CN110114850A - 有载抽头变换器和制造有载抽头变换器的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种有载抽头变换器。它包括被配置为调整变压器的匝数比的致动器，以及被配置为控制致动器并且经由数字信号连接而与控制设备通信的处理单元。处理单元还被配置为接收由传感器检测到的状态。还公开了一种制造有载抽头变换器的方法。根据本公开的实施例提供了一种数字化的有载抽头变换器，该有载抽头变换器允许监测或控制各种状态，通过该有载抽头变换器可以实现各种优点。例如，可以预测变压器的触头的寿命。可以使用其他数据来确定调整变压器的触头是否是安全的。此外，在有载抽头变换器与外部设备之间的光纤实现几乎消除干扰的控制信号和数据信号的隔离传输。

Description

有载抽头变换器和制造有载抽头变换器的方法
技术领域
本文公开的示例实施例通常涉及抽头变换器，并且更具体地涉及有载抽头变换器和制造有载抽头变换器的方法。
背景技术
抽头变换器是与变压器一起使用的机构，抽头变换器允许以离散步骤来选择或调整可变的匝数比。通过连接到已知为沿着初级绕组或次级绕组的抽头的多个接入点，具有该机构的变压器获得可变匝数比。典型的抽头变换器通常具有数十个抽头，并且允许来自标称变压器额定值的一定百分比的变化(例如，±10％)，这进而允许输出的步进电压调节。
抽头变换器以两种主要类型存在：在调整匝数比之前必须断电的无载抽头变换器(NLTC)，以及可以在操作期间调整匝数比的有载抽头变换器(OLTC)。对于许多电力变压器应用，在抽头变换期间的供电中断是不可接受的，并且变压器经常配备有更昂贵和复杂的OLTC机构。OLTC通常可以被分类为机械的、电子辅助的或完全电子的。然而，现有的OLTC通常利用模拟装置来调整匝数比并指示对匝数比的当前选择。模拟装置在精度和功能性方面通常较弱。
发明内容
本文公开的示例实施例提出了有载抽头变换器和一种制造有载抽头变换器的方法。
在一个方面，本文公开的示例实施例提供了一种有载抽头变换器。该有载抽头变换器包括：致动器，被配置为调整变压器的匝数比；以及处理单元，被配置为控制致动器，并且经由数字信号连接而与控制设备通信。处理单元还被配置为接收由传感器检测到的状态。
在另一方面，本文公开的示例实施例提供了一种有载抽头变换器。该有载抽头变换器包括：致动器，被配置为调整变压器的匝数比；以及处理单元，被配置为与控制设备通信控制命令，并且基于控制命令来控制致动器。处理单元还被配置为基于流过变压器触头的电流和变压器触头的材料来估计触头磨损。
在另一方面，本文公开的示例实施例提供了一种制造有载抽头变换器的方法。该方法包括：提供致动器，该致动器被配置为调整变压器的匝数比；以及提供处理单元，该处理单元被配置为控制致动器，并且经由数字信号连接而与控制设备通信。处理单元被配置为接收由传感器检测到的状态。
在另一方面，本文公开的示例实施例提供了一种制造有载抽头变换器的方法。该方法包括：提供致动器，该致动器被配置为调整变压器的匝数比；以及提供处理单元，该处理单元被配置为与控制设备通信控制命令，并且基于控制命令来控制致动器。处理单元被配置为基于流过变压器触头的电流和变压器触头的材料来估计触头磨损。
通过下面的描述，应当理解的是，根据本公开的设备、系统或方法提供了数字化的有载抽头变换器，该有载抽头变换器允许监测或控制各种状态，通过该有载抽头变换器可以实现各种优点。例如，还可以预测变压器的触头的寿命。可以使用其他数据来确定调整变压器的触头是否是安全的。此外，在有载抽头变换器与外部设备之间的光纤实现几乎消除干扰的控制信号和数据信号的隔离传输。
附图说明
通过下面参照附图的详细描述，本文公开的示例实施例的上述以及其它目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将在示例中并且以非限制性方式说明本文中所公开的若干示例实施例，其中：
图1示出了根据一个示例实施例的总体系统的示意图；
图2示出了根据一个示例实施例的有载抽头变换器的示意图；以及
图3示出了根据一个示例实施例的制造有载抽头变换器的方法的流程图。
在整个附图中，相同或对应的附图标记指代相同或对应的部分。
具体实施方式
现在将参考若干示例实施例来讨论本文描述的主题的原理。讨论这些实施例只是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本文描述的主题，而并非暗示对本文描述的主题的范围的任何限制。
