CN204906194U - 配电变压器的有载调压装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种配电变压器的有载调压装置，该装置包括N个调压绕组和N个开关模块，其中N是正整数，且每一所述调压绕组与一个所述开关模块连接。该配电变压器的有载调压装置通过控制各个开关模块中开关单元的通断，使调压绕组接入高压绕组的匝数可调，从而改变高压绕组的等效绕组匝数，由于配电变压器的变比与高压绕组的等效绕组匝数相关，因此改变高压绕组的等效绕组匝数能够实现配电变压器的电压调节，同时接入配电变压器高压绕组的调压绕组的数量可根据配电变压器所在配电网电压波动的实际情况设定，因此通过开关模块控制接入的调压绕组的匝数能够实现配电变压器在较大范围内的电压调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及配电变压器的电压调节技术领域，特别是涉及一种配电变压器的有载调压装置。
背景技术
在电力系统中，电源通过供电线路和配电变压器为负荷供电，当负荷发生变化时，会引起供电线路中的电流随之波动，由于供电线路和配电变压器存在阻抗，因而导致加载在负荷上的电压波动，使负荷的工作电压偏离其额定电压，对负荷造成不良影响。因此，为了使负荷端的电压波动保持在合理的范围之内，目前配电变压器一般包含多个绕组抽头，通过选择不同的绕组抽头来调节配电变压器的一、二次绕组的匝数，从而改变配电变压器的变比，保证负荷端的电压维持在合理的范围之内。
但是对于改变配电变压器绕组抽头实现负荷端电压调节的方法，需在配电变压器无励磁的情况下进行，并且一般情况下含有绕组抽头的配电变压器的调节精度不高，约为额定电压的2.5％，在正负各三级绕组抽头的情况下，配电变压器的调节范围约为其额定电压的-7.5％～7.5％。然而在实际的电力系统中，存在着大量的电压敏感型负荷，例如计算机、精密仪器等，这些电压敏感型负荷对于配电网中电压幅值波动的要求较高，而调节配电变压器绕组抽头的方法已不能完全满足电压敏感型负荷对电压波动的要求；同时，在电力系统中，经常存在工业负荷昼夜峰谷相差巨大的现象，导致负荷端电压的波动较大，往往超出调节配电变压器绕组抽头的方法所能调节的电压范围。
实用新型内容
基于此，有必要针对配电变压器电压调节的范围较小的问题，提供一种配电变压器的有载调压装置。
一种配电变压器的有载调压装置，包括N个调压绕组和N个开关模块，其中N是正整数，且每一所述调压绕组与一个所述开关模块连接；每一所述开关模块包括5个开关单元，分别为开关单元K1、开关单元K2、开关单元K3、开关单元K4和开关单元K5；所述开关单元K1的一端分别连接当前开关模块对应的调压绕组的一端和所述开关单元K3的一端，所述开关单元K1的另一端分别连接所述开关单元K2和所述开关单元K5的一端；所述开关单元K4的一端分别连接所述开关单元K2的另一端和当前开关模块对应的调压绕组的另一端，所述开关单元K4的另一端分别连接所述开关单元K3的另一端和所述开关单元K5的另一端；N个所述开关模块经每一所述开关模块中的开关单元K5串接；所述配电变压器的有载调压装置经串接的N个开关单元K5与配电变压器的高压绕组串接。
上述配电变压器的有载调压装置通过控制各个开关模块中开关单元的通断，使调压绕组接入高压绕组的匝数可调，从而改变高压绕组的等效绕组匝数，由于配电变压器的变比与高压绕组的等效绕组匝数相关，因此改变高压绕组的等效绕组匝数能够实现配电变压器的电压调节，同时接入配电变压器高压绕组的调压绕组的数量可根据配电变压器所在配电网电压波动的实际情况设定，因此通过开关模块控制接入的调压绕组的匝数能够实现配电变压器在较大范围内的电压调节。
附图说明
图1为配电变压器的有载调压装置其中一个实施例的电路结构示意图；
图2为在其中一个实施例中开关模块的电路结构示意图；
