電工高級技師論文

【關鍵詞】有載調壓,電力變壓器,分接開關

【論文摘要】介紹了變壓器有載調壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題，以及變壓器有載調壓技術的新進展，同時對三種典型的調壓技術的動作原理和發(fā)展過程進行了分析和比較，并得出了一些有價值的結論。

在我國，變壓器有載調壓技術廣泛用于配電系統(tǒng)，在發(fā)電廠的升壓變壓器中也有應用。其基本原理是從變壓器某一側的線圈中引出若干分接頭，通過有載分接開關，在不切斷負荷電流的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以變換有效匝數(shù)，達到調節(jié)電壓的目的。傳統(tǒng)的有載調壓變壓器，采用機械式調壓分接開關，存在許多問題，如產生電弧，動作速度慢，維護不便，故障率高等。我國目前普遍采用的機械式調壓分接開關，對改善調壓開關的特性，提高變壓器有載調壓的可靠性具有重要意義。1傳統(tǒng)有載調壓變壓器

傳統(tǒng)變壓器有載調壓裝置采用機械式有載分接開關，其動作原理如圖1所

圖1中，在選擇好分接頭后，轉換開關從左至右(或從右至左)切換。機械式開關的動作(包括其驅動齒輪)容易導致操作性事故，降低了變壓器的可靠性。機械開關在動作時，會產生一定的電弧，使開關的觸點逐漸燒蝕，在操作一定次數(shù)后，必須更換觸頭，而且電弧的產生會導致變壓器油質下降，造成變壓器繞組的絕緣水平下降，導致匝間短路或相間短路。由于機械式開關的動作時間相對比較長，一般為3~5s左右，因此，傳統(tǒng)有載調壓變壓器只用于常規(guī)穩(wěn)態(tài)的電壓調節(jié)。

2新型有載調壓變壓器

針對傳統(tǒng)有載調壓變壓器機械式開關存在的問題，許多企業(yè)相繼研制出了多種新型有載調壓裝置。按照其調壓分接頭的組成，新型有載調壓變壓器分為機械式改進型，輔助線圈型和電力電子開關型三類。2.1機械式改進型

機械式改進型有載調壓變壓器是在傳統(tǒng)型的基礎上加一電子開關電路變換而成。其分接開關只需1個過渡電阻和少量的晶閘管，通過電子開關電路和機械開關的配合，限制其操作過程中產生電弧，圖2為其工作原理圖。圖2中，A和B、C和D、E和F均是機械開關的觸頭，圖3為電子開關實現(xiàn)電路。

圖3中，1對反接的晶閘管接在機械開關的兩端，1和4、2和3分別是2對機械開關的觸頭。以AB電流從23支路流過，需要斷開該開關支路為例：當斷開23支路時，觸頭上的電壓觸發(fā)了晶閘管5或6，二極管D2提供門極電流，二級管D1用于防止反向門極電壓，電流立即從14支路流過。由于電流過零時，晶閘管關斷，持續(xù)的電流不超過0.5個周期，同時，不會產生電弧。合上開關支路時，由于14支路是先合上的，晶閘管支路分得了一部分電流，23支路上的電弧被限制。這種調壓裝置的優(yōu)點是不需要時間控制回路；晶閘管觸發(fā)靠機械開關的操作完成；晶閘管的額定容量要求不高；晶閘管的失控不會損壞分接頭和變壓器。缺點是速度慢。圖4為其最初的原理圖。

圖4可見，通過控制晶閘管S1的導通角，可疊加一可調電壓到T1上。三相變壓器T1和另一升壓變壓器T2相連，T2的一側與T1的第三繞組通過1對反接的晶閘管開關S1相連。若晶閘管S1的觸發(fā)無延時，即在過零時觸發(fā)，電壓則同相位地加到負荷上；若晶閘管S1的觸發(fā)有延時，短路開關S2用來防止升壓變壓器T2開路。2.3電力電子開關型

隨著電力電子技術的發(fā)展，晶閘管的容量及性能有了提高，使采用微處理器直接控制晶閘管電力電子開關的切換成為可能，無需利用機械開關輔助。通過選擇適當觸發(fā)時間，盡量減少晶閘管消耗的功率。目前，此技術還處于試驗階段。圖7電力電子開關型原理圖

圖7可見，通過測量模塊得到副方的電壓和電流，計算出功角：選擇在電壓電流瞬時值同號時，切換晶閘管，升高電壓；或在電壓電流瞬時值異號時，降低電壓，以減少晶閘管環(huán)流。微處理器的引入，使調壓變壓器可根據(jù)系統(tǒng)電壓的實際情況作故障處理，如微處理器檢測到負荷電流突變，或者其他系統(tǒng)故障，選擇限制晶閘管動作或將其閉鎖。缺點是：雷電沖擊對晶閘管的影響很大，極有可能損壞晶閘管；晶閘管本身的故障可能導致短路，以至更多的晶閘管故障。2.4三類新型有載調壓變壓器的比較見表1。

