CN201821315U - 一种变压器有载调压控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种变压器有载调压控制系统，该系统包括输入侧具有至少两个抽头的变压器、控制器和具有至少两套开关组的开关单元，抽头与开关组一一对应。其中，变压器根据输入电压与变比获得输出电压。控制器存储预设电压，采集变压器输出电压和输出电流，对得到的输出电压和输出电流进行预处理，比较预设电压与经预处理的输出电压；根据比较值大小确定将切入抽头，按照接通关断时序控制开关组的接通和关断。开关单元在控制器的控制下，接通将切入抽头对应的开关组，关断当前工作抽头对应的开关组，实现抽头切换。本实用新型具有使用寿命长、占地面积小的特点，可广泛应用于变压器配电领域。
Description
技术领域
本发明涉及有载调压技术，特别是涉及一种变压器有载调压控制系统。
背景技术
变压器的输出电压等于其输入电压与变比之比，其中，变比为原边线圈匝数与次边线圈匝数的比值，原边线圈匝数是变压器输入侧接通输入电压的线圈匝数，次边线圈匝数是变压器输出侧的线圈匝数。通常情况下，在变压器输入侧设置多个抽头，通过改变接入输入电压的抽头位置来改变变压器变比，从而改变变压器输出电压。
传统的变压器不能在带有负载的情况下调整输入电压接入的抽头位置，也就是说，不能进行有载调压；只能在变压器停电检修的时候，才能改变要输入电压的抽头位置，进行调压。
目前，在110KV以上的大型电力变压器的调压控制中采用了有载调压技术，该有载调压技术通过采用过度电阻方式实现变压器的有载调压。图1为现有技术中有载调压单相电力变压器的结构示意图。如图1所示，有载调压单相变压器的输入侧具有一个输入端X0，n个抽头X1、X2、X3、...、Xi、...、X(n-1)和Xn，每个抽头之间通过一个阻值较小的电阻R1、R2、...R(n-1)连接，输入电压ui通过X0与任一抽头Xi接入，经过变压器铁芯的传输，在输出侧得到输出电压uo；其中，n为自然数，i＝1、2、3、...、i、...、n-1、n。根据输出电压uo的实际情况进行有载调压时，比如，在输入电压ui接入抽头X0与X1之间时，如果要减小输出电压uo，将输入电压ui接入抽头X0与X2之间，就需要在抽头X1与X2之间进行切换，在切换时刻，输入侧电流依次通过X1、R1、X2返回电源，通过电阻R1消耗电能来实现抽头间的逐级切换。实际应用中，有载调压三相变压器的每一相变压器的结构都与图1相同。
实际应用中，在有载调压变压器输入侧进行抽头切换时，由于电流很大，所以在抽头间的电阻上消耗的功率很大，电阻使用寿命较低，最多只能进行5000次的抽头切换，也就是说，有载调压变压器每隔5000次抽头切换就要检修一次；在有载调压变压器运行过程中，为防止电阻由于过渡发热而烧毁，还需配置水冷却装置，这就导致了有载调压变压器占地面积比较大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种使用寿命长、占面积地小的变压器有载调压控制系统。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种变压器有载调压控制系统，包括输入侧具有两个或两个以上抽头的变压器、控制器和具有两套或两套以上的开关组的开关单元，抽头与开关组一一对应；其中，
变压器，用于根据其自身的输入电压与变比，得到相应的输出电压；
控制器，用于存储预设电压，采集变压器的输出电压和输出电流，并对采集得到的输出电压和输出电流进行预处理，对预设电压与经过预处理的输出电压进行比较；根据比较值大小确定将切入抽头，按照接通关断时序控制开关单元中开关组的接通和关断；
开关单元，用于在控制器的控制下，接通将切入抽头对应的开关组，关断当前工作抽头对应的开关组，使得输入电压由输入端与当前工作抽头接入切换为由输入端与将切入抽头之间接入。
综上所述，现有技术采用电阻过度方式实现抽头切换；而本发明提出的变压器有载调压控制系统通过变压器输出电压与预设电压的比较，来控制连接变压器抽头的开关组的接通与关断，从而实现抽头切换，这样就避免了现有技术中因电流较大而导致电阻使用寿命短的问题，也无需配置电阻水冷却装置，因而本发明所述变压器有载调压控制系统提高了变压器有载调压控制系统的使用寿命，减少了占地面积。
