CN107195445B - 一种防雷型有载调容变压器及有载调容开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防雷型有载调容变压器及有载调容开关，有载调容变压器包括低压绕组、高压绕组及有载调容开关，所述有载调容开关切换调容变压器处于大容量状态时，所述变压器绕组采用Dyn11联结方式；所述有载调容开关切换调容变压器至小容量时，所述变压器绕组采用Yzn11联结方式。本发明是一种特殊的调容变压器，当切换至在小容量时实现了用Yzn11联结，具有较强的承受不平衡负载的能力，即具有较强的单相供电能力，这对于三相负载难以平衡的地方（比如农村和山区）特别适用；且具有良好的防雷击特性，特别适于在多雷地区或土壌电阻率高的地区作防雷变压器用。

Description

一种防雷型有载调容变压器及有载调容开关

技术领域

本发明属于电力行业变压器设备技术领域，尤其涉及一种防雷型有载调容变压器及有载调容开关。

背景技术

有载调容变压器是一种具有大小两种额定容量的变压器，根据负荷大小，利用相应的调容开关在不切断电源的情况下来切换变压器绕组的连接方式，继而实现变压器在两种不同容量之间的切换。

目前市场上的有载调容变压器的防雷措施主要是通过外置的防雷装置来实现的，这种通过破坏自身结构来防雷的装置其成本高，防雷效果不佳；另外，现有的调容开关的结构也限制了有载调容变压器的防雷效果。

而在中国专利CN105321744公开了一种变压器有载调容开关，其采用真空灭弧室组成高压线圈切换系统和低压线圈切换系统，有效地解决了高压侧和低压侧的灭弧问题，具有免维护、寿命长等优点。

该调容开关在工作过程中，永磁机构每动作一次，低压过渡真空灭弧室需要完成分闸-合闸-分闸的动作，而在其执行由合闸到分闸的动作之前，需要等待低压第一并联真空灭弧室、低压第二并联真空灭弧室分闸后有效灭弧了才可进行；而由于永磁机构动作一次的时间非常短，容易出现未有效灭弧时，低压过渡真空灭弧室就已经开始进行分闸动作，会导致变压器烧毁。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种防雷效果好、能抗三相不平衡的防雷型有载调容变压器及有载调容开关。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种防雷型有载调容变压器，包括低压绕组、高压绕组及用于将变压器在大、小容量之间切换的有载调容开关，所述有载调容开关切换调容变压器处于大容量状态时，所述绕组采用Dyn11联结方式；所述有载调容开关切换调容变压器至小容量时，所述绕组采用Yzn11联结方式。

进一步的，所述有载调容开关包括高压切换系统和低压切换系统，所述低压切换系统每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室。通过设置三个并联真空灭弧室、一个串联真空灭弧室及一个过渡真空灭弧室，使得低压线圈在转换过程中，每个真空灭弧室只需要动作一次即可；而且，整个过程只有低压过渡真空灭弧室分闸后需要进行灭弧，这样可以给出足够的时间给低压过渡真空灭弧室来灭弧，有效保证了调容过程中的有效灭弧；整体结构简单，设计巧妙，故障率低，适合推广。

进一步的，所述低压过渡真空灭弧室并联有一过渡电阻。

进一步的，所述低压过渡真空灭弧室串联有一过渡电阻。

进一步的，当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。按照这样的动作时序，不仅可以实现低压绕组在yn联结和zn联结之间实现可靠、便捷地转换，而且能保证转换过程中有效灭弧，灭弧时间满足国家最高标准，使用安全可靠。

作为优选，所述各真空灭弧室按照以下时序动作：

首先将低压过渡真空灭弧室分闸；

接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均合闸；

最后将串联真空灭弧室分闸，使得变压器的低压绕组完成了由zn联结到yn联结的转换。

本发明还公开了一种有载调容开关，具有第一状态和第二状态，包括高压切换系统和低压切换系统，所述调容开关处于第一状态时，使得变压器绕组为Dyn11联结方式；所述调容开关处于第二状态时，使得变压器绕组为Yzn11联结方式。

进一步的，所述低压切换系统每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及串联有过渡电阻的过渡真空灭弧室。

作为优选，所述低压切换系统每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及并联有过渡电阻的过渡真空灭弧室。

