CN110190789A - 一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配变电变压器领域，本发明提供一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，包括主绕组、极性转换开关、调压绕组、过渡切换单元、额定电压支路、四条调压支路；本发明在主绕组与调压绕组间设置极性转换开关，通过调节极性转换开关独立触头接通端，实现正反调压；各调压支路的一端分别连接到调压绕组的两个端部抽头及各中间抽头上；另外一端相邻交错地并联成两组，分别与过渡切换单元的两个输入端连接，额定电压支路的输入端与主绕组输出端抽头连接，额定电压支路输出端与调压电路输出端连接。本发明的有益效果是减少通断开关的通断频率，增加相应调压开关的使用寿命以及在调压过程中，过渡电压随调压档位变化，无需跳档调压。

Description

一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路

技术领域

本发明涉及配变电变压器领域，具体而言涉及一种七档变压器有载调压电路。

背景技术

在申请号为201610121960，名称为：“一种永磁真空有载调压开关、变压器及有载调压方法”的专利中提供了一种应用两个真空灭弧室分别组成主回路与过渡回路结构的有载调压方法。该技术方案要点是：在正常运行时，主回路真空灭弧室接通，主回路处于接通状态，过渡回路真空灭弧室断开，过渡回路处于断开状态，由主回路接入的调压绕组决定电路对外供压档位。在档位切换时，先闭合过渡回路真空灭弧室，过渡回路处于接通状态，然后断开主回路真空灭弧室，主回路处于断开状态。此时，换档开关在无电流情况下完成换挡，没有电弧产生。过渡回路为电路在档位切换时提供过渡电压，保证电路不会中断对外供电压。但是，依据本方案设计的多档调压电路有以下几点不足：

1、每次档位切换一次，主回路真空灭弧室要开一次合一次，过渡回路也要合一次开一次。主回路、过渡回路真空灭弧室作为电路中通断频率最高的器件，其通断次数上限决定了依据该电路设计的调压开关的使用寿命。按照标准要求，有载调压开关的机械寿命要达到50万次，即调压开关在触头不带电且全部分接范围都用上的情况下，进行50万次分接变换操作。依据该调压电路，5个档位的有载调压开关做一次调压循环，主回路和过渡回路就要动作4*50=200万次。对9个档位的有载调压开关，主回路和过渡回路就要动作8*50=400万次。现阶段对真空灭弧室的机械寿命要求在80~120万次之间。可见，依据该调压电路生产的调压开关，机械寿命是一个严峻的考验，推算是达不到标准要求的机械寿命的。

2、过渡回路是固定接在某一分接头上的，任何档位的调压都要先回到这一固定分接头上，然后再调到需要调压的档位上，俗称跳档调压。电压的瞬间变化会产生幅值很高的操作过电压，电压的瞬间变化率越高，产生的过电压幅值越高，对接在电网中的电子产品危害极大。所以标准是不允许跳档调压的。

申请号为：201721680735.9，名称为：“一种采用双掷开关的有载调压方法” 的专利中，对专利201610121960做了改进：分接线圈的结构更简单；过渡回路接到额定档上而不是变压器的主绕组末端，使得换挡时电压的波动较小。该专利有多个变形。但根本的两点是与专利201610121960是一样的：1、每当档位切换一次，主回路真空灭弧室要开一次合一次，过渡回路也要合一次开一次。其通断次数上限决定了依据该电路设计的调压开关的使用寿命。2、其过渡电路固定连接于主绕组抽头，调压时依然是跳档调压，是标准不允许的。

在申请号为201820286271 .1专利中，对专利201721680735.9又做了改进，增加了过渡回路选择开关（数量根据调压档位不同而变，5档的需要2个过渡回路选择开关）。过渡回路不是固定连接在调压绕组的主分接档位，而是通过过渡回路选择开关，随档位的变化而随之变化。但“每当档位切换一次，主回路真空灭弧室要开一次合一次，过渡回路也要合一次开一次。其通断次数上限决定了依据该电路设计的调压开关的使用寿命”这一缺陷依然没有改变。并且随着开关档位数量的增加，过渡回路选择开关数量也增加，开关结构趋于复杂。