附图说明
图1为现有技术中有载调压单相电力变压器的结构示意图。
图2为本发明中单相变压器有载调压控制系统的组成结构示意图。
图3为本发明控制器的一种组成结构示意图。
图4为本发明控制单元的组成结构示意图。
图5为本发明中控制器的另一种组成结构示意图。
图6为本发明实施例中变压器有载调压控制系统的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图2为本发明中单相变压器有载调压控制系统的组成结构示意图。如图2所示，所述变压器有载调压控制系统包括输入侧具有两个或两个以上抽头的变压器1、控制器2和具有两套或两套以上开关组的开关单元3，抽头与开关组一一对应；其中，
变压器1，用于根据其自身的输入电压与变比，得到相应的输出电压。
这里，假设变压器1输入侧具有一个输入端X0和n个抽头X1、X2、...、Xi、...、Xn，输入电压ui由输入端X0与通过开关组2接通的任意一个抽头Xi之间接入，变压器1输出侧得到输出电压uo＝ui/λ，其中，λ是变比且为实数，n为自然数，i＝1、2、...、i、...、n。由此可知，通过不同抽头之间的切换改变接入输入电压ui的输入端与抽头之间的线圈匝数，从而改变变压器变比λ，得到不同的输出电压uo。
实际应用中，在输入电压ui一定的情况下，如果接入输入电压ui的输入端与抽头之间的线圈匝数减少，则变比λ减小，输出电压uo上升，即变压器1进行升压；如果接入输入电压ui的输入端与抽头之间的线圈匝数增加，则变比λ增大，输出电压uo下降，即变压器1进行降压。
实际应用中，变压器1的输出电压uo的电压范围为235V～265V。
控制器2，用于存储预设电压，采集变压器1的输出电压和输出电流，并对采集得到的输出电压和输出电流进行预处理，将预设电压与经过预处理的输出电压进行比较；根据比较值大小确定将切入抽头，按照接通关断时序控制控制开关单元3中开关组的接通和关断。
实际应用中，当经过预处理的输出电压大于预设电压时，按变压器1接入输入电压的输入端与抽头之间线圈匝数增加的方向确定将切入抽头；当经过预处理的输出电压小于预设电压时，按变压器1接入输入电压的输入端与抽头之间线圈匝数减少的方向确定将切入抽头。接通关断时序为依次接通将切入抽头对应的开关组、关断当前工作抽头对应的开关组。
开关单元3，用于在控制器2的控制下，接通将切入抽头对应的开关组，并关断当前工作抽头对应的开关组，使得输入电压由输入端与当前工作抽头接入切换为由输入端与将切入抽头之间接入。
实际应用中，如果变压器1输入侧具有n个抽头，那么开关单元3中就有与n个抽头一一对应的n套开关组。
总之，本发明所述变压器有载调压控制系统中，当变压器稳定运行时，当前工作抽头对应的开关组接通，输入电压由输入端与当前工作抽头之间接入，此时开关单元中的其它开关组均关断；在输入电压一定的情况下，如果输出电压与预设电压在数值上不相等，则根据输出电压与预设电压的比较值大小确定将切入抽头，接通将切入抽头对应的开关组，同时关断当前工作抽头对应的开关组，实现对输出电压的调整。本发明通过控制单元和开关单元的联合控制，延长了所述变压器有载调压控制系统的使用寿命。
本发明中，开关单元3中每套开关组均包括一个电子开关组和两个机械开关，电子开关组和一个机械开关并联连接后，与另一机械开关串联连接。此时，控制器2的接通关断时序具体为：在当前工作抽头对应的开关组中当前电子开关组两端电压为零时，接通当前电子开关组，断开与当前电子开关组并联的机械开关，同时闭合直接连接将切入抽头的机械开关；在流过当前电子开关组的电流为零时，当前电子开关组断开，同时接通将切入抽头对应的开关组中并联连接的电子开关组和机械开关；断开直接连接当前工作抽头的机械开关；断开将切入抽头对应的开关组中的电子开关组。
