CN111312502A - 有载分接开关及其控制方法、变压器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种有载分接开关及其控制方法、变压器。所述有载分接开关包括极性选择器、分接选择器、第一隔离装置、第二隔离装置和电力电子切换开关，所述极性选择器设置于变压器内部，与变压器调压绕组相连；所述分接选择器设置于变压器内部，通过变压器调压绕组与所述极性选择器相连；所述第一隔离装置和第二隔离装置，分别与所述分接选择器相连；所述电力电子切换开关设置于变压器外部，包括第一输入端和第二输入端，分别通过所述第一隔离装置、第二隔离装置与所述分接选择器相连。通过在切换开关和分接选择器之间设置隔离装置，将切换开关与变压器分离，解决现有有载分接开关均需要采用绝缘油，且自身故障时极易造成整个变压器损坏的问题。

Description

有载分接开关及其控制方法、变压器

技术领域

本申请属于变压器技术领域，具体地涉及一种有载分接开关及其控制方法、变压器。

背景技术

有载分接开关(简称OLTC)是电力变压器完成调压的核心组件。早期，电力变压器均采用的是非真空式有载分接开关，其原理是依靠铜钨触头进行负载转换。在负载转换过程中，可能造成触头烧损、绝缘油碳化和污染等情况，导致日常检修维护工作量较大。

为满足电力系统现代化发展的需要、解决油污染的问题、提高OLTC的机械寿命和触头电气寿命、延长检修周期并降低检修成本、提高OLTC的运行可靠性和安全性，国内外OLTC研究制造企业相继开展了新技术的研究。二十世纪初，真空技术在OLTC中广泛应用。真空型有载分接开关具有机械寿命长、对绝缘油无污染以及免去了在线滤油机等优点。

但上述非真空型和真空型有载分接开关均需要采用绝缘油作为开断或散热的介质，且机械开关动作部件众多，切换时间较长，故障率较高。而且，由于目前有载分接开关均安装于变压器内部，当其发生故障时极易发生起火爆炸，导致整个变压器全部烧毁，后果严重。

发明内容

本申请旨在提供一种有载分接开关，通过在切换开关和分接选择器之间设置隔离装置，从而将承担切换过程且极易发生故障的切换开关与变压器分离，解决了现有有载分接开关均需要采用绝缘油，且自身故障时极易造成整个变压器损坏的问题。

本申请提供一种有载分接开关，包括：

极性选择器，设置于变压器内部，与变压器调压绕组相连。

分接选择器，设置于变压器内部，通过变压器调压绕组与极性选择器相连；

第一隔离装置和第二隔离装置，分别与所述分接选择器相连；

电力电子切换开关，设置于变压器外部，包括第一输入端和第二输入端，分别通过第一隔离装置和第二隔离装置与所述分接选择器相连。

根据本申请的一些实施例，所述第一隔离装置和/或第二隔离装置包括电气套管。

进一步地，所述电气套管包括：绝缘外壳和设置于绝缘外壳内、沿所述绝缘外壳轴线穿过的导体，通过导体实现变压器内部和外部的电气连接，同时实现绝缘油的隔离。

根据本申请的一些实施例，所述电力电子切换开关包括：

第一电力电子切换支路，与所述第一输入端相连；

第一通流开关，与所述第一电力电子切换支路并联；

第二通流开关，与所述第二输入端相连。

进一步地，所述电力电子切换开关还包括与所述第二通流开关并联的第二电力电子切换支路。

进一步地，所述电力电子切换开关还包括非线性电阻，一端与所述第一电力电子切换支路靠近所述第一隔离装置的一侧相连，另一端与所述第二电力电子切换支路靠近所述第二隔离装置的一侧相连。

