CN113077980A - 一种用于高压输电变压器的有载分接开关及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高压输电变压器的有载分接开关及其控制方法，包括：分接选择器、两个电力电子切换开关及四个机械开关，分接选择器、四个机械开关设置在变压器内部，两个电力电子切换开关设置在变压器外部，四个机械开关对称设置，在变压器处于非切换状态时，第三机械开关和第四机械开关一个闭合一个断开，第一机械开关和第二机械开关的静触点连通第一动触点或第二动触点，两个电力电子切换开关被短接；在变压器处于切换状态时，两个第一电力电子切换开关通过外部触发方式导通。通过实施本发明，当变压器发生故障时产生的冲击电压无需两个电力电子切换开关承受，则两个电力电子切换开关无需串联较多电子元件，整体降低了电力电子元件成本。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种用于高压输电变压器的有载分接开关及其控制方法。
背景技术
有载分接开关(On load tap changer，简称OLTC)是电力变压器完成调压的核心组件。变压器有载调压技术是稳定电压的重要手段，即在不断电的情况下，有载分接开关将变压器由一个分接头切换到另一个分接头来调节变压器绕组的有效匝数，以达到调压的目的。目前，国内从10～500kV的各级电力变压器中，90％以上都装有载分接开关，这些有载分接开关都是机械式的。由于机械式有载分接开关存在动作部件众多，切换时间较长，一旦相邻机械切换的时序误差超过预设值，将导致电弧熄灭困难，引起分接开关上百千安的电弧放电，极易造成爆炸起火。针对现有问题，采用电力电子元件代替机械式有载分解开关成为研究的热点，从技术上主要包括纯电力电子和机械电力电子混合式两种路线。
采用纯电力电子式有载分接开关替代机械式开关，其开关过程无弧，动作迅速，但是使用电力电子器件数量多、造价高，电力电子器件长期通流需要配置额外水冷设备，损耗大，可靠性低。纯电力电子式有载分接开关处于理论研究阶段。
采用机械及电力电子混合式有载分接开关，通过半控电力电子元件代替机械切换开关，使开关过程无弧，延长有载分接开关使用寿命。但是传统混合式有载分接开关电力电子元件在稳态运行过程中长期耐受电压应力，需要串联数量多等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种用于高压输电变压器的有载分接开关及其控制方法，以解决现有机械式有载分接开关或机械电力电子式混合方式有载分接开关难以同时满足高压变压器长期可靠运行问题。
本发明实施例提供的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种用于高压输电变压器的有载分接开关，包括：分接选择器、第一电力电子切换开关、第二电力电子切换开关、第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关，所述分接选择器、第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关设置在变压器内部，所述第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关设置在变压器外部，所述分接选择器连接变压器调压绕组；所述第一机械开关的静触点连接所述第一电力电子切换开关的一端，所述第一机械开关的第一动触点连接所述分接选择器的第一端，所述第一机械开关的第二动触点连接所述分接选择器的第二端；所述第二机械开关的静触点连接所述第二电力电子切换开关的一端，所述第二机械开关的第一动触点连接所述分接选择器的第一端，所述第二机械开关的第二动触点连接所述分接选择器的第二端；所述第一电力电子切换开关的另一端连接所述第二电力电子切换开关的另一端及有载分接开关的输出端；所述第三机械开关的一端连接所述分接选择器的第一端，所述第三机械开关的另一端连接所述第一电力电子切换开关的另一端；所述第四机械开关的一端连接所述分接选择器的第二端，所述第四机械开关的另一端连接所述第二电力电子切换开关的另一端；在变压器处于非切换状态时，所述第三机械开关处于闭合状态且所述第四机械开关处于断开状态，或者，所述第三机械开关处于断开状态且所述第四机械开关处于闭合状态；所述第一机械开关和第二机械开关的静触点连通第一动触点或第二动触点，所述第一电力电子切换开关、第二电力电子切换开关处于被短接状态；在变压器处于切换状态时，所述第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关通过外部触发方式导通，完成分接选择器两个端子之间的切换。
可选地，用于高压输电变压器的有载分接开关还包括：第一绝缘套管、第二绝缘套管、第三绝缘套管和第四绝缘套管，所述第一绝缘套管连接在所述第一机械开关和所述第一电力电子切换开关之间；所述第二绝缘套管连接在所述第二机械开关和所述第二电力电子切换开关之间；所述第三绝缘套管连接在所述第三机械开关和所述第一电力电子切换开关之间；所述第四绝缘套管连接在所述第四机械开关和所述第二电力电子切换开关之间。
可选地，用于高压输电变压器的有载分接开关还包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接在所述第一机械开关和所述第一电力电子切换开关之间，所述第二电阻连接在所述第二机械开关和所述第二电力电子切换开关之间。
