CN2186435Y - 有源桥式配电变压器有载调压装置 - Google Patents

Abstract

一种有源桥式配电变压器有载调压装置专为扭转配电电网电压不稳状况而提出，由配电变压器绕组、调压装置、控制电路三部分组成有源桥式调压结构减少了绕组抽头，扩大了调压范围，降低了过渡电流，使得所述实用新型得以实施；平板型结构具有体积小、造价低，加工安装容易的优点；机械行走部分使用框架式半圆柱槽轨铜铁结构；调压装置设计了适合平板结构的储能阻滞系统并与过渡电路结合起来，装置实现了有载全自动跟踪调压，容易实施和普及应用。

Description

本实用新型涉及一种变压器分接开关，特别是一种有源桥式配电变压器有载调压装置。

现有技术：我国电网的覆盖面积大，线路长，电源分布不合理，用电缺口很大。由于各地的工农业生产沿袭传统习惯，日出而作日落而息，负荷从时空上都较集中，高峰争着用电低谷时电网几乎没有负荷。因此我国电网的质量参数较差，特别是电压，起伏波动很大。有的地区用电高峰时不能正常收看电视，但是后半夜，电压高得很，经常闪灯泡。现有的配电变压器都装设了无激磁调压开关，该开关的调压范围仅±5％。而且由于调整不方便，长期无人调整，所以根本就不起作用。目前市场上推出了一种新的调压设备，他是在低压侧进行串联调压。将一组在一定的电压范围内正负可调的三相调压器接三只电压变换器，将变换器的低压绕组串联在输出电源上，低压绕组与电源电压叠加后输出，此时的输出电压是电源电压和调整电压的和。当电源电压低时，调压绕组输出一相应的加极性电压，输出电压升高。当电源电压升高时，调压线圈输出一减极性电压，使输出电压降低，借此维持输出电压的稳定。整个设备由庞大的电磁系统，机械操作系统，及控制系统组成，所以设备造价高，投资大。又因为该设备在工作时必须消耗一定的电磁能量，而且配变消耗的电磁能量也无改变，所以该设备重复耗能。使用该设备，从设备投资，设备占地，运行噪音，特别是能源消耗诸方面来看都是不经济不合理的。在我国能源短缺的情况下，重复耗能更是十分不合算的。

本实用新型的目的是：设计一种结构可靠、体积小。能在无人操作控制下长期运行并能适应各种气候环境的配电变压器有载调压装置，彻底扭转配电电网电压不稳定的状况。

所述有源桥式配电变压器有载调压装置包括配电变压器的绕组、调压装置和控制电路三部分。其原理和装置的结构分述如下：

所述变压器绕组中的调压绕组33分为四段，五个抽头按电压由低至高的顺序接到调压装置39的固定触头4～8上；桥式绕组34的首尾端与调压绕组33对准同名端后接在调压装置39的滑动触头1、3上；滑动触头2接过渡电阻27和过渡开关22的一端；过渡电阻27和过渡开关22的另一端与桥式绕组34的中心抽头一并接地（接在盖板23上）见图1。所述变压器绕组中的调压绕组33绕在基本绕组32的外层上端，桥式绕组34绕在基本绕组32的外层下端，（见图13、图12），它们与铁芯装配后构成所述配电变压器的器芯。所述调压装置39装在器芯的底部，用绝缘支架49固定，距油箱48底部和铁芯38相距30mm以上（见图14）。