实际应用中，根据接通关断时序，由于电子开关组是在其两端电压为零时接通，所以电子开关组接通时不会产生电流冲击，延长了电子开关组的使用寿命；而且，在电子开关组以及与电子开关并联连接的机械开关接通后，通过断开电子开关组的方式，由机械开关来保证变压器的稳定运行，使得整个变压器有载调压控制系统损耗较小。另外，当前工作抽头是通过电子开关组在流过其自身的电流为零时切除，而不是通过机械开关切断电流切除，所以有效防止了机械开关触点的烧毁，同样延长了机械开关的使用寿命。基于上述情况，本发明所述变压器有载调压控制系统使用寿命得到了进一步延长，抽头切换可达50万次。
图3为本发明控制器的一种组成结构示意图。如图3所示，控制器2包括采样单元21、控制单元22和驱动单元23；其中，采样单元21用于采集变压器1的输出电压和输出电流，并将得到的输出电压和输出电流发送至控制单元22；控制单元22用于存储预设电压，对采样单元21发送的输出电压和输出电流进行预处理，将预设电压和经过预处理的输出电压进行比较，根据比较值大小确定将切入抽头，并按照接通关断时序向驱动单元23发送接通指令和关断指令；驱动单元23用于根据控制单元22发送的接通指令控制开关单元3中将切入抽头对应的开关组接通，根据控制单元22发送的关断指令控制开关单元3中当前工作抽头对应的开关组关断。
实际应用中，控制单元32与驱动单元33之间通过光纤连接。
图4为本发明控制单元的组成结构示意图。如图4所示，控制单元22包括滤波与调整电路221、模/数转换器222和主控芯片223；其中，滤波与调整电路221用于对来自采样单元21的输出电压和输出电流进行滤波，并对滤波得到的输出电压和输出电流的大小进行调整后，发送至模/数转换器222；模/数转换器222用于将滤波与调整电路221发送的输出电压和输出电流由模拟量转换为数字量后，发送至主控芯片223；主控芯片223用于存储预设电压，对预设电压和来自模/数转换器222的输出电压进行比较，根据比较值大小确定将接入抽头，并按照接通关断时序向驱动单元23发送接通指令和关断指令。
实际应用中，主控芯片223为32bit的数字信号处理器(DSP，Digital SignalProcessor)。
实际应用中，主控芯片223还根据输出电压和输出电流计算用功功率、无功功率、功率因数、频率、谐波分量等信息。
结合图3，图5为本发明中控制器的另一种组成结构示意图。如图5所示，控制器2还包括通信单元24和遥控器25；其中，
控制单元22，还用于存储变压器1的每个抽头的位置参数；根据采集单元21发送的输出电压和输出电流计算输出功率，记录每个抽头的状态、切换次数，以及所有抽头的总切换次数，并将输出功率、每个抽头的状态和切换次数以及所有抽头的总切换次数发送至通信单元24；根据通信单元24发送的新预设电压，将自身存储的原预设电压修改为新预设电压；根据通信单元24发送的新抽头切换指令，按照接通关断时序向驱动单元23发送接通指令和关断指令。
通信单元24，用于将来自控制单元22的输出功率、每个抽头的状态和切换次数、所有抽头的总切换次数转发至遥控器25；将来自遥控器25的新预设电压和新抽头切换指令转发至控制单元22。
实际应用中，通信单元24包括无线发送/接收器和全球移动通信系统(GSM，Global System of Mobile Communication)通信模块；其中，无线发送/接收器的工作频率为433Mhz，可以与100米距离内的遥控器25通信。
遥控器25，用于显示通信单元24发送的输出功率、每个抽头的状态和切换次数、所有抽头的总切换次数；根据现场情况，设置并显示新预设电压和新抽头切换指令，并将新预设电压和新抽头切换指令发送至通信单元24。
实际应用中，控制器2还包括供电单元，用于对变压器1输出电压进行降压，将降压电压由交流电压变换为直流电压后，对直流电压进行稳压，得到的稳压电压用以对采样单元21、控制单元22、驱动单元23和通信单元24供电。
实际应用中，稳压电压为±12V、±5V。
实际应用中，开关单元3中组成电子开关组的电子开关为晶闸管、可控硅管或继电器。若电子开关为晶闸管或可控硅管，则电子开关组包括两个电子开关，且两个电子开关反向并联连接。
实施例
