CN105164769A - 设置有用于调节带负载变压比的装置的变压器 - Google Patents

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Abstract

为了允许在电荷波动的基础上调节电压，MV/LV变压器(10)与第二升压变压器(20)结合，其包括在同一初级绕组上的多个插座(22、24、26)，所述插座与LV网络的连接通过低压接触器开关装置(32、34、36)进行控制。由此，通过第二变压器(20)产生的在电压上的更改修改了所述组件(10、20)的变压比，并允许电压变化。本发明特别适用于三相油浸变压器。

Description

设置有用于调节带负载变压比的装置的变压器
技术领域
本发明涉及配电并且特别涉及变压比(transformationratio)调节，以便不管可能的负载波动而将流通电压维持在可接受的限度内。
具体地，本发明涉及一种中压(MV)/低压(LV)变压设备，其中，主变压器与用于无需主变压器断电而更改变压比的设备相关联。
背景技术
电气网络一般以通过变电站分开的几个层次构造：在第一甚高压和高压的输送和配送网络之后，通常在1至35kV(在法国更具体地是15或20千伏)之间的HV-A或MV中压配电网络提供用于到工业类型客户或到LV低压网络(在法国特别是0.4kV)的小规模输送，所述低压网络供应具有低能源需求的客户。MV/LV配电变压器由此在输入与输出电压之间设计有确定为确保与用户端标准兼容的电压电平的比，或变压比。
负载、网络的物理结构以及特别是电缆长度和变压器与用户之间的部件阻抗中的变化可以导致电压波动，在LV网络中以及在最终用户的住所处将这些保持为尽可能地低是重要的。由此，在MV/LV变电站处安装调节系统，其通过无负载地修改变压比而补偿网络中的变化导致的电压变化。例如在文件FR2787248中所描述的。
但是，使用光伏面板、风力发电场和小型电站的分散生产装置(productionmeans)的装置显著地增加了参数的波动。事实上，远离源变压器的局部生产可以由于线路的阻抗导致接近生产的电压急剧增加；相反地，在没有生产时，线路的阻抗局部地导致电压的降低。因此，分别地增加或减少变压比以保持在建议的范围内是重要的。因此，用变压比动态调节装置装备MV/LV配电变压器(通常是充油的)是适当的，如果可能的话，所述调节是带负载调节，即无需切断电源。已经为这些“带负载抽头变换器(On-LoadTapChangers)”(OLTCs)提出了多种技术解决方案。
特别地，借助于将初级绕组分离成主要部分和可调节部分，常规的机械解决方案通过修改初级侧(MV)的匝数而执行变压比的变化。然而，这样的机械开关系统的制造和维护都是复杂并昂贵的：由于电介质隔离的要求，可调节部分的开关被放置在油中，所述油在从一个抽头到另一个的变换产生的电弧过程中被污染。为了消除电弧问题，已经提出了使用真空室(参见WO2012/062408)，然而这增加了初始变压器的成本和尺寸。
例如在FR2873489或WO2010/072623中呈现的解决机械开关问题的另一种选择包括对于从一个抽头变换到另一个使用半导体。由于这种类型的部件不能被放置在中压侧而免于与油的存在和电隔离的要求有关的困难和额外费用，因此调节是在LV侧进行的，鉴于低压和电流的显著水平导致低的电压调节匝数，这从而降低了调节的精度。此外，对于这样的解决方案的控制是复杂的，并且考虑到电流，这些半导体部件不能是标准的，此外还具有显著损失：解决方案的成本较高。
发明内容
除其它优点外，本发明旨在解决现有调节设备的缺点，并且特别旨在提供一种用于选择抽头的可靠且便宜的系统，其适合于充油的MV/LV变压器。
在它的一个方面，本发明由此涉及包括第一主变压器的变压设备，它的变压比是由MV初级和LV次级电路的期望电压确定的。优选地，这是一个充油变压器。优选地，该设备配备有用于在将电气设备连接到网络之前并根据所述网络的特征而调节空载主变压比的装置。
该设备还包括第二调节变压器，其优选地也是充油的，并与主变压器位于同一储罐中，它的次级绕组与主变压器的初级电路串联连接。就其本身而言，调节变压器的初级绕组包括特别在端部处的至少两个抽头，并且优选地是三个。当它通过端部抽头中的一个连接到主变压器时，调节变压器的变压比被有利地选择为对应于所述主变压器变压比的预定百分比N，通常在0.5％至5％之间，特别是2.5％；如果提供第三中心抽头，理想的是它在初级绕组的中心，以便产生等于主变压比的规定调节值两倍的调节变压比，特别是5％。
