心组成。高压线圈抽有数个抽头，高压线圈的抽头和有载调磁开关相对应档位的接线柱连接。根据法拉第电磁感应定律：

可以得出：在输入电压不变时，当有载调磁开关调动高压线圈匝数时变压器铁心的磁通dΦ_m就发生了变化。小容量时N₁增加，Φ_m减少空载损耗下降。在低压出线端装有电流互感器。采样电流值信号输入控制器，由控制器来控制有载调磁开关的工作以保证不同容量的空载损耗满足国家标准的要求。

无级调容配电变压器的设计打破了按单一容量设计的传统思路，将配电变压器容量划分成数个容量段，按划分的容量段来设计变压器。也就是说无级调容配电变压器可以在某一容量段内根据负载大小任意调节容量的配电变压器，实现该容量段内无级调容。变压器必须满足该容量段内所以热量的性能指标要求，即要满足空载损耗、空载电流、负载损耗、短路阻抗国家标准的要求。

本发明中，变压器的铁芯全部采用优质冷轧硅钢片，选用的优质冷轧晶粒取向硅钢片采用步进式多级接缝的叠积方式，不断轭、45°全斜接缝结构，改善了磁通分布，降低了噪声。空载电流性能参数可以优于国家标准。本发明中的铁芯磁路的设计，改变了传统的磁密不变的理念-即保持输出空载电压不变，铁芯磁密不变。引入了动态调磁理念-即在保证输出空载电压合格的条件下通过调节高压线圈的匝数达到调节变压器磁路的磁密。从而保证容量段内每种容量的空载损耗更低。；

本发明的变压器的负载损耗计算过程如下。

根据变压器负载损耗计算公式：Pk＝3C*Rx*I_n ²；其中：Pk—各容量的负载损耗值；3—3相；C—付加损耗系数；Rx—变压器相电阻；In--各容量的额定电流。计算出可以满足容量段内每种容量负载损耗的相电阻，从而选择适当的导线截面，完成变压器的设计计算。

短路阻抗u_k％＝√(u_ka％)²+(u_kx％)²；其中：u_ka％——电阻压降；u_kx％——电抗压降；

又因为：

$u_{\mathrm{Kx}}\%=\frac{49.6f\·\mathrm{IW\ΣD\ρK}}{e_{t}H\×{10}^6}$

式中：f——频率，Hz；

I——额定电流，A，

W——主分接时总匝数(I、W为同一侧数据)；

e_t——每匝电势，(伏/匝)；

H——两个线圈的平均电抗高度；双绕组时：

其中，f、ρ、Hk均为常数，要使U_kx％稳定，只有I*W稳定。小容量I相对小，通过调磁开关调节增加了线圈的匝数，不仅调低了变压器磁密降低了小容量的空载损耗，而且稳定U_kx％值，短路阻抗也达到了控制。

本发明彻底改变了传统的变压器设计理念，打破了按单一容量设计的方法，引入了集成容量设计思路。不仅可以取代有载调容配电变压器，实现某一段容量范围内无级调容，而且空载损耗和负载损耗低于国家标准，节能效果显著。更重要的是：就象集成块的出现很快取代了分立元器件，给使用者带来了方便和实惠。按集成容量设计的变压器，实际上是一台可以在一个容量段使用的变压器，用电量增长不超过该容量段就不需要更换变压器。

智能型无级调容配电变压器可以通过自带的调容控制器实时监测无级调容配电变压器的运行参数(电流、电压、有功功率、无功功率等)和调磁开关的运行状态，记录调容过程中的瞬时数据，而且能够根据实际负载大小修改高、低容调容的定值参数，使变压器可以更加经济运行。运行人员根据不同设定权限，进行远程调容操作、数据查看、计算分析以及曲线报表生成等，对台区进行综合管理。此外，用电数据的综合采集和整理可作为计算阶梯电价依据。阶梯电价已走进了老百姓的民用电费，企业的阶梯电价收费肯定会到来。

无级调容配电变压器的设计打破了按单一容量设计的传统思路，将配电变压器容量划分成数个容量段，按划分的容量段来设计变压器。也就是说无级调容配电变压器可以在某一容量段内根据负载大小任意调节容量的配电变压器，实现该容量段内无级调容。加上本专利引入了动态调磁理念-即在保证输出空载电压合格的条件下通过调节高压线圈的匝数达到调节变压器磁路的磁密。从而保证容量段内每种容量的空载损耗更低。该产品不仅可以取代有载调容配电变压器，实现某一段容量范围内无级调容，而且空载损耗和负载损耗低于国家标准，节能效果显著，可满足城乡用电负荷阶段需求特性变化的要求。本专利产品是按容量段容量设计的，完全保证相应的电流运行，可在动态下自动实施，比有载调容变压器通过调容开关来实现容量能力的转换要安全很多，大大提高了供电可靠性。

本发明的无级调容配电变压器是按集成容量设计的变压器，实际上是一台可以在一个容量段使用的变压器，用电量增长不超过该容量段就不需要更换变压器。这将可能是一个革命性的突破，就象集成块的出现很快取代了分立元器件一样。