所述有载调压装置中的调压装置部分结构是：在基板15上装有固定触头座14，基板15的固定触头座14上装有固定触头4～8，他们与固定触头座14处在同一平面上；在固定触头座14的两侧分别装有齿条13，基板15的一侧装有滑轨框12，另一侧装有固定滑板54；滑块24装在滑轨框12内，电机9和变速器10连成整体后固定在滑块24上；输出轴20穿过滑块24与两个行走齿轮19固定在一起，输出轴20上装有两个操作臂18，操作臂18套在弹簧槽52内，弹簧槽52内装有四个储能弹簧17；储能弹簧17、操作臂18、滑动触头1～3和金属园筒53全都装在滑动触头板16上；滑动触头板16上有盖板23，盖板23装在滑轨框12和固定滑板54上；盖板23上装着三块阻滞定位板25，阻滞定位板25上与固定触头4～8对应处有五个阻滞定位孔30，阻滞定位板25的反面装着五个过渡开关触头22，五个过渡触头22铆在一条多层软铜箔31上并与五个阻滞孔30对齐后张紧；盖板上还装有接触铜泊55和三个过渡电阻27；27的一端接阻滞定位板25，另一端接地（接在盖板23上），阻滞过渡板25通过绝缘板28装在盖板23上，与盖板绝缘。调压装置的总体结构见图5。

调压装置的滑动触头1～3装在滑动触头板16上，滑动触头1～3上装有触头压簧26，滑动触头2上还装有金属园筒53；阻滞钢球21装在金属园筒53内触头压簧26上，并顶在阻滞定位板25上。每两个相邻的滑动触头1～2，2～3之间的中心距是每两个相邻的固定触头4～8的中心距的1／2。将盖板23定位装配在滑轨框12和固定滑板54上后，将滑动触头板16及滑动触头1～3装在基板15和盖板23之间就构成了单向平面无损触头。所有的调压触头上都套有石墨环29，见图6。

所述调压装置半园柱滑轨部分由上滑轨梁56，下滑轨梁57和两根立柱58两根黄铜柱滑轨11和滑块24构成，其装配关系见图9。

本实用新型所述有载调压装置采用了如上设计后，具有 如下优点：1 采用了有源桥式调压结构减少了绕组抽头，扩大了调压范围，降低了过渡电流，使得配电变压器有载调压得以实施；2 采用平板型结构，体积小、造价低、容易制造便于安装。3 机械行走部分使用框架式半园柱槽轨铜铁结构；调压触头采用无损单向平面触头；调压装置设计了适合平板结构的储能阻滞系统并与过渡电路结合起来；装置实现了有载全自动跟踪调压；控制电路采用了新颖的电路结构和集成电路，并进行严密的电磁屏蔽；对配变的改制方案进行了设计，使实施更加快捷。以上的一系列特征和新颖结构，使调压装置体积小，重量轻，运行可靠，寿命长，造价低，加工简单，自动化程度高。容易实施和普遍应用。在后面的附图说明和实施例中将详细阐述所述装置的工作原理和过程。

附图说明：

图1有源桥式配电变压器有载调压电气原理图（正位）图中1～3滑动触头，4～8固定触头22过渡开关，27过渡电阻、32基本绕组，33调压绕组，34桥式绕组，0星点。（接地点）

图2：有源桥式配电变压器有载调压电气原理图（桥位）图中1～3滑动触头，5～8固定触头27过渡电阻，33调压绕组，34桥式绕组0星点，22过渡开关。32基本绕组。

图3：调压装置过渡过程原理图。

图中：1～3滑动触头，5～8固定触头0星点27过渡电阻，33调压绕组，34桥式绕组。

图4：过渡过程等效电路图。

图中：27过渡电阻，V₃₃调压绕组电压，0星点（接地点）V₃₄桥式绕组电压。

图5：有源桥式配电变压器有载调压装置总装示意图。

图中：1～3滑动触头，4～8固定触头9电机，10变速器，11黄铜棒（滑轨）12滑轨框，13齿条，14固定触头座、15基板，16动触头滑板、17储能弹簧、18操作臂、19行走齿轮、20输出轴、21阻滞钢球、22过渡触头、23盖板、24滑块、25阻滞板、26触头弹簧、27过渡电阻、28绝缘板、52弹簧槽、53金属园筒54固定滑板。