发明内容

本发明的目的是设计一种新的七档变压器有载调压电路，取代过渡回路与主回路的设计，减少调压过程中电路中通断开关的通断频率，以达到增加相应调压开关的使用寿命的目的；在调压过程中，让过渡电压随过渡切换的档位不同而不同，降低调压时的电压波动，解决跳档调压问题；同时将正反调压功能加入七档调压电路中，实现在相同档位的前提下，减少调压绕组的数目，降低制造成本的目的。

为了实现上述发明的目的，本发明的技术方案：一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，包括主绕组、调压绕组，极性转换开关，额定电压支路、过渡切换单元、四条调压支路；其特征在于，所述调压绕组由同向绕制的3段调压线圈首尾依次连接组成，调压绕组包括两个端部抽头和两个中间抽头，主绕组输入端抽头接调压电路的输入端，主绕组输出端抽头连接极性转换开关的公共触头；所述极性转换开关的两个独立触头分别连接调压绕组的两个端部抽头。过渡切换单元由过渡电阻和一个通断开关并联组成，所述并联结构的两端，定为过渡切换单元的第一输入端与第二输入端，所述第二输入端兼做调压电路的输出端。优选地，开关用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。每条调压支路上串联一个通断开关，调压支路的一端分别连接到调压线圈的两个端部抽头和中间抽头上；另外一端相邻交错地并联成两组，分别与过渡切换单元的两个输入端连接，优选地，开关用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。额定电压支路上串联一个通断开关，额定电压支路的一端与主绕组输出端连接（极性转换开关的公共触头也与此端连接）；另一端与过渡切换单元的任一端连接都可以。优选地，额定电压支路连接到过渡切换单元的第一输入端，额定档时输出电流不要经过过渡切换单元中的开关；通断开关优选用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。

具体的，三个调压线圈首尾相连，所述调压线圈两端各设有一个调压绕组抽头，其中相邻的调压线圈端共有一个抽头，所述调压绕组共有上端抽头、中上端抽头、中下端抽头、下端抽头四个抽头。

四条调压支路的一端分别与一个绕组抽头相连，各条调压支路的另一端有两种连接方式：

连接方式一：与上端抽头连接的调压支路、与中下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第二输入端；与中上端抽头连接的调压支路、与下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第一输入端。

连接方式二：与上端抽头连接的调压支路、与中下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第一输入端；与中上端抽头连接的调压支路、与下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第二输入端。

由于过渡切换单元的第二输入端与整个调压电路的输出端连接，定义连接过渡切换单元的第二输入端的调压支路为直连调压支路，由于过渡切换单元的第一输入端与调压电路的输出端之间串联有一个电阻与通断开关并联结构，定义连接过渡切换单元第一输入端的的调压支路为非直连调压支路。

极性转换开关处于上端接通状态，接入电路的调压绕组极性与主绕组极性相同，电路可以进行正极调压；极性转换开关处于下端接通状态，接入电路的调压绕组极性与主绕组相反，电路可以进行反极调压。

在正极调压过程中或者反极调压过程中，选择单独闭合任一调压支路的通断开关就可以调节接入电路的调压绕组，对应不同的档位。

任一非直连调压支路的通断开关处于闭合状态，同时过渡切换单元通断开关也处于接通状态，则此时调压电路处于对应档位的正常运行状态，定义这种状态为非直连电路的正常工作状态。

任一直连调压支路的通断开关处于闭合状态，同时过渡切换单元通断开关处于断开状态，此时调压电路处于对应档位的正常运行状态，定义这种状态为直连电路的正常工作状态。

在档位切换的过程中，配合直连调压支路与非直连调压支路交替的结构，实现有载调压。

从电路结构上看，本发明的技术方案，一条调压支路为直连调压支路，与之相邻的调压支路必然为非直连调压支路。该方案下的多档变压器调压电路，各调压支路必然是以这种交替的形式连接。

在该技术方案下的调压电路，所谓的档位切换，就是从一条调压支路正常工作状态切换为另一条与之相邻的调压支路正常工作状态。要么是由直连调压支路正常工作状态切换到非直连调压支路正常工作状态，要么是从非直连调压支路正常工作状态切换到直连调压支路正常工作状态。

从电路结构上看，只要过渡切换单元通断开关处于断开状态，则过渡电阻总是串联于相邻的两条调压支路之间，这保证了在相邻两条调压支路同时处于接通状态时，电路不会短路，允许两条调压支路同时处于通电状态，这保证了调压过程中，不会中断供电。