可选地，用于高压输电变压器的有载分接开关还包括：避雷装置，所述避雷装置设置在所述分接选择器的第一端和第二端之间。
可选地，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：至少两个反向并联的晶闸管；或者，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：至少两个IGBT和至少两个二极管，IGBT与二极管反向并联，IGBT之间串联连接。
可选地，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：电容器和四个带有反并联二极管的IGBT，四个带反并联二极管的IGBT组成桥式结构，两组串联的IGBT同向并联后与电容器进行并联。
可选地，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：IGBT和四个二极管组成的桥式整流电路，两组串联的二极管同方向并联，IGBT并联于同方向的二极管上。
本发明实施例第二方面提供一种用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法，所述控制方法应用于本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述高压输电变压器的有载分接开关，包括：当变压器处于非切换状态时，控制所述第三机械开关处于闭合状态且所述第四机械开处于断开状态，或者，所述第三机械开关处于断开状态且所述第四机械开处于闭合状态；所述第一机械开关和第二机械开关的静触点连通第一动触点或第二动触点，所述第一电力电子切换开关、第二电力电子切换开关处于被短接状态；当变压器处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，同时触发第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关，完成分接选择器两个端子之间的切换。
可选地，当变压器处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，同时触发第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关，完成分接选择器两个端子之间的切换，包括：对所述分接选择器进行空载转换，控制第一机械开关连接到分接选择器第一端，第二机械开关连接到分接选择器第一端，第三机械开关闭合导通，第四机械开关断开，第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关被短接，电流通过变压器内部分接选择器第一端流经第三机械开关流出变压器；完成空载转换后，断开第三机械开关与分接选择器第一端的连接，触发导通第一电力电子切换开关，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；触发导通第二电力电子切换开关，关断第一电力电子切换开关，电流通过第二机械开关以及第二电力电子切换开关流出变压器；断开第一机械开关与分接选择器第一端的连接，闭合第一机械开关与分接选择器第二端的连接，触发导通第一电力电子切换开关，电流通过分接选择器第二端经过第一机械开关、第一电力电子切换开关流出变压器；关断第二电力电子切换开关，断开第二机械开关与分接选择器第一端的连接，闭合第二机械开关与分接选择器第二端的连接，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；闭合第四机械开关，关断第二电力电子切换开关，电流通过第四机械开关流出变压器，完成切换分接选择器从第一端子到第二端子的切换过程。
可选地，当变压器处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，同时触发第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关，完成分接选择器两个端子之间的切换，包括：对所述分接选择器进行空载转换，控制第一机械开关连接到分接选择器第二端，第二机械开关连接到分接选择器第二端，第四机械开关闭合导通，第三机械开关断开，第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关被短接，电流通过变压器内部分接选择器第二端流经第四机械开关流出变压器；完成空载转换后，断开第四机械开关与分接选择器第二端的连接，触发导通第一电力电子切换开关，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；断开第二机械开关与分接选择器第二端的连接，闭合第二机械开关与分接选择器第一端的连接，触发导通第二电力电子切换开关，电流通过分接选择器第二端经过第一机械开关、第一电力电子切换开关流出变压器；关断第一电力电子切换开关，断开第一机械开关与分接选择器第二端的连接，闭合第一机械开关与分接选择器第一端的连接，电流通过第二机械开关以及第二电力电子切换开关流出变压器；触发导通第一电力电子切换开关，关断第二电力电子切换开关，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；闭合第一机械开关，关断第一电力电子切换开关，电流通过第一机械开关流出变压器，完成切换分接选择器从第二端子到第一端子的切换过程。