图6：无损单向平面触头结构图。

图中：1～2滑动触头，4～6固定触头，15基板，16滑动触头板，21阻滞钢球，25阻滞定位板，26触头压簧，29石墨环，53金属园筒。

图7：无损单向平面触头产生，熄灭电弧部位示意图

图中：1～3滑动触头，5、6固定触头，14固定触头座，29石墨环。

图8：底板示意图

图中：4～8固定触头，14固定触头座，15基板，29石墨环。

图9：半园柱槽轨框架滑动机构示意图

图中：11黄铜棒，12滑轨框，24滑块，58立柱56上滑轨梁，57下滑轨梁。

图10：储能阻滞定位机构示意图

图中：16滑动触头板，17储能弹簧，18操作臂20输出轴，21阻滞钢球。23盖板，25阻滞定位板、52弹簧槽，30阻滞定位孔。

图11：储能阻滞机构与过渡电路的配合示意图

图中：2滑动触头，5固定触头，15基板16滑动触头板，21阻滞钢球，22过渡开关23盖板，25阻滞定位板，26触头压簧，28绝缘板。27过渡电阻，30阻滞定位孔、31导电铜箔，55接触铜箔，53金属园筒。

图12：绕组结构图之一。

图中32基本绕组，33调压绕组。34桥式绕组35油槽、36绝缘筒、37固体绝缘板、59端圈。

图13：绕组结构图之二。

图中：32基本绕组、33调压绕组、34桥式绕组、35油道槽、36绝缘筒、37固体绝缘板、59端圈。

图14：装置在配变中的安装示意图。

图中：9电动机，33调压绕组、34桥式绕组37固体绝缘、38铁芯、39调压开关、40高压引线41调压引线、42高压瓷套，43高压导杆，44低压导杆，45低压瓷套，46循环油管。47低压引线，48变压器油箱、49绝缘支架、50控制电路。

图15：控制原理方框图

下面阐述实施例。

首先结合附图和前述结构对所述有载调压装置的调压原理分述如下：

1.正位：见图1。三相滑动触头2对准三相固定触头4～8的相应触头。图1中是6。此时滑动触头1，3悬空，过渡开关22闭合，三相的调压抽头经过固定触头6和滑动触头2联在一起形成配电变压器的星点。过渡开关22闭合后，过渡电阻22被短路。

2.桥位：见图2。三相滑动触头2悬空，滑动触头1，3分别跨接在相应的三相调压绕组两相邻的固定触头之间，图2中为固定触头6，7。由于桥式绕组34和每段调压绕组33等压且同名端一致，因此构成了一个交流电桥电路。当桥式绕组34的接地点抽头和调压绕组33第三段的中点电位相等时电桥平衡。根据平衡对称电路原理可知此时接地点的电位等于调压绕组33第三段中点的电位。这样就将调压绕组33里没有抽出的中点事实上抽了出来。将图2中的三相桥式绕组的接地点联在一起。实质上就是在三相第三段调压绕组的中点接成了星点。当滑动触头1、3跨在相邻的固定触头4～8上时，也就将这些被跨接的调压绕组的中点接成了星点。从而减少了一半抽头，这对配电变压器实行有载自动调压具有至关重要的作用。

3.调整位：（过渡过程）见图3、图4。若将滑动触头由正位过渡到桥位，或者由桥位过渡到正位都要经过一次过渡过程。（图3中的过渡开关22已断开故未画出）。此时过渡电阻27的电流可求。

I₂₇＝1／2U₃₃÷R

上式可见，这种过渡方式将过渡电流和抽头电压降低了一半。

调压装置在过渡过程中和正常运行时绝对不允许动静触头开路。装置中的动静触头分布和过渡触头充分考虑了这个问题使装置不管在什么状态下滑动触头1－3和固定触头5～8总有一个以上的可靠接触点，有时还有两点或三点接触。调压装置的动作过程简述如下：

