CN109039185B - 一种具有自调节功能的调压变压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种具有自调节功能的调压变压系统，包括：高压输入端、调压变压器、控制器和低压输出端，其中，所述调压变压器包括高压绕组、低压绕组和调压开关，用于将所述高压输入端输入的高压通过所述调压变压器转变为低压，并从所述低压输出端输出；所述控制器与所述调压开关连接，通过调节所述调压开关的档位来控制所述调压变压器的输出电压。本系统可使控制器根据检测到的负载功率变化情况以及调压变压系统本身的电流和电压，实时自动调节所述调压开关的档位和电流开关柜内不同开关的闭合和断开状态，从而调节本系统的输出电压和电流，以使本调压变压系统根据负载功率变化情况自动精准调节输出电压和电流，满足负载的运行需求。
Description
技术领域
本发明总体涉及变压器行业，更具体地，涉及一种负载变化情况复杂的自调节变压系统。
背景技术
电力变压器的种类很多，按用途分类：有升压变压器、联络变压器、降压变压器、调压变压器。按相数分类：有单相变压器、三相变压器。按绕组分类：有双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器等。
近年来，随着我国电力业务的发展及输配电业务的改革建设，变压器的需求规模越来越大，对变压器的要求也越来越高，因此，给变压器的设计制造带来了很大挑战。而目前各类调压变压器只能根据负载功率变化情况大致设置线圈匝数比来调节输出电压和电流，但当负载功率变化情况复杂时无法设计出适合负载变化的变压器，也无法满足精准供电的要求，从而无法达到生产工艺要求，或造成变压器功耗过高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自调节功能的调压变压系统，可对输出的低电压大电流进行自动调节，以解决调压变压器不能根据负载功率变化情况自动精准调节的问题。
本发明提供如下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种具有自调节功能的调压变压系统，包括：高压输入端、调压变压器、控制器和低压输出端，其中，所述调压变压器包括高压绕组、低压绕组和调压开关，用于将所述高压输入端输入的高压通过所述调压变压器转变为低压，并从所述低压输出端输出；所述控制器与所述调压开关连接，通过调节所述调压开关的档位来控制所述调压变压器的输出电压。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述高压绕组包括高压线圈和调压线圈，所述低压绕组包括低压线圈，所述调压开关为单相无励磁调压开关。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述调压开关包括一个或多个档位。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述调压开关与所述调压线圈连接，通过切换所述调压开关的档位，控制所述调压线圈的接入匝数。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述调压线圈包括多个抽头，每个抽头对应的线圈匝数不同。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述调压开关包括五个档位，所述调压线圈包括十个抽头，所述调压开关的第一档位与所述调压线圈的第一抽头和第二抽头连接；所述调压开关的第二档位与所述调压线圈的第三抽头和第四抽头连接；所述调压开关的第三档位与所述调压线圈的第五抽头和第六抽头连接；所述调压开关的第四档位与所述调压线圈的第七抽头和第八抽头连接；所述调压开关的第五档位与所述调压线圈的第九抽头和第十抽头连接。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述控制器包括采样模块和控制模块，所述采样模块用于对所述低压输出端的电压和电流、负载功率变化情况进行采集，并将采集到的信号发送给所述控制模块；所述控制模块对接收到的信号进行处理，并根据处理的信号对所述调压开关进行档位调节。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述采集模块包括电流表、电流继电器、电压表、电压继电器和差动保护继电器，所述电流表用于测量所述低压输出端的电流，并将测量的电流值发送给所述控制模块；所述电流继电器用于对所述低压输出端进行过流或短路保护，并将检测到的电流信号发送给所述控制模块；所述电压表用于测量所述低压输出端的电压，并将测量的电压值发送给所述控制模块；所述电压继电器用于对所述调压变压器的输出电压进行实时监测，并将检测到的电压信号发送给所述控制模块；所述差动保护继电器用于检测所述低压输出端两端的差动电流，并将检测到的信号发送给所述控制模块。
