CN107068368B - 一种干式有载分接开关电路及其调容和调压方法 - Google Patents

Abstract

一种干式有载分接开关电路及其调容和调压方法，包括设置在三相变压器每相高压绕组中的高压开关电路和设置在每相低压绕组中的低压开关电路；所述高压开关电路包括五个双向选择开关、工作高压断路器VK1、切换高压断路器VK2、调容过渡电阻R1和调压过渡电阻R2；所述低压开关电路，包括串联在第一绕组首端和第二绕组首端之间的第一低压断路器VK11和低压过渡电阻R，串联在第一绕组首端和第二绕组首端之间的第二低压断路器绕组VK12，串联在第一绕组尾端和第二绕组首端之间的的第三低压断路器VK13，串联在第一绕组尾端与第二绕组尾端的第四低压断路器VK14。该电路简单易行，具有绝缘可靠、体积小、结构简单、切换过程不断电等特点。

Description

一种干式有载分接开关电路及其调容和调压方法

技术领域

本发明涉及一种用于干式变压器进行有载调容调压的分接开关电路，属于配电变压器有载分接技术领域。

背景技术

有载调容调压变压器作为降低配电损耗的新型电力设备，十分适用于负荷变化比较大的场所，尤其在峰谷差异越明显、峰谷轮换越频繁、负荷时间越长的场所，其节能效果越显著。目前，油浸式有载调容调压变压器的设计和制造工艺日渐成熟，但是限于防火、防爆等要求，在城市住宅小区、商场、写字楼等户内安装场所无法使用，这类场所一般都使用干式变压器，其特点是既能深入负荷中心，又能防火、防爆，且环保性能优越。

干式变压器的空载损耗要比同型号、同容量的油浸式变压器高约15％，峰谷负荷的变化导致其空载损耗占总损耗的比重较大，电能损耗严重。干式有载调容调压变压器可有效的解决这一问题。但是，目前干式有载调容调压变压器尚未有成功运行的案例，主要原因在于干式有载调容调压分接开关的设计和制造工艺不成熟。

干式有载调容调压分接开关，配套于三相交流50Hz、额定电压10kV及以下干式有载调容调压变压器，在不断电的条件下实现变压器的大容量和小容量状态的转换和电压升降，降低变压器损耗、提升电能质量。与油浸式有载调容调压变压器不同，干式有载调容调压变压器安装于室内，且绝缘介质是空气，所以与之相匹配的有载调容调压分接开关需要具备无油化、阻燃、防爆的性能。空气中电气绝缘的安全距离要求比油中要大，但是限于现场安装环境的要求，干式有载调容调压分接开关的体积又不能无限增大。

目前，公知的干式有载调容调压分接开关设计的主要技术难点问题包括：

(1)调容开关高压触头“Y-D”转换时级电压大，触头间电弧熄灭困难。简单采用真空泡代替选择开关的方法，会因真空泡的数量过多而造成体积较大，且电路结构复杂，成本也会大大增加。

(2)传统机械驱动方式结构复杂，且不容易实现三相同时切换的要求。

(3)低压侧触头在切换过程中切换电流大，采用目前公知的开关结构存在触头温升大和绝缘易老化的问题，而且开关内部的绝缘结构也无法满足无油条件下的绝缘距离要求。

发明内容

针对现有干式有载调容调压分接技术存在的不足，本发明提供一种绝缘可靠、体积小、结构简单、切换过程不断电的干式有载分接开关电路。

本发明的干式有载分接开关电路，采用以下技术方案：

该干式有载分接开关电路，包括设置在三相变压器每相高压绕组中的高压开关电路；所述三相变压器的每相高压绕组中设置三个分接触头，高压绕组中的首端与尾端之间依次设置第一分接触头、第二分接触头和第三分接触头，每两相高压绕组之间设置一套高压开关电路，实现三相高压绕组之间触头的转换连接。