從表1看出，三類調壓方法各有優(yōu)缺點。我國目前有關新型變壓器有載調壓技術的研究不多，如能借鑒國外的研究成果，根據(jù)各地的實際情況將現(xiàn)有的有載調壓變壓器進行改造，有載調壓變壓器的性能將得到提高。

3結論

綜上分析和比較，得出如下結論：(1)電力電子開關主回路結構的設計，應充分考慮晶閘管的耐壓、可靠觸發(fā)、散熱、保護以及成本等問題，確保有載調壓裝置可靠，成本可接受，以便新型變壓器有載調壓技術的工業(yè)化生產和推廣應用。(2)有載調壓應該根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)進行動態(tài)調節(jié)分接頭，避免故障下調壓。研究表明，有載調壓變壓器在系統(tǒng)出現(xiàn)大擾動時動作，會導致

系統(tǒng)的負荷過重，從而產生負調壓效應，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，如何及時地診斷系統(tǒng)的故障，保證有載調壓分接頭能正確動作和閉鎖，也是當前新型有載調壓變壓器亟待解決的問題。(3)隨著電力電子技術特別是晶閘管技術的發(fā)展，我國廣泛采用的傳統(tǒng)機械式有載調壓技術必將被新型的快速響應的無弧無沖擊的電力電子調壓技術所取代。

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電工高級技師論文

電力變壓器有載調壓技術的新進展

【關鍵詞】有載調壓,電力變壓器,分接開關

【論文摘要】介紹了變壓器有載調壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題，以及變壓器有載調壓技術的新進展，同時對三種典型的調壓技術的動作原理和發(fā)展過程進行了分析和比較，并得出了一些有價值的結論。

在我國，變壓器有載調壓技術廣泛用于配電系統(tǒng)，在發(fā)電廠的升壓變壓器中也有應用。其基本原理是從變壓器某一側的線圈中引出若干分接頭，通過有載分接開關，在不切斷負荷電流的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以變換有效匝數(shù)，達到調節(jié)電壓的目的。傳統(tǒng)的有載調壓變壓器，采用機械式調壓分接開關，存在許多問題，如產生電弧，動作速度慢，維護不便，故障率高等。我國目前普遍采用的機械式調壓分接開關，對改善調壓開關的特性，提高變壓器有載調壓的可靠性具有重要意義。1傳統(tǒng)有載調壓變壓器

傳統(tǒng)變壓器有載調壓裝置采用機械式有載分接開關，其動作原理如圖1所示

(以雙過渡電阻為例)。

圖1中，在選擇好分接頭后，轉換開關從左至右(或從右至左)切換。機械式開關的動作(包括其驅動齒輪)容易導致操作性事故，降低了變壓器的可靠性。機械開關在動作時，會產生一定的電弧，使開關的觸點逐漸燒蝕，在操作一定次數(shù)后，必須更換觸頭，而且電弧的產生會導致變壓器油質下降，造成變壓器繞組的絕緣水平下降，導致匝間短路或相間短路。據(jù)統(tǒng)計，1990年全國110～500kV變壓器事故中，有載調壓分接開關的事故和故障分別占變壓器各種總故障的18%和12.5%，500kV變壓器的57次故障中有載分接開關故障約占25%，事故和故障率高，而且有上升的趨勢。由于機械式開關的動作時間長，一般為5s，因此，傳統(tǒng)有載調壓變壓器只用于穩(wěn)態(tài)的電壓調節(jié)。2新型有載調壓變壓器

針對傳統(tǒng)有載調壓變壓器機械式開關存在的問題，各國研制出多種新型有載調壓裝置。按照其調壓分接頭的組成，新型有載調壓變壓器分為機械式改進型，輔助線圈型和電力電子開關型三類。2.1機械式改進型

機械式改進型有載調壓變壓器是在傳統(tǒng)型的基礎上加一電子開關電路變換而成。其分接開關只需1個過渡電阻和少量的晶閘管，通過電子開關電路和機械開關的配合，限制其操作過程中產生電弧，圖2為其工作原理圖。圖2中，A和B、C和D、E和F均是機械開關的觸頭，圖3為電子開關實現(xiàn)電路。

圖3中，1對反接的晶閘管接在機械開關的兩端，1和4、2和3分別是2對機械開關的觸頭。以AB電流從23支路流過，需要斷開該開關支路為例：當斷開23支路時，觸頭上的電壓觸發(fā)了晶閘管5或6，二極管D2提供門極電流，二級管D1用于防止反向門極電壓，電流立即從14支路流過。由于電流過零時，晶閘管關斷