术语“包括(comprises)”和“包括(includes)”及其变型应被读作开放式术语，表示“包括但不限于”。除非上下文另有清楚地指示，否则术语“或”应被读作“和/或”。术语“基于”应被读作“至少部分地基于”。术语“可操作以(being operable to)”表示功能、动作、运动或状态可以通过由用户或外部机构引起的操作来实现。术语“一个实施例”和“一实施例”应被读作“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被读作“至少一个其他实施例”。除非另有说明或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”以及“耦接”及其变型被广义地使用，并且包含直接和间接安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”并不局限于物理的、机械的或电的连接或耦接。在以下的描述中，使用了类似的附图标记和标注来描述在图1至图3这几个图中相同、相似或相应的部分。其他显式或隐式的定义可以被包括在下文中。
图1示出了根据一个示例实施例的总体系统10的示意图，总体系统10包括有载抽头变换器100、变压器200和控制设备300。
图2示出了根据一个示例实施例的有载抽头变换器100的示意图。在下文中，将从不同视角参考图1和图2来描述有载抽头变换器100。
如在图1中示出的，系统10包括有载抽头变换器100(在下文中被称为“OLTC”)、变压器200和控制设备300。变压器200包括提供变压器200的绕组匝数比的一系列选择的多个抽头，绕组匝数比的选择进而调整电压输出。抽头选择触头在抽头之间是可切换的，并且每个选择与针对绕组210的特定匝数比相对应。通常，抽头选择触头(或简称为触头)是OLTC100的一部分(其在图2中由“111”表示)。然而，应当理解的是，如果需要，触头可以是独立的机构。触头可以由连接到致动器或作为致动器的一部分的OLTC 100的联动机构所驱动，这将在以下段落中说明。
在一些情况下，信号可以在变压器200与OLTC 100之间通信。以这种方式，变压器200中的(一个或多个)传感器可以检测变压器200的一种状态或各种状态，并且检测到的结果或数据可以被传输到OLTC 100。例如，可以检测流过触头的电流和变压器200的输出电压。下面将关于图2说明这样的机构。
在一个实施例中，控制设备300经由传输数字信号的电缆而被连接到OLTC 100。控制设备300的存在允许OLTC 100的本地或远程控制，这进而调整变压器200的匝数比。在一个示例中，控制设备是监督控制和数据采集(SCADA)设备，该SCADA设备可以用于监测和控制现场设备、诸如本公开的变压器，以便实现诸如数据采集、设备控制、测量、参数调整和报警之类的各种功能。控制设备300的可用性是有利的，因为操作者不再需要访问OLTC 100的面板以用于调整匝数比。通常，控制设备300可以位于任何地方，优选在工厂/车间中以用于远程控制。这不仅在便利方面有益于操作者，而且还提高了安全性水平，尤其是在变压器位于对于人类而言的危险环境中的情况下。
应当理解的是，虽然OLTC 100被示出为与变压器200分离，但是本公开不旨在限制OLTC 100与变压器200之间的相关性。事实上，OLTC 100可以在变压器200的外部或者集成到变压器200中(例如，OLTC 100和变压器200两者可以被包含在不同的储罐中、或者共同的储罐中)。
如图2所示，OLTC 100包括可以用于实现各种功能的多个组件。OLTC 100包括致动器110和处理单元120。致动器110用于通过联动机构来选择匝数比，联动机构然后调整触头111，如以上关于图1所讨论的。触头111连接到OLTC 100中的致动器110，并且有时触头111可以被视为致动器110的一部分。原则上，根据处理单元120来驱动致动器110，以便移动触头111，并且因此触头相对于变压器200的抽头的位置被相应地改变。
传统上，联动机构由操作员手动控制，从而导致麻烦的操作并带来安全问题。致动器110可以由继电器控制。例如，继电器控制联动杆的旋转方向，该联动杆进一步旋转触头111，以便在变压器200中的数十个抽头之间顺时针或逆时针旋转。
在一个实施例中，处理单元120接收并处理来自诸如I/O设备或控制设备的其它设备的命令，使得处理单元120进一步控制致动器110以调整匝数比。上面讨论的控制设备300可以向用户提供I/O接口和图形接口。在示例中，处理单元120经由光纤连接或RJ45连接而与控制设备300通信。在这种情况下，控制设备300能够经由I/O接口而从用户接收命令，并且能够经由处理单元120而控制OLTC 100中的致动器110。