智能型无级调容配电变压器可以通过自带的调容控制器实时监测无级调容配电变压器的运行参数(电流、电压、有功功率、无功功率等)和调磁开关的运行状态，记录调容过程中的瞬时数据，而且能够根据实际负载大小修改高、低容调容的定值参数，使变压器可以更加经济运行。运行人员根据不同设定权限，进行远程调容操作、数据查看、计算分析以及曲线报表生成等，对台区进行综合管理。此外，用电数据的综合采集和整理可作为计算阶梯电价依据。阶梯电价已走进了老百姓的民用电费。阶梯电价公平、公正、合理，给老百姓带来了实惠。企业的阶梯电价收费同样会给企业带来福旨。企业的阶梯电价收费肯定会到来。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.智能型无级调容配电变压器，其特征是，包括节能配电变压器(1)、有载调磁开关(2)和控制箱(3)；所述控制箱(3)内设置于一个动态调容控制器(4)；所述动态调容控制器(4)与所述节能配电变压器(1)直接相连接，以获取节能配电变压器(1)的运行参数；所述节能配电变压器(1)包括高压线圈，所述高压线圈抽有多个抽头，所述高压线圈的抽头和有载调磁开关(2)的调整档位的接线柱连接；所述有载调磁开关(2)和所述动态调容控制器(4)相连接，由所述动态调容控制器(4)通过所述有载调磁开关(2)实现所述节能配电变压器(1)的容量调节。

2.根据权利要求1所述的智能型无级调容配电变压器，其特征是，所述动态调容控制器(4)包括微控制器U1、电压采样电路、电流采样电路、通信电路、按键、显示屏、外扩RAM电路和外扩FLASH电路；所述电压采样电路、通信电路、按键和显示屏、电流采样电路、外扩RAM电路和外扩FLASH电路均与所述微控制器U1相连接；

所述电压采样电路，用于采集所述节能配电变压器的三相电压；所述电流采样电路用于采集所述节能配电变压器的三相电流；所述通信电路，用于微控制器U1与外部设备进行通信；所述按键用于使得工作人员能够输入控制指令；所述显示屏用于显示无级调容配电变压器的运行参数和调磁开关的运行状态。

3.根据权利要求2所述的智能型无级调容配电变压器，其特征是，所述微控制器U1上连接有电阻R1～R6、电容C1～C4、电解电容E1～E3、二极管D1～D5、接线端子J1和晶振X1；所述电阻R1的一端连接微控制器U1的引脚137，另一端连接电源VDD；所述电阻R2的一端连接微控制器U1的引脚146，另一端连接电源VDD；所述接线端子J1连接微控制器U1的引脚126-127、引脚131、引脚135-137、引脚146；所述电阻R3的一端连接微控制器U1的引脚17，另一端连接接地端GND；所述二极管D1的正极连接微控制器U1的引脚44，二极管D1的负极连接电源VDD；所述电阻R4的一端连接微控制器U1的引脚166，所述电阻R4的另一端依次通过电容C3和电阻R5连接微控制器U1的引脚16；所述电解电容E1的正极连接微控制器U1的引脚166，电解电容E1的负极连接接地端GND；所述电解电容E2的正极连接微控制器U1的引脚10，电解电容E21的负极连接接地端GND；所述电解电容E3的正极连接微控制器U1的引脚11，电解电容E3的负极连接接地端GND；所述二极管D2的正极连接微控制器U1的引脚149，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D3的正极连接微控制器U1的引脚151，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D4的正极连接微控制器U1的引脚155，二极管D1的负极连接电源VDD；所述二极管D5的正极连接微控制器U1的引脚157，二极管D1的负极连接电源VDD。

4.根据权利要求2所述的智能型无级调容配电变压器，其特征是，所述电压采样电路包括电阻R 401～R403、电流互感器T1和运算放大器U2；所述电阻R401的一端连接节能配电变压器(1)以接入被测电压，电阻R401的另一端连接电流互感器T1的输入引脚1；所述电流互感器T1的输出引脚4连接运算放大器U2的输入引脚2，所述电流互感器T1的输出引脚4还通过电阻R402连接运算放大器U2的输出引脚1；所述电流互感器T1的输出引脚3连接运算放大器U2的输入引脚3；所述电阻R403的一端连接运算放大器U2的输出引脚1，另一端连接微处理器U1。

5.根据权利要求2所述的智能型无级调容配电变压器，其特征是，所述电流采样电路包括电流互感器T2、电阻R501～R502和运算放大器U3；所述电流互感器T2的输入端连接节能配电变压器(1)以接入被测电流，电阻R501的一端连接电流互感器T2的输出端3，电阻R501的另一端连接电流互感器T2的输出端4并连接运算放大器U3的输入端5，所述运算放大器U3的输入端6与输出端7相连接，所述电阻R502的一端连接运算放大器U3的输出端7，所述电阻R502的另一端连接微处理器U1。

6.根据权利要求2所述的智能型无级调容配电变压器，其特征是，所述外扩FLASH电路包括FLASH存储器芯片U4、电阻R601、电容C60～C66；所述电容C66的一端连接接地端GND，另一端连接FLASH存储器芯片U4的引脚2；所述电阻R601的一端连接电源VDD，另一端连接FLASH存储器芯片U4的引脚3；电容C63的一端、电容C64的一端和电容C65的一端均与所述FLASH存储器芯片U4的引脚6相连接，电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均连接接地端GND；

电容C60的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚11相连接，电容C60的另一端连接接地端GND；电容C61的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚12相连接，电容C61的另一端连接接地端GND；电容C62的一端与所述FLASH存储器芯片U4的引脚13相连接，电容C62的另一端连接接地端GND。

7.根据权利要求2所述的智能型无级调容配电变压器，其特征是，所述外扩RAM电路包括RAM存储芯片U5和电容C701；所述电容C701的一端连接所述RAM存储芯片U5的引脚11和33并连接电源VDD，所述电容C701的另一端连接所述RAM存储芯片U5的引脚12和34并连接接地端GND。