CN111192750A - 一种多级变容量电力设备的电气接线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级变容量电力设备的电气接线方法，在电力设备内部设置多线圈，且每个线圈采用多出头，采用有载调容调压开关的多触头切换，根据用电负荷对线圈进行结构上的串并联切换组合，自动调节变换内部的电流及线圈匝数分配，实现对铁心的多级励磁，进而实现电力设备的多容量的变输出，且每个容量下具有对应的空载损耗和负载损耗，实现电力设备在不同负载情况下保持高效率输出。这种多级变容量电力设备的电气接线方法通过有载调容分接开关自动调整变压器容量输出，当设备处于高负荷时采用大容量输出，低负荷时采用低容量输出，保持电力设备一直具有较高效率的输出，从而大量节约用电量，实现了真正的智能用电绿色用电。

Description

一种多级变容量电力设备的电气接线方法

技术领域

本发明涉及电力设备制造领域，尤其涉及一种多级变容量电力设备的电气接线方法。

背景技术

目前，在电力系统所使用的电力设备中，如变压器和电抗器等，采用的能量输出大多为单一容量方式，该设备仅具有一个结构容量，其具有单一的铁心空载损耗和单一的额定容量的负载损耗，在选用电力设备时，用户不得不根据预计的最大峰值负荷状态来考虑电力设备的容量大小，以确保用电质量和用电安全。

在实际的电力设备使用情况来看，这种选择是有很大缺陷的。实际的变压器运行在峰值状态的时间是有限的；电力设备常是处于一种低负荷状态运行，即在波谷区间运行，这种情况下按峰值状态选择的电力设备往往造成了电力设备经常处于一种大马拉小车的状态，这样，所选用的电力设备容量越大，其空载损耗越大，空载无功功率和有功功率损耗也越大，从而极大地浪费了电能。例如，在某一居民小区使用的变压器，其高峰用电时间通常为傍晚到午夜之前的4-5个小时，其余时间为波谷时间；而波谷时段的负荷仅为高峰时段负荷的20%左右；而单一容量的变压器的铁心损耗，即空载无功功率和有功功率损耗无论峰值还是在峰谷时间都是要等值消耗的，这样实际上就造成了在波谷时间段内，变压器处于一种能量消耗与实际负荷不匹配的状态，这是一种无意义的电能浪费。变压器理想的运行状态应该是：该变压器可适应高峰时段负载，这时变压器具有较大的负载能力和相对应的较大的空载损耗；同时，该变压器在波谷时段除了具有相对应的负载能力外，还应该有相对应的低空载损耗。这样，无论在波峰和波谷时段，变压器都具有较大地输出效率。因此，一种能适应用电峰谷波的电力设备成为一种需要。电力设备应能够在用电高峰时呈现一种具有较大空载和负载消耗的适用于高负荷的容量输出，在用电低谷时呈现出具有较低空载和负载消耗的低负荷状态相匹配的低容量输出。

目前，一种被称为调容变压器的设备在电力系统中有所使用。如专利号为201210229951.7，专利名称为《自动调容配电变压器及其调容方法》的发明专利以及专利号为201110145290.5，专利名称《为自动调容调压配电变压器》的发明专利和专利号为201420764156.2，专利名称为《有载调容变压器》的实用新型专利。上述调容变压器采用的都是对高压绕组采用Δ-Y转换的方式，即改变高压绕组的组别方式来调节容量，即变压器由大容量转换为小容量时，高压绕组的组别接线方式由三角形（Δ）接法改变为星形接法（Y）；同时分为两段的低压绕组由并联改为串联，从而实现变压器容量从大容量到小容量的转换。从实际使用的效果来看并不理想，并没有达到理想的安全节能效果；一个主要原因是在变压器内部的由Δ-Y转换为Y-Y结构，形成的电气连接变化，对电力系统的供电质量，电力设备的保护等都引起了很大的麻烦；另一个主要原因是这种Δ-Y变换带来的小容量原容量为1/4-1/3倍，变换后的二级容量过小，容量单一，使用的适用性有限，在电网使用的范围等均受到限制，同时在产品结构复杂，制造上具有一定的质量上的不可控性。