根据本发明的一个实施方式，其还包括电抗器，所述电抗器与所述调压变压器低压线圈串联，用于对所述调压变压器的输出电流进行限制。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述电抗器包括多个抽头，每个抽头对应不同的电抗值。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述电抗器包括第一抽头、第二抽头、第三抽头、第四抽头和第五抽头，所述第一抽头与所述调压变压器的低压第二输出端连接。
根据本发明的一个实施方式，其还包括电流开关柜，所述电流开关柜内包含多个开关，通过调节不同开关的闭合和断开状态，控制所述电抗器接入电路的电抗值。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述电流开关柜内包含四个开关，第一开关的输入端与所述调压变压器的第一输出端连接，第二开关的输入端与所述第一抽头连接，第三开关的输入端与第二抽头或第三抽头连接，第四开关的输入端与第四抽头或第五抽头连接，所述第一开关的输出端与所述低压输出端的第一端连接，所述第二开关、第三开关和第四开关的输出端与所述低压输出端的第二端连接。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述控制器还与所述电流开关柜连接，用于调节所述电流开关柜内不同开关的闭合和断开状态，控制所述电抗器接入电路的电抗值。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述所述第二开关、第三开关和第四开关之间设置有联锁装置，使其不会闭合一个以上触点。
本发明提供的一种具有自调节功能的调压变压系统，可使控制器根据检测到的负载功率变化情况以及调压变压系统本身的电流和电压，实时自动调节所述调压开关的档位和电流开关柜内不同开关的闭合和断开状态，从而调节本系统的输出电压和电流，以使本调压变压系统根据负载功率变化情况自动精准调节输出电压和电流，满足负载的运行需求。
附图说明
图1为本发明所提供的具有自调节功能的调压变压系统示意图。
图2为本发明所提供的调压开关和调压线圈的连接示意图。
图3为本发明所提供的控制器的内部结构示意图。
图4为本发明所提供的带有电抗器和电流开关柜的调压变压系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
图1示出了本发明所提供的自调节大电流调压变压系统的示意图。
如图1所示，本发明提供的一种具有自调节功能的调压变压系统，包括：高压输入端1、调压变压器2、控制器3和低压输出端4，其中，所述调压变压器2包括高压绕组AX、低压绕组ax和调压开关21，用于将所述高压输入端输入1的高压通过所述调压变压器2转变为低压，并从所述低压输出端4输出；所述控制器3与所述调压开关21连接，通过调节所述调压开关21的档位来控制所述调压变压器2的输出电压。
本实施例中，所述调压变压器2为单相变压器，高压线圈、调压线圈和低压线圈都采用多段多层圆筒式结构绕制，由于输出电流较大，所以两个铁芯柱上的低压线圈采用并联结构，高压线圈和调压线圈采用串联结构。
本发明提供的系统，其中，所述高压绕组AX包括高压线圈22和调压线圈23，所述低压绕组ax包括低压线圈24，所述调压开关21为单相无励磁调压开关。
本发明提供的系统，其中，所述调压开关21包括一个或多个档位。
本发明提供的系统，其中，所述调压开关21与所述调压线圈23连接，通过切换所述调压开关21的档位，控制所述调压线圈23的接入匝数。
本发明提供的系统，其中，所述调压线圈23包括多个抽头，每个抽头对应的线圈匝数不同。
图2示出了本发明所提供的调压开关和调压线圈的连接示意图。
本发明提供的系统，其中，所述调压开关21包括五个档位，所述调压线圈23包括十个抽头，所述调压开关21的第一档位K1与所述调压线圈23的第一抽头a和第二抽头b连接；所述调压开关21的第二档位K2与所述调压线圈23的第三抽头c和第四抽头d连接；所述调压开关21的第三档位K3与所述调压线圈23的第五抽头e和第六抽头f连接；所述调压开关21的第四档位K4与所述调压线圈23的第七抽头g和第八抽头h连接；所述调压开关21的第五档位K5与所述调压线圈23的第九抽头i和第十抽头j连接。
本实施例中，所述调压变压器2采用变磁通调压结构工作，具体实施方式为：高压输入端1输入的高压为10KV，低压绕组ax的匝数为5匝，当调压开关21分别处于第一档位K1、第二档位K2、第三档位K3、第四档位K4和第五档位K5时，高压绕组AX的匝数为1250匝、834匝、626匝、500匝和416匝，所述调压变压器2输出的额定电压和电流分别为40V，7000A；60V，7000A；80V，7000A；100V，7000A；120V，7000A。对于单相变压器，变压器的容量计算公式为：S＝U×I，所以各档位的额定容量分别为280kVA、420kVA、560kVA、700kVA、840kVA，本实施例中所述调压变压器2的最大额定容量为840kVA。调压开关档位的选择受所述控制器3调节。