根据本申请的一些实施例，所述第一电力电子切换支路和/或第二电力电子切换支路包括：

过渡开关，一端与所述隔离装置相连；

过渡电阻，一端与所述过渡开关串联，另一端与变压器输出端相连。

根据本申请的一些实施例，所述过渡开关包括：

至少两个绝缘栅双极型晶体管组件，所述两个绝缘栅双极型晶体管组件头尾串联。

进一步地，所述绝缘栅双极型晶体管组件包括绝缘栅双极型晶体管和与所述绝缘栅双极型晶体管反向并联的二极管。

根据本申请的另一些实施例，所述过渡开关包括：

桥式整流电路，包括至少四个二极管，其中所述二极管两两串联形成二极管组件，串联后的二极管组件并联；

一个绝缘栅双极型晶体管或者集成门极换向晶阀管，与所述桥式整流电路的直流侧连接。

根据本申请的另一些实施例，所述过渡开关包括两个反向并联的晶闸管。

根据本申请的另一些实施例，所述有载分接开关还包括极性选择器，一端所述分接选择器相连，另一端与变压器调压绕组相连。

本申请还提供一种变压器，包括：

如上所述的有载分接开关；

调压绕组，设置于变压器内部，与所述有载分接开关的极性选择器和分接选择器相连。

本申请还提供一种有载分接开关的控制方法，其中，所述有载分接开关配置为，包括：

极性选择器，设置于变压器内部，与变压器调压绕组相连；

分接选择器，设置于变压器内部，通过变压器调压绕组与所述极性选择器相连；

第一隔离装置，一端与所述分接选择器相连；

第二隔离装置，一端与所述分接选择器相连；

电力电子切换开关，设置于变压器外部，包括：第一电力电子切换支路，与所述第一隔离装置的另一端相连；第一通流开关，与所述第一电力电子切换支路并联；第二电力电子切换支路，与所述第二隔离装置的另一端相连；第二通流开关，与所述第二电力电子切换支路并联；其中，所述第一电力电子切换支路或第二电力电子切换支路包括过渡开关和与之串联的过渡电阻；非线性电阻，一端与所述第一电力电子切换支路靠近所述第一隔离装置的一侧相连，另一端与所述第二电力电子切换支路靠近所述第二隔离装置的一侧相连；

所述方法包括：

对所述分接选择器进行空载转换；

完成空载转换后，断开第一通流开关、导通第一电力电子切换支路的过渡开关；

电流转移至第一电力电子切换支路后，导通第二电力电子切换支路的过渡开关，产生环流；

断开第一电力电子切换支路的过渡开关，将电流完全转移至第二电力电子切换支路；

导通第二通流开关，将电流完全转移至第二通流开关。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1示出根据本申请示例实施例的有载分接开关组成示意图。

图2示出根据本申请示例实施例的过渡开关结构示意图一。

图3示出根据本申请示例实施例的过渡开关结构示意图二。

图4示出根据本申请示例实施例的过渡开关结构示意图三。

图5示出根据本申请示例实施例的变压器组成示意图。

图6示出根据本申请示例实施例的有载分接开关控制方法流程图。

图7a-7e示出根据本申请示例实施例的有载分接开关工作过程状态示意图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

针对现有技术中，切换开关与分接选择器一并设置于变压器内，切换开关产生的电弧污染绝缘油并引发相应的故障，本发明人提出一种有载分接开关，通过隔离装置将切换开关和分接选择器隔离，使得切换开关与变压器分离，从而消除切换开关对绝缘油的污染。采用电力电子型过渡开关，可对电流切换过程精准控制，缩短切换时间，减小发热。

以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。

图1示出根据本申请示例实施例的有载分接开关组成示意图。

如图1所示，本申请提供的有载分接开关1000包括极性选择器100、分接选择器200、隔离装置300和电力电子切换开关400。极性选择器100设置于变压器内部，与变压器调压绕组相连。分接选择器200设置于变压器内部，通过变压器调压绕组与极性选择器100相连。隔离装置300的一端与分接选择器200相连，另一端与电力电子切换开关400相连。电力电子切换开关400设置于变压器外部，一端与隔离装置300相连，另一端与变压器输出端相连。电力电子切换开关400的组成元件可以全部为电力电子元件，也可以部分为机械元件、部分为电力电子元件。

隔离装置300将电力电子切换开关400与分接选择器200隔离，使得电力电子切换开关400与变压器分离，从而避免电力电子切换开关400在导通时产生的电弧污染变压器内的绝缘油，减少由此引发的故障，从而提高变压器的寿命。隔离装置300可以是电气套管，包括绝缘外壳和设置于绝缘外壳内的导体。导体沿所述绝缘外壳轴线穿过所述绝缘外壳，通过导体实现变压器内部和外部的电气连接，同时实现绝缘油的隔离。例如，绝缘外壳可以是环氧树脂类绝缘材料等，本申请不限于此。

电力电子切换开关400包括电力电子切换支路、通流开关和非线性电阻。其中，通流开关可以采用机械开关，也可以采用电力电子固态开关。非线性电阻用于保护电力电子切换开关400免受高瞬态过电压的危害，在变压器正常工作状态下电阻值为无穷大。电力电子切换支路可以是一路也可以是两路。电力电子切换支路为一路的升档和降档切换动作过程不对称，电力电子切换支路为两路的升档和降档切换动作过程对称。如图1中所示的电力电子切换开关400包括两路切换支路，即第一电力电子切换支路410和第二电力电子切换支路420，还包括第一通流开关430、第二通流开关440以及非线性电阻450。相应地，隔离装置300包括第一隔离装置310和第二隔离装置320。

