CN1172329C

CN1172329C - 曲折补偿型变压器及移相调压方法

Info

Publication number: CN1172329C
Application number: CNB021019967A
Authority: CN
Inventors: 涛刘; 刘涛; 刘建平; 杨健; 刘三平; 张秀康
Original assignee: 刘建平
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: CN1375841A

Abstract

曲折补偿型变压器及移相调压方法属变压器技术领域，本发明采用两组三相铁心和双重绕组组合结构，可用切换低压侧六边形调节绕组方位或切换高压侧六星形调节端档次的方式，使得调节铁心的绕组与主铁心的绕组间的电压相量相对曲折转移，利用其绕组电压相位依次的相对转移量实现有载电压调节，并用电容器内补偿方式实现辅助的电压调节，具有调压装置造价低、分接开关切换容量小和功率因数高的优点，适宜制作新型有载调压电力变压器及其有载调压改造。

Description

曲折补偿型变压器及移相调压方法

一、技术领域

本发明属电机变压器学科领域，特别涉及一种曲折补偿型变压器及移相调压方法。

二、背景技术

目前的变压器的调压原理主要是用一种改变绕组匝数变比方式而使得铁心中的磁通量发生数值变化，从而达到调压的目的。这种直线变化的调压方式，在分接开关的切换过程中必然承受高压电压及其开断容量较大的问题。常规的有载调压变压器须用由操动机构、快速机构、切换开关和选择开关构成的有载分接开关，其装置的复杂性和造价较高的问题都限制了它在中小型配电变压器领域的广泛使用。随着对供电质量要求的提高，很多场合只能在低压侧装设大功率电力稳压器而保证其电压的稳定。中国专利公告号CN242274Y、ZL00235152.8，名称为双曲折接线移相调压器，是用双曲折转移电压相位方式而实现包括零电压内在的正、负值范围内的电压调节，具有分接开关容量较小和可间接控制的优点。但这种六相结构的调压器配套为电力变压器的补偿调压器件时，其三个三相铁心及其三套绕组复杂的接线存在诸多不便和结构较为复杂的问题。

三、发明内容

本发明旨在提供一种用调节铁心的绕组电压相位转移方式而实现主变压器的有载电压调节，且结构较为简单的并可间接控制的组合型电力变压器，并为变压器的更新换代提供一种曲折移相调压和电容器内补偿的技术。

本发明曲折补偿型变压器的技术方案是：采用主铁心、调节铁心、高压组合绕组、低压组合绕组和电容器等附属器件组成。其特征在于：所述的高压组合绕组由装于主铁心的WA1、WB1和WC1绕组连接成三角形接线或星形接线，其三个接线端点同装于调节铁心的WAo、WBo和WCo绕组分别串联而成；所述的低压组合绕组用装设于主铁心的Wa1、Wb1和Wc1绕组，在其绕组首端依次引出a、b、c三个低压端而成三相星形接线，装于调节铁心的Wao1、Wbo2、Wco1、Wao2、Wbo1和Wco2三相的六个绕组依次按其电压相位相差60电压角度连成六边形回路，并在其绕组中部及绕组相连点分别引出调节端，从Wco2中部引出K1起始而往Wao1方向，可依序引出K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11和K12十二个调节端，其主铁心的三个绕组的低压端同调节铁心的六个绕组的12个调节端经由三相调节交流开关而连成组合体。对较小容量配电变压器，其配置的调节铁心的绕组六边形接线可对称引出六个调节端。在调节铁心的WAo、WBo和WCo绕组做成低压形式并用调节开关与其六边形接线依次连通时，可构成独立三相铁心的调压器。