下面以电子开关为晶闸管的情况为例，说明本发明所述变压器有载调压控制系统的抽头切换过程，以实现对输出电压的调整，图6为本发明实施例中变压器有载调压控制系统的组成结构示意图。如图6所示，开关单元3包括n套开关组，每套开关组包括由两个晶闸管组成的电子开关组和两个机械开关，电子开关组中的晶闸管反向并联，控制器2通过控制2n个晶闸管的门极来控制晶闸管的接通与断开。第1套开关组中，电子开关组S1与机械开关J11并联连接后，整体上其输出端又与机械开关J12的输入端串联连接，J12的输出端连接变压器第1个抽头X1；第2套开关组中，电子开关组S2与机械开关J21并联连接后，整体上其输出端又与机械开关J22的输入端串联连接，J22的输出端连接变压器第2个抽头X2；依次类推，第i套开关组中，电子开关组Si与机械开关Ji1并联连接后，整体上其输出端又与机械开关Ji2的输入端串联连接，Ji2的输出端连接变压器第i个抽头Xi；...；第n套开关组中，电子开关组Sn与机械开关Jn1并联连接后，整体上其输出端又与机械开关Jn2的输入端串联连接，Jn2的输出端连接变压器第n个抽头Xn。输入电压ui由变压器1的输入端X0与开关单元2中第i套开关组Xi的输入端接入。
假设变压器1当前工作状态为：输入电压ui由变压器1的输入端X0与开关单元3中第2套开关组X2的输入端接入，开关单元3中的第2套开关组接通，其它开关组断开，输出电压为uo。设定预设电压为up。
当uo＜up时，变压器1进行升压，控制器2按照接入输入电压ui的输入端X0与抽头之间的线圈匝数减少的方向确定将切入抽头，即将切入抽头为X1，并向开关单元3发送接通指令和关断指令。此时，控制器2的接通关断时序具体为：
A、检测到当前工作抽头X2的电子开关组S2两端电压为零时，向开关单元3发送接通S2、J12的接通指令，同时发送关断J21的关断指令；
B、检测到流过S2的电流为零时，向开关单元3发送断开S2的关断指令；
C、检测到S2断开后，向开关单元3发送接通S1、J11的接通指令，同时发送断开J22的关断指令；
D、向开关单元3发送断开S1的关断指令。
当uo＞up时，变压器1进行降压，控制器2按照接入输入电压ui的输入端X0与抽头之间的线圈匝数增加的方向确定将切入抽头，并向开关单元3发送接通指令和关断指令。此时，控制器2的接通关断时序与变压器升压过程中的接通关断时序基本相同，不同的只是将切入抽头及其对应的开关组。
实际应用中，电子开关组中各电子开关的响应时间为20us，由于响应时间很短，所以在抽头切换过程中，用户不会有供电中断的感觉。
以上仅对本发明单相变压器有载调压控制系统进行了详细说明。实际应用中，三相变压器有载调压控制系统中每相变压器有载调压控制系统均与上述单相变压器有载调压控制系统相同；这里，采样单元采集三相变压器的输出电压和电流，控制单元根据采集得到的三相输出电压与相应的预设电压进行比较，根据比较大小确定每相变压器的将切入抽头，并按接通关断时序向驱动单元发送接通指令和关断指令，驱动单元根据接通指令、关断指令控制每相变压器开关单元中相应开关组的接通和关断。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变压器有载调压控制系统，其特征在于，所述系统包括输入侧具有两个或两个以上抽头的变压器、控制器和具有两套或两套以上开关组的开关单元，抽头与开关组一一对应；其中，
变压器，用于根据其自身的输入电压与变比，得到相应的输出电压；
控制器，用于存储预设电压，采集变压器的输出电压和输出电流，并对采集得到的输出电压和输出电流进行预处理，对预设电压与经过预处理的输出电压进行比较；根据比较值大小确定将切入抽头，按照接通关断时序控制开关单元中开关组的接通和关断；
开关单元，用于在控制器的控制下，接通将切入抽头对应的开关组，关断其当前工作抽头对应的开关组，使得输入电压由输入端与当前工作抽头接入切换为由输入端与将切入抽头之间接入。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，接通关断时序为依次接通将切入抽头对应的开关组、关断当前工作抽头对应的开关组。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器包括采样单元、控制单元和驱动单元；其中，
