一种有载调容配电变压器

摘要

本发明公开了一种有载调容配电变压器，包括变压器本体，检测单元、控制单元、调容装置，检测单元与变压器本体连接，检测单元的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端与调容装置的信号控制端连接，调容装置的信号输出端分别与变压器本体的高压线圈和低压线圈连接；所述调容装置包括接触器和晶闸管电子开关相并联的5KV及其以下电压等级的复合开关；其中控制单元通过选择高低压侧不同步动作的控制策略以有效消除高压侧过电流和低压侧过电压。本发明解决了配电变压器有载调容复合开关的电压等级及其成本、体积和可靠性问题，提供了一种自动化程度高、成本低、易实现的有载调容变压器，以实现配电变压器的可靠、调容经济运行。

权利要求

1.一种有载调容配电变压器，包括变压器本体，检测单元、控制单元、调容装置，检测单元与变压器本体连接，检测单元的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端与调容装置的信号控制端连接，调容装置的信号输出端分别与变压器本体的高压线圈和低压线圈连接；所述调容装置包括由接触器和晶闸管电子开关相并联组成的

5KV及其以下电压等级的复合开关，其特征在于：所述高压线圈和低压线圈均采用四段结构，各段匝数比符合相同比例系数；其中变压器高压侧每相中均需要三个高压复合开关，高压复合开关均由阻容吸收元件、两个反并的晶闸管、接触器构成，两个反并的晶闸管两端分别并联有阻容吸收元件，接触器并联在晶闸管两端；高压侧每相的三个高压复合开关中第一复合开关的导通端与高压线圈中第二段的下端和第三段的上端连接，第二复合开关的导通端与高压线圈中第二段的上端和第三段的上端连接，第三复合开关导通端与高压线圈中第二段的下端和第三段的下端连接；变压器低压侧每相中均需要三个低压复合开关，低压复合开关包括阻容吸收元件、双向晶闸管、接触器，阻容吸收元件和接触器均并联在晶闸管两端，其中低压复合开关与低压线圈的连接关系和高压复合开关与高压线圈的连接关系相同。

2.一种实现如权利要求1所述的有载调容配电变压器的调容方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、由检测单元识别变压器的绕组结构并检测高低压侧电压和电流和相位角 （2）、检测变压器的负载率是否大于设定值，如果是，进入步骤（4），如果否，进入步骤（3）；

（3）检测变压器的负载率是否小于设定值并且持续一定时间，如果是，进入步骤（4），如果否继续检测；（4）、检测电压电流相位，若高压侧相电压相位为零则控制相应的复合开关通断而增大变压器的容量并进入步骤（5）；若低压侧相电流相位为零则控制相应的复合开关通断而减小变压器的容量并进入步骤（5）；（5）当高压侧和低压侧转换完毕后，返回步骤（2）。

说明书

一种有载调容配电变压器

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统配电领域，尤其涉及一种有载调容配电变压器。

背景技术

[0002] 传统的有载调容变压器是以机械开关及其电动机构作为复合开关进行调容，复合开关带负荷切换时产生较大的电弧，容易烧蚀触头造成油污染，影响变压器的绝缘特性和使用寿命，维护工作量大，同时成本也高。

[0003] 现有的以复合开关作为调容开关的有载调容变压器，解决了配电变压器的快速、无弧调容，如中国专利授权公告号CN201170985Y“一种有载调容配电变压器的复合开关及其配电变压器”中记载，其中由于没有降低或抑制高压复合开关承受的稳态高电压及其瞬态过电压过电流等结构和控制方案，电子开关需采用许多晶闸管串联使用以实现开关10KV耐压，使产品的可靠性明显降低，且成本提高；高压复合开关中机械开关需采用12KV高压真空开关，成本显著提高，甚至复合开关的价格高于变压器本体价格。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种有载调容配电变压器，能够智能化的实现配电变压器的可靠运行，并且降低成本。