调节变压器的至少两个抽头(优选地是端部抽头)与三条连接线路相关联：到主变压器的次级电路的配备有第一开关装置的第一连接线路、到次级电路的另一相或零线的(neutral)配备有第二开关装置的第二连接线路、以及到主变压器的次级电路的配备有第三开关装置和负载阻抗的第三连接线路或“旁通”线路。优选地，两个旁通线路具有共同的负载阻抗。调节变压器的其他抽头可以只包括一个连接线路，其配备有切换到主变压器的次级电路的装置。
开关装置在空气中工作，并且优选地在操作者可直接地接触到的同一板上组合在一起。
根据本发明的变压设备还包括用于抽头开关装置的控制系统，该控制系统可以被固定到设备或者被定位离开，并优选地经由主变压器的次级电路供电。
为了在带负载抽头变换过程中防止任何问题，根据本发明的设备配备有用于确保两个不同抽头的连接线路中的至少一个闭合的装置，从而使调节变压器的初级不是开路。有利地，特别地配备有类似于开关装置的开关的安全电路被安装在每个抽头的第一线路与第二线路之间；可选地，开关装置可以被选择为在处于双稳位置和/或与位置保持设备相关联。
在另一方面，本发明涉及相应的三相电气装置。特别地，根据本发明的装置包括如前面所限定的三个设备，其变压器优选地容纳在同一油储罐内，并且其开关装置也优选地容纳在同一板上。三相电气装置的三个设备的特性和参数有利地是相同的，并且特别地，三个变压器(主变压器和/或调节变压器)本身可形成为覆盖三个相位的一体式块。控制系统适合于同时地控制各个抽头的开关装置，并且优选地，所述开关装置是在空气中操作的机电接触器，它可以与位置保持装置相关联。
附图说明
其它的优点和特征从本发明的具体实施例中将变得更加显而易见，所述实施例通过说明的方式给出而完全不是限制性的，并且其被描绘在附图中。
图1示出了根据本发明的优选实施例的三相电气装置。
图2描绘了根据本发明的装置的电气电路图。
图3A至图3F示出了根据本发明的设备的调节步骤。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的三相电气装置1可以具有市售三相变压器组件的常规部件和特征。特别地，电气装置1有利地包括充有油或其它电介质流体的有翼片3的储罐，实际的变压组件被容纳在所述储罐中，并且衬套和其他连接设备5从所述储罐显现在MV网络上，并到达外壳7和LV网络。
根据本发明，可以使用容纳在储罐3中的例如适用于630kVA的主变压器单元作为主变压部件，其具有20kV-18.2A的初级电路和410V-887A的次级电路，或三个相同的单相变压器10，或任何其他系统。优选地，在将其置于操作中之前，提供用于根据局部的MV/LV使用条件、装置1的位置等现场调节和调整变压比(多个变压比)的装置，例如传统断电抽头变换器。
为了允许对电压进行调节同时限制成本，本发明使用调节变压器单元，特别是有与每个主变压器10相关联的第二调节变压器20。第二调节变压器20-尺寸小于主变压器10但其可以是相同种类的-可安装在相同的油储罐3中。第二调节变压器20配备有使得它能够与主变压器10相连或不相连的抽头。有利地，调节变压器20包括使得能够在电压上变化N％和2·N％的三个抽头22、24、26(即，特别地，对于上面介绍的其中N％＝2.5％的情况，500V-22.2A和1kV-43.3A的抽头)。
然而，本发明不使用“升压”变压器作为变压器的原理，而是作为电流互感器。事实上，如在CN20158428中介绍的，如果抽头变换是在油中通过复杂的设备或经由半导体执行的，添加简单的升压变压器没有解决执行复杂性的问题。
就其本身而言，本发明依赖于使用经过验证的抽头开关系统30，设备的低压开关自身位于空气中而没有浸没在储罐3中：由此，考虑到已知很长时间的浸没变压器10、20是所关心的，在储罐3内的油不会被污染并且执行的参数是容易实现的。另外，因为开关部件30可以直接从外部接触到，维护是容易的。
由此，根据本发明，第二变压器20与主变压器10相关联，所述第二变压器20获得次级电路的电压，处理它，并将其串联地注入主电压以便调节所述主电压。初级MV电压的这种调节自动地带来了LV电压的修正。
开关装置30仅观察在调节变压器20中流动的电流，而不是在整个网络中流动的电流。因此，优选地，开关装置30是市售的机电接触器，并且对于例如控制马达是常用的，其成本是低的并且性能水平是可预测的，并且其还提供了将用于三个相位的开关装置在同一设备中组合到一起的优点。
在图2所示的实施例中，对于各相位U、V、W，主变压器单元的初级绕组和调节变压器单元的次级绕组串联地放置在MV网络上，各主变压器10的次级绕组的对应于LV网络的相位。调节变压器单元的初级绕组就其而言包括几个抽头22、24、26，所述抽头可以或者连接到LV网络上的主变压器单元的相应绕组，或者未连接到所述绕组。由此，取决于抽头22、24、26，电流流过调节变压器20的初级绕组的全部或部分，因而容纳在储罐3中的所述组10、20的变压比被修改，由此修改次级LV网络的电压(从该LV电压是通过发电机6施加的假设开始)。