由控制电路发出的控制脉冲驱动电机9，经变速器10变速后通过输出轴20齿轮19，齿条13。将输出轴20的园周运动变成直线运动，推动操作臂18，使储能弹簧17压缩储能。当17的力大于阻力时，阻滞钢球21从阻滞孔30内脱出，此时储能弹簧17能量释放。推动触头滑板快速动作，迅速过渡并进入另一档电压位，使输出电压保持稳定。当电压朝相反趋势变化时，控制电路50发出反向脉冲，驱动电机9朝相反方向旋转。直至输出电压符合要求，电路才静止。

一般电气触头在使用过程中都有不同程度的损失和损坏，这是因为电弧和电化学反应而产生的电化学作用所致。这一切皆起因于电弧对触头的烧灼。为了解决这个问题，调压装置中设计了一种新的电触头－－无损单向平面触头。见图6、图7。滑动触头①～③固定触头在4～8时，金属触头先脱离接触，此时触头中的电流转移到石墨环29中。触头完全脱离时电弧仅在石墨环29的边缘产生。因为石墨耐高温，有很好的抗蚀性能，所以表面不会产生烧毛融溶。由于金属触头上始终没有电弧产生，因此金属触头的表面永远是光洁的，有效地防止了调压过程中触头接触不良和粘连卡涩现象发生。保证了调压装置的可靠性延长了触头的寿命。

半园柱形槽轨滑动框架放弃了传统的V形槽和燕尾槽结构。由于半园槽轨表面没有棱线没有平面，动配合部分采用铜铁结构，不仅阻力小耐磨，更重要的是简化了加工过程和难度。见图9。

储能阻滞部分见图10。输出轴20带动行走齿轮19在齿条13上行走，由于阻滞球21落在阻滞孔30内产生一阻滞力，行走力不能推动触头滑板16而是使储能弹簧17压缩储能。当17被压缩到一定距离时，储能弹簧17压力大于阻滞力，钢球21从阻滞定位孔30中脱出，能量迅速释放，动触头滑板16快速向另一档过度调压后重新定位。

为了缩小体积简化结构，调压装置将阻滞定位部分和过渡电路结合起来，利用阻滞部分和滑动触头板16的位置变化引起的状态变化实行调压过渡。金属园筒53内装触头压簧26和钢球21顶在阻滞定位板25上并与滑动触头2连成一体。当滑动触头2对准固定触头8时（正位），钢球21将过度触头22顶向接触铜箔55、并压紧贴合在55上。调压绕组三相接在固定触头8上的抽头分别经过三相的固定触头8→滑动触头2→阻滞板25→导电铜箔31→过渡触头22→接触铜箔55然后都接到盖板23上，形成星点。此时过渡电阻27被过渡开关22短路，运行电流不通过过渡电阻27。当滑动触头2不在固定触头8上或由固定触头8（正位）脱出时与滑动触头2相邻的另两个滑动触头1、3将会有一个与滑动触头2被固定触头8短路，见图3。此时过渡触头22已复位断开，过渡电阻27投入了过渡电路，限制了过渡电流消除了过渡过程中的短路。这种结构仅用一个过渡电阻，过渡中的运行负荷电流总可以由1，3提供，所以可以采用小电流过渡，而且过渡过程中没有电压跌落的现象。本装置采用额定电流过渡。

由于装置的设计具有以上的特点，所以整机的原动力仅使用了一个15瓦的电机，不仅缩小了装置的体积，提高了可靠性，延长了寿命，降低了造价还十分节能。控制电路方框图见图15。

变压器的相应改变。该装置的设计原则是尽量不改变配电变压器已有系列的基本结构。所以实施该技术方案只需要将配电变压器的器芯提高150mm，让油箱48底部出现一个矩形扁平空间，用来安装调压装置39，同时将高压绕组略加改动就可进行正常有载调压。改动后结构见图14。

变压器高压绕组改绕有2种方案，见图12，图13。将变压器基本绕组32按原设计绕成筒式线圈。要求在整数层绕完基本绕组32。接着分四层在基本绕组32的一端绕调压绕组33要求每层一段，层层整齐覆盖，在调压绕组的两端抽头。基本绕组32的另一端绕桥式绕组34。桥式绕组34的三个头都从绕组的另一端引出。图12是变线经绕法。图13是同线经绕法。在空间和绝缘距离允许的情况下采用后者更好。