依据本发明制造的电力设备，具有2级或3级或更多级的结构容量，从而具有更大的普适性，同时由于该类变压器在更低容量运行时具有更低的空载无功功率和有功功率损耗，因而更具有明显的节能效果；同时结合智能化调容调压开关，可以实现电力设备的自适应负荷状态的容量转换，实现高效节能减排。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有一机多容量输出，可实现不断电自动变换容量多级变容量电力设备的电气接线方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种多级变容量电力设备的电气接线方法，所述电力设备包含高压绕组和低压绕组；所述高压绕组由基本线圈H0、调压线圈HT和若干变容线圈H1-Hn组成，所述高压绕组的变容线圈H1-Hn置于高压基本线圈H0和高压调压线圈HT之间或置于高压基本线圈H0内侧；所述低压绕组由基本线圈L0和若干变容线圈L1-Ln组成，所述低压绕组的变容线圈L1-Ln置于低压基本线圈L0的内侧或置于低压基本线圈L0外侧；所述高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的变容线圈H1-Hn与低压绕组的变容线圈L1-Ln在电磁上相对应且数量上相等，所述高压绕组的基本线圈H0、调压线圈HT和变容线圈H1-Hn以及低压绕组的基本线圈L0和变容线圈L1-Ln的每个线圈出头均与电力设备智能化控制的有载调容开关内的触头连接在一起，电力设备在有载调容开关的触头切换功能作用下实现高压变容线圈H1-Hn全部或部分的串并联转换，并与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联，同步的在有载调容开关的触头切换功能作用下实现低压变容线圈L1-Ln全部或部分的串并联转换，并与低压基本线圈L0串联，实现电力设备进行有载状态下容量变换，从而满足电力设备负荷状态需要。

作为优选，所述基本线圈的匝数与变容线圈的匝数比例决定了每级容量的大小；相互对应的高压绕组和低压绕组具有相同数量的变容线圈，且高压绕组的每个变容线圈H1-Hn匝数相同，低压绕组的每个变容线圈L1-Ln匝数相同。

作为优选，所述高压绕组的所有变容线圈H1-Hn并联在一起后，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln并联在一起后再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的最大容量；所述高压绕组的所有变容线圈H1-Hn串联在一起后，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln串联在一起后再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的最小容量；所述高压绕组的部分变容线圈串联在一起后，剩余的高压变容线圈并联在一起，然后再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的部分变容线圈串联在一起后，其它低压变容线圈并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的若干个中间容量。

作为优选，所述电力设备为单相变容电力设备，其高压绕组和低压绕组仅包含一组基本线圈和变容线圈，该单相变容电力设备的高压绕组可设有调压线圈HT。

作为优选，所述电力设备为三相变容电力设备，其高压绕组和低压绕组包含三组基本线圈和变容线圈；该三相变容电力设备高低压三相连接方式分别接为星接法或者为角接法，且该变容电力设备的高压绕组可带有调压线圈HT。

作为优选，所述低压绕组的各个线圈分层绕在电力设备铁心柱上，每个线圈沿幅向由内到外排列；所述高压绕组的各个线圈分层绕在低压绕组的外侧，每个线圈沿幅向由内到外排列。

作为优选，所述低压绕组的各个线圈分段绕在电力设备铁心柱上，每个线圈段沿轴向上下排列；高压绕组的基本线圈H0和变容线圈H1-Hn分段绕在低压绕组的外侧，每个线圈段沿轴向上下排列，所述调压线圈HT绕在高压基本线圈H0和变容线圈H1-Hn的外部。

作为优选，所述高压绕组和低压绕组的基本线圈匝数可以同时为0或分别为0，当电力设备具有n级变容线圈，且高压绕组和低压绕组基本线圈匝数同时为0时，则每级容量为第一级容量的1/n。