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的用于高压输电变压器的有载分接开关及其控制方法，通过对称设置四个机械开关，两侧的第三机械开关和第四机械开关作为主通流电路，在变压器正常运行状态即非切换状态时，选择第三机械开关和第四机械开关中的任意一个作为通流电路工作，而两个电力电子切换开关分别被闭合的机械开关短接，由此，当变压器发生故障时产生的冲击电压可以由两侧主通流电路中的机械开关承受，两个电力电子切换开关则无需承受，而高压变压器故障时的冲击电压数值是切换过程电压值的10倍以上，因此，该有载分接开关的设计避免了两个电力电子切换开关承受较高电压，两个电力电子切换开关无需串联较多电子元件，整体降低了电力电子元件成本。
本发明实施例提供的用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法，由于应用的有载分接开关采用对称结构设计，在控制有载分接开关切换时切换时序完全对称，便于控制切换逻辑优化，降低控制难度，减少风险。同时，相比自触发导通方式的电力电子切换开关，无法准确给出控制时序，且自触发导通方式的电力电子切换开关是无法按照特定时序进行触发的，只能跟随刀闸工作，利用刀闸动作断开电流带来的拉弧进行可控硅元件的触发，在实际工程应用中存在大量可控硅无法触发导通的情况，造成分接开关触头灼蚀，影响分接开关整体寿命。本发明实施例提供的控制方法按照特定时序进行触发，且切换时序完全对称，使得采用控制方法进行有载分接开关控制时更加简便，难度更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中用于高压输电变压器的有载分接开关的结构框图；
图2为本发明实施例中第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关的结构原理图；
图3为本发明另一实施例中第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关的结构原理图；
图4为本发明另一实施例中第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关的结构原理图；
图5为本发明另一实施例中第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关的结构原理图；
图6为本发明实施例中用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法的流程图；
图7为本发明另一实施例中用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法的流程图；
图8(a)至图8(f)为本发明实施例中用于高压输电变压器的有载分接开关的切换过程示意图；
图9为本发明另一实施例中用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法的流程图；
图10(a)至图10(b)为本发明实施例中用于高压输电变压器的有载分接开关的控制时序示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种用于高压输电变压器的有载分接开关，如图1所示，该有载分接开关包括：分接选择器、第一电力电子切换开关701、第二电力电子切换开关702、第一机械开关10、第二机械开关20、第三机械开关30以及第四机械开关40，分接选择器、第一机械开关10、第二机械开关20、第三机械开关30以及第四机械开关40设置在变压器内部，第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702设置在变压器外部，分接选择器连接变压器调压绕组；第一机械开关10的静触点连接第一电力电子切换开关701的一端，第一机械开关10的第一动触点连接分接选择器的第一端，第一机械开关10的第二动触点连接分接选择器的第二端；第二机械开关20的静触点连接第二电力电子切换开关702的一端，第二机械开关20的第一动触点连接分接选择器的第一端，第二机械开关20的第二动触点连接分接选择器的第二端；第一电力电子切换开关701的另一端连接第二电力电子切换开关702的另一端及有载分接开关的输出端；第三机械开关30的一端连接所述分接选择器的第一端，第三机械开关30的另一端连接第一电力电子切换开关701的另一端；第四机械开关40的一端连接分接选择器的第二端，第四机械开关40的另一端连接第二电力电子切换开关702的另一端；在变压器处于非切换状态时，第三机械开关30处于闭合状态且第四机械开关40处于断开状态，或者，第三机械开关30处于断开状态且第四机械开关40处于闭合状态；第一机械开关10和第二机械开关20的静触点连通第一动触点或第二动触点，第一电力电子切换开关701、第二电力电子切换开关702处于被短接的状态，不承受电应力；在变压器处于切换状态时，第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702通过外部触发方式导通，完成分接选择器两个端子之间的切换。