为了将调节变压器20的初级绕组的抽头22、24、26连接到或不连接到LV网络，配备有开关装置的连接线路被实现。特别地，各相U、V、W的各抽头22、24、26是通过在LV网络的相应相U、V、W上配备有第一开关322、324、326的线路连接的。提供电流回路也是合适的，并且至少两个抽头22、24通过在LV网络的另一相U、V、W上配备有第二开关34的线路连接。应注意的是，也可以提供到零线的连接。在示出的优选实施例中，只有绕组22、24的两个端部抽头连接到所述第二连接线路，事实证明，这实际上是足够的并且减少了所需接触器的数量。
根据本发明，由于变压比的调节可以带负载进行，所以提供了临时连接到负载阻抗ZU、ZV、ZW的其他线路。根据本发明，至少两个抽头22、24连接到配备有第三开关362、364并且在LV网络的相应相U、V、W上负载阻抗是ZU、ZV、ZW的第三线路。实际上，这种解决方案提供了相对于串联放置的初级绕组中心限制励磁电流的优点，并因此减少了调节变压器20的磁化要求：此外，端部抽头处的电压和电流要求较低，使得阻抗和相关接触器两者都被保护。
此外，并且如上面所解释的，调节变压器被用作电流互感器，而抽头变换能够带负载进行。因此，由于在其绕组中超电压和损坏装置1中部件的危险，确保电流在调节变压器20中从不中断是合适的。因此提供了确保两个不同抽头22、24的至少一个接触器闭合的方法，在这种情况下，在所示实施例中，这是通过在安全电路38上存在接触器提供的，所述安全电路38在故障情况下自动闭合。也可以考虑任何其它选择，例如使用设计为常开的开关装置而不是工业接触器以满足电机启动的安全标准。
接触器的板30与所述开关装置的控制系统40相关联。优选地，控制系统经由合适的装置直接地在LV网络上供电。所述控制系统40可以永久地放置在油储罐3上，或者也可以放置在定位离开的面板上，例如用于经由有线链路的场外控制。
根据取决于所需变压比调节程度的接触器的预定闭合/断开顺序，控制系统40被设计为使得能够从一个抽头切换到另一个。特别地，调节原理将参照图3对单相设备和并从零调节(即，只使用主变压器10)到+N％和+2·N％调节的变化进行说明。
在初始位置(图3A)，所述三个抽头22、24、26从LV网络的相位断开，即第一和第三线路的五个接触器32、36是断开的，而只有端部抽头22、24的第二线路的接触器34是闭合的；这两个接触器342、344保持机械地闭合，以便在可能的电压损失期间保证安全。为了准备右侧端部抽头24到低压相位上的切换，首先，如图3B所示，通过驱动相关的接触器364经由负载阻抗Z4通过闭合进行是适当的；因此，发生了中间步骤，其中，为了有关抽头24，两个接触器344、364被闭合。一旦获得了这种第三线路的闭合，为了使电压仅通过阻抗Z4，对应于使抽头开路而断开第二接触器344是有可能的。第一接触器324然后被驱动以被闭合，并且一旦获得了这种闭合(图3D)，所述负载接触器364被断开，并且得到了相应于+N％的调节位置(图3E)。在这里，第一接触器324由适当的装置保持在该闭合位置上，直到必需切换为止。
调节抽头24通过以相反的顺序遵循所述步骤断开，并且特别是通过负载阻抗Z的第三接触器36在第一与第二接触器32、34之间的任何切换过程中闭合的中间步骤。
对应于连接中心抽头26的2·N％的调节，从对应于图3C的位置实施同样的处理，其中，端部抽头的第二和第三接触器344、364是闭合的：与中心抽头26相关联的接触器326被关闭(图3F)，然后负载接触器364被打开(未示出)。
对于负调节，根据涉及接触器322、342、362(和326)的确定序列，左侧抽头22被以同样的方式连接；继续进行经由对应于抽头22的负载阻抗Z2的切换在实际上是有利的。
在调节变压器20的同一绕组上增加其他抽头以增加装置1的变压比更改的数量是可以的。可选地，为了便利电连接并且防止破坏性的相互作用，对于五抽头调节器(因此有9个调节值)，实现两个串联调节变压器20是优选的，所述调节变压器20类似于参考图2和图3呈现的那个。事实上，在大多数情况和规格下，五抽头是足够多的，并且此外提供了使用两个类似的调节变压器，以用于限制储存和维护费用。
考虑到装置1的功率对变压器的要求，根据本发明的解决方案虽然使用了附加部件，但是其成本和尺寸是最小的，因此在试运转之前，根据变压器的位置和本地网络的性质，其提供用于能够在现场精确地调节的变化程度调节标称功率。