作为优选，所述有载调容开关为有载调压和有载调容一体式开关或有载调压和有载调容分体式开关或无载调压和有载调容一体式开关或无载调压和有载调容分体式开关。

作为优选，所述电力设备为液浸式时，所述开关采用置于电力设备油箱内部器身上方的卧式结构，以方便电气连接。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种多级变容量电力设备的电气接线方法可以实现多级变容电力设备具有单机多容量输出的特征；当采用有载调压调容时可实现自动不断电变换容量，在大容量输出时，具有较高的负荷能力；在低容量输出时适用较低的用电负荷状况，并具有较低的空载和负载损耗；在电力设备运行时，可根据实际负荷情况，通过设备本身的调容开关，智能化调整设备的输出容量，实现设备容量按负荷大小的合理变换分配，从而实现最优化空载有功和无功损耗，达到节约能源的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是是本发明一个具有n个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图；

图2本发明实施例1一种具有基本线圈和两个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图；

图3本发明实施例2一种无基本线圈具有两个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图；

图4本发明实施例3一种具有基本线圈和三个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图；

图5本发明实施例4一种无基本线圈具有三个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图；

图6本发明实施例5一种具有基本线圈和两个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图；

图7本发明实施例6一种无基本线圈具有两个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图；

图8本发明实施例7一种具有基本线圈和三个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图；

图9本发明实施例8一种无基本线圈具有三个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

一种多级变容量电力设备的电气接线方法，所述电力设备包含高压绕组和低压绕组；所述高压绕组由基本线圈H0、调压线圈HT和若干变容线圈H1-Hn组成，所述高压绕组的变容线圈H1-Hn置于高压基本线圈H0和高压调压线圈HT之间或置于高压基本线圈H0内侧；所述低压绕组由基本线圈L0和若干变容线圈L1-Ln组成，所述低压绕组的变容线圈L1-Ln置于低压基本线圈L0的内侧或置于低压基本线圈L0外侧；所述高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的变容线圈H1-Hn与低压绕组的变容线圈L1-Ln在电磁上相对应且数量上相等，所述高压绕组的基本线圈H0、调压线圈HT和变容线圈H1-Hn以及低压绕组的基本线圈L0和变容线圈L1-Ln的每个线圈出头均与电力设备智能化控制的有载调容开关内的触头连接在一起，电力设备在有载调容开关的触头切换功能作用下实现高压变容线圈H1-Hn全部或部分的串并联转换，并与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联，同步的在有载调容开关的触头切换功能作用下实现低压变容线圈L1-Ln全部或部分的串并联转换，并与低压基本线圈L0串联，实现电力设备进行有载状态下容量变换，从而满足电力设备负荷状态需要。

所述有载调容开关为有载调压和有载调容一体式开关或有载调压和有载调容分体式开关或无载调压和有载调容一体式开关或无载调压和有载调容分体式开关。

当高压绕组的所有变容线圈L1-Hn并联在一起后，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln并联在一起后再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的最大容量；当高压绕组的所有变容线圈H1-Hn串联在一起后，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln串联在一起后再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的最小容量；当高压绕组的部分变容线圈串联在一起后，其它高压变容线圈并联在一起，然后再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的部分变容线圈串联在一起后，其它低压变容线圈并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的若干个中间容量。如电力设备高压绕组和低压绕组都分别具有两个变容线圈时，该电力设备就具有2级容量，当高压绕组的两个变容线圈H1和H2并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起,同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量。当高压绕组的两个变容线圈H1和H2串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的第二级容量。又如电力设备高压绕组和低压绕组都具有三个变容线圈时，该电力设备就具有3级容量，当高压绕组的三个变容线圈并联在一起，再与高压基本线圈和调压线圈串联在一起；同时低压绕组的3个变容线圈H1、 H2和H3并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量。当高压绕组的其中两个变容线圈并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT和剩余的一个高压变容线圈串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈并联在一起，再与低压基本线圈L0和剩余的一个低压变容线圈串联在一起时，构成电力设备的第二级容量。当高压绕组的三个变容线圈H1、 H2和H3串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、L2和L3串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的第三级容量。

当电力设备为单相变容电力设备，其高压绕组和低压绕组仅包含一组基本线圈和变容线圈，该单相变容电力设备的高压绕组可设有调压线圈HT；

当电力设备为三相变容电力设备，其高压绕组和低压绕组包含三组基本线圈和变容线圈；该三相变容电力设备高低压三相连接方式分别接为星接法或者分别接为角接法，且该变容电力设备的高压绕组可带有调压线圈HT。