故而只要过渡切换单元中通断开关处于断开状态，就可以开始调压。

如果是从直连调压支路正常工作状态切换到非直连调压支路正常工作状态，由于直连调压支路处于正常工作状态，此时过渡切换单元通断开关已经处于断开状态，故而只要闭合对应非直连调压支路通断开关，然后断开对应直连调压支路通断开关，然后接通过渡切换单元通断开关，如此则完成一次档位切换。

如果是从非直连调压支路正常工作状态切换到直连调压支路正常工作状态，由于非直连支路处于正常工作状态，过渡切换单元通断开关处于接通状态，要先断开过渡切换单元通断开关，然后闭合对应直连调压支路通断开关，然后断开对应非直连支路通断开关，如此即完成一次档位切换。

故而本发明的技术方案，在连接方式上并不唯一，只要各调压支路满足直连与非直连交替连接的方式，即可实现相同的技术效果。上述两种连接方式可视为同一发明下的两个优选实施方式。

故而应用本发明设计的变压器，档位每切换一次，过渡切换单元通断开关只经历一次开或者一次合。档位连续切换两次，过渡切换单元通断开关才开合一次。而现有技术，每切换一次档位，主回路过渡回路真空灭弧室都要各自开一次合一次。

可以得出结论，该技术方案相比于现有技术，一方面在相同调压次数的前提下，能减少通断开关一半的开合次数。另一方面，本发明技术方案总能让前一档位的调压支路为相邻档位的调压支路提供过渡电压，如此过渡电压总是能随着调压档位的不同，而随之变化。

在正极调压与反极调压操作之外，还有从正极调压向反极调压切换，或者从反极调压向正极调压切换。在切换过程中，要转换极性转换开关，从上端接通变换为下端接通或者从下端接通变为上端接通，在切换过程中，各调压支路都必然处于断开状态，无法为调压电路提供过渡电压。

额定电压支路绕开极性转换开关直接连接于主绕组抽头与调压电路输出端之间，闭合额定电压支路的通断开关，额定电压支路处于接通状态，即可保证在正反调压相互切换时，电路不中断供压。

综上所述，依据本发明技术方案设计的变压器具有使用寿命长、变压时电压波动小、输出电压质量高、同档位调压绕组数目减半，制造成本低的优点。

在本发明中，所述输入端与输出端是为清楚表述电路各构成部分的连接关系而做出的定义，其中“输入”和“输出”仅用于区分不同的连接端，并不代表电流或信号的流动或传递方向。

附图说明

图1是应用本发明技术方案一种七档变压器的有载调压电路。

图2是应用本发明技术方案的另一种七档变压器的有载调压电路。

具体实施方式

参见图1所示是本发明技术方案下的一种七档变压器调压电路原理图，该电路包括主绕组、调压绕组、额定电压支路、过渡切换单元、四条调压支路。

所述过渡切换单元包括第一输入端T1、第二输入端T2、输出端Xb以及串联于第一输入端T1与输出端Xb之间的真空灭弧室D0与过渡电阻R并联结构。

第一调压线圈L1、第二调压线圈L2、第三调压线圈L3首尾相连组成调压绕组，调压线圈两端各设有一个调压绕组抽头，其中相邻的调压线圈共用一个调压绕组抽头，三个调压线圈共设有四个调压绕组抽头分别是上端抽头X1、中上端抽头X2、中下端抽头X3、下端抽头X4。

所述极性转换开关KaKb的公共触头与主绕组输出端抽头Xa相连，极性转换开关的两个独立触头分别与调压绕组的上端抽头X1和下端抽头X4相连。

通断开关D1、通断开关D2、通断开关D3、通断开关D4以及通断开关Ke都是真空灭弧室。

所述通断开关D1一端与上端抽头X1相连，另一端与过渡切换单元第二输入端T2连接，作为一条调压支路存在。

所述通断开关D2一端与中上端抽头X2相连，另一端与过渡切换单元第一输入端T1连接，通过真空灭弧室D0与电阻R的并联结构与调压电路输出端Xb相连，作为一条调压支路存在。

所述通断开关D3一端与中下端抽头X3相连，另一端与过渡切换单元第二输入端T2连接，作为一条调压支路存在。

所述通断开关D4一端与下端抽头X4相连，另一端与过渡切换单元第一输入端T1连接，通过真空灭弧室D0与电阻R的并联结构与调压电路输出端Xb相连，作为一条调压支路存在。