具体地，当变压器处于非切换状态时，第一机械开关和第二机械开关的静触点均连接在其第一动触点或第二动触点上，并且由于第三机械开关和第四机械开关中的任意一个导通，第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关被闭合的机械开关短接，不承受电压应力。
其中，有载分接开关的输出端50可以作为有载分接开关的中性点。第一机械开关10的第一动触点表示为100，第二动触点表示为200；第二机械开关20的第一动触点表示为300，第二动触点表示为400；第三机械开关的动触点为500，第四机械开关的动触点为600。
在一实施例中，第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702通过外部触发方式导通，相比采用自触发导通方式的电力电子切换开关，可能会出现开关应该导通的时候没有触发导通，例如产生的拉弧能量没有触发开关导通等，此时进行切换时可能会产生大量的电弧，而采用外部触发方式导通时，则不会出现该情况。在一具体实施方式中，该高压输电变压器用于110kV以上的高压领域，例如，该高压领域为220kV级以上的高压领域，包括但不限于330kV、500kV、1000kV交流输电领域以及±500kV、±800kV直流输电领域。
本发明实施例提供的用于高压输电变压器的有载分接开关，通过对称设置四个机械开关，两侧的第三机械开关30和第四机械开关40作为主通流电路，在变压器正常运行状态即非切换状态时，选择第三机械开关30和第四机械开关40中的任意一个作为通流电路工作，而两个电力电子切换开关分别被闭合的机械开关短接，由此，当变压器发生故障时产生的冲击电压可以由两侧主通流电路中的机械开关承受，两个电力电子切换开关则无需承受，而高压变压器故障时的冲击电压数值是切换过程电压值的10倍以上，因此，该有载分接开关的设计避免了两个电力电子切换开关承受较高电压，两个电力电子切换开关无需串联较多电子元件，整体降低了电力电子元件成本。
在一实施例中，如图1所示，该用于高压输电变压器的有载分接开关还包括：第一绝缘套管801、第二绝缘套管802、第三绝缘套管803和第四绝缘套管804，第一绝缘套管801连接在第一机械开关10和第一电力电子切换开关701之间；第二绝缘套管802连接在第二机械开关20和第二电力电子切换开关702之间；第三绝缘套管803连接在第三机械开关30和第一电力电子切换开关701之间；第四绝缘套管804连接在第四机械开关40和第二电力电子切换开关702之间。
在一实施例中，如图1所示，该用于高压输电变压器的有载分接开关还包括：第一电阻710和第二电阻720，第一电阻710连接在第一机械开关10和第一电力电子切换开关701之间，第二电阻720连接在第二机械开关20和第二电力电子切换开关702之间。在一具体实施方式中，设置的第一电阻710和第二电阻720作为限流电阻，可以抑制在切换过程第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702之间产生的环流，从而有效保护第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702。
在一实施例中，如图1所示，该用于高压输电变压器的有载分接开关还包括：避雷装置60，避雷装置60设置在分接选择器的第一端和第二端之间。具体地，该避雷装置60可以选择避雷电阻，也可以选择其他避雷装置，本发明对此不做限定。在有载分接开关中设置的避雷装置可以保护第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702免受瞬态过电压的冲击，形成对第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702的二重保护。
在一实施例中，如图2所示，第一电力电子切换开关701和/或第二电力电子切换开关702包括：至少两个反向并联的晶闸管71和72，从而导通和分断双向的交流电流。
在一实施例中，如图3所示，第一电力电子切换开关701和/或第二电力电子切换开关702包括：至少两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)73和74以及至少两个二极管75和76，其中，IGBT与二极管反向并联，IGBT之间串联连接，从而导通和分断双向的交流电流。
在一实施例中，如图4所示，第一电力电子切换开关701和/或第二电力电子切换开关702包括：电容器78和四个带有反并联二极管的IGBT77，四个带反并联二极管的IGBT77组成桥式结构，其中每两个带反并联二极管的IGBT77为一组同向串联，连接处作为引出节点，两组串联的IGBT77同向并联后与电容器78进行并联，从而导通和分断双向的交流电流。
在一实施例中，如图5所示，第一电力电子切换开关701和/或第二电力电子切换开关702包括：IGBT79和四个二极管80组成的桥式整流电路，两组串联的二极管80同方向并联，IGBT79并联于同方向的二极管80上，其集电极接二极管阴极，发射极接二极管阳极，从而导通和分断双向的交流电流，同时保证IGBT器件两端永远保持承受正向压降，实现对IGBT的保护。
本发明实施例还提供一种用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法，该控制方法应用于上述实施例所述高压输电变压器的有载分接开关，如图6所示，该控制方法包括如下步骤：