进一步的，当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。

作为优选，所述各真空灭弧室按照以下时序动作：

首先将低压过渡真空灭弧室合闸；

接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均分闸；

然后将串联真空灭弧室合闸；

最后将低压过渡真空灭弧分闸，使得变压器低压绕组完成了由yn联结到zn联结的转换。

所述各真空灭弧室按照以下时序动作：

首先将低压过渡真空灭弧室分闸；

接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均合闸；

最后将串联真空灭弧室分闸，使得变压器低压绕组完成了由yn联结到zn联结的转换。

综上所述，本发明的有益效果是：本发明的有载调容变压器通过在调容至小容量状态时，采用Yzn11联结方式，不仅具有较强的承受不平衡负载的能力，且具有良好的防雷击特性；本发明的有载调容开关通过将低压过渡真空灭弧室和过渡电阻进行并联或串联后接入电路中，保证了调容过程中实现不断电操作，而且采用合理数量的真空灭弧室，有效保证了合理的灭弧时间和可靠的灭弧效果；整体结构简单，经济节能，适于推广。

附图说明

图1为本发明处于小容量时的高压侧绕组的电路示意图。

图2为本发明处于大容量时的高压侧绕组的电路示意图。

图3为本发明处于小容量时的高压侧绕组的另一种电路示意图。

图4为本发明处于大容量时的高压侧绕组的另一种电路示意图。

图5为本发明处于小容量时的低压侧绕组的电路示意图。

图6为本发明在容量转换过程中的低压侧绕组的电路示意图一。

图7为本发明在容量转换过程中的低压侧绕组的电路示意图二。

图8为本发明处于大容量时的低压侧绕组的电路示意图。

图9为本发明处于小容量时的低压侧绕组的另一种电路示意图。

图10为本发明处于大容量时的低压侧绕组的另一种电路示意图。

图11为本发明处于小容量时的低压侧绕组的再一种电路示意图。

图12为本发明处于大容量时的低压侧绕组的再一种电路示意图。

图13为本发明的有载调容开关的低压侧绕组中的各个真空灭弧室的动作时序图。

其中，K表示真空灭弧室，符号“日”表示真空灭弧室处于合闸状态，符号“目”表示真空灭弧室处于分闸状态；R代表过渡电阻；T表示时间。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

一种防雷型有载调容变压器，包括三相高压绕组、三相低压绕组、有载调容开关及构成变压器的其他金属和非金属结构件，所述有载调容开关切换调容变压器处于大容量状态时，所述绕组采用Dyn11联结方式；所述有载调容开关切换调容变压器至小容量时，所述绕组采用Yzn11联结方式。

具体的，每一相的低压绕组包括匝数相等的两段线圈，这两段线圈通过轴向对称分布绕制在铁芯上，当然，于其他实施例中，也可以是两段线圈幅向分布绕制在铁芯上，或是两段线圈平行并列绕制在铁芯上，又或者是两段线圈重叠绕制并且换位；

本实施例中，每一相低压绕组包括两段线圈，也可以是采用有多段线圈组合而成的第一线圈组和第二线圈组，两组线圈组的匝数相等，分别轴向对称分布绕制在铁芯上，也能达到同样的技术效果。

本实施例所提供的有载调容变压器，当切换至在小容量时实现了用Yzn11联结方式，具有较强的承受不平衡负载的能力，即具有较强的单相供电能力，这对于三相负载难以平衡的地方（比如农村和山区）特别适用；且具有良好的防雷击特性，特别适于在多雷地区或土壌电阻率高的地区作防雷变压器用。

本实施例还提供了一种有载调容开关，运用于上述防雷功能的调容变压器，该有载调容开关具有第一状态和第二状态，所述调容开关处于第一状态时，使得上述变压器的绕组处于Dyn11联结方式；所述调容开关处于第二状态时，使得上述变压器的绕组处于Yzn11联结方式。

具体的，所述有载调容开关包括高压线圈切换系统、低压线圈切换系统及驱动机构，以一相为例，每一相中，如图1、2所示，所述高压线圈切换系统包括角接真空灭弧室K2、星接真空灭弧室K1及并联有过渡电阻R的高压过渡真空灭弧室Kg，所述角接真空灭弧室K2在合闸时使高压线圈呈现三角形联结，星接真空灭弧室K1在合闸时使高压线圈呈现星形联结；具体的，在本实施例中，所述高压过渡真空灭弧室与所述角接真空灭弧室串联连接；在其他实施例中，该高压过渡真空灭弧室也可以与星接真空灭弧室串联连接，或者如图3、4所示，在角接真空灭弧室K2和星接真空灭弧室K1分别串联一个高压过渡真空灭弧室Kg，且该高压过渡真空灭弧室均并联连接有一过渡电阻R。

具体的，以一相为例，如图5-8所示，每一相所述低压切换系统包括第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3、串联真空灭弧室Kc、并联有过渡电阻R的低压过渡真空灭弧室Kg；当然，于其他实施例中，也可以是将过渡电阻R与所述低压过渡真空灭弧室Kg串联连接，过渡电阻R串联至所述低压过渡真空灭弧室Kg以构成过渡支路，该过渡支路可以并联在第二并联真空灭弧室Kb2的两端，如图9、10所示；或者是，也可以将该过渡支路并联在第三并联真空灭弧室Kb3的两端，如图11、12所示；其中，图9、11所示时，调容变压器处于小容量状态时，各个真空灭弧室与低压线圈的电路示意图；图10、12所示时，调容变压器的处于大容量状态时，各个真空灭弧室与低压线圈的电路示意图。