图3为在其中一个实施方式中开关单元的电路结构示意图；
图4为在另一个实施方式中开关单元的电路结构示意图；
图5为在另一个实施方式中开关单元的电路结构示意图；
图6为在另一个实施方式中开关单元的电路结构示意图；
图7为在另一个实施方式中开关单元的电路结构示意图；
图8为在另一个实施方式中开关单元的电路结构示意图；
图9为配电变压器的有载调压装置另一个实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，配电变压器包括高压绕组100和低压绕组200，参见图1所示，配电变压器的有载调压装置300包括N个调压绕组和N个开关模块，其中N是正整数，并且每一个调压绕组均与对应的一个开关模块连接，例如，第一个调压绕组即调压绕组320与第一个开关模块即开关模块310连接，第N个调压绕组则与第N个开关模块连接，而每一个开关模块均包括5个开关单元，分别为开关单元K1、开关单元K2、开关单元K3、开关单元K4和开关单元K5，具体地，结合图2所示的开关模块310的结构示意图，对各个开关单元的连接关系予以说明：开关单元K1的一端分别连接该开关模块所连接的调压绕组的一端和开关单元K3的一端，开关单元K1的另一端分别连接开关单元K2和开关单元K5的一端；开关单元K4的一端分别连接开关单元K2的另一端和调压绕组的另一端，开关单元K4的另一端分别连接开关单元K3的另一端和开关单元K5的另一端；并且，配电变压器的有载调压装置中的N个开关模块经每一个开关模块中的开关单元K5串接，其他开关模块的结构与开关模块310的结构相同。同时，配电变压器的有载调压装置经串接的N个开关单元K5与配电变压器的高压绕组串接。
在本实施例中，通过控制各个开关导通或者关断的状态，使调压绕组接入高压绕组100的匝数可调，从而改变高压绕组的等效绕组匝数。以图2所示的开关模块310和调压绕组320为例，当开关单元K1和开关单元K4导通，开关单元K2、开关单元K3、开关单元K5均断开时，开关模块310将调压绕组从1端至2端接入；当开关单元K2和开关单元K3导通，开关单元K1、开关单元K4、开关单元K5均断开时，开关模块310将调压绕组从2端至1端接入；当开关单元K5导通，开关单元K1、开关单元K2、开关单元K3和开关单元K4均断开时，开关模块310相当于将调压绕组短路，即不接入高压绕组中。本实施例在原有高压绕组的基础之上，通过开关模块中各个开关单元的设计，可以将调压绕组中与配电变压器的低压绕组200极性相同或者不同的端引入高压绕组，实现增加、减少或者保持原有高压绕组的等效绕组匝数，并且通过各个开关模块可以实现调压绕组的联合使用，从而增大了配电变压器变比的变化范围，进而增大配电变压器的输出电压的可调节范围，使负载端电压的波动维持在合理的范围之内。
作为一种具体的实施方式，调压绕组的绕制方向与高压绕组的绕制方向相同。仍以图2所示的开关模块310为例，当调压绕组的绕制方向与高压绕组的绕制方向相同时，调压绕组的1端的极性与高压绕组200的极性相同，当开关单元K1和开关单元K4导通，开关单元K2、开关单元K3、开关单元K5均断开时，开关模块310将调压绕组从1端至2端接入，此时相当于将调压绕组顺串接入高压绕组中，而调压绕组的顺串接入将增加高压绕组的等效绕组匝数；当开关单元K2和开关单元K3导通，开关单元K1、开关单元K4、开关单元K5均断开时，开关模块310将调压绕组从2端至1端接入，此时相当于将调压绕组反串接入高压绕组中，而调压电阻的反串接入将减小高压绕组的等效绕组匝数；当开关单元K5导通，开关单元K1、开关单元K2、开关单元K3和开关单元K4均断开时，开关模块310相当于将调压绕组短路，即不接入高压绕组中，此时高压绕组的等效绕组匝数保持不变。在确定高压绕组、低压绕组及调压绕组的绕制方向后，本实施方式通过开关模块中各个开关单元的设计，可以将调压绕组顺串接入、反串接入或者短接接入高压绕组之中，进而实现增加、减少或者保持原有高压绕组的等效绕组匝数，并且通过各个开关模块可以实现调压绕组的联合使用，从而增大了配电变压器变比的变化范围，进而增大配电变压器的输出电压的可调节范围，使负载端电压的波动维持在合理的范围之内。