所述电力设备每相低压绕组和对应的每相高压绕组内各个线圈的绕制方法具有两种：一种是，所述低压绕组的各个线圈分层绕在电力设备铁心柱上，每个线圈沿幅向由内到外排列；所述高压绕组的各个线圈分层绕在低压绕组的外侧，每个线圈沿幅向由内到外排列。另一种是，所述低压绕组的各个线圈分段绕在电力设备铁心柱上，每个线圈段沿轴向上下排列；高压绕组的基本线圈H0和变容线圈H1-Hn分段绕在低压绕组的外侧，每个线圈段沿轴向上下排列，所述调压线圈HT绕在高压基本线圈H0和变容线圈H1-Hn的外部。

所述基本线圈的匝数与变容线圈的匝数比例决定了每级容量的大小；相互对应的高压绕组和低压绕组具有相同数量的变容线圈，且高压绕组的每个变容线圈匝数相同，低压绕组的每个变容线圈匝数相同；当高压绕组和低压绕组的基本线圈匝数可以同时为0或分别为0，当电力设备具有n级变容线圈，且高压绕组和低压绕组基本线圈匝数同时为0时，则每级容量为第一级容量的1/n；

当电力设备为2级变容电力设备时，所述高压绕组和低压绕组的基本线圈匝数可以同时为0或分别为0，当电力设备的高压绕组和低压绕组基本线圈匝数同时为0时，第二级容量为第一级容量的一半。

当电力设备为3级变容电力设备时，所述高压绕组和低压绕组的基本线圈匝数可以同时为0或分别为0，当电力设备的高压绕组和低压绕组基本线圈匝数同时为0时，第二级容量和第三级容量为第一级容量的三分之一。

为了方便电气连接，当所述电力设备为液浸式时，所述有载调压调容开关采用置于电力设备油箱内部器身上方的卧式结构。

结合上述，图1所示一种具有n个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第n个容量的接线变化，其具有一组高低压绕组；其中，L0是低压基本线圈，L1是低压第一个变容线圈，Li是低压第i个变容线圈，Ln是低压第n个变容线圈，H0是高压基本线圈，H1是高压第一个变容线圈，Hi是高压第i个变容线圈，Hn是高压第n个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈。

该电力设备的高压绕组采用：“基本线圈H0+若干变容线圈H1-Hn+调压线圈HT”的结构，低压绕组采用：“基本线圈L0+若干变容线圈L1-Ln”的结构，其中高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的若干变容线圈H1-Hn与低压绕组的若干变容线圈L1-Ln在电磁上相对应，并在数量上相等，低压绕组和高压绕组每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，分别将高压绕组和低压绕组的变容线圈H1-Hn和L1-Ln进行多级串并联转换，其中高压绕组和低压绕组基本线圈的匝数与变容线圈的匝数比例决定了每级容量的大小，高压绕组和低压绕组具有相同数量n个变容线圈，且高压绕组的每个变容线圈Hi具有相同的匝数，低压绕组的每个变容线圈Li具有相同匝数；当高压绕组的所有变容线圈H1-Hn并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln并联在一起，且与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量；当高压绕组的所有变容线圈H1-Hn串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最小容量；当高压绕组的部分变容线圈串联在一起，其它高压变容线圈并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起；同时低压绕组的部分变容线圈串联在一起，其它低压变容线圈并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的若干个中间容量。

其具体实施例如下：

实施例1

图2所示一种具有基本线圈和两个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第二个容量的接线变化，其具有一组高低压绕组；其中，L0是低压基本线圈，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，H0是高压基本线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈。

该电力设备的高压绕组采用：“基本线圈H0+变容线圈H1和H2+调压线圈HT”的结构，低压绕组采用：“基本线圈L0+变容线圈L1和L2”的结构，其中高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的2个变容线圈H1和H2与低压绕组的2个变容线圈L1和L2在电磁上相对应，低压绕组和高压绕组每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，分别将高压绕组的变容线圈H1和H2与低压绕组的变容线圈L1和L2进行多级串并联转换，当高压绕组的两个变容线圈H1和H2并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2并联在一起，且与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最小容量。