上述干式有载分接开关电路，还包括设置在三相变压器每相低压绕组中的低压开关电路；所述三相变压器的每相低压绕组中均包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，第二绕组尾端与第三绕组首端连接，低压开关电路连接在第一绕组和第二绕组之间。

所述高压开关电路包括五个双向选择开关、工作高压断路器、切换高压断路器、调容过渡电阻和调压过渡电阻；第一双向选择开关的两个切换触头分别与高压绕组中的第一分接触头和第二分接触头连接；第二双向选择开关的两个切换触头分别与第一双向选择开关和高压绕组中的第三分接触头连接；第二双向选择开关与第三双向选择开关之间连接有工作高压断路器；第三双向选择开关的一个切换触头与下一个高压绕组的首端连接，三个高压绕组中的第三双向选择开关的另一个切换触头连接在一起；第四双向选择开关的两个分接触头中，一个通过调容过渡电阻与第二双向选择开关连接，一个通过调压过渡电阻与高压绕组中的第二分接触头连接；第四双向选择开关和第五双向选择开关之间连接有切换高压断路器；第五双向选择开关的两个切换触头分别与第三双向选择开关的两个切换触头连接。所述工作高压断路器和切换高压断路器均采用真空泡。所述五个双向选择开关、工作高压断路器和切换高压断路器均采用永磁电动机构驱动。

所述低压开关电路，包括串联在第一绕组首端和第二绕组首端之间的第一低压断路器和低压过渡电阻，串联在第一绕组首端和第二绕组首端之间的第二低压断路器，串联在第一绕组尾端和第二绕组首端之间的的第三低压断路器，串联在第一绕组尾端与第二绕组尾端的第四低压断路器。所述第一低压断路器、第二低压断路器、第三低压断路器和第四低压断路器均采用真空泡。所述第一低压断路器、第二低压断路器、第三低压断路器和第四低压断路器均由永磁电动机构驱动。

变压器的三相电路同时进行切换操作。

上述干式有载分接开关电路实现调容功能的方法，可以采用高压开关电路实现高压侧触头转换，而低压侧触头切换采用现有技术，也可以同时采用本发明中的高压开关电路和低压开关电路实现高压侧触头和低压侧触头转换。按照调容功能分为第一容量(大容量)和第二容量(小容量)两种状态；第一容量状态时的高压开关电路连接状态为：第一双向选择开关与第二双向选择开关连接，第三双向选择开关切换至与下一个高压绕组的首端连接；第一容量状态时的低压开关电路连接状态为：第一低压断路器和第三低压断路器断开、第二低压断路器和第四低压断路器闭合；第二容量状态时的高压开关电路连接状态为：第一双向选择开关与第二双向选择开关连接，第三双向选择开关切换至与下一个高压绕组中的第三双向选择开关连接；第二容量状态时的低压开关电路连接状态为：第一低压断路器、第二低压断路器和第四低压断路器断开，第三低压断路器闭合。

上述干式有载分接开关电路实现调压功能的方法，由高压开关电路实现，工作高压断路器在变压器正常运行时一直处于闭合状态，承担负载电流，在进行调压操作时，切断或导通负载电流；切换高压断路器在变压器正常运行时一直处于断开状态，在进行调压操作时，导通或切断过渡电流，并承担短时的过渡电流。根据所连接的高压绕组上的分接触头分为“一分接”、“二分接”和“三分接”三种状态，一分接：将第一选择开关K1切换至与高压绕组的第一分接触头连接；二分接：第一转换开关K1转换至与高压绕组的第二分接触头连接；三分接：第二转换开关K2转换至与高压绕组的第三分接触头连接。