作为一种具体的实施方式，开关单元为机械开关，该机械开关为以机械触碰方式实现电路通断的开关。如图3所示，机械开关以A端和B端作为对外连接端，通过A端、B端与外部连接。
作为一种具体的实施方式，如图4所示，开关单元包括一个压敏电阻R1和两个反向并接的晶闸管SCR1、晶闸管SCR2，晶闸管SCR1的阳极分别连接晶闸管SCR2的阴极和压敏电阻R1的一端，晶闸管SCR2的阳极分别连接晶闸管SCR1的阴极和压敏电阻R1的另一端，压敏电阻R1的两端(A端和B端)分别作为该开关单元的对外连接端，该开关单元通过A端、B端与外部连接。由于晶闸管SCR1和晶闸管SCR2能够在控制信号的作用下各自实现导通或者关闭，因而能够实现开关单元在不同条件下的双向导通功能。在该开关单元中，与两个晶闸管并联的压敏电阻R1用于限制晶闸管两端的电压，保护晶闸管。由于晶闸管能够在较高电压和较大电流下工作，因此基于反向并接晶闸管的开关单元具有良好的关断特性。
作为一种具体的实施方式，如图5所示，开关单元包括一个压敏电阻R2、两个绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)和四个二极管，两个IGBT分别为绝缘栅双极型晶体管T1和绝缘栅双极型晶体管T2，四个二极管分别为二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，其中绝缘栅双极型晶体管T1的发射极分别连接二极管D1的阳极和二极管D2的阳极，绝缘栅双极型晶体管T1的集电极分别连接绝缘栅双极型晶体管T2的发射极、二极管D1的阴极、二极管D3的阳极和压敏电阻R2的一端；绝缘栅双极型晶体管T2的集电极分别连接二极管D3的阴极和二极管D4的阴极；二极管D2的阴极分别连接二极管D4的阳极和压敏电阻R2的另一端，压敏电阻R2的两端(A端和B端)分别作为该开关单元的对外连接端，该开关单元通过A端、B端与外部连接。在该开关单元中，压敏电阻起到限制静态开关两端电压、保护IGBT及二极管的作用，与每一个IGBT反向并接的二极管能够防止IGBT关断瞬间在其两端产生的自感反向电压将IGBT击穿，IGBT所串联的二极管使该静态开关电路能够对电流的方向进行控制，当其中一个二极管处于导通状态时，另一个二极管则处于截止状态。
作为一种具体的实施方式，如图6所示，开关单元包括两个IGBT和两个二极管，分别为绝缘栅双极型晶体管T3、绝缘栅双极型晶体管T4、二极管D5和二极管D6，其中，绝缘栅双极型晶体管T3的发射极分别连接绝缘栅双极型晶体管T4的发射极、二极管D5的阳极和二极管D6的阳极，绝缘栅双极型晶体管T3的集电极连接二极管D6的阴极；绝缘栅双极型晶体管T4的集电极连接二极管D5的阴极；绝缘栅双极型晶体管T3的集电极(A端)和绝缘栅双极型晶体管T4的集电极(B端)分别作为该开关单元的对外连接端，该开关单元通过A端、B端与外部连接。在该开关单元中，当绝缘栅双极型晶体管T3在控制信号的作用下导通时，绝缘栅双极型晶体管T4和二极管D6都处于截止状态，而二极管D5则处于导通状态，因此绝缘栅双极型晶体管T3和二极管D5形成通路；类似地，当绝缘栅双极型晶体管T4在控制信号的作用下导通时，绝缘栅双极型晶体管T4和二极管D6形成通路，因此该开关单元对电流具有双向导通功能。