调压装置采用等电位运行方式，其电位与变压器的星点即接地相等，上述所谓接地是指控制电路的参考电位，并非就是零电位。由于配电变压器的绝缘按全电压设计。所以该装置对外壳的绝缘应能承受配变运行中的运行过电压和额定的大气过电压，能承受正常的配电变压器出厂和大修后的耐压试验。因此调压装置必须与油箱铁芯有足够的绝缘充油空间，其空间不小于30mm，其固定绝缘支架39应能承受35千伏耐压1分钟。

调压装置系用全充油式，装置油箱也用等位运行方式以减小油箱体积。考虑采用充油结构的原因：①可以减小装置的运动阻力实行全润滑②用变压器油作为熄弧介质使电弧更小。③用变压器油作绝缘介质和冷却介质效果更好。油箱采用微压设计以承受内外的压差而又不笨重。（如运行条件不理想，可采用防爆式油箱）油箱结构略。

Claims (3)

1、一种有源桥式配电变压器有载调压装置，包括配电变压器绕组、控制电路、调压装置三部分；其特征在于：所述绕组中的调压绕组(33)分为四段，五个抽头，按电压由低至高的顺序接到调压装置(39)的固定触头(4)～(8)上；桥式绕组(34)的首尾端与调压绕组(33)对准同名端后接在调压装置(39)的滑动触头(1)、(3)上；滑动触头(2)接过渡电阻(27)，和过渡开关(22)过渡电阻(27)和过渡开关的另一端与桥式绕组的抽头一并接地(接盖板(23)上调压绕组(33)绕在基本绕组(32)的外层上端，桥式绕组(34)绕在基本绕组(32)的外层下端，并装配上铁芯从而构成所述配电变压器的器芯；调压装置距油箱(48)底部以及铁芯(38)相距30mm以上；所述有载调压装置中的调压装置部分结构为：在基板(15)上装有固定触头座(14)，在基板(15)和固定触头座(14)上装有固定触头(4)～(8)，它们与触头座处在同一平面上；在基板(15)的两侧边上分别装有滑轨框(12)和齿条(13)，滑块(24)装在滑轨框(12)内，电机(9)和变速器(10)固定在滑块(24)上，行走齿轮(19)与输出轴(20)固定在一起，输出轴(20)穿过滑块(24)与变速器中的输出齿轮联接；输出轴(20)上装有两个操作臂(18)，操作臂(18)套在弹簧槽(52)内，弹簧槽(52)内装有储能弹簧(17)；滑动触头板(16)上装有盖板(23)，盖板(23)装在滑轨框(12)和固定滑板(54)上。

2、如权利要求1所述的配电变压器有载调压装置，其特征在于：所述滑动触头（1）～（3）装在调压装置的滑动触头板（16）上，每两个滑动触头间的中心距是每两个固定触头间中心距的1／2；滑动触头（1）～（3）上装有触头压簧（26）；滑动触头（2）上还装有一个金属园筒（53），阻滞钢球（21）装在滑动触头（2）的触头压簧（26）上且顶在阻滞板（25）上，阻滞板（25）装在盖板（23）上；所有触头上均套有石墨环（39）。

3、如权利要求1所述的配电变压器有载调压装置，其特征在于，在所述盖板（23）上装有三条阻滞定位板（25），阻滞定位板（25）上与相应基板（15）上的固定触头（4）～（8）处开有阻滞孔（30），过渡开关（22）铆接在导电铜箔（31）上，导电铜箔（31）与阻滞板可靠联接为一体，阻滞孔（30）中装有过渡开关（22），阻滞定位板（25）通过绝缘板（28）固定在盖板（23）上与盖板（23）绝缘；过渡电阻（27）的两端分别接在盖板（23）和阻滞定位板（25）上。

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