本发明设计简单，易于操作，满足大、小容量及各分接位置切换时的要求。高压开关电路采用断路器和双向选择开关组合的方式，每相绕组只需要两个高压断路器即可实现高压开关电路的调容和调压功能，又满足了在调压时调压过渡电阻参与，在调容时调容过渡电阻参与的要求。高压开关电路中全部高压断路器的数量仅为6个，减小了高压断路器的使用数量，降低了开关的成本与体积。低压开关电路通过操纵四个低压断路器的闭合和断开来实现，调容时，通过操纵四个低压断路器的断开和闭合，实现低压绕组连接方式的转换，简单易行。采用永磁操作机构，结构简单，易于操作，机械寿命可达10万次以上。调容和调压切换时电压波动小，不影响电气设备正常使用。通过使用断路器作为灭弧装置和优化电路设计，降低开关内部的绝缘距离，具有绝缘可靠、体积小、结构简单、切换过程不断电等特点。

附图说明

图1是本发明中的高压开关电路的原理图。

图2是本发明中的低压开关电路图。

图3是大容量状态高压一分接时开关电路图。

图4是小容量状态高压一分接时开关电路图。

图5是大容量状态低压开关电路图。

图6是小容量状态低压开关电路图。

图7是大容量状态高压二分接时开关电路图。

图8是大容量状态高压三分接时开关电路图。

具体实施方式

本发明的干式有载分接开关，适用于干式变压器，包括高压开关电路和低压开关电路，调压功能由高压开关电路实现，调容功能由高压开关电路和低压开关电路共同实现。

如图1所示，本发明中的高压开关电路包括五个双向选择开关(第一双向选择开关K1、第二双向选择开关K2、第三双向选择开关K3、第四双向选择开关K4和第一双向选择开关K5)、两个高压真空泡(工作高压真空泡VK1和切换高压真空泡VK2)和两个过渡电阻(调容过渡电阻R1和调压过渡电阻R2)。1和2是第一双向选择开关K1的切换触头，3和4是第二双向选择开关K2的切换触头，5和6是第三双向选择开关K3的切换触头，7和8是第四双向选择开关K4的切换触头，9和10是第五双向选择开关K5的切换触头。

图1中，U1、V1和W1是三相变压器的外部高压接线端子，每相绕组包括主绕组和分接绕组，每相高压绕组中设置三个分接触头，高压绕组中的尾端之间分别设置第一分接触头和第二分接触头，尾端为第三分接触头。X1、X2和X3是变压器U1相绕组的分接触头。Y1、Y2和Y3是变压器V1相绕组的分接触头。Z1、Z2和Z3是变压器W1相绕组的分接触头。第一双向选择开关K1的两个切换触头1和2分别与每相绕组中的第一分接触头(X1、Y1或Z1)、和第二分接触头(X2、Y2或Z2)连接。第二双向选择开关K2的两个切换触头3和4分别与第一双向选择开关K1和每相绕组中的第三分接触头(X3、Y3或Z3)连接。第二双向选择开关K2与第三双向选择开关K3之间连接有工作高压真空泡VK1。第三双向选择开关的一个切换触头与下一个高压绕组的首端连接，三个高压绕组中的第三双向选择开关的另一个切换触头连接在一起。第四双向选择开关K4的两个分接触头中，一个通过调容过渡电阻R1与第二双向选择开关K2连接，一个通过调压过渡电阻R2与每相绕组中的第二分接触头连接。第四双向选择开关K4和第五双向选择开关K5之间连接有切换高压真空泡VK2。第五双向选择开关K5的两个切换触头分别与第三双向选择开关K3的两个切换触头连接。

上述高压开关电路采用高压真空泡和双向选择开关组合的方式，高压真空泡和双向选择开关两者都具备正常导通负荷电流和阻隔额定电压的功能，真空泡具有闭合和切断负荷电流的功能，选择开关不具备闭合和切断负荷电流的功能。选择开关实现在其所在支路没有电流的情况下对目标支路进行选择，高压真空泡实现对其所在支路的电流进行切断或导通。工作高压真空泡VK1在变压器正常运行时一直处于闭合状态，承担负载电流；在进行调容或调压操作时，切断和导通负载电流。切换高压真空泡VK2在变压器正常运行时一直处于断开状态，在进行调容或调压操作时，导通和切断过渡电流，并承担短时的过渡电流。

