CN108987080A - 一种旋转磁场电力变压器 - Google Patents

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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明属于电力变压器技术领域，尤其涉及一种旋转磁场电力变压器，包括：定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组、转子控制轴、转子角度控制机构、电压电流传感器、控制器；其中，定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组采用异步电机结构设置，转子角度控制机构与转子控制轴连接，转子控制轴与转子轴向同心连接；定子绕组通交流电后产生旋转磁场使得转子绕组感应出交流电，电压电流传感器监测转子绕组的电压电流并反馈给控制器，控制器通过转子角度控制机构控制转子旋转角度从而实现变压器输出电压相位及输出功率的调节。

Description

一种旋转磁场电力变压器
技术领域
本发明属于电力变压器技术领域，尤其涉及一种旋转磁场电力变压器。
背景技术
电力系统中，由于电磁环网的存在，电网互联仅应用于500kV及220kV输电网络，且220kV输电网由于短路电流的限制，必须对220kV电网进行分区，500kV及220kV电网中潮流取决于发电和用电功率，电网不具备自主的潮流控制能力。110kV、35kV、10kV、0.4kV配电网，目前采用合环建设开环运行的方式。考虑到负荷转供等需求，往往各馈线间存在互联开关，用于倒切负荷，但由于电磁环网的存在，无法实现互联运行，只能采用馈线方式开环运行。
由于输电网无法自主控制潮流，主要存在如下问题：
1)输电网潮流控制手段单一，潮流控制需要依赖电厂；
2)输电线路功率分配不平衡，出现部分线路重过载，部分线路却轻载运行，进一步导致设备报警及线损率提高。
由于配电网络无法实现互联，主要存在如下问题：
1)电网供电可靠性及供电质量降低。馈线形式的配电网由于同一时刻只有单电源供电，当电源失去时会导致用户停电，即便经过倒闸切换至另外一路电源供电，也存在短时间的供电中断，导致电网供电可靠性及供电质量降低。
2)馈线形式的配电线路电流完全取决于负荷情况，因此无法控制潮流，无法灵活可控的平衡分配负荷。这样导致线路利用率低，出现线路、变压器等设备重过载或轻载现象，重载导致线路、变压器过热报警，轻载导致线损率提高。
3)在10kV倒闸操作时，不同分区之间10kV互联需要计算合环电流，只有在合环电流不超标情况下，才可以进行10kV倒闸操作，若合环电流超标，则不能进行倒闸操作。
未来的电网将发展成为能源互联网，是能源广泛互联的枢纽和关键。因此需要打破配电网络分区、分线路的供电模式，实现更广泛的配电网络互联，并实现输配电网潮流的可控可调，实现能源互联网的灵活调度。
为实现电网潮流的可调可控，目前主要有两种技术解决方案：1、基于电力电子技术的换流器、变压器或潮流控制器；2、调相变压器；3、调相机
基于电力电子技术的设备存在如下缺陷：1、造价昂贵，难以在配电网中开展大面积推广应用；2、占地面积较大；3、控制及电路结构复杂，设备可靠性差；4、受IGBT、电容器等器件影响，设备寿命较低；5、设备损耗较高。
调相变压器主要存在如下缺陷：1、无法实现电压相位连续的调节。2、通过调相开关等方式实现的调相，操作过程中容易产生故障，设备可靠性较差。3、调节范围有限。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种旋转磁场电力变压器，包括：定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组、转子控制轴、转子角度控制机构、电压电流传感器、控制器；其中，定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组采用异步电机结构设置，转子角度控制机构与转子控制轴连接，转子控制轴与转子轴向同心连接；定子绕组通交流电后产生旋转磁场使得转子绕组感应出交流电，电压电流传感器监测转子绕组的电压电流并反馈给控制器，控制器通过转子角度控制机构控制转子旋转角度从而实现变压器输出电压相位的调节。
所述变压器还包括：调压绕组和调压分接开关，调压绕组根据电压调节需求，绕于定子或转子上，电压设置为额定电压需求比例，并引出一定数量的调压抽头；控制器根据功率指令要求与检测到的功率大小的差值，控制调压分接开关从而调整变压器输出电压的幅值。
所述定子绕组分为单相、两相、三相或多相，以异步电机定子绕制的方式绕于定子上。
所述转子铁芯为圆柱实心型或空心型，在铁芯边缘留有绕线槽。
所述转子绕组为单相、两相，三相或多相，以对称方式绕于转子铁芯上。
所述定子及转子铁芯都采用无取向硅钢片叠压而成。
所述变压器的散热方式采用油浸式或风冷。
所述转子角度控制机构包括：驱动电机、减速箱、联轴器、角位移传感器；驱动电机通过减速箱与转子控制轴的一端连接，另一端通过联轴器与角位移传感器连接。
本发明的有益效果：
1、实现变压器输出交流电压的相位360°连续可调，电压分级可调。
2、可应用于配电网中的变压器中，实现配电网的广泛互联，通过调节绕组角度，实现环流的消除，并可实现潮流的灵活可控。
3、可应用于10kV电网合环操作中，通过该装置实现两条合环电流较大的10kV线路的互联。通过控制输出电压的相位，减小合环电流，并实现倒闸操作。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的轴向剖面图。
