CN105118638A

CN105118638A - 一种基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法

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Publication number: CN105118638A
Application number: CN201510645250.5A
Authority: CN
Inventors: 胡群荣; 吴孝兵; 赵国栋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2015-12-02

Abstract

本发明涉及基于一种基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法，所述开关由两个二极管和三个高速真空开关构成，其中二极管(D1)和高速真空开关(K1)串联、二极管(D2)和高速真空开关(K3)串联，这两条串联电路同时与高速真空开关(K2)组成并联电路，且二极管(D1)和二极管(D2)在并联电路中互为反方向。基于所述混合式无弧开关的变压器有载调压方法为：在变压器高压绕组的各分接抽头上各串接一组所述的开关，构成一单相有载调压回路；各组开关的输出端并联，由控制装置向混合式无弧开关装置发送调压控制指令，实现对变压器进行有载调压。本发明可以广泛在变压器调压领域中应用。

Description

一种基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体是关于无弧开关的变压器调压技术，本发明中尤指基于二极管和高速真空开关串联组合的混合式无弧开关的变压器有载调压方法。

背景技术

电力变压器的分接开关是用来调节变压器输出电压的。由于电力系统电网中各处的电压不是完全相同的，为了使得变压器无论安装在电网什么位置都能输出额定电压，就在变压器的高压绕组设置了多次抽头，并将抽头接到分接开关上，通过开关与电网相连。这样，可以通过分接开关与不同的变压器绕组抽头连接来改变变压器高低压绕组的匝数比，从而达到调节变压器输出电压的目的。分接开关有无载调节和有载调节两种，前者只能在变压器于电网脱开后调节分接开关位置，而后者可以在变压器运行工况中调节分接头位置。

传统上，机械构件与电动机构结合状态下的变压器有载调压分接开关存在的大量的问题与缺陷，其中以较高的故障率以及较慢的响应动作为主。更关键的是：在变压器调压过程当中，受到电弧作用力因素的影响，极有可能致使触头出现烧蚀等方面的问题，不但会致使油体污染方面的问题产生(油浸变压器)，同时也在很大程度上制约着变压器功能的实现。而在引入大功率电力电子开关应用于有载分接开关时，可满足调压运行的无弧化特点，且具有切换速度快从而达到提高电力调压响应速度水平之目的，但也存在器件使用数量较多从而应用成本高，器件长期连续导通有电流通过则通态损耗高，如需配冷却系统则进一步增加设备造价和运行成本，此外电力电子器件长期发热运行状况下存在可靠性问题。且受到制造成本、运行可靠性等多个方面因素的影响，导致该技术无法在实际应用中加以落实。

但是，随着电力电子技术的发展与完善，电力系统对于相关技术的应用更加的完善，从而使得变压器无弧有载调压方案的可行性更加突出。

发明内容

本发明即针对上述问题提出较好的解决方案，提供一种基于二极管和高速真空开关串联组合的混合式无弧开关的变压器有载调压方法。这种新形势下的混合式无弧开关的切换控制模式，对于变压器的有载调压具有更大的保障性，并克服了电力电子器件由于长期连续导通造成的高通态损耗问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法，所述基于二极管的无弧开关，包括两个二极管和三个高速真空开关，其中二极管(D1)和高速真空开关(K1)串联、二极管(D2)和高速真空开关(K3)串联，这两条串联电路同时与高速真空开关(K2)组成并联电路，且二极管(D1)和二极管(D2)在并联电路中互为反方向；

在变压器高压绕组的各分接抽头上各串接一组所述的基于二极管的无弧开关，各无弧开关的输入端分部与各分接抽头相连，各无弧开关的输出端并联，各无弧开关并由现有控制装置向无弧开关发送调压控制指令，实现对变压器的有载调压；

所述有载调压方法为：

以在所述变压器高压绕组的两个分接抽头(X1、X2)上分别串联一所述无弧开关为例，实现所述变压器有载调压的具体方法如下：

设以高速真空开关(K1、K2、K3)和二极管(D1、D2)组成的一组单相混合式无弧开关是对应于分接抽头(X1)的分接开关，以高速真空开关(K4、K5、K6)和二极管(D3、D4)组成的单相混合式无弧开关是对应于分接抽头(X2)的分接开关；

预将电流回路从分接抽头(X1)所在的回路，转换到分接抽头X2所在的回路，切换前工况是高速真空开关(K1、K2、K3)全关合，高速真空开关(K4、K5、K6)全开断；