在具体示例中，IEC(国际电工委员会)标准61850可以用于经由光纤在OLTC 100与控制设备300之间的通信。可以在OLTC 100上设置两个光纤以太网端口。端口属于OLTC 100内部的处理单元120。
第一端口可以用于MMS(多媒体消息服务)/GOOSE(面向通用对象的变电站事件，Generic Object Oriented Substation Event)服务，而OLTC 100充当MMS服务器和GOOSE发布者。MMS类似于电话呼叫，或者基于一方拨打另一方的信息/命令的一对一交换，以建立具有适当的愉快交流的连接来开始会话。GOOSE和样本值(Sampled Values)类似于无线电传输——消息从天线发出到“各处”，并且不识别谁、或者实际上是否有任何人正在收听。它的工作是发送(发布)消息。
在OLTC 100充当MMS服务器的情况下，OLTC 100将重要信号发送到间隔层(例如，在IEC 61850标准中定义，在此将不详细解释)中的其它设备，而且可以由MMS服务控制匝数比。另一方面，如果OLTC 100充当GOOSE发布者，则它向过程层中的其他设备(诸如智能电子设备或IED)发送重要信号。
第二端口可以用于样本值服务，而OLTC 100接收样本值数据流。当电流和电压值需要通过光纤朝向控制设备300传输时，这尤其有用。应当理解的是，光纤电缆的数目不受本发明的限制。OLTC与控制设备300之间建立的光纤连接提供了抗电磁干扰的优异隔离。这样的隔离是有益的，因为使用变压器200的环境通常富有各种辐射。另外，电场和磁场通常较强，从而导致使用普通数字或模拟电缆的地方的敏感信号传输。光传输将电信号转换为光信号以便在长距离上传输。通过上述方式，有害干扰能够被有效地消除。
传感器130在图2中以虚线框示出，因为传感器130是可选的。传感器130能够检测OLTC 100的各种状态，并且有时传感器130甚至可以在变压器200与OLTC 100之间提供信号路由的情况下检测变压器200的状态。然后，传感器130连接到处理单元120，处理单元120用于相应地接收检测到的状态。例如，传感器130可以是OLTC 100的油罐内的温度传感器，以用于监测油的温度。也可以使用许多其它类型的传感器。传感器130以及致动器110可以连接到处理单元120上的RS 485通信端口以用于数据传输。
在本公开的一些实施例中，可以被检测的各种状态包括以下中的至少一项：基于流过OLTC 100的触头111的电流和这样的触头111的材料的触头磨损的估计；在OLTC 100中匝数比已经被调整的次数；OLTC 100的油罐(未示出)中的油的粘度；触头111的滑动(该滑动发生在触头111被致动器110过度移动时，导致触头111错过期望的位置)；致动器110的功率的过电流；致动器110的电动机功率的功率损耗；油罐内的温度；或者触头111相对于变压器200的抽头的位置。这些状态中的每个状态反映OLTC 100或变压器200的操作状况，并且因此将有益于总体系统10的现场监测。可以在变压器200中提供(一个或多个)额外的传感器，使得例如可以将关于变压器200的输出电压的信息传输到控制设备300以供稍后使用。
除触头111的材料之外，流过触头111的电流也可以用于计算或估计触头磨损。该材料通常是预设的或事先已知的。在简化的形式中，触头磨损可以通过W＝WF·(ILOAD)f来估计，其中W表示触头磨损，WF表示由供应商提供的、通过触头的材料所确定的磨损因子，ILOAD表示流过触头的电流，以及f表示由供应商提供的触头的材料确定的负载电流指数。触头磨损可能受其他因子影响，诸如抽头信息。因此，通过了解抽头选择触头220的位置(即，抽头选择触头220连接到哪个抽头)和该特定抽头的属性，可以更准确地估计触头磨损。通过这种方式，每当OLTC 100调整匝数比时，可以估计抽头选择触头220的剩余寿命。该信息可以提供给用户，作为结果，使得及时维护成为可能。
在一个实施例中，在满足一些要求或先决条件的情况下，处理单元120可以防止致动器110调整匝数比、而不论来自操作者或用户的控制命令如何。例如，一些不需要的有害情况可能包括：流过触头111的电流高于预设值；变压器200的输出的电压高于或低于对应的阈值；OLTC 100中的油罐中的油的粘度高于或低于对应的阈值；供应致动器110的电流过高；触头111相对于变压器200的抽头的滑动；或者致动器110的功率损耗。如果这些条件中的一个条件被OLTC 100中或变压器200中的对应的传感器130检测到(或被处理单元120计算出)，则处理单元120拒绝(不响应)调整变压器200、而不论操作员的(一个或多个)控制命令如何，因为这样的调整可能损坏变压器。通过这种方式，在安全方面，总体系统10可以一直平稳运行。