步骤S101：当变压器处于非切换状态时，控制所第三机械开关30处于闭合状态且第四机械开处于断开状态，或者，第三机械开关30处于断开状态且第四机械开处于闭合状态；第一机械开关10和第二机械开关20的静触点连通第一动触点或第二动触点，第一电力电子切换开关701、第二电力电子切换开关702处于被短接状态。
步骤S102：当变压器处于切换状态时，调整第一机械开关10、第二机械开关20、第三机械开关30以及第四机械开关40的状态，同时触发第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702，完成分接选择器两个端子之间的切换。
本发明实施例提供的用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法，在变压器正常运行状态即非切换状态时，选择第三机械开关30和第四机械开关40中的任意一个作为通流电路工作，而两个电力电子切换开关分别被闭合的机械开关短接，，由此，当变压器发生故障时产生的冲击电压可以由两侧主通流电路中的机械开关承受，两个电力电子切换开关则无需承受，而高压变压器故障时的冲击电压数值是切换过程电压值的10倍以上，因此，通过采用该控制方法避免了两个电力电子切换开关承受较高电压，两个电力电子切换开关无需串联较多电子元件，整体降低了电力电子元件成本。
在一实施例中，如图7所示，当变压器需要从分接选择器的第一端切换到第二端时，可以按照以下过程实现变压器的切换，即调整第一机械开关10、第二机械开关20、第三机械开关30以及第四机械开关40的状态，同时触发第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702，完成分接选择器两个端子之间的切换，包括如下步骤：
步骤S201：对分接选择器进行空载转换，控制第一机械开关10连接到分接选择器第一端，第二机械开关20连接到分接选择器第一端，第三机械开关30闭合导通，第四机械开关40断开，第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702被短接，电流通过变压器内部分接选择器第一端流经第三机械开关30流出变压器；此时，如图8(a)所示，第三机械开关30闭合，即静触点连接到动触点500，第一机械开关10的静触点连接到动触点100，第二机械开关20的静触点连接到动触点300。
步骤S202：完成空载转换后，如图8(b)所示，断开第三机械开关30与分接选择器第一端的连接，触发导通第一电力电子切换开关701，电流通过第一电力电子切换开关701流出变压器。
步骤S203：如图8(c)所示，触发导通第二电力电子切换开关702，关断第一电力电子切换开关701，电流通过第二机械开关20以及第二电力电子切换开关702流出变压器；
步骤S204：如图8(d)所示，断开第一机械开关10与分接选择器第一端的连接，闭合第一机械开关10与分接选择器第二端的连接，即将第一机械开关10的静触点连接到动触点200，触发导通第一电力电子切换开关701，电流通过分接选择器第二端经过第一机械开关10、第一电力电子切换开关701流出变压器；此时，在第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702之间有环流，环流是由于分接选择器两端电压差造成，通过第一电阻710和第二电阻720抑制。
步骤S205：如图8(e)所示，关断第二电力电子切换开关702，断开第二机械开关20与分接选择器第一端的连接，闭合第二机械开关20与分接选择器第二端的连接，即将第二机械开关20的静触点连接到动触点400，电流通过第一电力电子切换开关701流出变压器；
步骤S206：如图8(f)所示，闭合第四机械开关40，即将第四机械开关40的静触点连接到动触点600，关断第二电力电子切换开关702，电流通过第四机械开关40流出变压器，完成切换分接选择器从第一端子到第二端子的切换过程。
在一实施例中，如图9所示，当变压器需要从分接选择器的第二端切换到第一端时，可以按照以下过程实现变压器的切换，即调整第一机械开关10、第二机械开关20、第三机械开关30以及第四机械开关40的状态，同时触发第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702，完成分接选择器两个端子之间的切换，包括如下步骤：
步骤S301：对分接选择器进行空载转换，控制第一机械开关10连接到分接选择器第二端，第二机械开关20连接到分接选择器第二端，第四机械开关40闭合导通，第三机械开关30断开，第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702被短接，电流通过变压器内部分接选择器第二端流经第四机械开关40流出变压器。
步骤S302：完成空载转换后，断开第四机械开关40与分接选择器第二端的连接，触发导通第一电力电子切换开关701，电流通过第一电力电子切换开关701流出变压器。
步骤S303：断开第二机械开关20与分接选择器第二端的连接，闭合第二机械开关20与分接选择器第一端的连接，触发导通第二电力电子切换开关702，电流通过分接选择器第二端经过第一机械开关10、第一电力电子切换开关701流出变压器。
步骤S304：关断第一电力电子切换开关701，断开第一机械开关10与分接选择器第二端的连接，闭合第一机械开关10与分接选择器第一端的连接，电流通过第二机械开关20以及第二电力电子切换开关702流出变压器。
