變壓器抽頭裝置及其操作方法
【專利說明】變壓器抽頭裝置及其操作方法
[0001]本發(fā)明大體上涉及變壓器抽頭(tapping)裝置，并且更具體地涉及一體式真空抽頭斷續(xù)器(interrupter)及操作此裝置的方法。
[0002]將理解的是，變壓器用于在期望的電壓、電流和功率下提供電功率。變壓器抽頭或選擇器裝置允許選擇期望數(shù)目的變壓器線圈匝，以便變壓器可具有可變線圈匝比，且因此輸出的電壓調(diào)節(jié)。抽頭裝置可改變變壓器中的線圈匝比來保持輸出電壓穩(wěn)定。傳統(tǒng)上，帶載抽頭變換開關(guān)用于變壓器線圈比選擇，其中絕緣油用于觸點之間的絕緣和冷卻。令人遺憾的是，當(dāng)觸點接通和斷開時，存在固有的電弧，其以觸頭和弧碎片/腐蝕及油自身的熱降解污染絕緣油。在此情形中，最近絕緣油污染的問題已經(jīng)通過使用真空斷續(xù)器解決，其中變壓器抽頭或選擇器裝置的電觸點位于真空室中，以在抽頭或觸頭切換和改變操作期間減少和隔離電弧。
[0003]真空斷續(xù)器的操作是公知的，且在一定程度上取決于順序上的抽頭變換的正確開關(guān)順序，且確保任何電弧產(chǎn)生于真空斷續(xù)器自身中，而非絕緣油中。此構(gòu)造可利用用于各個相位的單個、兩個和多個真空斷續(xù)器來實現(xiàn)，以便使操作期間產(chǎn)生的電弧最小化。然而，當(dāng)真空斷續(xù)器的數(shù)目增加時，裝置的體積增大，且操作裝置的機構(gòu)變得更復(fù)雜，可靠性總體下降。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種用于變壓器的抽頭裝置，該裝置包括多個固定觸點和主軸上的可動旋轉(zhuǎn)觸點，可動旋轉(zhuǎn)觸點通過使用升降機構(gòu)升高、旋轉(zhuǎn)和降低主軸來移動以接合原固定觸點和目標(biāo)固定觸點在主軸上，過渡轉(zhuǎn)子臂與主軸相關(guān)聯(lián)且布置成與可動旋轉(zhuǎn)觸點一起旋轉(zhuǎn)，過渡轉(zhuǎn)子具有過渡轉(zhuǎn)子臂，其具有帶過渡觸點的兩端，過渡觸點成對布置成在抽頭變換期間在轉(zhuǎn)子端旋轉(zhuǎn)時依次接合原固定觸點時，橋接原固定觸點和目標(biāo)觸點，其中成對的過渡觸點中的過渡觸點接合各個固定觸點，且然后僅接合目標(biāo)固定觸點，過渡觸點通過至少一個過渡電阻器連接。
[0005]可動旋轉(zhuǎn)觸點連接到電源的主端子上。
[0006]過渡轉(zhuǎn)子臂和滾子臂為由兩個錐形軸承保持的中空絕緣抽頭軸的部分。主軸插接在中空絕緣抽頭軸中，升高和降低自由，但一起轉(zhuǎn)動。
[0007]該裝置可具有與相應(yīng)的固定觸點相關(guān)聯(lián)的可動旋轉(zhuǎn)觸點。
[0008]過渡轉(zhuǎn)子臂可與主軸一起升高和降低。
[0009]升降機構(gòu)可布置為垂直的。升降機構(gòu)具有偏壓如彈簧加載的元件，且由鎖保持直到釋放，由此彈簧促進固定觸點和旋轉(zhuǎn)觸點的快速分離。
[0010]各個過渡觸點可連接到滾子上，滾子接合相應(yīng)的環(huán)，其中環(huán)電聯(lián)接到過渡電阻器上。環(huán)可圍繞主軸同心。各個過渡觸點可在朝與固定觸點的電接觸的偏壓下。
[0011]傳導(dǎo)棒或線連接在外部聯(lián)接器或主端子與聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)觸點上的滑動套環(huán)觸點裝置之間。接觸導(dǎo)線可為編織線束。接觸導(dǎo)線可為傳導(dǎo)帶或棒。
[0012]主軸可由電機驅(qū)動。電機可為磁阻電動機或步進電機。主軸可通過離合機構(gòu)聯(lián)接到電機上。電機可與離合器軸作用來促動用于確保固定觸點與可動旋轉(zhuǎn)觸點之間的接合的聯(lián)接偏壓。離合器機構(gòu)可通過電磁促動器作用，由此離合器軸的促動通過在螺紋上驅(qū)動?？蛇x存在單獨的轉(zhuǎn)動電機來驅(qū)動可動旋轉(zhuǎn)觸點。