在一个实施例中，上述控制命令可以包括：升高变压器200的输出的电压，降低变压器200的输出的电压，以及停止致动器110调整变压器200的匝数比。当操作者后悔刚刚做出的特定命令时，停止命令可能是有帮助的。由于致动器110通常需要一段时间(通常几秒)来完成触头111的移动，这样的移动可以被及时“撤回”。
在一个实施例中，OLTC 100还可以包括面板140，该面板140在图2中以虚线框示出。面板140经由例如用于数据传输的USB(通用串行总线)电缆而被连接到处理单元120。面板140能够指示检测到的状态，并且从操作员接收命令以通过处理单元120控制致动器110。在一个示例中，面板140包括显示器142，作为用于显示期望状态的图形界面，期望状态诸如为已经调整的变压器200的匝数比的计数、以及变压器200的触头的位置。原则上，上面讨论的任何状态都可以被显示在显示器142中，使得用户可以理解变压器是如何工作的。在一个示例中，显示器142是触屏的，从而允许用户输入或选择命令。例如，用户可以标记在显示器142中示出的条，从而相应地升高或降低变压器200的输出电压。备选地，面板140可以包括一个或多个按钮，使得用户可以物理地按压按钮以用于控制变压器200。应当理解的是，按钮可以是各种形式，诸如按压按钮、拨动开关、旋钮、开关等。
控制设备300能够实现面板140的大部分或全部功能。例如，检测到的状态可以在控制设备300的屏幕上示出，并且用户可以在需要时通过控制设备300的I/O接口来远程地控制OLTC100。
利用根据本公开的配置，可以构造数字OLTC。数字化的OLTC能够实时监测变压器的状态，并且向操作者或用户指示信息，使得操作者或用户可以知道变压器的各种状况。通过OLTC的数字化，可以通过监测触头磨损来实现及时的维护，能够在本地OLTC与远程控制设备之间启用抗干扰传输，并且可以部署安全机构以防止在有害状况下对变压器进行调整。
图3示出了根据一个示例实施例的制造OLTC的方法400。在框401处，提供致动器，该致动器被配置为调整变压器的匝数比。在框402处，提供处理单元，该处理单元被配置为控制致动器并且与控制设备通信。在一个示例中，处理单元被配置为接收由传感器检测到的状态。在一些其他示例中，处理单元被配置为基于流过变压器的触头的电流和变压器的触头的材料来估计触头磨损。应当理解的是，方法400的顺序不一定是以上讨论的顺序。此外，如上结合图1和图2所描述的所有特征适用于方法400，并且将不在本文中重复。
尽管在上面的描述中以特定的顺序描述了操作，但是这不应该被理解为要求以所示出的特定顺序或连续顺序执行这样的操作，或者要执行所有示出的操作来实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，尽管上述讨论包含了某些细节，但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围，而应解释为对能够针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以组合实施在单个实施例中。另一方面，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。
尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言对主题进行了描述，但是应当理解的是，在所附权利要求中限定的主题不一定限于在上文中所描述的特定特征或动作。相反，在上文中所描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而公开的。

Claims (15)

1.一种有载抽头变换器(100)，包括：
致动器(110)，被配置为调整变压器(200)的匝数比；以及
处理单元(120)，被配置为控制所述致动器(110)，并且经由数字信号连接而与控制设备(300)通信，所述处理单元(120)还被配置为接收由传感器(130)检测到的状态。
2.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述数字信号连接是光纤连接或RJ45连接。
3.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述处理单元(120)被配置为与所述控制设备(300)通信以下中的至少一项：控制命令、或者所述状态，所述处理单元(120)被配置为基于所述控制命令来控制所述致动器(110)。
4.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述传感器(130)被配置为检测所述有载抽头变换器(100)的油罐内的温度。