本发明提供的系统，其中，所述控制器3包括采样模块31和控制模块32，所述采样模块31用于对所述低压输出端4的电压和电流、负载功率变化情况进行采集，并将采集到的信号发送给所述控制模块32；所述控制模块32对接收到的信号进行处理，并根据处理的信号对所述调压开关21进行档位调节。
图3示出了本发明所提供的控制器的内部结构示意图。
本发明提供的系统，其中，所述采集模块31包括电流表311、电流继电器312、电压表313、电压继电器314和差动保护继电器315，所述电流表311用于测量所述低压输出端4的电流，并将测量的电流值发送给所述控制模块32；所述电流继电器312用于对所述低压输出端4进行过流或短路保护，并将检测到的电流信号发送给所述控制模块32；所述电压表313用于测量所述低压输出端4的电压，并将测量的电压值发送给所述控制模块32；所述电压继电器314用于对所述调压变压器2的输出电压进行实时监测，并将检测到的电压信号发送给所述控制模块32；所述差动保护继电器315用于检测所述低压输出端4两端的差动电流，并将检测到的信号发送给所述控制模块32。所述采集模块31还包括电流互感器和电压互感器，电流互感器和电压互感器可实时监测负载功率变化情况。
本实施例中，控制器3同时通过电流互感器和电压互感器实时监测负载的功率变化情况，以及调压变压系统本身的电流和电压，将采集到的信号发送给控制模块32，控制模块32接收到的信号进行处理，并根据处理的信号对调压开关进行档位调节，实现整个系统的精准供电目标。
图4示出了本发明所提供的带有电抗器和电流开关柜的调压变压系统示意图。
如图4所示，本发明提供的系统，其还包括电抗器5，所述电抗器5与所述调压变压器2低压线圈24串联，用于对所述调压变压器2的输出电流进行限制。
本发明提供的系统，其中，所述电抗器5包括多个抽头，每个抽头对应不同的电抗值。
本实施例中，选用低压串联电抗器，额定容量1176kvar，为铁芯式电抗器。为降低损耗，所述电抗器5的铁芯与所述调压变压器2均采用高导磁冷轧取向硅钢片。根据所述电抗器5的容量和铁芯直径，确定铁芯采用与所述调压变压器2的铁芯相同的多级叠片式结构。铁芯由上下铁轭和每柱10个铁饼及11个气隙构成。每个铁饼高度为75mm，每个铁饼叠级后，用玻璃丝布带绑扎，并涂漆固化。每个铁芯柱的10个铁饼采用专用模具，在真空状态下采用H级环氧树脂浇注。该类型铁芯无固定用穿心孔，损耗低、噪声低，浇注固化后通过高粘结力涂料与上下铁轭拼接，同时采用6根M12的螺杆将铁芯整体压紧。由于所述电抗器5的额定工作电流大，因此采用两柱绕组并联的结构形式。每个绕组的额定电流可降低为3500A。低压绕组导体选用T2铜箔绕制，层间绝缘选用双层H级耐热复合绝缘材料GHG。所述电抗器2的五个抽头位置为绕组上下方向各两个，使出线与电流开关连接更加方便。为提高绕组的散热能力及过载能力，在线圈中间设置两层轴向散热通道。同时在线圈与铁芯之间也设置绝缘筒，通过增加辐射受热面、对流散热面，提高电抗器2的散热效果。
本发明提供的系统，其中，所述电抗器5包括第一抽头51、第二抽头52、第三抽头53、第四抽头54和第五抽头55，所述第一抽头51与所述调压变压器2的低压第二输出端242连接。本实施例中，第一抽头51、第二抽头52、第三抽头53、第四抽头54和第五抽头55对应的电抗值为0mΩ、6mΩ、12mΩ、18mΩ和24mΩ。
本发明提供的系统，其还包括电流开关柜6，所述电流开关柜6内包含多个开关，通过调节不同开关的闭合和断开状态，控制所述电抗器5接入电路的电抗值。
本发明提供的系统，其中，所述电流开关柜6内包含四个开关，第一开关S1的输入端与所述调压变压器2的低压第一输出端241连接，第二开关S2的输入端与所述第一抽头51连接，第三开关S3的输入端与第二抽头52或第三抽头53连接，第四开关S4的输入端与第四抽头54或第五抽头55连接，所述第一开关S1的输出端与所述低压输出端4的第一端41连接，所述第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4的输出端与所述低压输出端4的第二端42连接。本实施例中，选用的四个电流开关均为选择开关，第三开关S3和第四开关S4可选择性接入不同的抽头。
本发明提供的系统，其中，所述控制器3还与所述电流开关柜6连接，用于调节所述电流开关柜6内不同开关的闭合和断开状态，控制所述电抗器5接入电路的电抗值。
本发明提供的系统，其中，所述第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4之间设置有联锁装置，使其不会闭合一个以上触点。也就是说，第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4只能有一个处于闭合状态。