图4为本发明的径向剖面图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1～4所示，本发明提出了一种旋转磁场变压器，包括：定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组、转子控制轴、转子角度控制机构、电压电流传感器、控制器；其中，定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组采用异步电机结构设置，转子角度控制机构与转子控制轴连接，转子控制轴与转子轴向同心连接；定子绕组通交流电后产生旋转磁场使得转子绕组感应出交流电，电压电流传感器监测转子绕组的电压电流并反馈给控制器，控制器通过转子角度控制机构控制转子旋转角度从而实现变压器输出电压相位的调节。
所述变压器还包括：调压绕组和调压分接开关，调压绕组根据电压调节需求，绕于定子或转子上，电压设置为额定电压需求比例，并引出一定数量的调压抽头；控制器根据功率指令要求与检测到的功率大小的差值，控制调压分接开关从而调整变压器输出电压的幅值。
所述定子绕组分为单相、两相、三相或多相，以异步电机定子绕制的方式绕于定子上。
所述转子铁芯为圆柱实心型或空心型，在铁芯边缘留有绕线槽。
所述转子绕组为单相、两相，三相或多相，以对称方式绕于转子铁芯上。
所述定子及转子铁芯都采用无取向硅钢片叠压而成。
所述变压器的散热方式采用油浸式或风冷。
所述转子角度控制机构包括：驱动电机、减速箱、联轴器、角位移传感器；驱动电机通过减速箱与转子控制轴的一端连接，另一端通过联轴器与角位移传感器连接。
实验表明：转子绕组输出电压为交流正弦波形，转子绕组处于11点钟方向时定子与转子绕组电压波形时间差为11.6ms，转子绕组处于9点钟方向时定子与转子绕组电压波形时间差为15.0ms，转子绕组处于6点钟方向时定子与转子绕组电压波形时间差为0.0ms，转子绕组处于3点钟方向时定子与转子绕组电压波形时间差为5.0ms。
本发明的旋转磁场变压器，可替换110kV、10kV、0.4kV等电压等级的变压器，并实现110kV、35kV、10kV、0.4kV电网同一电压等级的广泛互联。并实现电网潮流的灵活可控。具体的，该旋转磁场变压器可与现有变压器合环运行，并实现潮流可控，其中，合环网络中仅允许有一台现有变压器，其他应为旋转磁场变压器。该旋转磁场变压器可与旋转磁场变压器合环运行，并实现潮流可控，可以两台旋转磁场变压器合环运行，也可多台旋转磁场变压合环运行，为避免出现环流，各变压器节点应装设电压电流传感器，并通过合理控制转子绕组角度。也可用于10kV合环倒闸操作，可有效避免合环电流过大，实现合环倒闸操作。
此实施例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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种旋转磁场电力变压器，其特征在于，包括：定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组、转子控制轴、转子角度控制机构、电压电流传感器、控制器；其中，定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组采用异步电机结构设置，转子角度控制机构与转子控制轴连接，转子控制轴与转子轴向同心连接；定子绕组通交流电后产生旋转磁场使得转子绕组感应出交流电，电压电流传感器监测转子绕组的电压电流并反馈给控制器，控制器通过转子角度控制机构控制转子旋转角度从而实现变压器输出电压相位的调节。
2.根据权利要求1所述变压器，其特征在于，所述变压器还包括：调压绕组和调压分接开关，调压绕组根据电压调节需求，绕于定子或转子上，电压设置为额定电压需求比例，并引出一定数量的调压抽头；控制器根据功率指令要求与检测到的功率大小的差值，控制调压分接开关从而调整变压器输出电压的幅值。
3.根据权利要求1或2所述变压器，其特征在于，所述定子绕组分为单相、两相、三相或多相，以异步电机定子绕制的方式绕于定子上。
4.根据权利要求1或2所述变压器，其特征在于，所述转子铁芯为圆柱实心型或空心型，在铁芯边缘留有绕线槽。
5.根据权利要求1或2所述变压器，其特征在于，所述转子绕组为单相、两相，三相或多相，以对称方式绕于转子铁芯上。
6.根据权利要求1或2所述变压器，其特征在于，所述定子及转子铁芯都采用无取向硅钢片叠压而成。
7.根据权利要求1或2所述变压器，其特征在于，所述变压器的散热方式采用油浸式或风冷。
8.根据权利要求1或2所述变压器，其特征在于，所述转子角度控制机构包括：驱动电机、减速箱、联轴器、角位移传感器；驱动电机通过减速箱与转子控制轴的一端连接，另一端通过联轴器与角位移传感器连接。
9.根据权利要求3所述变压器，其特征在于，所述转子角度控制机构包括：驱动电机、减速箱、联轴器、角位移传感器；驱动电机通过减速箱与转子控制轴的一端连接，另一端通过联轴器与角位移传感器连接。
10.根据权利要求4所述变压器，其特征在于，所述转子角度控制机构包括：驱动电机、减速箱、联轴器、角位移传感器；驱动电机通过减速箱与转子控制轴的一端连接，另一端通过联轴器与角位移传感器连接。
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