5.根据权利要求3所述的有载抽头变换器，其中所述控制命令包括：
升高所述变压器(200)的输出的电压；
降低所述变压器(200)的所述输出的所述电压；或者
停止所述致动器(110)调整所述变压器(200)的所述匝数比。
6.根据权利要求3所述的有载抽头变换器，其中在以下状态中的至少一个状态达到对应阈值的情况下，所述处理单元(120)不响应于所述控制命令：
流过所述有载抽头变换器(100)的触头的电流；
所述变压器(200)的输出的电压；或者
所述有载抽头变换器(100)中的油的粘度；或者在以下条件中的至少一个条件发生的情况下，所述处理单元(120)不响应于所述控制命令：
所述致动器(110)的功率的过电流；
所述有载抽头变换器(100)的所述触头的滑动；或者
所述致动器(110)的功率损耗。
7.根据权利要求3所述的有载抽头变换器，其中所述状态包括以下中的至少一项：
基于流过所述有载抽头变换器(100)的触头的电流和所述触头的材料的触头磨损的估计；
在所述有载抽头变换器(100)中所述匝数比已经被调整的次数；
所述有载抽头变换器(100)的油罐中的油的粘度；
所述有载抽头变换器(100)的所述触头的滑动；
所述致动器(110)的功率的过电流；
所述致动器(110)的功率损耗；
所述有载抽头变换器(100)的所述油罐内的温度；或者
所述有载抽头变换器(100)的所述触头的位置。
8.根据权利要求3所述的有载抽头变换器，还包括：
面板(140)，连接到所述处理单元(120)，并且被配置为显示所述状态，并且接收用于控制所述致动器(110)的所述控制命令。
9.根据权利要求8所述的有载抽头变换器，其中所述面板(140)包括显示器(142)，所述显示器(142)被配置为显示所述状态，所述状态至少包括所述匝数比已经被调整的次数、以及所述变压器(200)的触头的位置。
10.根据权利要求8或9所述的有载抽头变换器，其中所述面板(140)包括用于接收所述控制命令的多个按钮(141)，所述控制命令用于控制所述致动器(110)。
11.一种有载抽头变换器(100)，包括：
致动器(110)，被配置为调整变压器(200)的匝数比；以及
处理单元(120)，被配置为与所述控制设备(300)通信控制命令，并且基于所述控制命令来控制所述致动器(110)，所述处理单元(120)还被配置为基于流过所述变压器(200)的触头的电流和所述变压器(200)的所述触头的材料来估计触头磨损。
12.根据权利要求11所述的有载抽头变换器，其中所述处理单元(120)还被配置为接收由传感器(130)检测到的状态，所述状态包括以下中的至少一项：
在所述有载抽头变换器(100)中所述匝数比已经被调整的次数；
所述有载抽头变换器(100)的油罐中的油的粘度；
所述有载抽头变换器(100)的所述触头的滑动；
所述致动器(110)的功率的过电流；
所述致动器(110)的功率损耗；
所述有载抽头变换器的所述油罐内的温度；或者
所述有载抽头变换器(100)的所述触头的位置。
13.根据权利要求11所述的有载抽头变换器，其中在以下状态中的至少一个状态达到对应阈值的情况下，所述处理单元(120)不响应于所述控制命令：
流过所述有载抽头变换器(100)的触头的电流；
所述变压器(200)的输出的电压；或者
所述有载抽头变换器(100)中的油的粘度；或者在以下条件中的至少一个条件发生的情况下，所述处理单元(120)不响应于所述控制命令：
所述致动器(110)的功率的过电流；
所述有载抽头变换器(100)的所述触头的滑动；或者
所述致动器(110)的功率损耗。
14.一种制造有载抽头变换器的方法，包括：
提供致动器(110)，所述致动器(110)被配置为调整所述变压器(200)的匝数比；以及
提供处理单元(120)，所述处理单元(120)被配置为控制所述致动器(110)，并且经由数字信号连接而与控制设备(300)通信，
其中所述处理单元(120)被配置为接收由传感器(130)检测到的状态。
15.一种制造有载抽头变换器的方法，包括：
提供致动器(110)，所述致动器(110)被配置为调整变压器(200)的匝数比；以及
提供处理单元(120)，所述处理单元(120)被配置为与控制设备(300)通信控制命令，并且基于所述控制命令来控制所述致动器(110)，
其中所述处理单元(120)被配置为基于流过所述变压器(200)的触头的电流和所述变压器(200)的所述触头的材料来估计触头磨损。
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