本发明中的低压开关电路，如图2所示，U2、V2、W2和0是三相变压器外部低压接线端子；三相低压绕组中每相绕组均包括绕组1、绕组2和绕组3三个部分。绕组1的首端和绕组2的首端一方面通过串联的低压真空泡VK11和低压过渡电阻R连接，一方面直接连接有低压真空泡绕组VK12。绕组1的尾端与绕组2的首端连接有低压真空泡VK13。绕组1的尾端与绕组2的尾端连接有低压真空泡VK14。绕组2的尾端与绕组3的首端连接。

本发明干式有载调容调压分接开关的运行状态，按照调容功能可分为大容量(第一容量)和小容量(第二容量)两种状态。调容功能由高压开关电路和低压开关电路共同实现。

大容量状态时的高压开关电路连接状态为：第一选择开关K1与第一选择开关K2连接，第三选择开关K3切换至与下一个高压绕组的首端连接；

大容量状态时的低压开关电路连接状态为：第一低压真空泡VK11和第三低压真空泡VK13断开、第二低压真空泡VK12和第四低压真空泡VK14闭合；

小容量状态时的高压开关电路连接状态为：第一选择开关K1与第一选择开关K2连接，第三选择开关K3切换至与下一个高压绕组中的第三选择开关K3连接；

小容量状态时的低压开关电路连接状态为：第一低压真空泡VK11、第二低压真空泡VK12和第四低压真空泡VK14断开，第三低压真空泡VK13闭合。

调压功能按所连接的高压绕组上的分接触头可分为“一分接”、“二分接”和“三分接”三种状态，调压功能由高压开关电路实现。实现调压功能时的低压侧触头切换可以采用现有技术中变压器的结构，也可以采用本发明中的低压开关电路。

一分接：将第一选择开关K1切换至与高压绕组的第一分接触头连接。二分接：第一转换开关K1转换至与高压绕组的第二分接触头连接。三分接：第二转换开关K2转换至与高压绕组的第三分接触头连接。

因此，可以组合为高压一分接时大容量状态、高压一分接时小容量状态、高压二分接时大容量状态、高压二分接时小容量状态、高压三分接时大容量状态以及高压三分接时小容量状态。

由大容量状态转换为小容量状态时：高压绕组由D接转换为Y接，相电压减小为大容量时的匝电势也随之减小为大容量时的低压绕组中并联的线匝改为串联，线匝数增至大容量时的倍。由于高压绕组电压降低和低压绕组线匝数增加的倍数相同，从而保持低压侧输出电压稳定不变。同时，绕组匝数的增加使铁心磁通密度大幅度降低，硅钢片单位损耗变小，空载损耗和空载电流也大幅下降，达到节能降耗的目的。