，持續(xù)的電流不超過05個周期，同時，不會產生電弧。合上開關支路時，由于14支路是先合上的，晶閘管支路分得了一部分電流，23支路上的電弧被限制。這種調壓裝置的優(yōu)點是不需要時間控制回路；晶閘管觸發(fā)靠機械開關的操作完成；晶閘管的額定容量要求不高；晶閘管的失控不會損壞分接頭和變壓器。缺點是速度慢。

2.2輔助線圈型六劍客職教園（最大的免費職教教學資源網(wǎng)站）早在1979年Arrillage就提出這種方法，圖4為其最初的原理圖。

圖4可見，通過控制晶閘管S1的導通角，可疊加一可調電壓到T1上。三相變壓器T1和另一升壓變壓器T2相連，T2的一側與T1的第三繞組通過1對反接的晶閘管開關S1相連。若晶閘管S1的觸發(fā)無延時，即在過零時觸發(fā)，電壓則同相位地加到負荷上；若晶閘管S1的觸發(fā)有延時，短路開關S2用來防止升壓變壓器T2開路。

之后，加拿大的Krishnamurthy在此基礎上進行了改進，增加了輔助電壓，以保證疊加的電壓和原電壓同相位。

與此同時，SiemensAllis公司的Harlow等提出了另一種基于輔助線圈的有載調壓變壓器，以實現(xiàn)無弧操作。它主要包括1個可調0.625%額定電壓的輔助線圈。將該耦合線圈接入，可調壓0.625%，如圖5示。圖6是其具體的實現(xiàn)電路。

正常工作時(如圖6所示)，負荷電流通過S開關和B開關流過。以升高電壓為例，它的動作過程是：(1)A接下觸點，SCR1未導通，因而無電��；(2)導通SCR1，此時有環(huán)流；(3)開斷S，此時SCR2仍保持導通狀態(tài)；(4)開斷SCR2，電流被迫從A、SCR1支路流過；(5)B接下觸點，SCR2未導通，因而無電��；(6)導通SCR2；(7)合開關S，無電弧，因SCR2處于導通狀態(tài)。降壓過程與此類似。整個過程均不產生電弧。

Arrillage及其改進方法的優(yōu)點是操作簡單，全由晶閘管實現(xiàn)；缺點是產生諧波，諧波的含量與晶閘管的觸發(fā)角有關，以副方三次諧波為例，電流可達2.5%，電壓可達4%。

SiemensAllis公司的方法可以實現(xiàn)無弧操作，但過程復雜，可靠性差。由于各開關按無弧標準設計，當SCR的觸發(fā)脈沖發(fā)生故障時，開關將被燒毀。

2.3電力電子開關型

隨著電力電子技術的發(fā)展，晶閘管的容量及性能有了提高，使采用微處理器直接控制晶閘管電力電子開關的切換成為可能，無需利用機械開關輔助。通過選擇適當觸發(fā)時間，盡量減少晶閘管消耗的功率。目前，此技術還處于試驗階段。圖7為其原理框圖。圖7電力電子開關型原理圖

圖7可見，通過測量模塊得到副方的電壓和電流，計算出功角：選擇在電壓電流瞬時值同號時，切換晶

閘管，升高電壓；或在電壓電流瞬時值異號時，降低電壓，以減少晶閘管環(huán)流。微處理器的引入，使調壓變壓器可根據(jù)系統(tǒng)電壓的實際情況作故障處理，如微處理器檢測到負荷電流突變，或者其他系統(tǒng)故障，選擇限制晶閘管動作或將其閉鎖。缺點是：雷電沖擊對晶閘管的影響很大，極有可能損壞晶閘管；晶閘管本身的故障可能導致短路，以至更多的晶閘管故障。2.4三類新型有載調壓變壓器的比較見表1。

從表1看出，三類調壓方法各有優(yōu)缺點。我國目前有關新型變壓器有載調壓技術的研究不多，如能借鑒國外的研究成果，根據(jù)各地的實際情況將現(xiàn)有的有載調壓變壓器進行改造，有載調壓變壓器的性能將得到提高。3結論

綜上分析和比較，得出如下結論：

(1)電力電子開關主回路結構的設計，應充分考慮晶閘管的耐壓、可靠觸發(fā)、散熱、保護以及成本等問題，確保有載調壓裝置可靠，成本可接受，以便新型變壓器有載調壓技術的工業(yè)化生產和推廣應用。

(2)有載調壓應該根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)進行動態(tài)調節(jié)分接頭，避免故障下調壓。研究表明，有載調壓變壓器在系統(tǒng)出現(xiàn)大擾動時動作，會導致系統(tǒng)的負荷過重，從而產生負調壓效應，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，如何及時地診斷系統(tǒng)的故障，保證有載調壓分接頭能正確動作和閉鎖，也是當前新型有載調壓變壓器亟待解決的問題。

(3)隨著電力電子技術特別是晶閘管技術的發(fā)展，我國廣泛采用的傳統(tǒng)機械式有載調壓技術必將被新型的快速響應的無弧無沖擊的電力電子調壓技術所取代。

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