作为一种具体的实施方式，如图7所示，开关单元包括两个IGBT和两个二极管，分别绝缘栅双极型晶体管T5、绝缘栅双极型晶体管T6、二极管D7和二极管D8，其中，绝缘栅双极型晶体管T5的集电极分别连接绝缘栅双极型晶体管T6的集电极、二极管D7的阴极和二极管D8的阴极，绝缘栅双极型晶体管T5的发射极连接二极管D8的阳极；绝缘栅双极型晶体管T6的发射极连接二极管D7的阳极；绝缘栅双极型晶体管T5的发射极(A端)和绝缘栅双极型晶体管T6的发射极(B端)分别作为该开关单元的对外连接端，该开关单元通过A端、B端与外部连接。在该开关单元中，当绝缘栅双极型晶体管T5在控制信号的作用下导通时，绝缘栅双极型晶体管T6和二极管D8都处于截止状态，而二极管D7则处于导通状态，因此绝缘栅双极型晶体管T5和二极管D7形成通路；类似地，当绝缘栅双极型晶体管T6在控制信号的作用下导通时，绝缘栅双极型晶体管T6和二极管D8形成通路，因此该开关单元对电流同样具有双向导通功能。
作为一种具体的实施方式，如图8所示，开关单元包括一个IGBT和四个二极管，分别为绝缘栅双极型晶体管T7、二极管D9、二极管D10、二极管D11和二极管D12，其中，绝缘栅双极型晶体管T7的集电极分别连接二极管D9的阴极和二极管D10的阴极，绝缘栅双极型晶体管T7的发射极分别连接二极管D11的阳极和二极管D12的阳极；二极管D11的阴极连接二极管D9的阳极；二极管D12的阴极连接二极管D10的阳极；二极管的阳极D9(A端)和二极管D10的阳极(B端)分别作为该开关单元的对外连接端，该开关单元通过A端、B端与外部连接。
在上述几个基于IGBT和二极管的开关单元的具体实施方式中，由于IGBT具有开关速度快、热稳定性好、驱动功率小、驱动电路简单等优点，使得基于IGBT的开关单元不仅具有良好的开关特性，而且同时同一开关单元适用于方向相反的电流的导通和截止，即对电路中的电流具有双向导通的功能，因此通过控制信号对开关单元中各个IGBT导通和关断的控制能够将调压绕组灵活地与高压绕组串接，实现多个调压绕组的顺串、反串以及短接，从而增加调节高压绕组的等效绕组匝数的变化范围，增大配电变压器的调压范围。同时，IGBT的导通/关断的控制可以由栅极驱动控制专用集成电路根据控制信号实现，该驱动电路具有驱动效果好，成本低的优点。实际上从，除IGBT外，对于本实用新型所提出的有载调压电路中的各个开关单元而言，基于其他具有在信号控制下实现导通和关断功能的全控型电力电子器件也同样适用。
在另一个实施例中，对于应用于三相四线制配电网的配电变压器而言，每一相线中的高压绕组均连接一个有载调压装置，参见图9所示，其中，高压绕组侧的引出端子分别为：A相线的高压绕组的同极性端与C相线的单相有载调压模块中第N个开关模块的开关单元K5连接，并在连接处引出A相线的引出端子；B相线的高压绕组的同极性端与A相线的单相有载调压模块中第N个开关模块的开关单元K5连接，并在连接处引出B相线的引出端子；C相线的高压绕组的同极性端与B相线的单相有载调压模块中第N个开关模块的开关单元K5连接，并在连接处引出C相线的引出端子；而低压绕组侧则将每一相线中的低压绕组的同极性端分别作为各个相线的低压侧的引出端子，而各个低压绕组的同极性端的对端则连接至一起，并在连接处引出一个中性线的引出端子。本实施例结合具体的应用于三相四线制配电网的配电变压器，给出在包括有载调压装置的情况下配电变压器的绕组的连接方式，通过控制各个开关模块中开关单元的导通/关断状态可使多个调压绕组同时联合使用，使各个相线接入各自高压绕组的调压绕组的匝数可调范围增加，从而增大电压调节范围。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种配电变压器的有载调压装置，其特征在于，包括N个调压绕组和N个开关模块，其中N是正整数，且每一所述调压绕组与一个所述开关模块连接；
每一所述开关模块包括5个开关单元，分别为开关单元K1、开关单元K2、开关单元K3、开关单元K4和开关单元K5；
所述开关单元K1的一端分别连接当前开关模块对应的调压绕组的一端和所述开关单元K3的一端，所述开关单元K1的另一端分别连接所述开关单元K2和所述开关单元K5的一端；