本实施例中，当所述电流开关柜6中第一开关S1和第二开关S2闭合时，相当于所述电抗器5没有接入电路中；当第一开关S1和第三开关S3闭合，且第三开关S3的输入端与第二抽头52连接时，接入电路的电抗值为6mΩ；当第一开关S1和第三开关S3闭合，且第三开关S3的输入端与第三抽头53连接时，接入的电抗器的电抗值为12mΩ；当第一开关S1和第四开关S4闭合，且第四开关S4的输入端与第四抽头54连接时，接入电路的电抗值为18mΩ；当第一开关S1和第四开关S4闭合，且第四开关S4的输入端与第五抽头55连接时，接入电路的电抗值为24mΩ。
以负载为出炉烧穿器为例，具体描述本发明的实施方式：
本系统的主要功能就是在电石炉各种工况下都能保证提供稳定的烧穿电流来完成出炉烧穿工作。在电石炉运行中，电极变压器同时为电极和烧穿器供电，但是在启炉时，电极电压较低，同时供给烧穿器的电压也相应变低，此时，烧穿器的电流就不能满足工作需要，就需要本发明提供的调压变压系统来对烧穿器的电流进行补偿，以保证烧穿电流始终稳定在7000安培左右，满足烧穿器正常工作的需求。在电石炉正常运行时，电极变压器能满足烧穿器对电流需求，那么本系统就会断开对烧穿器供电。
本系统中控制器3通过电流互感器和电压互感器实时监测电极的电流和电压，从而推算出烧穿器的功率变化情况。在启炉时，电压互感器监测到电极电压较低，本系统就提供额外的电压来保证烧穿器电流稳定在7000安培左右；在正常运行时，电压互感器监测到电极能满足烧穿器电流需求，那么控制器3会断开本系统对烧穿器供电。比如电极正常工作电压为250V-300V，在启炉时，电压互感器监测到电极电压为200V，此时，电压互感器将该信息传递给控制器3，控制器就会发出信号将调压开关第一档位连接，从而保证烧穿电流稳定在7000安培左右；如果电压互感器监测到电极电压为210V，此时，电压互感器将该的信息传递给控制器3，控制器3就会发出信号将调压开关第二档位连接，依次类推，始终保证烧穿电流在7000A，在正常运行时使用电极电压来提供烧穿电流。另外，如果控制器3监测到电极运行在较高电压下时，控制器3会将电抗器5接入，这时电抗器5可以限制烧穿电流过高并也能稳定烧穿电流在7000A，也就是说，所述电抗器5可对电石炉电极超出电压部分进行吸收。
这样大大减少了出炉工的工作量和操作的危险性，也避免了发生误操作的可能性，出炉工只需按现场的上电请求按钮在出炉指示灯变成稳定的绿色时即可使用烧穿器来完成电石炉出炉的烧眼儿工作。完成后，只需把烧穿器拉回停车位置，控制器3就会自动把本系统与烧穿器断开，使烧穿器恢复到安全的停车状态。
本发明提供的一种具有自调节功能的调压变压系统，可使控制器根据检测到的负载功率变化情况以及调压变压系统本身的电流和电压，实时自动调节所述调压开关的档位和电流开关柜内不同开关的闭合和断开状态，从而调节本系统的输出电压和电流，以使本调压变压系统根据负载功率变化情况自动精准调节输出电压和电流，满足负载的运行需求。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
Claims (1)
1.一种具有自调节功能的调压变压系统，用于电石炉烧穿器的供电，包括：高压输入端、调压变压器、控制器和低压输出端，其中，
所述调压变压器包括高压绕组、低压绕组和调压开关，用于将所述高压输入端输入的高压通过所述调压变压器转变为低压，并从所述低压输出端输出；
所述高压绕组包括高压线圈和调压线圈，所述低压绕组包括低压线圈，所述调压开关为单相无励磁调压开关，
所述调压开关包括一个或多个档位，
所述高压线圈包括两组，各组的一端分别与所述高压输入端连接，所述调压线圈包括两组，各组的一端与所述两组高压线圈的另一端连接，
各组调压线圈分别包括多个抽头，每个抽头对应的线圈匝数不同，
所述调压开关具有多个档位，各个档位分别对应于两组所述调压线圈的不同抽头，通过切换所述调压开关的档位，控制所述调压线圈的接入匝数，
所述控制器与所述调压开关连接，通过调节所述调压开关的档位来控制所述调压变压器的输出电压，
所述控制器包括采样模块和控制模块，
所述采样模块用于对所述低压输出端的电压和电流、负载功率变化情况进行采集，并将采集到的信号发送给所述控制模块；
所述控制模块对接收到的信号进行处理，并根据处理的信号对所述调压开关进行档位调节，
还包括电抗器，所述电抗器与所述调压变压器低压线圈串联，用于对所述调压变压器的输出电流进行限制，
所述电抗器包括多个抽头，每个抽头对应不同的电抗值，
还包括电流开关柜，所述电流开关柜内包含多个开关，通过调节不同开关的闭合和断开状态，控制所述电抗器接入电路的电抗值，
所述控制器还与所述电流开关柜连接，用于调节所述电流开关柜内不同开关的闭合和断开状态，控制所述电抗器接入电路的电抗值。
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