本发明采用永磁电动机构驱动真空泡和实现双向选择开关的切换，三相电路同时进行切换操作。

大容量状态高压1分接时的开关电路如图3。小容量状态高压1分接时开关电路如图4。图中黑色粗体实线表示此运行状态的导通电路。

大容量状态低压开关电路如图5。小容量状态低压开关电路如图6。图中黑色粗体实线表示此运行状态的导通电路。

以下以高压1分接时大容量状态与小容量状态之间的切换为例说明。

一.由大容量状态切换为小容量状态时：

(1)高压开关电路由图3所示状态切换为图4所示状态的操作步骤(共6步)：

第一步：第五双向选择开关K5由触头9切换到触头10；

第二步：切换高压真空泡VK2由断开切换到闭合；

第三步：工作高压真空泡VK1由闭合切换到断开；

第四步：第三双向选择开关K3由触头5切换到触头6；

第五步：工作高压真空泡VK1由断开切换到闭合；

第六步：切换高压真空泡VK2由闭合切换到断开。

(2)低压开关电路由图5所示状态切换为图6所示状态的步骤(共5步)：

第一步：低压真空泡VK11由断开切换到闭合；

第二步：低压真空泡VK12由闭合切换到断开；

第三步：低压真空泡VK14由闭合切换到断开；

第四步：低压真空泡VK13由断开切换到闭合；

第五步：低压真空泡VK11由闭合切换到断开。

二.由小容量状态切换为大容量状态时：

(1)高压开关电路由图4所示状态切换为图3所示状态的步骤(共6步)：

第一步：第五双向选择开关K5由触头10切换到触头9；

第二步：切换高压真空泡VK2由断开切换到闭合；

第三步：工作高压真空泡VK1由闭合切换到断开；

第四步：第三双向选择开关K3由触头6切换到触头5；

第五步：高压真空泡VK1由断开切换到闭合；

第六步：切换高压真空泡VK2由闭合切换到断开。

(2)低压开关电路由图6所示状态切换为图5所示状态的步骤(共5步)：

第一步：低压真空泡VK11由断开切换到闭合；

第二步：低压真空泡VK13由闭合切换到断开；

第三步：低压真空泡VK14由闭合切换到断开；

第四步：低压真空泡VK12由断开切换到闭合；

第五步：低压真空泡VK11由闭合切换到断开。

调压功能由高压开关电路单独实现，以大容量状态下高压1分接、2分接和3分接三种状态之间的切换为例说明：

大容量状态高压1分接时电路图，参见图3。大容量状态高压2分接时电路如图7，大容量状态高压3分接时的电路如图8，图中黑色粗体实线表示此运行状态的导通电路。

一.由1分接切换到二分接，再切换到三分接的操作步骤。

(1)高压开关电路由一分接切换为二分接的步骤(共7步)：

第一步：第四双向选择开关K4由触头7切换到触头8；

第二步：切换高压真空泡VK2由断开切换到闭合；

第三步：工作高压真空泡VK1由闭合切换到断开；

第四步：第一双向选择开关K1由触头1切换到触头2；

第五步：工作高压真空泡VK1由断开切换到闭合；

第六步：切换高压真空泡VK2由闭合切换到断开；

第七步：第四双向选择开关K4由触头8切换到触头7。

(2)高压开关电路由二分接切换为三分接的步骤(共7步)：

第一步：第四双向选择开关K4由触头7切换到触头8；

第二步：切换高压真空泡VK2由断开切换到闭合；

第三步：工作高压真空泡VK1由闭合切换到断开；

第四步：第二双向选择开关K2由触头3切换到触头4；

第五步：工作高压真空泡VK1由断开切换到闭合；

第六步：切换高压真空泡VK2由闭合切换到断开；

第七步：第四双向选择开关K4由触头8切换到触头7。

二.高压开关电路由三分接切换到二分接，再切换到一分接的操作步骤。

(1)高压开关电路由三分接切换为二分接的步骤(共7步)：

第一步：第四双向选择开关K4由触头7切换到触头8；

第二步：切换高压真空泡VK2由断开切换到闭合；

第三步：工作高压真空泡VK1由闭合切换到断开；

第四步：第二双向选择开关K2由触头4切换到触头3；

第五步：工作高压真空泡VK1由断开切换到闭合；

第六步：切换高压真空泡VK2由闭合切换到断开；

第七步：第四双向选择开关K4由触头8切换到触头7。

(2)高压开关电路由2分接切换为一分接的步骤(共7步)：第一步：第四双向选择开关K4由触头7切换到触头8；

第二步：切换高压真空泡VK2由断开切换到闭合；

第三步：工作高压真空泡VK1由闭合切换到断开；

第四步：第一双向选择开关K1由触头2切换到触头1；

第五步：工作高压真空泡VK1由断开切换到闭合；

第六步：切换高压真空泡VK2由闭合切换到断开；

第七步：第四双向选择开关K4由触头8切换到触头7。

Claims (10)