切换过程如下：当测得电流正方向与参考正方向一致时，首先打开高速真空开关(K2)且关合高速真空开关(K4)，然后打开高速真空开关(K1)，在随后电流负半周时，首先合上高速真空开关(K6)，然后打开高速真空开关(K3)，然后合上高速真空开关(K5)，电流回路从分接抽头(X1)转换到分接抽头(X2)，切换过程完成，切换后工况是高速真空开关(K1、K2、K3)全开断，高速真空开关(K4、K5、K6)全关合。

如果要将电流回路从分接抽头(X2)所在的回路，转换到分接抽头(X1)所在的回路，则切换过程是：

切换前工况是高速真空开关(K4、K5、K6)全关合，高速真空开关(K1、K2、K3)全开断，当测得电流为正向时，首先合上高速真空开关(K1)，然后断开真空开关(K4)和高速真空开关(K5)；当测得电流变为反向时，则合上高速真空开关(K3)，然后断开真空开关(K6)，再合上高速真空开关(K2)，切换过程完成，切换后工况是高速真空开关(K1、K2、K3)全关合，高速真空开关(K4、K5、K6)全断开。

所述无弧开关的设置数量由所述变压器调压级数确定。

本发明由于采取以上技术方案而具有的有益效果是：

1、本发明采用真空开关和二极管串联构成混合式无弧开光装置，真空开关极短的分、合时间和极小的分、合时间分散性可满足工频0.5周波时间范围的控制需要，完全适于实现混合式无弧开关的变压有载调压方法的需要，且成本较低。

2、本发明采用在变压器高压绕组分接抽头上连接混合式无弧开关装置，混合式无弧开关装置基于高速真空开关与两二极管的配合工作，真空开关机械触头的开断动作均是以不带电流运行作为基本前提，所有电流的关合与开断也都在电流自然过零点自动切换而实现。因此调压过程无电气冲击而且运行期间可最大限度避免机械触头烧损以及油体污染等方面的质量问题，从根本上避免了因线路频繁检修而导致的损失问题。

3、本发明采用的两二极管可在切换过程当中承担关合或开断电流的任务，长期稳态运行工况下，电流可通过真空开关机械触头流通，消除了通态损耗发热问题，进而提高了开关工作的可靠性。本发明可以广泛在变压器调压领域中应用。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可以从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1是本发明的混合式无弧开关装置结构示意图；

图2是本发明基于混合式无弧开关装置的变压器有载调压原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，其中，附图与本发明的实施例一起用于阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种新型混合式无弧开关，是基于高速真空开关与大功率电力电子开关器件混合动作的开关，包括高速真空开关和二极管的串联组合。这种开关结构下，所有机械触头的开断动作均是以不带电流运行作为基本前提，所有电流的关合与开断也都在电流自然过零点自动切换而实现。从以上机理的意义来说，新型混合式无弧开关不仅操作过程对系统无电气冲击而且运行期间可最大限度避免触头烧损以及油体污染等方面的质量问题，从根本上避免了因线路频繁检修而导致的损失问题。电力电子开关元件可在切换过程当中承担关合或开断电流的任务。长期稳态运行工况下，电流可通过机械触点流通，消除了通态损耗发热问题，提高了开关工作的可靠性。

高速真空开关是近年来应智能电网建设需要所研发的新一代高性能产品，它采用新型电磁驱动器推动真空灭弧室内的机械触头分、合来实现电路的开断和关合由于它在设计上应用了脉冲动力、柔性碰撞和瞬态控制等先进技术从而有异于普通开关的优秀特点：极短的分、合时间和极小的分、合时间分散性；国内当前可用于变压器有载调压混合式无弧开关装置的高速真空开关产品，其分、合时间小于3毫秒，分、合时间分散性小于0.1毫秒；可满足工频0.5周波时间范围的控制需要，完全适于新型混合式无弧开关的变压有载调压方案实现之需要。

而二极管具有单向导通的功能，二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关，在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。

一种基于二极管和高速真空开关串联组合的混合式无弧开关，其结构如图1所示：该开关由两个二极管和三个高速真空开关构成。此开关电路结构中，二极管D1和高速真空开关K1串联、二极管D2和高速真空开关K3串联后，这两条串联电路同时与高速真空开关K2，三者组成并联电路；且此并联电路中，二极管D1和D2互为反方向并联在电路中。二极管D1和D2这两条串联电路也组成单相混合式无弧开关装置。并联电路的两个对外连接端分别记为a端和b端，分别作为输入和输出。

这种开关的关合和开断原理为：设电流由a端流向b端时为参考正方向；并设电流为正方向时，二极管D1和高速真空开关K1的串联电路不能导通，即二极管D1是反向连接的，而二极管D2和高速真空开关K3的串联电路能导通，即二极管D2是正向连接的。