所述驱动机构包括一套永磁机构和与该永磁机构配合的传动装置，通过该传动装置往复驱动所有的真空灭弧室动作，使各真空灭弧室按设计好的时序进行分闸与合闸动作，进而改变变压器绕组中的各线圈连接方式，以达到调节变压器容量的目的；

具体的，如图5-8所示，a相的第一段线圈La1与第二段线圈La2的匝数相等，第一段线圈La1的前端分别与所述的第一并联真空灭弧室Kb1、串联真空灭弧室Kc连接，第一段线圈La1的后端连接所述的第二并联真空灭弧室Kb2；第二段线圈La2的后端连接所述的第三并联真空灭弧室Kb3；

为了表述方便，将图5中第一段线圈La1与第二并联真空灭弧室Kb2之间标注为节点m，将第二段线圈La2与第二并联真空灭弧室Kb2之间标注为节点n，通过导线1将a相的节点m连接至c相的节点n，通过导线2将b相的节点m连接至a相的节点n，通过导线3将c相的节点m连接至b相的节点n；

故而，当调容变压器处于小容量状态时，低压绕组参考图5所示，高压绕组参考图1所示：

小容量状态时，每一相低压绕组中的串联真空灭弧室Kc处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3及低压过渡真空灭弧室Kg处于分闸状态，此时变压器低压绕组中某一相的一段线圈与另外一相的一段线圈呈现反向串联连接；具体的，a相的第二段线圈La2反向串接b相的第一段线圈Lb1，b相的第二段线圈Lb2反向串接c相的第一段线圈Lc1，c相的第二段线圈Lc2反向串接a相的第一段线圈La1，使a、b、c三相的低压绕组呈现zn联结。

而此时，如图1所示，每一相的高压线圈切换系统中高压过渡真空灭弧室Kg和星接真空灭弧室K1处于合闸状态，同时角接真空灭弧室K2处于分闸状态，三相高压线圈呈星形联结；

当需要切换变压器的容量至大容量时，调容开关中的永磁机构向上或向下动作一次，传动装置带动低压线圈切换系统和高压线圈切换系统中的各个真空灭弧室按照如下时序进行动作：

（首先描述低压线圈切换系统的各个真空灭弧室的动作过程，与此同时，高压线圈切换系统的各个真空灭弧室的动作同时进行，稍后再进行描述）；此时，低压线圈切换系统中每一相的各真空灭弧室将按照以下时序进行动作：首先将低压过渡真空灭弧室Kg分闸，过渡电阻R接通，如图6所示；当低压过渡真空灭弧室Kg灭弧后，接着将第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3均合闸，如图7所示；然后将串联真空灭弧室Kc分闸，如图8所示，所述第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室Kc和低压过渡真空灭弧室Kg处于分闸状态，变压器低压绕组每一相中的第一段线圈和第二段线圈呈现并联连接；三相都如此循环连接组成新的绕组，再按星形联结方式把三相绕组进行联结，即得到低压绕组的yn联结；通过设置五个真空灭弧室，保证低压绕组在不间断电流情况下由zn联结到yn联结的转换时可靠效灭弧，达到切换容量的目的。

如图13所示，为低压线圈切换系统在切换过程中各个真空灭弧室的动作时序图；具体的，将永磁机构动作一次的时间划分成T1-T4四个时间段，而永磁机构每动作一次时，整个过程中需要考虑灭弧的地方也就是真空灭弧室由合闸到分闸的时候，而真空灭弧室由分闸到合闸的过程中产生的弧则可忽略不计；

具体的，处于T1时刻时， Kg开始由合闸到分闸，而T1-T3这段时间则供Kg进行灭弧；当到达T3时刻时，Kg已经有足够的时间来实现可靠灭弧，即可对Kb1、Kb2、Kb3进行由分闸到合闸的操作，（而分闸到合闸的过程中产生的弧可忽略不计），故而T3-T4的时间间隔可以设置的很短，由图中可知；经过短暂停顿后，到达T4时刻，将Kc由合闸到分闸，完成转换。由图13可知，整个转换过程中，只有在低压过渡真空灭弧室Kg由合闸到分闸需要时间来灭弧，而Kb1、Kb2、Kb3进行由分闸到合闸的操作几乎不需要时间来灭弧，故而我们可以将大部分时间分配给Kg灭弧，即图13中的T2-T3可以设置的较长，在保证了有效灭弧的同时，还保证了整个切换过程的灭弧时间处于很短的范围内。