参见图1，第一电力电子切换支路410的一端与第一隔离装置310相连，另一端与与变压器输出端相连，形成电流通路。第一通流开关430与第一电力电子切换支路410并联。第二电力电子切换支路420的一端与第二隔离装置320相连，另一端与与变压器输出端相连，形成另一路电流通路。第二通流开关440与第二电力电子切换支路420并联。非线性电阻450与第一电力电子切换支路410、第二电力电子切换支路420并联。

如图1所示，电力电子切换支路410、420的组成相同，均包括过渡开关411、421和过渡电阻412、422。过渡开关411的一端与所述隔离装置相连，另一端与过渡电阻422串联。过渡电阻422的另一端与变压器输出端相连。

图2示出根据本申请示例实施例的过渡开关结构示意图一。

如图2所示，过渡开关411包括至少两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)4111、4112，和两个二极管4113、4114。绝缘栅双极型晶体管与二极管反向并联，两个绝缘栅双极型晶体管组件头尾串联，从而导通和分断双向的交流电流。为了抑制IGBT关断时出现过电压，每个IGBT还可以并联RCD缓冲电路。

图3示出根据本申请示例实施例的过渡开关结构示意图二。

如图3所示，过渡开关411也可以包括桥式整流电路4115和一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或者集成门极换向晶阀管(IGCT)4116。桥式整流电路4115包括至少四个二极管，其中所述二极管两两串联形成两个二极管组件，串联后的二极管组件再进行并联，构成桥式整流电路。一个IGBT或IGCT4116与桥式整流电路4115的直流侧连接，同样可以导通和分断双向的交流电流。类似地，IGBT或IGCT也可以并联RCD缓冲电路，来抑制分断过电压。

图4示出根据本申请示例实施例的过渡开关结构示意图三。

如图4所示，过渡开关411还可以包括两个晶闸管4117。所述两个晶闸管4117反向并联，来实现电流双向导通和分断。同样，每个晶闸管也可以并联吸收回路，来抑制过电压。

图5示出根据本申请示例实施例的变压器组成示意图。

本申请还提供一种变压器2000。如图5所示，变压器2000包括上述的有载分接开关1000、调压绕组2100、主绕组2200和壳体2300。调压绕组2100和主绕组2200设置于壳体2300内部。主绕组2200通过有载分接开关1000的极性选择器100与调压绕组2100连接，然后再与有载分接开关1000的分接选择器200相连。电力电子切换开关400设置于壳体2300外部，通过第一隔离装置310和第二隔离装置320与分接选择器200相连。

图6示出根据本申请示例实施例的有载分接开关控制方法流程图。

图7a-7e示出根据本申请示例实施例的有载分接开关工作过程状态示意图。

图6示出了本申请提供的有载分接开关的控制方法，图7示出了在控制过程中各个组成部分的状态。

如图6所示，在步骤S510，对分接选择器进行空载转换。首先控制分接选择器完成无励磁接头的转换，为后续调压切换到下一档位动作做好准备。此时，如图7a所示，第一通流开关430为导通状态，其他开关为断开状态。

在步骤S520，完成空载转换后，断开第一通流开关、导通第一电力电子切换支路的过渡开关。在此过程中，控制内部有电流流过的第一通流开关430断开，同时控制与该第一通流开关430并联的第一电力电子切换支路410过渡开关411导通。此时，如图7b所示，第一电力电子切换支路410的过渡开关411为导通状态，其他开关为断开状态。

在步骤S530，电流转移至第一电力电子切换支路后，导通第二电力电子切换支路的过渡开关，产生环流。当电流转移至第一电力电子切换支路410后，控制第二电力电子切换支路420的过渡开关411导通，在一级调压绕组电压作用下产生流经第一电力电子切换支路410和第二电力电子切换支路420环流。此时，如图7c所示，第一通流开关430为断开状态，第一电力电子切换支路410和第二电力电子切换支路410的过渡开关411为导通状态，第二通流开关440为断开状态。

在步骤S540，断开第一电力电子切换支路的过渡开关，将电流完全转移至第二电力电子切换支路。首先，控制第一电力电子切换支路410的过渡开关411关断，将电流完全转移到第二电力电子切换支路420中，即变压器电流流过第二电力电子切换支路420的过渡开关和过渡电阻。此时，如图7d所示，第二电力电子切换支路420的过渡开关411为导通状态，其他开关为断开状态。

在步骤S550，导通第二通流开关，将电流完全转移至第二通流开关。首先，控制第二通流开关440导通，将第二电力电子切换支路420中的电流完全转移至第二通流开关40。再关断第二电力电子切换支路420的过渡开关411，为下一次切换做好准备。此时，如图7e所示，第二通流开关440为导通状态，其他开关为断开状态。