本发明的移相调压方法及工作原理是：两组三相铁心构成了两组磁路的磁通可相对发生相位转移的前提条件。在调节铁心的绕组的K1～K12调节端同主铁心的绕组的a、b、c低压端的依次闭合过程中，可使其电压相位相对发生0～180度的旋转变化。当K1与a、K9与b、K5与C三对端点用JC1交流开关闭合时，装于主铁心的Wa1、Wb1和Wc1绕组电压通过连通的三对端点主导性的作用于装于调节铁心的六边形接线绕组，高压侧的WAo较WA1、WBo较WB1、WCo较WC1绕组间的电压相量相差为起始的30度相位角，对应的三角形接线的WA1、WB1、WC1绕组承受最低电压值；当K2与a、K10与b、K6与c用JC2开关闭合时，六边形调节绕组的电压相量相对a、b、c三端旋转30度相位角，高压调节绕组相对高压主绕组旋转至60度相位角。在a端同K1、K2、K3、K4、K5、K6与K7；b端同K9、K10、K11、K12、K1、K2与K3；c端同K5、K6、K7、K8、K9、K10与K1各调节端的依次用JC1～JC7三相交流开关的同步闭合时，装设于调节铁心的绕组电压相位相对主铁心的绕组电压相位依次产生6个30度的相位角转移，高压侧调节绕组相应相对发生0～180度相位角的旋转变化。在高压电源为恒定值时，主铁心的绕组承受的电压值将从最小值变至最大值。调节铁心的六边形绕组也可引出6个调节端，在其依次的同三个低压端的闭合过程中，其调节铁心的绕组电压相对产生3个60度的相位转移。电容器内补偿的方法是：三个调压电容器C1、C2和C3用JC8交流开关分别连接于a与K1、b与K9、c与K5三对端点间，在六步切换中其电容器电压可从零值逐步升高至二倍的相电压值。该电容器兼有对负载的感性电流和调节绕组的漏感进行补偿的双重作用，尤其对调节绕组漏感的补偿作用使得主铁心的高、低压绕组的电压值有所提高，在JC8交流开关同JC1～JC7交流开关交替的六次闭合中，形成六档次调节之间又分别多出一个档次的共十二档次的调压效果。

本发明曲折补偿型变压器的技术方案是：采用主铁心、调节铁心、高压组合绕组、低压组合绕组和电容器等附属器件组成，其特征在于：所述的高压组合绕组由分别装设于主铁心三个心柱的WA1与WA3、WB1与WB3、WC1与WC3和分别装设于调节铁心三个心柱的WA2与WA4、WB2与WB4、WC2与WC4 12个绕组，相连成其电压相量为六边形与六星形相组合接线，其WA1首端与WB3末端接于A端、WB1首端与WC3末端接于B端、WC1首端与WA3末端接于C端，在其WA1与WA2、WB1与WB2、WC1与WC2串联绕组构成六星形接线的中部的连接点及邻近处共对称引出3～15个调节端。低压组合绕组由装于调节铁心的Wa2、Wb2、Wc2绕组，其末端相连成中性点而成三相星形接线，其三个首端a2、b2、c2引出三个补偿端并依次连接装于主铁心的wa1、wb1、wc1绕组的末端，主铁心的三个绕组的首端引出a、b、c三个低压电源端，a2、b2、c2为三个补偿端，在其补偿端经由交流开关JC连接电容器Co1、Co2和Co3。

本发明移相调压方法及工作原理是：在高压侧六星形接线中部1～5个档次的3至15个调节端依次闭合成中性点时，两组铁心的绕组的电压相量相对发生相位转移。在闭合靠近电源方向的调节端成中性点时，装设于主铁心的WA1、WB1、WC1绕组电压升高，相应的WA3、WB3、WC3绕组电压相位不变而数值增大，装于调节铁心的WA2与WB4、WB2与WC4、WC2与WA4绕组电压则分别向滞后方向转移，其电压数值相应减小；在闭合靠近非电源方向的调节端时，WA1、WB1、WC1绕组电压降低且相位向滞后方向转移，相应的WA2与WB4、WB2与WC4、WC2与WA4高压绕组电压值升高且绕组电压相位向超前方向转移。在调节端依次的闭合顺序中，随之高压侧绕组电压的数值与相位变化，相应的两两串联的低压绕组也发生曲折转移变化，其两组铁心的绕组可相对发生0～30度相位角的相位转移，在此曲折转移中使得低压输出端电压变化。在六星形接线的绕组连接点共引出三个调节端并连成中性点时，高压侧绕组电压相量为固定的六相对称形式，高压侧不具备移相调压功能。在低压侧的a2、b2、c2三个补偿端连接一定容量的co1、co2、co3电容器时，通过调节铁心的三个低压绕组对六个高压绕组的电磁传递作用，可使WA3、WB3、WC3高压绕组的电流相位向超前方向转移。在电容器容量逐步增大至负荷容量的1/3时，WA3、WB3、WC3绕组中的电流相位向前转移90度电角度而分别同WA1、WB1、WC1绕组中的电流相位接近相同。利用电容器的电流移相作用及其主铁心的两个高压绕组电流相位趋向一致的补偿效应，一般可使低压输出电压值提高7.5％以上，用此切换电容器组数的方式可实现较小范围的间接的电压调节。对中小容量的配电变压器，可将其高压侧的一组调节端固定连接，仅用调节低压补偿端电容器组数而实现电压调节。