在装置1的变压比中的变化因而被带负载地进行，尤其是在使用双稳接触器的情况下以完整的安全性进行，而无需真空室、电力电子或甚至电压或电流测量。虽然它是在LV侧执行的，变压比的调节是精确的，其间隔可以是精细的，显著地是2.5和5％。变压的改变可以远程地或在现场直接地经由设置为在限制性工业环境中操作的标准控制器控制，并且显著地无需电压和/或电流测量。此外，由于接触器自身是成熟、可靠并且易于获得的解决方案，维修与现有变压器的相当。
虽然本发明已经参照由工业型接触器驱动的630kVAMV/LV充油三相配电变压器组件进行了描述，但是其不限于此：本发明可以涉及其它变换设备和其它开关装置。具体地，调节单元20的初级电路可以与变压器单元10的初级绕组、用一个相和零线驱动的次级调节单元20串联连接。除了机电接触器之外，使用半导体式或其它开关装置是有可能的。当然，根据本发明的调节可以涉及到MV/LV变压器的整个范围，特别是对于5至36kV的MV网络和220至440V的LV网络涉及100至2500kVA的范围。

Claims (14)

1.一种电气变压设备，包括：
-主变压器(10)，其具有中压初级电路和低压次级电路；
-用于所述主变压器(10)的调节变压器(20)，其具有连接到所述中压初级电路的次级绕组和包括至少两个抽头(22，24)的初级绕组，每个抽头被关联于
配备有连接到所述低压次级电路的第一开关装置(32)的第一线路，
配备有连接到所述低压次级电路的另一相或零线的第二开关装置(34)的第二线路，
配备有第三开关装置(36)和连接到所述低压次级电路的负载阻抗(Z)的第三线路；
-控制系统(40)，其用于控制每两个所述抽头(22、24)的所述第一、第二和第三开关装置(32、34、36)。
2.根据权利要求1所述的电气变压设备，其中，所述负载阻抗(Z2、Z4)是所述两个抽头(22、24)的第三线路共用的。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的电气变压设备，其中，所述调节变压器(20)的所述初级绕组包括经由开关装置(326)连接到所述低压初级电路的第三抽头(26)，所述控制系统(40)适于额外地控制所述第三抽头(26)的所述开关装置(326)。
4.根据权利要求3所述的电气变压设备，其中，所述第三抽头(26)位于所述调节变压器(20)的所述初级绕组上的所述第一与第二抽头(22、24)之间，尤其是在所述两个抽头(22、24)的中心。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电气变压设备，包括用于确保至少两个不同抽头的至少一个所述开关装置关闭的装置。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电气变压设备，包括用于调节所述主变压器(10)的变压比的装置。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电气变压设备，其中，所述主变压器和调节变压器(10、20)位于油储罐(3)中。
8.根据权利要求7所述的电气变压设备，包括容纳所述调节变压器(20)的所述初级绕组的所述抽头(22、24、26)的所述开关装置(32、34、36)的板(30)，所述板(30)可从所述油储罐(3)外直接地接触。
9.根据权利要求7或8中的任一项所述的电气变压设备，其中，所述控制系统(40)定位离开所述油储罐(3)。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的电气变压设备，其中，所述控制系统(40)从所述变压器(10)的所述次级绕组直接地供电。
11.一种为各相包括根据权利要求1至10中的任一项所述的设备的三相电气装置，并且其中，所述控制系统(40)适合于同时地控制各设备的所述相应开关装置(32、34、36)。
12.根据权利要求11所述的三相电气装置，其中，各变压器(10、20)的所述负载阻抗(Z)和所述变压比对于所述三个设备是相同的。
13.根据权利要求11或12中的任一项所述的三相电气装置，其中，所述三个设备的所述两个变压器(10、20)容纳在同一油储罐(3)中，并且所述三个设备的所述开关装置容纳在所述油储罐(3)外的同一板(30)中。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的三相电气装置，其中，对于各相，各抽头的各线路的所述开关装置分组到一起并通过机电接触器形成。
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