实施例2

图3所示一种无基本线圈具有两个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第二个容量的接线变化，其具有一组高低压绕组；其中， L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈。

该电力设备的高压绕组采用：“变容线圈H1和H2+调压线圈HT”的结构，低压绕组采用：“变容线圈L1和L2”的结构，其中高压绕组的两个变容线圈H1和H2与低压绕组的两个变容线圈L1和L2在电磁上相对应，低压绕组和高压绕组每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，分别将高压绕组的变容线圈H1和H2与低压绕组的变容线圈L1和L2进行多级串并联转换；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2并联在一起，再与调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2并联在一起，构成电力设备的最大容量；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2串联在一起，再与高压调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2串联在一起时，构成电力设备的最小容量。

实施例3

图4所示一种具有基本线圈和三个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第三个容量的接线变化，其具有一组高低压绕组；其中，L0是低压基本线圈，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，L3是第三个变容线圈，H0是低压基本线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，H3是第三个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈。

该电力设备的高压绕组采用：“基本线圈H0+变容线圈H1、H2和H3+调压线圈HT”的结构，低压绕组采用：“基本线圈L0+变容线圈L1、L2和L3”的结构，其中高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的三个变容线圈L1、L2和L3在电磁上相对应，高压绕组和低压绕组的每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，分别将高压绕组的变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的变容线圈L1、 L2和L3进行多级串并联转换；当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量；当高压绕组的其中两个变容线圈（如：H1和H2）并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT和剩余的一个高压变容线圈H3串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈（如：L1和L2）并联在一起，再与低压基本线圈L0和剩余的一个低压变容线圈L3串联在一起时，构成电力设备的第二级容量；当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的第三级容量。

实施例4

图5所示一种无基本线圈具有三个变容线圈的单相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第三个容量的接线变化，其具有一组高低压绕组；其中，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，L3是第三个变容线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，H3是第三个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈。

该电力设备的高压绕组采用：“变容线圈H1、H2和H3+调压线圈HT”的结构，低压绕组采用：“变容线圈L1、L2和L3”的结构，其中高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的三个变容线圈L1、L2和L3在电磁上相对应，高压绕组和低压绕组每种每个线圈的出头与智能化控制的有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行智能化容量变换时，通过载调压调容开关触头切换，分别将高压绕组的变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的变容线圈L1、 L2和L3进行多级串并联转换；当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3并联在一起，再与高压调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3并联在一起时，构成电力设备的最大容量。当高压绕组的其中两个变容线圈（如：H1和H2）并联在一起，再与高压调压线圈HT和剩余的一个高压变容线圈H3串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈（如：L1和L2）并联在一起，再与低压绕组剩余的一个低压变容线圈L3串联在一起时，构成电力设备的第二级容量。当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3串联在一起，再与高压调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3串联在一起时，构成电力设备的第三级容量。

实施例5

图6所示一种具有基本线圈和两个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第二个容量的接线变化，其具有三组高低压绕组；其中，L0是低压基本线圈，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，H0是高压基本线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈；本实施例中高压绕组的接线方式是三角形（Δ）接法，低压绕组的接线方式是星形接法（Y）。

该三相电力设备的高压绕组采用：“基本线圈H0+变容线圈H1和H2+调压线圈HT”的结构，共三组；低压绕组采用：“基本线圈L0+变容线圈L1和L2”的结构，共三组。其中高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的两个变容线圈H1和H2与低压绕组的两个变容线圈L1和L2在电磁上相对应，低压绕组和高压绕组每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，三相一起动作，分别将高压绕组的变容线圈H1和H2与低压绕组的变容线圈L1和L2进行多级串并联转换；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2并联在一起，且与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最小容量。

实施例6

图7所示一种无基本线圈具有两个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第二个容量的接线变化，其具有三组高低压绕组；其中，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈；本实施例中高压绕组的接线方式是三角形（Δ）接法，低压绕组的接线方式是星形接法（Y）。