本发明的效果是：用两组铁心及其绕组构成的移相电压调节方式较现行有载调压装置的调压方式具有装置造价低和易于控制的优点；用切换低压侧六边形低压绕组方位的调节方式易于对配电变压器进行有载调压及节能改造；可利用高压侧调节端关断电压小的特点而采用简易分接开关进行有载调压；电容器内补偿兼有电压调节和功率因数补偿效能；可间接控制的移相调压方法为电力变压器及电力稳压器的新产品研制提供了新的技术。

四、附图说明

图1.本发明实施例1绕组接线及调节示意图

图2.本发明实施例2绕组接线及调节示意图

五、具体实施方式

实施例1

本例将配电变压器设计电压变比为10/0.4KV，电压调节为±6×2.5％UH，主体铁心采用三相三柱式叠铁心布置于下部，调节铁心采用独立三相三柱式叠铁心布置于上部，两者铁心截面比可取为2∶1。在调节铁心三个心柱分别装设WAo、WBo、WCo高压绕组，并对应装有Wao1与Wao2、Wbo1与Wbo2、Wco1与Wco2低压绕组，在其低压绕组中部分别引出K3与K9、K11与K5、K7与K1调节端。在主体三个心柱铁心上分别装设WA1与Wa1、WB1与Wb1、WC1与Wc1三对高、低压绕组。高压组合绕组的接线方式为：WA1、WB1和WC1绕组的首端(同名端)与上一绕组末端(非同名端)相连成三角形接线，其三个端点分别同WAo、WBo和WCo绕组的末端连接，其三个首端引出A、B、C三端；低压组合绕组的接线方式为：Wa1、Wb1、Wc1在其末端相连成中性点后而成三相星形接线，其三个首端依次引出a、 b、c三个低压端，调节铁心的Wco2、Wao1、Wbo2、Wco1、Wao2和Wbo1六个绕组以其电压相量依次相差60度相位角方式相连成六边形接线、在绕组中部及绕组连接点从WCo2起始依次引出K1～K12 12个调节端点。

用JC1～JC7七只交流接触器对a、b、c三端与K1～K12十二个调节端进行旋转半周式的切换调节。JC8交流接触器的触点同C1、C2、C3三只电容器连接后再分别串联于K1与a、K9与b、K5与c端点间。十二档调节顺序为：闭合JC1时，K1、K9、K5与a、b、c端分别接通，调节绕组电压旋转0度；闭合JC2时，K2、K10、K6与a、b、c分别接通，调节绕组电压相对旋转30度；JC2闭合并闭合JC8时，三只电容器分别串联于K1与K2、K5与K6、K9与K10端点间，其电压值为1/2相电压，此电容器可促使主铁心绕组电压接近升高2.5％；闭合JC3时，K3、K11、K7分别与a、b、c端接通，调节绕组电压相对旋转60度；JC3与JC8同时闭合时，C1、C2、C3三只电容器电压升高至相电压值，主铁心绕组电压又较JC3单独闭合时接近升高2.5％。在往后的JC4至JcC7的依次闭合阶段，调节绕组电压相对主绕组电压从90度逐步旋转至180度。在其两个调节阶段间闭合JC8，三只电容器的电压逐步升高至2倍相电压值，主铁心绕组电压随电容器投入而逐步增高2.5％左右。在十二档次的依次切换中，调节绕组电压相对的旋转变化和电容器对调节绕组漏抗的补偿作用，构成了每档接近调节2.5％的电压效果，实现了在电源电压波动±15％范围内和负荷波动时变压器的恒压及增压输出。

实施例2

本例设计变压器电压变比为10/0.4KV，电压调节范围+7×2.5％至-4×2.5％U_H。铁心与绕组设计为：主铁心与置于其上部的调节铁心采用共轭组合结构，其上、下心柱同上、下横轭的铁心截面相等，中间横轭较心柱的铁心截面积之比为1∶3，上、下铁心窗口高度1∶1.5；主铁心的高压绕组与调节铁心的高压绕组的截面比例为对应的两低压绕组的匝数比例也为调节铁心的低压绕组以自耦形式再增加倍的匝数；装设于调节铁心三个心柱的W_A2与W_A4、W_B2与W_B4、W_C2与W_C4和装于主铁心三个心柱的W_A1与W_A3、W_B1与W_B3、W_C1与W_C3高压侧绕组分别以上下对应顺序布置；在W_A1与W_A2、W_B1与W_B2、W_C1与W_C2串联绕组的连接处及两边10％匝数处各引出3个调节端。绕组连接方式为：按照同一方向的绕组电压依次相差60度电压角度的W_B3、W_A4、W_C3、W_B4、W_A3和W_C4六个高压绕组相连成六边形回路，其六个连接端再同六星形接线的六个端点分别连结成整体；装设于调节铁心的W_a2、W_b2、W_c2三个低压绕组的末端相连成中性点O，其主回路绕组与附加的自耦升压绕组的首端引出a2、b2、c2三个补偿端；装于主铁心的W_a1、W_b1、W_c1低压绕组的末端分别连接于W_a2、W_b2、W_c2绕组的自耦抽头处，其首端分别引出a、b、c三个低压端。