[0005] 本发明采用下述技术方案：一种有载调容配电变压器，包括变压器本体，检测单元、控制单元、调容装置，检测单元与变压器本体连接，检测单元的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端与调容装置的信号控制端连接，调容装置的信号输出端分别与变压器本体的高压线圈和低压线圈连接；所述调容装置包括由接触器和晶闸管电子开关相并联组成的5KV及其以下电压等级的复合开关；所述高压线圈和低压线圈均采用四段，各段匝数比符合相同比例系数；其中变压器高压侧每相中均需要三个高压复合开关，高压复合开关均由阻容吸收元件、两个反并的晶闸管、接触器构成，两个反并的晶闸管两端分别并联有阻容吸收元件，接触器并联在晶闸管两端；高压侧每相的三个高压复合开关中第一复合开关的导通端与高压线圈中第二段的下端和第三段的上端连接，第二复合开关的导通端与高压线圈中第二段的上端和第三段的上端连接，第三复合开关导通端与高压线圈中第二段的下端和第三段的下端连接；变压器低压侧每相中均需要三个低压复合开关，低压复合开关包括阻容吸收元件、双向晶闸管、接触器，阻容吸收元件和接触器均并联在晶闸管两端，其中低压复合开关与低压线圈的连接关系和高压复合开关与高压线圈的连接关系相同。

[0006] 利用有载调容配电变压器实现有载调容的方法，包括以下步骤：(1)、由检测单元识别变压器的绕组结构并检测高低压侧电压和电流和相位角(2)、检测变压器的负载率是否大于设定值，如果是，进入步骤(4)，如果否，进入步骤(3)；(3)检测变压器的负载率是否小于设定值并且持续一定时间，如果是，进入步骤(4)，如果否继续检测；(4)、检测电压电流相位，若高压侧相电压相位为零则控制相应的复合开关通断而增大变压器的容量并进入步骤(5)；若低压侧相电流相位为零则控制相应的复合开关通断而减小变压器的容量并进入步骤(5)；(5)当高压侧和低压侧转换完毕后，返回步骤(2)。

[0007] 本发明的有益效果是：

[0008] 1.本发明中复合开关电压等级(低于5KV)大幅降低，采用低电压等级接触器代替12KV级高压真空开关，选用低电压等级的晶闸管，晶闸管的数量大大减少，甚至无需串联，且开关成本显著降低；并且复合开关体积小，结构更紧凑；控制单元采用高低压侧不同步分别动作的开关控制策略，有效地消除高压侧过电流和低压侧过电压，进一步提高了设备可靠性；

[0009] 2.本发明中高低压线圈采用多段式结构的变压器绕组，高低压绕组各段匝数比均采用相同比例系数，减小了调容变压器电压的波动，保证负载的电压质量，使变压器稳定运行。

[0010] 本发明解决了配电变压器有载调容复合开关的电压等级及其成本、体积和可靠性问题，提供了一种自动化程度高、成本低、易实现的有载调容变压器，以实现配电变压器的可靠、调容经济运行。