步骤S305：触发导通第一电力电子切换开关701，关断第二电力电子切换开关702，电流通过第一电力电子切换开关701流出变压器。
步骤S306：闭合第一机械开关10，关断第一电力电子切换开关701，电流通过第一机械开关10流出变压器，完成切换分接选择器从第二端子到第一端子的切换过程。
图10(a)给出了分接选择器从第一端到第二端的切换过程时序图，图10(b)给出了分接选择器从第二端到第一端的切换过程时序图，从图中可以看出，无论是将分接选择器从第一端切换到第二端，还是从第二端切换到第一端，第一电力电子切换开关701和第二电力电子切换开关702的触发关断时序均是以切换过程时间中点完全对称的。因此，本发明实施例提供的用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法，由于应用的有载分接开关采用对称结构设计，在控制有载分接开关切换时切换时序完全对称，便于控制切换逻辑优化，降低控制难度，减少风险。同时，相比自触发导通方式的电力电子切换开关，无法准确给出控制时序，且自触发导通方式的电力电子切换开关是无法按照特定时序进行触发的，只能跟随刀闸工作，利用刀闸动作断开电流带来的拉弧进行可控硅元件的触发。本发明实施例提供的控制方法按照特定时序进行触发，且切换时序完全对称，使得采用控制方法进行有载分接开关控制时更加简便，难度更低。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
Claims (10)
1.一种用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，包括：分接选择器、第一电力电子切换开关、第二电力电子切换开关、第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关，所述分接选择器、第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关设置在变压器内部，所述第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关设置在变压器外部，
所述分接选择器连接变压器调压绕组；
所述第一机械开关的静触点连接所述第一电力电子切换开关的一端，所述第一机械开关的第一动触点连接所述分接选择器的第一端，所述第一机械开关的第二动触点连接所述分接选择器的第二端；
所述第二机械开关的静触点连接所述第二电力电子切换开关的一端，所述第二机械开关的第一动触点连接所述分接选择器的第一端，所述第二机械开关的第二动触点连接所述分接选择器的第二端；
所述第一电力电子切换开关的另一端连接所述第二电力电子切换开关的另一端及有载分接开关的输出端；
所述第三机械开关的一端连接所述分接选择器的第一端，所述第三机械开关的另一端连接所述第一电力电子切换开关的另一端；
所述第四机械开关的一端连接所述分接选择器的第二端，所述第四机械开关的另一端连接所述第二电力电子切换开关的另一端；
在变压器处于非切换状态时，所述第三机械开关处于闭合状态且所述第四机械开关处于断开状态，或者，所述第三机械开关处于断开状态且所述第四机械开关处于闭合状态；所述第一机械开关和第二机械开关的静触点连通第一动触点或第二动触点，所述第一电力电子切换开关、第二电力电子切换开关处于被短接状态；
在变压器处于切换状态时，所述第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关通过外部触发方式导通，完成分接选择器两个端子之间的切换。
2.根据权利要求1所述的用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，还包括：第一绝缘套管、第二绝缘套管、第三绝缘套管和第四绝缘套管，
所述第一绝缘套管连接在所述第一机械开关和所述第一电力电子切换开关之间；所述第二绝缘套管连接在所述第二机械开关和所述第二电力电子切换开关之间；所述第三绝缘套管连接在所述第三机械开关和所述第一电力电子切换开关之间；所述第四绝缘套管连接在所述第四机械开关和所述第二电力电子切换开关之间。
3.根据权利要求1所述的用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，还包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接在所述第一机械开关和所述第一电力电子切换开关之间，所述第二电阻连接在所述第二机械开关和所述第二电力电子切换开关之间。
4.根据权利要求1所述的用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，还包括：避雷装置，所述避雷装置设置在所述分接选择器的第一端和第二端之间。
5.根据权利要求1所述的用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：至少两个反向并联的晶闸管；
或者，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：至少两个IGBT和至少两个二极管，IGBT与二极管反向并联，IGBT之间串联连接。