该三相电力设备的高压绕组采用：“变容线圈H1和H2+调压线圈HT”的结构，共三组；低压绕组采用：“变容线圈L1和L2”的结构，共三组。其中高压绕组的两个变容线圈H1和H2与低压绕组的两个变容线圈L1和L2在电磁上相对应，高压绕组和低压绕组的每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，三相一起动作，分别将高压绕组的变容线圈H1和H2与低压绕组的变容线圈L1和L2进行多级串并联转换；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2并联在一起，再与调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2并联在一起，构成电力设备的最大容量；当高压绕组的两个变容线圈H1和H2串联在一起，再与高压调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈L1和L2串联在一起时，构成电力设备的最小容量。

实施例7

图8所示一种具有基本线圈和三个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第三个容量的接线变化，其具有三组高低压绕组；其中，L0是低压基本线圈，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，L3是第三个变容线圈，H0是低压基本线圈，H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，H3是第三个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈；本实施例中高压绕组的接线方式是三角形（Δ）接法，低压绕组的接线方式是星形接法（Y）。

该三相电力设备的高压绕组采用：“基本线圈H0+变容线圈H1、H2和H3+调压线圈HT”的结构，共3组；低压绕组采用：“基本线圈L0+变容线圈L1、L2和L3”的结构，共三组。其中高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的三个变容线圈L1、L2和L3在电磁上相对应，高压绕组和低压绕组的每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要，进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，三相一起动作，分别将高压绕组的变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的变容线圈L1、 L2和L3进行多级串并联转换；当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的最大容量。当高压绕组的其中两个变容线圈（如：H1和H2）并联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT和剩余的一个高压变容线圈H3串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈（如：L1和L2）并联在一起，再与低压基本线圈L0和剩余的一个低压变容线圈L3串联在一起时，构成电力设备的第二级容量。当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3串联在一起，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3串联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，构成电力设备的第三级容量。

实施例8

图9所示一种无基本线圈具有三个变容线圈的三相变容变压器的接线原理图，表示其从第一个容量变化到第三个容量的接线变化，其具有三组高低压绕组；其中，L1是低压第一个变容线圈，L2是低压第二个变容线圈，L3是第三个变容线圈；H1是高压第一个变容线圈，H2是高压第二个变容线圈，H3是第三个变容线圈，HT是高压绕组的调压线圈；本实施例中高压绕组的接线方式是三角形（Δ）接法，低压绕组的接线方式是星形接法（Y）。

该三相电力设备的高压绕组采用：“变容线圈H1、H2和H3+调压线圈HT”的结构，共三组；低压绕组采用：“变容线圈L1、L2和L3”的结构，共三组。其中高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3与低压绕组的三个变容线圈L1、L2和L3在电磁上相对应，高压绕组和低压绕组的每种每个线圈的出头与有载调压调容开关触头连接在一起。当电力设备根据负荷状态需要进行容量变换时，通过有载调压调容开关触头切换，三相一起动作，分别将高压绕组的变容线圈H1、H2和H3与和低压绕组的变容线圈L1、 L2和L3进行多级串并联转换；当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3并联在一起，再与高压调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、L2和L3并联在一起时，构成电力设备的最大容量。当高压绕组的其中两个变容线圈（如：H1和H2）并联在一起，再与高压调压线圈HT和剩余的一个高压变容线圈H3串联在一起，同时低压绕组的两个变容线圈（如：L1和L2）并联在一起，再与低压绕组剩余的一个低压变容线圈L3串联在一起时，构成电力设备的第二级容量。当高压绕组的三个变容线圈H1、H2和H3串联在一起，再与高压调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的三个变容线圈L1、 L2和L3串联在一起时，构成电力设备的第三级容量。

以变压器基本理论为基础，本发明的基本理论依据如下：

对于一理想变压器，有下列等式成立，

S=U1*I1=U2*I2 （1）

其中，S是变压器的视在容量，U1是一次侧电压，U2是二次侧电压，在理论上分析电力设备应用时，这两个电压量可视为基本不变。I1是一次侧电流，I2是二次侧电流，这两个量代表变压器的负荷情况；