本例的电压调节可分别在高压侧构成三个较大档次与在低压侧用电容器构成三个较小档次。设定高压电源电压为恒定值时的切换顺序及调压效果是：在闭合A_o3、B_o3、C_o3三个高压调节端时，低压输出端电压为90％额定值；投入第一组电容器时，低压输出电压可升高为92.5％额定值；再投入第二组电容器时，低压输出电压升高至95％额定值；断开三组电容器，在闭合A_o2、B_o2、C_o2调节端时，低压输出电压升高至100％额定值，其高压侧的12个绕组的电压相量为对称六星形与六边形组合形式。依序投入三组电容器及闭合A_o1、B_o1、C_o1调节端时，低压输出端可依次变化至102.5％、105％、107.5％、110％、112.5％、115.0％、117.5％额定值共12个电压级差。本例的高压侧调节开关可选用2500V电压等级的交流分接开关，其组合接线与低压补偿端连接电容器两个因素都有效限制了分接开关的开断电压。三组电容器的总容量一般按负载容量的1/3数值选取，实际应用时，可将电容器分成3～9组分别控制，以构成近似的每档2.5％额定值的电压调节。在电容器的电流作用下，低压侧各相串联两绕组中的电流相位曲折成90度，主铁心各相的两高压绕组的电流相位趋近相同，以电流相位转移方式间接达到了电压相位转移及其调压目的。

Claims

1、一种曲折补偿型变压器，包括主铁心、调节铁心、高压组合绕组和低压组合绕组，其特征在于：

--所述的高压组合绕组由装设于主铁心的A相绕组(WA1)、B相绕组(WB1)和C相绕组(WC1)连成三角形接线，其接线端点同装设于调节铁心的A相绕组(WA₀)、B相绕组(WB₀)和C相绕组(WC₀)分别连接而成；

--所述的低压组合绕组由装设于主铁心的A相绕组(Wa1)、B相绕组(Wb1)和C相绕组(Wc1)连成引出三个低压端的星形接线，装设于调节铁心的C2相绕组(Wco2)、A1相绕组(Wao1)、B2相绕组(Wbo2)、C1相绕组(Wco1)、A2相绕组(Wao2)和B1相绕组(Wbo1)绕组依次相连成其电压相量为对称六边形的接线，在绕组连接点及其绕组中部可引出6～12个调节端。

2、根据权利要求1所述的曲折补偿型变压器的移相调压方法，其特征在于：

所述的低压组合绕组的6～12个调节端的可用4～7只三相交流开关分别同三个低压端对称接通，其调节铁心的绕组的电压相量可每档次相对转移30～60度相位角。

3、一种曲折补偿型变压器，包括主铁心、调节铁心、高压组合绕组和低压组合绕组，其特征在于：

所述的高压组合绕组由装设于主铁心的A1相绕组(WA1)、A3相绕组(WA3)、B1相绕组(WB1)、B3相绕组(WB3)、C1相绕组(WC1)和C3相绕组(WC3)，并同装设于调节铁心的A2相绕组(WA2)、A4相绕组(WA4)、B2相绕组(WB2)、B4相绕组(WB4)、C2相绕组(WC2)和C4相绕组(WC4)，共12个绕组相连成其电压相量为六边形与六星形组合的接线，其A1相绕组(WA1)的首端与B3相绕组(WB3)的未端接于三相高压电源的A端、B1相绕组(WB1)的首端与C3相绕组(WC3)的未端接于三相高压电源的B端、C1相绕组(WC1)的首端与A3相绕组(WA3)的未端接于三相高压电源的C端，在其中六星形接线的绕组连接处及邻近处共对称引出3～15个调节端。

4、根据权利要求3所述的曲折补偿型变压器的移相调压方法，其特征在于：

--所述的高压组合绕组的3～15个调节端，在其依次闭合成中性点时，其两组铁心的绕组间的电压相量可依次相对转移0～30度相位角；

--所述的高压组合绕组在调节铁心的低压侧绕组并联电容器时，其A1相绕组(WA1)与A3相绕组(WA3)、B1相绕组(WB1)与B3相绕组(WB3)、C1相绕组(WC1)与C3相绕组(WC3)，对应的绕组中的电流相位角可分别趋近于相同。