附图说明

[0011] 图1为本发明的原理框图；

[0012] 图2为本发明中高压侧线圈的示意图；

[0013] 图3为本发明中低压侧线圈的示意图；

[0014] 图4为本发明中变压器线圈与调容装置的连接图；

[0015] 图5为本发明中变压器有载调容的流程图；

[0016] 图6为轻载运行时变压器高压侧线圈的连接状态图；

[0017] 图7为重载运行时变压器高压侧线圈的连接状态图；

[0018] 图8为高压侧并联改串联时复合开关瞬态电流的仿真结果；

[0019] 图9为低压侧并联改串联时复合开关瞬态电流的仿真结果；

[0020] 图10为高压侧并联改串联时复合开关瞬态电压的仿真结果；

[0021] 图11为低压侧并联改串联时复合开关瞬态电压的仿真结果；

[0022] 图12是高压侧串联改并联时复合开关瞬态电流的仿真结果；

[0023] 图13是低压侧串联改并联时复合开关瞬态电流的仿真结果；

[0024] 图14是高压侧串联改并联时复合开关瞬态电压的仿真结果；

[0025] 图15是低压侧串联改并联时复合开关瞬态电压的仿真结果。

具体实施方式

[0026] 本发明以下结合附图和实施例作以详细的描述。

[0027] 如图1所示，本发明有载调容配电变压器包括变压器本体、检测单元，控制单元和调容装置，检测单元与变压器本体连接，检测单元的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端与调容装置的信号控制端连接，调容装置的信号输出端分别与变压器本体的高压线圈和低压线圈连接。其中调容装置采用接触器和晶闸管相并联的低电压等级复合开关，复合开关中接触器和晶闸管接收来自控制单元输出的信号而闭合或断开；本实施例中复合开关采用3000V等级，变压器高压线圈与低压线圈均采用多段式结构，本实施例中采用四段式结构，如图2、图3所示，每相线圈均被分为四段，以高压侧A相为例说明：线圈被分为AA2′、A2A2′、A3A3′与A3′O四段，本发明采用多段的绕组连接方式能够有效降低复合开关的两端承受电压至适当值，各段匝数比符合相同比例系数，由绕组的分段比例可以确定各复合开关承受的稳态电压。

[0028] 本发明中的复合开关中晶闸管作瞬间动作控制开关，交流接触器作稳态开关，如图4所示，高压复合开关以复合开关I1为例说明：复合开关I1包括反并联的晶闸管31、32，由电容1和电阻2串联构成的阻容吸收元件，交流接触器4，晶闸管31、32两端均并联有阻容吸收元件，交流接触器4并联在晶闸管31、32的两端，晶闸管31、32的两端为高压复合开关的导通端，用来与线圈连接，交流接触器4的线圈以及晶闸管31、32的控制极与控制单元的信号输出端连接；低压复合开关以复合开关II9为例说明：复合开关I19包括双向晶闸管5、由电容11和电阻21串联构成的阻容吸收元件和交流接触器41，阻容吸收元件与交流接触器41均并联在双向晶闸管5的两端，双向晶闸管5的两端为低压复合开关的导通端，用来与线圈连接，交流接触器41的线圈以及双向晶闸管5的控制极与控制单元的信号输出端连接。复合开关与线圈的连接以高压侧A相为例说明：第一复合开关I1的导通端与高压线圈第二段的下端A2′与第三段的上端A3连接，第二复合开关I2的导通端与高压线圈第二段的上端A2和第三段的上端A3连接，第三复合开关I3的导通端与第二段的下端A2′和第三段的下端A3′连接；高压侧B相、C相和低压侧每相与各自相线圈连接的方式均和高压侧A相连接方式相同。高、低压侧每相均需要三个高、低压复合开关，三相共需九个高压复合开关和九个低压复合开关，本实施例中高压侧每相用6只晶闸管(每只1500～2000V)，和其并联的交流接触器选用电压等级为3000V，三相共18只晶闸管；低压侧每相使用3只双向晶闸管(每只220V)，三相共9只双向晶闸管；高压侧和低压侧的交流接触器可以采用单极交流接触器，也可采用双极交流接触器，本实施例中高压侧和低压侧均分别采用三个单极交流接触器与三个双极交流接触器，由此可知，本实施例中复合开关的电压等级采用3000V以下，复合开关电压等级低，需要的晶闸管的数量较少，极大地降低了复合开关的成本。

[0029] 本发明通过检测单元检测变压器低压电流、低压母线电压，检测高低压三相电压、三相电流，由控制单元实时计算与监测变压器负荷，控制单元发出信号给复合开关，通过复合开关的通断来改变变压器高低压绕组部分线圈的串并联连接方式，降低有载复合开关承受稳态电压至适当值，实现调节变压器容量，从而减少变压器轻载时的损耗目的。如图5所示，具体步骤如下：

[0030] (1)、由检测单元识别变压器的绕组结构并检测高低压侧电压和电流和相位角；

[0031] (2)、检测变压器的负载率是否大于设定值，如果是，进入步骤(4)，如果否，进入步骤(3)；

[0032] (3)、检测变压器的负载率是否小于设定值并且持续一定时间，如果是，进入步骤(4)，如果否继续检测；

[0033] (4)、检测电压电流相位，若高压侧相电压相位为零则控制相应的复合开关通断而增大变压器的容量并进入步骤(5)；若低压侧相电流相位为零则控制相应的复合开关通断而减小变压器的容量并进入步骤(5)；