采样单元，用于采集所述变压器的输出电压和输出电流，并将得到的输出电压和输出电流发送至控制单元；
控制单元，用于存储预设电压，对采样单元发送的输出电压和输出电流进行预处理，将预设电压和经过预处理的输出电压进行比较，根据比较值大小确定将切入抽头，并按照接通关断时序向驱动单元发送接通指令和关断指令；
驱动单元，用于根据控制单元发送的接通指令控制所述开关单元中将切入抽头对应的开关组接通，根据控制单元发送的关断指令控制所述开关单元中当前工作抽头对应的开关组关断。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元包括滤波与调整电路、模/数转换器和主控芯片；其中，
滤波与调整电路，用于对来自所述采样单元的输出电压和输出电流进行滤波，并对滤波后得到的输出电压和输出电流的大小进行调整后，发送至模/数转换器；
模/数转换器，用于将滤波与调整电路发送的输出电压和输出电流由模拟量转换为数字量后，发送至主控芯片；
主控芯片，用于存储预设电压，对预设电压和来自所述采样单元的输出电压进行比较，根据比较值大小确定将接入抽头，并按照接通关断时序向所述驱动单元发送接通指令和关断指令。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述主控芯片为32bit的数字信号处理器。
6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元与驱动单元之间通过光纤连接。
7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还包括通信单元和遥控器；其中，
所述控制单元，还用于存储所述变压器每个抽头的位置参数；根据所述采样单元发送的输出电压和输出电流计算输出功率，记录每个抽头的状态、切换次数，以及所有抽头的总切换次数，并将输出功率、每个抽头的状态和切换次数以及所有抽头的总切换次数发送至通信单元；根据通信单元发送的新预设电压，将所述控制单元自身存储的原预设电压修改为新预设电压；根据通信单元发送的新抽头切换指令，按照接通关断时序向所述驱动单元发送接通指令和关断指令；
通信单元，用于将来自所述控制单元的输出功率、每个抽头的状态和切换次数、所有抽头的总切换次数转发至遥控器；将来自遥控器的新预设电压和新抽头切换指令转发至所述控制单元；
遥控器，用于显示通信单元发送的输出功率、每个抽头的状态和切换次数、所有抽头的总切换次数；根据现场情况，设置并显示新预设电压和新抽头切换指令，并将新预设电压和新抽头切换指令发送至通信单元。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还包括供电单元，用于对所述变压器输出电压进行降压，将降压电压由交流电压变换为直流电压后，对直流电压进行稳压后，得到的稳压电压用以对所述采样单元、控制单元、驱动单元和通信单元供电。
9.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述开关单元中，每套开关组均包括一个电子开关组和两个机械开关，电子开关组和一个机械开关并联连接后，与另一机械开关串联连接；
所述依次接通将切入抽头对应的开关组、关断当前工作抽头对应的开关组具体为：在当前工作抽头对应的开关组中当前电子开关组两端电压为零时，接通当前电子开关组，断开与当前电子开关组并联的机械开关，同时闭合直接连接将切入抽头的机械开关；在流过当前电子开关组的电流为零时，当前电子开关组断开，同时接通将切入抽头对应的开关组中并联连接的电子开关组和机械开关；断开直接连接当前工作抽头的机械开关；断开将切入抽头对应的开关组中的电子开关组。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述电子开关组中的电子开关为晶闸管、可控硅管或继电器；当电子开关为晶闸管或可控硅管时，所述电子开关组中的电子开关为两个，且两个电子开关反向并联连接。
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