根据变压器基本理论，有下几个公式存在：

N1*I1=N2*I2 （2）

U1/N1=U2/N2 （3）

其中，N1是一次侧线圈匝数，N2是二次侧线圈匝数；

同时有：

Po∝（BT）2*Gt （4）

其中，Po是变压器的空载损耗，该损耗与变压器铁心中的磁通密度BT平方相关，磁通密度越大该值越大；Gt为变压器铁心重量。

对于同一台变压器，铁心磁路截面积一定时，BT与励磁侧（可视为一次侧）匝数成反比，即匝数越多，BT越小。

当变压器的励磁匝数不变时，空载损耗不变。

为简便起见，以一台不含基本线圈的2级变容量变压器为例进行分析。假定该变压器仅含变容线圈，在额定容量SA，即1级容量运行时，其一次侧二次侧匝数分别为N1和N2，U1是一次侧电压，U2是二次侧电压，则其容量为SA=U1*I1=U2*I2，且有N1*I1=N2*I2；这时如果磁通密度为BTA，铁心损耗则为PoA=k*（BT）2*Gt；k是系数，与频率和材料及制造工艺有关。

当该变压器采用2级容量SB运行时，根据接线原理，从一级容量SA变换到2级容量SB后，并可假定SA=2SB；且一次侧和二次侧的电压不变，仍为U1和U2；电流分别变为I1/2和I2/2，一次侧和二次侧匝数分别增加一倍，即变成2 N1和2N2，这时的2级容量SB= U1*I1/2=U2*I2/2。则磁通密度变为（BTA/2）；在磁通密度远离饱和点时，可视为这时的空载损耗=PoB k*（BTA/2）2*Gt=PoA/4。

即在2级容量运行时，由于变压器的励磁匝数的增加，使得变压器的空载损耗降低许多，甚至低为原来的1/4左右。

综上，当变压器为适应低负荷（即小负载电流）运行而变换成小容量状态运行时，高压绕组和低压绕组的匝数增加倍数相同，从而保持了输出电压的稳定不变；小容量时线圈匝数增加，铁心磁通密度同比降低，空载损耗和空载电流有明显的下降，从而降低了变压器的空载无功损耗和有功损耗，达到节能降耗的目的，否则，当在低负荷时变压器仍采用原励磁一级容量运行时，尽管负载损耗有降低，但空载损耗仍将在高损耗下运行。

依据本发明原理接线的电力设备，尤其是变压器，仅通过变换电力设备内部的变容线圈的串并联来改变容量，不需要改变绕组的组别方式，即容量变化前后的Δ接法或Y接法没有变化，容量变换之后仍为原来的Δ接法或Y接法，这样在电力设备使用时，对电网的电气冲击可忽略不计，不需要担心电力设备需另设保护问题；另一方面，变化的容量大小可以根据高低压基本线圈的匝数配置和变容线圈数量的配置做到可设计任何需要的容量，即容量变化级数可以根据电力设备内部的变容线圈组数的设置，按需要作成2级或3级或更多级，甚至可以称n级；即以此发明制造的电力设备，具有2级或3级或更多级的结构容量，从而具有更大的普适性。同时由于该类变压器在更低容量运行时具有更低的空载无功功率和有功功率损耗，因而更具有明显的节能效果，同时结合智能化有载调压调容开关，可以实现电力设备的自适应负荷状态的容量转换，实现高效节能减排。

依据本发明原理的电力设备克服了单一容量电力设备的波谷期间运行时能耗大的缺陷，克服了大马拉小车的尴尬，解决了Δ-Y转换结构调容变压器的可靠性差、变化容量单一的问题。