此时关合切换过程为：

当测得a、b端电流为正向时，首先合上高速真空开关K1，断开真空开关K3，然后进而合上高速真空开关K2和高速真空开关K3，装置将转入稳态运行工况。

当测得a、b端电流为反向时，则首先合上高速真空开关K3，断开真空开关K1，然后进而合上高速真空开关K2和高速真空开关K1，装置将转入稳态运行工况。

上述两种情况，不论正向电压时合上高速真空开关K1，断开真空开关K3；还是负向电压时合上高速真空开关K3，断开真空开关K1。这样做都可使在下个半周导通电流从零起始。

此时开断切换过程为：测得电流为正向时，首先打开高速真空开关K2，然后断开高速真空开关K1，在电流过零关断时即打开高速真空开关K3使其满足完全开断条件。

反之测得电流为反向时，首先打开高速真空开关K2，然后打开高速真空开关K3，在电流过零关断时即打开真空开关K1使其满足完全开断条件。

以上操作开关触头分离过程无电流通过，所以无电弧产生，也就无过电压产生。

将此开关装置连接在变压器输出端上，开关关合，使变压器电压能够输出，开关关断使变压器输出截止。一种基于二极管和高速真空开关串联组合的混合式无弧开关的变压器有载调压方法为：

如图2所示：单相的变压器有载调压回路由混合式无弧开关串接于对应的高压绕组分接抽头回路中组成，无弧开关的数量根据变压器调压级数所决定，多个无弧开关并联连接在各个高压绕组分接抽头上；有载调压原理则由无弧开关装置根据自动调压控制指令的切换操作而实现。

现在说明变压器高压绕组的两个分压抽头上分别串接的两组无弧开关装置在有载调压工况下的切换过程。设高压绕组分接抽头X1以及X2均为该变压器高压绕组所对应的抽头，高速真空开关K1、K2、K3和二极管D1、D2组成的单相混合式无弧开关是对应于变压器高压绕组抽头X1的分接开关，而高速真空开关K4、K5、K6和二极管D3、D4组成的单相混合式无弧开关是对应于变压器高压绕组抽头X2的分接开关。假设电流参考正方向从L端指向N端，要将电流回路从抽头X1所在的回路，转换到抽头X2所在的回路。

切换过程如下：切换前工况是高速开关K1、K2、K3全关合，K4、K5、K6全开断。测得电流正方向与参考正方向一致时，首先打开K2，关合K4(此时K3、K5、K6原状态)，然后打开高速真空开关K1；在随后电流负半周时，首先合上高速真空开关K6，然后打开高速真空开关K3，然后合上高速真空开关K5(此时K1、K2、断开，K4关合状态)，电流回路从X1转换到X2，切换过程完成，装置将转入稳态运行工况。切换后工况是K1、K2、K3全开断，K4、K5、K6全关合。

如果要将电流回路从抽头X2所在的回路，转换到抽头X1所在的回路。切换前工况是K4、K5、K6全关合，K1、K2、K3全开断。当测得电流为正向时，首先合上高速真空开关K1，然后断开真空开关K4和高速真空开关K5；当测得电流变为反向时，则合上高速真空开关K3，然后断开真空开关K6，再合上高速真空开关K2，装置将转入稳态运行工况。切换后工况是K1、K2、K3全关合，K4、K5、K6全断开。

不管有几组开关装置，都是按照这样原理调压。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法，其特征在于，所述基于二极管的无弧开关，包括两个二极管和三个高速真空开关，其中二极管(D1)和高速真空开关(K1)串联、二极管(D2)和高速真空开关(K3)串联，这两条串联电路同时与高速真空开关(K2)组成并联电路，且二极管(D1)和二极管(D2)在并联电路中互为反方向；

所述有载调压方法为：在变压器高压绕组的各分接抽头上各串接一组所述的基于二极管的无弧开关，各无弧开关的输入端分部与各分接抽头相连，各无弧开关的输出端并联，各无弧开关并由现有控制装置向无弧开关发送调压控制指令，实现对变压器的有载调压。

2.根据权利要求1所述的基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法，其特征在于，以在所述变压器高压绕组的两个分接抽头(X1、X2)上分别串联一所述无弧开关为例，实现所述变压器有载调压的具体方法如下：

3.根据权利要求2所述的基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法，其特征在于，如果要将电流回路从分接抽头(X2)所在的回路，转换到分接抽头(X1)所在的回路，则切换过程是：

4.根据权利要求1或2或3所述的基于二极管无弧开关的变压器有载调压方法，其特征在于：所述无弧开关的设置数量由所述变压器调压级数确定。