所述开关单元K4的一端分别连接所述开关单元K2的另一端和当前开关模块对应的调压绕组的另一端，所述开关单元K4的另一端分别连接所述开关单元K3的另一端和所述开关单元K5的另一端；
N个所述开关模块经每一所述开关模块中的开关单元K5串接；
所述配电变压器的有载调压装置经串接的N个开关单元K5与配电变压器的高压绕组串接。
2.根据权利要求1所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述调压绕组的绕制方向与所述高压绕组的绕制方向相同。
3.根据权利要求1或2所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述开关单元为机械开关。
4.根据权利要求1或2所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述开关单元包括一个压敏电阻R1和两个反向并接的晶闸管，所述压敏电阻R1与晶闸管并接；
所述压敏电阻R1的两端分别作为所述开关单元的对外连接端。
5.根据权利要求1或2所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管T1、绝缘栅双极型晶体管T2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和压敏电阻R2；
绝缘栅双极型晶体管T1的发射极分别连接二极管D1的阳极和二极管D2的阳极，绝缘栅双极型晶体管T1的集电极分别连接二极管D1的阴极、绝缘栅双极型晶体管T2的发射极、二极管D1的阴极、二极管D3的阳极和压敏电阻R2的一端；
绝缘栅双极型晶体管T2的集电极分别连接二极管D3的阴极和二极管D4的阴极；
二极管D2的阴极分别连接二极管D4的阳极和压敏电阻R2的另一端；
所述压敏电阻R2的两端分别作为所述开关单元的对外连接端。
6.根据权利要求1或2所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管T3、绝缘栅双极型晶体管T4、二极管D5和二极管D6；
绝缘栅双极型晶体管T3的发射极分别连接绝缘栅双极型晶体管T4的发射极、二极管D5的阳极和二极管D6的阳极，绝缘栅双极型晶体管T3的集电极连接二极管D6的阴极；
绝缘栅双极型晶体管T4的集电极连接二极管D5的阴极；
绝缘栅双极型晶体管T3的集电极和绝缘栅双极型晶体管T4的集电极分别作为所述开关单元的对外连接端。
7.根据权利要求1或2所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管T5、绝缘栅双极型晶体管T6、二极管D7和二极管D8；
绝缘栅双极型晶体管T5的集电极分别连接绝缘栅双极型晶体管T6的集电极、二极管D7的阴极和二极管D8的阴极，绝缘栅双极型晶体管T5的发射极连接二极管D8的阳极；
绝缘栅双极型晶体管T6的发射极连接二极管D7的阳极；
绝缘栅双极型晶体管T5的发射极和绝缘栅双极型晶体管T6的发射极分别作为所述开关单元的对外连接端。
8.根据权利要求1或2所述的配电变压器的有载调压装置，其特征在于，
所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管T7、二极管D9、二极管D10、二极管D11和二极管D12；
绝缘栅双极型晶体管T7的集电极分别连接二极管D9的阴极和二极管D10的阴极，绝缘栅双极型晶体管T7的发射极分别连接二极管D11的阳极和二极管D12的阳极；
二极管D11的阴极连接二极管D9的阳极；
二极管D12的阴极连接二极管D10的阳极；
二极管的阳极D9和二极管D10的阳极分别作为所述开关单元的对外连接端。
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