[0034] (5)、当高压侧和低压侧转换完毕后，返回步骤(2)。

[0035] 其中选择高压侧相电压相位为零时为高压侧开关动作时刻，以有效消除高压侧过电流；选择低压侧相电流相位为零时为低压侧开关动作时刻，以有效消除低压侧过电压，这种特殊的开关控制方案有效的抑制了由于采用较低电压等级的复合开关而产生的高低压侧暂态过电压和过电流，从而能够提高开关的可靠性，克服电力电子开关作为有载复合开关耐压和可靠性等的不足。

[0036] 当变压器负载较大时，须将变压器由小容量调至大容量，需将线圈由串联状态改为并联状态，高压线圈串联状态如图6所示，低压线圈串联状态与高压侧线圈串联状态相同。如图4所示，检测电路检测负载，若负载大于设定值且持续大于设定时间，则需使高压复合开关I 1、I 3、I 4、I 6、I 7、I 9和低压复合开关II 1、II 3、II 4、II 6、II 7、II 9闭合，使高压复合开关I 2、I 5、I 8和低压复合开关II 2、II 5、II 8断开。

[0037] 先将高压侧每相复合开关I 2、I 5、I 8和低压复合开关II 2、II 5、II 8中晶闸管轮流触发导通达到设定时间40ms，使其中接触器控制电路断电，使其接触器断开；

[0038] 检测单元检测变压器高压侧每相电压和低压侧每相电流，若高压侧某相符合投切条件，则该侧该相复合开关动作，以高压侧A相为例说明：A相复合开关I 2中晶闸管关断，动作结束；同时A相复合开关I 1、I 3中晶闸管轮流触发导通，导通时间达到设定时间40ms，其接触器控制电路闭合，其接触器导通，其晶闸管停止触发，则A相复合开关动作结束，直到高压侧三相轮流动作后，高压复合开关动作全部结束。

[0039] 检测变压器高压侧电压和低压侧电流，若符合低压侧某相投切条件，则低压侧该相复合开关动作，动作过程如高压侧动作过程相同；直到低压侧三相轮流动作后，低压复合开关动作全部结束。

[0040] 当变压器负载较小时，须将变压器由大容量调至小容量，需将高低压线圈由并联状态改为串联状态，高压线圈并联状态如图7所示，低压线圈并联状态与高压线圈并联状态相同。如图4所示，检测电路检测负载，若负载小于设定值且持续大于设定时间，则需将高压复合开关I 1、I 3、I 4、I 6、I 7、I 9和低压复合开关II 1、II 3、II 4、II 6、II 7、II 9断开，高压复合开关I 2、I 5、I 8和低压复合开关II 2、II 5、II 8闭合。先将高压复合开关I 1、I 3、I 4、I 6、I 7、I 9和低压复合开关II 1、II 3、II 4、II 6、II 7、II 9中晶闸管轮流触发导通达到设定时间40ms，再将其接触器控制电路断电，使其接触器断开；

[0041] 检测变压器高压侧电压和低压侧电流，若高压侧某相符合投切条件，则该侧该相复合开关动作：以高压侧A相为例说明：A相复合开关I 1、I 3、中晶闸管关断，动作结束；同时A相复合开关I 2中晶闸管轮流触发导通，导通时间达到设定时间40ms，控制其接触器控制电路闭合，使其接触器导通，其晶闸管停止触发，则高压侧A相复合开关动作结束，直到高压侧三相轮流动作后，高压复合开关动作全部结束。

[0042] 检测变压器高压侧电压和低压侧电流，若符合低压侧某相投切条件，则低压侧该相复合开关动作，动作过程如高压侧动作过程相同，直到低压侧三相轮流动作后，低压复合开关动作全部结束。图8至图15分别为高压侧和低压侧线圈在不同状态时瞬态电流和瞬态电压的仿真图像。