这种多级变容量电力设备的电气接线方法可以实现多级变容电力设备具有单机多容量输出的特征；当采用有载调压调容时可实现自动不断电变换容量，在大容量输出时，具有较高的负荷能力；在低容量输出时适用较低的用电负荷状况，并具有较低的空载和负载损耗；在电力设备运行时，可根据实际负荷情况，通过设备本身的调容开关，智能化调整设备的输出容量，实现设备容量按负荷大小的合理变换分配，从而实现最优化空载有功和无功损耗，达到节约能源的目的。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述电力设备包含高压绕组和低压绕组；所述高压绕组由基本线圈H0、调压线圈HT和若干变容线圈H1-Hn组成，所述高压绕组的变容线圈H1-Hn置于高压基本线圈H0和高压调压线圈HT之间或置于高压基本线圈H0内侧；所述低压绕组由基本线圈L0和若干变容线圈L1-Ln组成，所述低压绕组的变容线圈L1-Ln置于低压基本线圈L0的内侧或置于低压基本线圈L0外侧；所述高压绕组的基本线圈H0和调压线圈HT一起与低压绕组的基本线圈L0在电磁上相对应，高压绕组的变容线圈H1-Hn与低压绕组的变容线圈L1-Ln在电磁上相对应且数量上相等，所述高压绕组的基本线圈H0、调压线圈HT和变容线圈H1-Hn以及低压绕组的基本线圈L0和变容线圈L1-Ln的每个线圈出头均与电力设备智能化控制的有载调容开关内的触头连接在一起，电力设备在有载调容开关的触头切换功能作用下实现高压变容线圈H1-Hn全部或部分的串并联转换，并与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联，同步的在有载调容开关的触头切换功能作用下实现低压变容线圈L1-Ln全部或部分的串并联转换，并与低压基本线圈L0串联，实现电力设备进行有载状态下容量变换，从而满足电力设备负荷状态需要。

2.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述基本线圈的匝数与变容线圈的匝数比例决定了每级容量的大小；相互对应的高压绕组和低压绕组具有相同数量的变容线圈，且高压绕组的每个变容线圈H1-Hn匝数相同，低压绕组的每个变容线圈L1-Ln匝数相同。

3.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述高压绕组的所有变容线圈H1-Hn并联在一起后，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln并联在一起后再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的最大容量；所述高压绕组的所有变容线圈H1-Hn串联在一起后，再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的所有变容线圈L1-Ln串联在一起后再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的最小容量；所述高压绕组的部分变容线圈串联在一起后，剩余的高压变容线圈并联在一起，然后再与高压基本线圈H0和调压线圈HT串联在一起，同时低压绕组的部分变容线圈串联在一起后，其它低压变容线圈并联在一起，再与低压基本线圈L0串联在一起时，其构成电力设备的若干个中间容量。

4.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述电力设备为单相变容电力设备，其高压绕组和低压绕组仅包含一组基本线圈和变容线圈，该单相变容电力设备的高压绕组可设有调压线圈HT。

5.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述电力设备为三相变容电力设备，其高压绕组和低压绕组包含三组基本线圈和变容线圈；该三相变容电力设备高低压三相连接方式分别接为星接法或者为角接法，且该变容电力设备的高压绕组可带有调压线圈HT。

6.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述低压绕组的各个线圈分层绕在电力设备铁心柱上，每个线圈沿幅向由内到外排列；所述高压绕组的各个线圈分层绕在低压绕组的外侧，每个线圈沿幅向由内到外排列。

7.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述低压绕组的各个线圈分段绕在电力设备铁心柱上，每个线圈段沿轴向上下排列；高压绕组的基本线圈H0和变容线圈H1-Hn分段绕在低压绕组的外侧，每个线圈段沿轴向上下排列，所述调压线圈HT绕在高压基本线圈H0和变容线圈H1-Hn的外部。

8.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述高压绕组和低压绕组的基本线圈匝数可以同时为0或分别为0，当电力设备具有n级变容线圈，且高压绕组和低压绕组基本线圈匝数同时为0时，则每级容量为第一级容量的1/n。

9.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述有载调容开关为有载调压和有载调容一体式开关或有载调压和有载调容分体式开关或无载调压和有载调容一体式开关或无载调压和有载调容分体式开关。

10.根据权利要求1所述的一种多级变容量电力设备的电气接线方法，其特征在于：所述电力设备为液浸式时，所述开关采用置于电力设备油箱内部器身上方的卧式结构，以方便电气连接。

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