极性开关、各通断开关的组合状态与调压电路各档位的对应如下：

1档： Ka合 D4合 D0合 调压绕组L1、L2、L3正接入电路

2档： Ka合 D3合 D0开 调压绕组L1、L2正接入电路

3档： Ka合 D2合 D0合 调压绕组L1正接入电路

4档： Ka合 D1合 D0开 调压绕组L1、L2、L3均不接入电路

4档： Kb合 D4合 D0合 调压绕组L1、L2、L3均不接入电路

5档： Kb合 D3合 D0开 调压绕组L3反接入电路

6档： Kb合 D2合 D0合 调压绕组L3、L2反接入电路

7档： Kb合 D1合 D0开 调压绕组L3、L2、L1反接入电路

注：Ka表示极性开关的Ka端处于接通状态，Kb表示双向开关的Kb端处于接通状态。

调压原理：

当调压电路处于1档时，极性开关的Ka端处于接通状态。通断开关D4处于闭合状态，过渡切换单元的真空灭弧室D0处于闭合状态，调压绕组L1、L2、L3均正接入电路。

先断开过渡切换单元的真空灭弧室D0，然后闭合通断开关D3，此时通断开关D4、通断开关D3同时处于闭合状态，两条调压支路相互连接，过渡电阻R保护电路不短路。然后断开通断开关D4，此时调压绕组L1、L2正接入电路。调压电路完成由1档到2档的切换。

闭合通断开关D2，此时通断开关D2、通断开关D3同时处于闭合状态，过渡电阻提供短路保护。然后断开通断开关D3，闭合过渡切换单元真空灭弧室D0，此时调压绕组L1正接入电路。电路完成由2档到3档的切换。

先断开过渡切换单元的真空灭弧室D0，然后闭合通断开关D1，，此时通断开关D1、通断开关D2同时处于闭合状态，过渡电阻R提供短路保护。然后断开通断开关D2，此时调压绕组L1、L2、L3均不接入电路。调压电路完成由3档到4档的切换。

在正极调压结束后，要进行由正极调压到反极调压的切换。先闭合通断开关Ke,额定电压支路处于接通状态，然后闭合通断开关D1，此时电路由额定电压支路对外供压，极性开关KaKb处于不带电状态。然后转动极性开关，由Ka端接通切换到Kb端接通。然后闭合通断开关D4，断开通断开关Ke,闭合过渡切换单元真空灭弧室D0,此时电路依旧处于4档，完成由正极调压向反极调压的切换。

先断开过渡切换单元真空灭弧室D0，然后闭合通断开关D3，然后断开通断开关D4，此时调压绕组L3反接入电路，调压电路完成由4档到5档的切换。

闭合通断开关D2，然后断开通断开关D3，然后闭合过渡切换单元真空灭弧室D0.此时调压绕组L3、L2反接入电路，调压电路完成由5档到6档的切换。

先断开过渡切换单元真空灭弧室D0，然后闭合通断开关D1，然后断开通断开关D2.此时调压绕组L3、L2、L1反接入电路，调压绕组完成由6档到7档的切换。

在整个七档调压过程中，档位切换了六次，若是应用背景技术使用的主回路过渡回路结构，主回路与过渡回路中的真空灭弧室要各自开六次合六次。而应用本发明的技术方案，电路中通断频率最高的器件即过渡切换单元的真空灭弧室D0只需要开三次合三次，正好比现有技术节省了一半的通断次数。

在正调压过程中或者反调压过程中，前一档位的调压支路正好为后一档位的调压支路提供过渡电压，这就保证了在具体调压过程中，会依据调压档位的不同有不同的过渡电压。故而依据本发明的技术方案，相应的七档变压器就有调压波动小，电压质量高的优点。

该技术方案将正反调压方法应用入七档变压器调压电路，相较于现有技术将调压绕组数目压缩至三段，有效降低了制造成本。

参见图2所示是另一种连接方式的七档变压器调压电路原理图，该电路由主绕组、调压绕组、额定电压支路、过渡切换单元、四条调压支路组成。

所述过渡切换单元包括第一输入端T1、第二输入端T2、输出端Xb以及串联于第一输入端T1与输出端Xb之间的真空灭弧室D0与过渡电阻R并联结构。

第一调压线圈L1、第二调压线圈L2、第三调压线圈L3首尾相连组成调压绕组，调压线圈两端各设有一个调压绕组抽头，其中相邻的调压线圈端共用一个调压绕组抽头，三个调压线圈共设有四个调压绕组抽头分别是上端抽头X1、中上抽头X2、中下端抽头X3、下端抽头X4。