6.根据权利要求1所述的用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：电容器和四个带有反并联二极管的IGBT，四个带反并联二极管的IGBT组成桥式结构，两组串联的IGBT同向并联后与电容器进行并联。
7.根据权利要求1所述的用于高压输电变压器的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子切换开关和/或所述第二电力电子切换开关包括：IGBT和四个二极管组成的桥式整流电路，两组串联的二极管同方向并联，IGBT并联于同方向的二极管上。
8.一种用于高压输电变压器的有载分接开关的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-7任一项所述高压输电变压器的有载分接开关，包括：
当变压器处于非切换状态时，控制所述第三机械开关处于闭合状态且所述第四机械开处于断开状态，或者，所述第三机械开关处于断开状态且所述第四机械开处于闭合状态；所述第一机械开关和第二机械开关的静触点连通第一动触点或第二动触点，所述第一电力电子切换开关、第二电力电子切换开关处于被短接状态；
当变压器处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，同时触发第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关，完成分接选择器两个端子之间的切换。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当变压器处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，同时触发第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关，完成分接选择器两个端子之间的切换，包括：
对所述分接选择器进行空载转换，控制第一机械开关连接到分接选择器第一端，第二机械开关连接到分接选择器第一端，第三机械开关闭合导通，第四机械开关断开，第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关被短接，电流通过变压器内部分接选择器第一端流经第三机械开关流出变压器；
完成空载转换后，断开第三机械开关与分接选择器第一端的连接，触发导通第一电力电子切换开关，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；
触发导通第二电力电子切换开关，关断第一电力电子切换开关，电流通过第二机械开关以及第二电力电子切换开关流出变压器；
断开第一机械开关与分接选择器第一端的连接，闭合第一机械开关与分接选择器第二端的连接，触发导通第一电力电子切换开关，电流通过分接选择器第二端经过第一机械开关、第一电力电子切换开关流出变压器；
关断第二电力电子切换开关，断开第二机械开关与分接选择器第一端的连接，闭合第二机械开关与分接选择器第二端的连接，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；
闭合第四机械开关，关断第二电力电子切换开关，电流通过第四机械开关流出变压器，完成切换分接选择器从第一端子到第二端子的切换过程。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当变压器处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，同时触发第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关，完成分接选择器两个端子之间的切换，包括：
对所述分接选择器进行空载转换，控制第一机械开关连接到分接选择器第二端，第二机械开关连接到分接选择器第二端，第四机械开关闭合导通，第三机械开关断开，第一电力电子切换开关和第二电力电子切换开关被短接，电流通过变压器内部分接选择器第二端流经第四机械开关流出变压器；
完成空载转换后，断开第四机械开关与分接选择器第二端的连接，触发导通第一电力电子切换开关，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；
断开第二机械开关与分接选择器第二端的连接，闭合第二机械开关与分接选择器第一端的连接，触发导通第二电力电子切换开关，电流通过分接选择器第二端经过第一机械开关、第一电力电子切换开关流出变压器；
关断第一电力电子切换开关，断开第一机械开关与分接选择器第二端的连接，闭合第一机械开关与分接选择器第一端的连接，电流通过第二机械开关以及第二电力电子切换开关流出变压器；
触发导通第一电力电子切换开关，关断第二电力电子切换开关，电流通过第一电力电子切换开关流出变压器；
闭合第一机械开关，关断第一电力电子切换开关，电流通过第一机械开关流出变压器，完成切换分接选择器从第二端子到第一端子的切换过程。
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| CN202110304422.8A CN113077980A (zh) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | 一种用于高压输电变压器的有载分接开关及其控制方法 |
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