反之，当需要将三相低压线圈由yn联结转换为zn联结时，以一相为例，步骤具体如下：串联真空灭弧室Kc先合闸；然后第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3分闸；最后低压过渡真空灭弧室Kg合闸，完成转换，其他细节不再赘述；

驱动机构在驱动低压线圈切换系统各个真空灭弧室动作的同时，也驱动着高压线圈切换系统每一相中各个真空灭弧室按照以下时序进行动作：

首先高压过渡真空灭弧室Kg分闸；接着将角接真空灭弧室K2合闸；然后将星接真空灭弧室K1分闸；最后将高压过渡真空灭弧Kg分闸，完成转换；反之，当需要高压线圈由角接转换为星接时，步骤相反。

综上所述，本发明的有载调容变压器能够实现：处于小容量状态时，所述变压器的绕组实现了Yzn11联结方式；切换至大容量时，所述变压器的绕组实现了Dyn11联结方式。

低压绕组的两段式线圈结构，使得调容变压器的低压绕组实现了由yn联结到zn联结或由zn联结到yn联结的转变；调容变压器小容量时采用Yzn11联结，具有具有较强的承受不平衡负载的能力，即具有较强的单相供电能力，这对于三相负载难以平衡的地方（比如农村和山区）特别适用；同时，低压侧采用两段式线圈组合，实现了切换至小容量时，低压绕组的zn联结方式具有良好的防雷击特性，特别适于在多雷地区或土壌电阻率高的地区作防雷变压器用。

本发明的低压侧绕组是分成匝数相等的两段，匝数可以任意确定，因此能够选择最省材料的设计，并且两段绕组容易排好使窗口填充系数高。这些因素导致在调容变压器这个特殊情况下，Yzn11联结的调容变压器成本反而比Yyn0联结的低。

再者，与本发明适配的调容开关采用真空灭弧室组成高压绕组切换系统和低压绕组切换系统，有效地解决了高压侧和低压侧的灭弧问题，免维护，寿命长；用永磁机构作为驱动机构，结构简单，可靠性高，切换动作完成迅速，由切换产生的操作过电压的持续时间和电压波形畸变的持续时间也相应地缩短。另外，于本实施例中，所有的真空灭弧室均为带有动、静触头的真空管，其可靠性高，能保证有效进行灭弧。

另外，再简单描述下另一种结构下各个真空灭弧室的切换过程，如图9所示为变压器处于大容量状态时，低压绕组侧的电路示意图，当需要切换至小容量时，所述驱动机构驱动各真空灭弧室按照以下时序动作：首先将低压过渡真空灭弧室Kg合闸；接着将第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3均分闸；然后将串联真空灭弧室Kc合闸；最后将低压过渡真空灭弧分闸，使得低压绕组完成了由yn联结到zn联结的转换，得到如图10所示，即低压绕组为zn联结。

图11、12的结构与图9、10的结构相接近，此处不再赘述具体的切换过程。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种防雷型有载调容变压器，包括低压绕组、高压绕组及用于将变压器在大、小容量之间切换的有载调容开关，其特征在于：所述有载调容开关切换调容变压器处于大容量状态时，所述绕组采用Dyn11联结方式；所述有载调容开关切换调容变压器至小容量时，所述绕组采用Yzn11联结方式；所述有载调容开关包括高压切换系统和低压切换系统，所述低压切换系统每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室；当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；

当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。

2.根据权利要求1所述的一种防雷型有载调容变压器，其特征在于：所述低压过渡真空灭弧室并联有一过渡电阻。

3.根据权利要求1所述的一种防雷型有载调容变压器，其特征在于：所述低压过渡真空灭弧室串联有一过渡电阻。

4.根据权利要求1所述的一种防雷型有载调容变压器，其特征在于：所述各真空灭弧室按照以下时序动作：

首先将低压过渡真空灭弧室分闸；

接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均合闸；

最后将串联真空灭弧室分闸，使得变压器的低压绕组完成了由zn联结到yn联结的转换。

5.一种有载调容开关，具有第一状态和第二状态，包括高压切换系统和低压切换系统，其特征在于：所述调容开关处于第一状态时，使得变压器绕组为Dyn11联结方式；所述调容开关处于第二状态时，使得变压器绕组为Yzn11联结方式；

所述低压切换系统每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及串联有过渡电阻的过渡真空灭弧室；当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；

当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。

6.根据权利要求5所述的一种有载调容开关，其特征在于：所述各真空灭弧室按照以下时序动作：

首先将低压过渡真空灭弧室合闸；

接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均分闸；

然后将串联真空灭弧室合闸；

最后将低压过渡真空灭弧分闸，使得变压器低压绕组完成了由yn联结到zn联结的转换。