所述极性转换开关KaKb的公共触头与主绕组输出端抽头Xa相连，极性转换开关的两个独立触头分别与调压绕组的上端抽头X1和下端抽头X4相连。

通断开关D1、通断开关D2、通断开关D3、通断开关D4以及通断开关Ke都是真空灭弧室。

所述通断开关D1一端与上端抽头X1相连，另一端与过渡切换单元第一输入端T1连接，通过真空灭弧室D0与电阻R的并联结构与调压电路输出端Xb相连，作为一条调压支路存在。

所述通断开关D2一端与中上端抽头X2相连，另一端与过渡切换单元第二输入端T2连接，作为一条调压支路存在。

所述通断开关D3一端与中下抽头X3相连，另一端与过渡切换单元第一输入端T1连接，通过真空灭弧室D0与电阻R的并联结构与调压电路输出端Xb相连，作为一条调压支路存在。

所述通断开关D4一端与下端抽头X4相连，另一端与过渡切换单元第二输入端T2连接，作为一条调压支路存在。

极性开关、各通断开关的组合状态与调压电路各档位的对应如下：

1档：Ka合 D4合 D0开 调压绕组L1、L2、L3正接入电路

2档：Ka合 D3合 D0合 调压绕组L1、L2正接入电路

3档：Ka合 D2合 D0开 调压绕组L1正接入电路

4档：Ka合 D1合 D0合 调压绕组L1、L2、L3均不接入电路

4档：Kb合 D4合 D0开 调压绕组L1、L2、L3均不接入电路

5档：Kb合 D3合 D0合 调压绕组L3反接入电路

6档：Kb合 D2合 D0开 调压绕组L3、L2反接入电路

7档：Kb合 D1合 D0合 调压绕组L3、L2、L1反接入电路

注：Ka表示极性开关的Ka端处于接通状态，Kb表示双向开关的Kb端处于接通状态。

图1、图2电路中的四条调压支路另一端的连接方式虽然不同，但本质上只是连接次序的变化。极性开关、各通断开关的组合状态与变压器各档位的对应关系虽然不同，但原理是相同的，二者有同样的有益效果，是同一发明下的两种不同优选实施方式。

Claims (6)

1.一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，包括主绕组、极性转换开关、调压绕组、过渡切换单元、额定电压支路以及四条调压支路；其特征在于，所述调压绕组由同向绕制的3段调压线圈首尾依次连接组成，调压绕组包括两个端部抽头和两个中间抽头；主绕组输入端接调压电路的输入端，主绕组输出端连接极性转换开关的公共触头；所述极性转换开关的两个独立触头分别连接调压绕组的两个端部抽头；

所述过渡切换单元由过渡电阻和一个通断开关并联组成，所述并联结构的两端，为过渡切换单元的第一输入端与第二输入端，所述第二输入端兼做调压电路的输出端；

每条调压支路上串联一个通断开关，调压支路的一端分别连接到调压线圈的两个端部抽头和中间抽头上；另外一端相邻交错地并联成两组，分别与过渡切换单元的两个输入端连接；

额定电压支路上串联一个通断开关，额定电压支路的一端与主绕组输出端连接；另一端与过渡切换单元的任一端连接都可以。

2.依据权利要求1所述一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，所述过渡切换单元通断开关采用真空灭弧室。

3.依据权利要求1所述一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，其特征在于，所述调压支路以及额定电压支路上串联的通断开关均采用真空灭弧室。

4.依据权利要求1所述一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，其特征在于，所述额定电压支路的另一端与调压电路的输出端相连。

5.依据权利要求1所述一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，其特征是，与上端抽头连接的调压支路、与中下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端直接连接过渡切换单元的第二输入端；与中上端抽头连接的调压支路、与下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第一输入端。

6.依据权利要求1所述一种带极性转换的交错并联式七档变压器有载调压电路，其特征是，与上端抽头连接的调压支路、与中下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第一输入端；与中上端抽头连接的调压支路、与下端抽头连接的调压支路，所述两条调压支路的另一端连接过渡切换单元的第二输入端。