1.一种干式有载分接开关电路，其特征是：包括设置在三相变压器每两相高压绕组之间的高压开关电路；所述三相变压器的每相高压绕组中设置三个分接触头，高压绕组中的首端与尾端之间依次设置第一分接触头、第二分接触头和第三分接触头，所述高压开关电路包括五个双向选择开关、工作高压断路器、切换高压断路器、调容过渡电阻和调压过渡电阻；第一双向选择开关的两个切换触头分别与高压绕组中的第一分接触头和第二分接触头连接；第二双向选择开关的两个切换触头分别与第一双向选择开关和高压绕组中的第三分接触头连接；第二双向选择开关与第三双向选择开关之间连接有工作高压断路器；第三双向选择开关的一个切换触头与下一个高压绕组的首端连接，三个高压绕组中的第三双向选择开关的另一个切换触头连接在一起；第四双向选择开关的两个分接触头中，一个通过调容过渡电阻与第二双向选择开关连接，一个通过调压过渡电阻与高压绕组中的第二分接触头连接；第四双向选择开关和第五双向选择开关之间连接有切换高压断路器；第五双向选择开关的两个切换触头分别与第三双向选择开关的两个切换触头连接。

2.根据权利要求1所述的干式有载分接开关电路，其特征是：所述工作高压断路器和切换高压断路器均采用真空泡。

3.根据权利要求1所述的干式有载分接开关电路，其特征是：所述五个双向选择开关、工作高压断路器和切换高压断路器均采用永磁电动机构驱动。

4.根据权利要求1所述的干式有载分接开关电路，其特征是：还包括设置在三相变压器每相低压绕组中的低压开关电路；所述三相变压器的每相低压绕组中均包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，第二绕组尾端与第三绕组首端连接，低压开关电路连接在第一绕组和第二绕组之间。

5.根据权利要求4所述的干式有载分接开关电路，其特征是：所述低压开关电路，包括串联在第一绕组首端和第二绕组首端之间的第一低压断路器和低压过渡电阻，串联在第一绕组首端和第二绕组首端之间的第二低压断路器，串联的第一低压断路器和低压过渡电阻与第二低压断路器并联，串联在第一绕组尾端和第二绕组首端之间的第三低压断路器，串联在第一绕组尾端与第二绕组尾端的第四低压断路器。

6.根据权利要求5所述的干式有载分接开关电路，其特征是：所述第一低压断路器、第二低压断路器、第三低压断路器和第四低压断路器均采用真空泡。

7.根据权利要求5所述的干式有载分接开关电路，其特征是：所述第一低压断路器、第二低压断路器、第三低压断路器和第四低压断路器均采用永磁电动机构驱动。

8.一种权利要求4至7任一所述干式有载分接开关电路实现调容功能的方法，其特征是：

第一容量状态时的高压开关电路连接状态为：第一双向选择开关与第二双向选择开关连接，第三双向选择开关切换至与下一个高压绕组的首端连接；低压开关电路连接状态为：第一低压断路器和第三低压断路器断开、第二低压断路器和第四低压断路器闭合；

第二容量状态时的高压开关电路连接状态为：第一双向选择开关与第二双向选择开关连接，第三双向选择开关切换至与下一个高压绕组中的第三双向选择开关连接；低压开关电路连接状态为：第一低压断路器、第二低压断路器和第四低压断路器断开，第三低压断路器闭合；

其中，所述第一容量大于所述第二容量。

9.一种权利要求1至7任一所述干式有载分接开关电路实现调压功能的方法，其特征是：由高压开关电路实现，所述工作高压断路器在变压器正常运行时一直处于闭合状态，承担负载电流，所述切换高压断路器在变压器正常运行时一直处于断开状态；

在进行调压操作时，所述工作高压断路器切断或导通负载电流；所述切换高压断路器导通或切断过渡电流，并承担短时的过渡电流。

10.根据权利要求9所述干式有载分接开关电路实现调压功能的方法，其特征是：根据所连接的高压绕组上的分接触头分为“一分接”、“二分接”和“三分接”三种状态，一分接：将第一双向选择开关切换至与高压绕组的第一分接触头连接；二分接：第一双向选择开关转换至与高压绕组的第二分接触头连接；三分接：第二双向选择开关转换至与高压绕组的第三分接触头连接。