本申请提供的有载分接开关，通过设置隔离装置将切换开关和分接选择器隔离，使得切换开关与变压器分离，从而避免切换开关在关断过程中产生的电弧对绝缘油的污染，可减少因绝缘油污染导致的变压器故障及损坏，从而降低变压器的日常检修维护工作量及维护成本。

此外，本申请提供的有载分接开，采用电力电子切换支路与机械开关相结合的切换开关，减少了机械运动部件，缩短了切换时间，降低了过渡电阻的发热，从而可提高有载分接开关的寿命。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种有载分接开关，其特征在于，包括：

极性选择器，设置于变压器内部，与变压器调压绕组相连；

分接选择器，设置于变压器内部，通过变压器调压绕组与所述极性选择器相连；

第一隔离装置和第二隔离装置，分别与所述分接选择器相连；

电力电子切换开关，设置于变压器外部，包括第一输入端和第二输入端，分别通过所述第一隔离装置、第二隔离装置与所述分接选择器相连。

2.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，所述第一隔离装置和/或第二隔离装置包括电气套管。

3.根据权利要求2所述的有载分接开关，其特征在于，所述电气套管包括：

绝缘外壳；

导体，设置于绝缘外壳内，沿所述绝缘外壳轴线穿过所述绝缘外壳。

4.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，所述电力电子切换开关包括：

第一电力电子切换支路，与所述第一输入端相连；

第一通流开关，与所述第一电力电子切换支路并联；

第二通流开关，与所述第第二输入端相连。

5.根据权利要求4所述的有载分接开关，其特征在于，所述电力电子切换开关还包括：

第二电力电子切换支路，与所述第二通流开关并联。

6.根据权利要求5所述的有载分接开关，其特征在于，所述电力电子切换开关还包括：

非线性电阻，一端与所述第一电力电子切换支路靠近所述第一隔离装置的一侧相连，另一端与所述第二电力电子切换支路靠近所述第二隔离装置的一侧相连。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子切换支路和/或第二电力电子切换支路包括：

过渡开关，一端与所述隔离装置相连；

过渡电阻，一端与所述过渡开关串联，另一端与变压器输出端相连。

8.根据权利要求7所述的有载分接开关，其特征在于，所述过渡开关包括：

至少两个绝缘栅双极型晶体管组件，所述两个绝缘栅双极型晶体管组件头尾串联。

9.根据权利要求8所述的有载分接开关，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管组件包括：

绝缘栅双极型晶体管；

二极管，与所述绝缘栅双极型晶体管反向并联。

10.根据权利要求7所述的有载分接开关，其特征在于，所述过渡开关包括：

桥式整流电路，包括至少四个二极管，其中所述二极管两两串联形成二极管组件，串联后的二极管组件并联；

一个绝缘栅双极型晶体管或者集成门极换向晶阀管，与所述桥式整流电路的直流侧连接。

11.根据权利要求7所述的有载分接开关，其特征在于，所述过渡开关包括：两个晶闸管，所述两个晶闸管反向并联。

12.一种变压器，其特征在于，包括：

根据权利要求1-11中任一项所述的有载分接开关；

调压绕组，设置于变压器内部，与所述有载分接开关的极性选择器和分接选择器相连。

13.一种有载分接开关的控制方法，其特征在于，所述有载分接开关配置为，包括：

极性选择器，设置于变压器内部，与变压器调压绕组相连；

分接选择器，设置于变压器内部，通过变压器调压绕组与所述极性选择器相连；

第一隔离装置，一端与所述分接选择器相连；

第二隔离装置，一端与所述分接选择器相连；

电力电子切换开关，设置于变压器外部，包括：第一电力电子切换支路，与所述第一隔离装置的另一端相连；第一通流开关，与所述第一电力电子切换支路并联；第二电力电子切换支路，与所述第二隔离装置的另一端相连；第二通流开关，与所述第二电力电子切换支路并联；其中，所述第一电力电子切换支路或第二电力电子切换支路包括过渡开关和与之串联的过渡电阻；非线性电阻，一端与所述第一电力电子切换支路靠近所述第一隔离装置的一侧相连，另一端与所述第二电力电子切换支路靠近所述第二隔离装置的一侧相连；

所述方法包括：

对所述分接选择器进行空载转换；

完成空载转换后，断开第一通流开关、导通第一电力电子切换支路的过渡开关；

电流转移至第一电力电子切换支路后，导通第二电力电子切换支路的过渡开关，产生环流；

断开第一电力电子切换支路的过渡开关，将电流完全转移至第二电力电子切换支路；

导通第二通流开关，将电流完全转移至第二通流开关。

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