[0013]成對的過渡觸點大致在轉(zhuǎn)子端上與彼此成90° (或60°、45°、30° )角。相對的過渡觸點電連接，與其他過渡觸點電絕緣。相鄰位置中的過渡觸點在轉(zhuǎn)子端中與彼此電絕緣。轉(zhuǎn)子端可布置成在轉(zhuǎn)子軸上旋轉(zhuǎn)?？纱嬖谒膫€(或六個、八個、十二個)過渡觸點。過渡觸點可相應(yīng)地定形成在轉(zhuǎn)子端從原固定觸點旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)固定觸點時接合固定觸點的部分。
[0014]過渡電阻器可包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個電阻器，以提供組合的電阻。多個電阻器可選地切換成組合以改變使用中的組合電阻。
[0015]具有過渡觸點的過渡電阻器提供在可動旋轉(zhuǎn)觸點未與固定觸點接合時用于電負(fù)載的旁通電路。旁通電路可具有電負(fù)載的指示器。指示器可為簡單的燈，其指示出高于閾值的電流。指示器可為提供電負(fù)載的指示的計量計。
[0016]另外，根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了操作如上文和下文所述的抽頭裝置的方法。
[0017]此外，根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種關(guān)于變壓器的抽頭的方法，由此原固定觸點與可動旋轉(zhuǎn)觸點之間的電連接通過主軸線上的可動旋轉(zhuǎn)觸點的升高來斷開，且此升高還使過渡轉(zhuǎn)子臂與一端處的過渡轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)移，使得成對的過渡觸點在過渡轉(zhuǎn)子上旋轉(zhuǎn)，其中可動旋轉(zhuǎn)觸點旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)固定觸點，由此成對的過渡觸點構(gòu)造成以便一個過渡觸點在旋轉(zhuǎn)開始時與原固定觸點接觸，且然后成對的過渡觸點橋接原固定觸點和目標(biāo)固定觸點，其中相應(yīng)的過渡觸點接合各個固定觸點，且然后通過進一步旋轉(zhuǎn)，僅目標(biāo)固定觸點由過渡觸點接合，因此可動旋轉(zhuǎn)觸點位于目標(biāo)固定觸點上方，且旋轉(zhuǎn)觸點被迫與目標(biāo)固定觸點接合，提供了過渡觸點之間的過渡電阻，以在固定觸點和可動觸點未與彼此傳導(dǎo)接合時取得電負(fù)載。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的附加方面，提供了一種用于變壓器的抽頭裝置，該裝置包括多個固定觸點和主軸上的可動旋轉(zhuǎn)觸點，且可動旋轉(zhuǎn)觸點由連桿聯(lián)接器來電連接，主聯(lián)接器電連接到連桿聯(lián)接器上，且連桿聯(lián)接器延伸到套環(huán)來與滑環(huán)電接觸，套環(huán)和滑環(huán)圍繞主軸同心，且布置成在使用中滑過彼此，滑環(huán)與可動旋轉(zhuǎn)觸點電接觸。
[0019]連桿接觸可為編織的傳導(dǎo)線帶?；h(huán)可具有通道或軌道以確保套環(huán)的位置和/或確保電連接。套環(huán)和滑環(huán)可具有它們之間的中間連接器以便于電連接。中間連接器可為滾子軸承或滾珠軸承，或傳導(dǎo)帶。中間連接器可在滑環(huán)與套環(huán)之間壓縮。
[0020]現(xiàn)在將通過舉例參照附圖來描述本發(fā)明的方面的實施例，在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的方面的抽頭裝置的抽頭變換的圖示；
圖2為現(xiàn)有抽頭裝置中的分別成功和不成功的固定和可動旋轉(zhuǎn)觸點分離的圖示；
圖3為就在抽頭或變換過程之前的抽頭裝置的局部斷面截面圖；
圖4為在抽頭或變換過程開始時的抽頭裝置的局部斷面截面圖；
圖5為在抽頭或變換過程中固定和可動旋轉(zhuǎn)觸點的斷開階段的抽頭裝置的局部斷面截面圖；
圖6為在可動旋轉(zhuǎn)觸點開始從原固定觸點位置移動至目標(biāo)固定觸點位置階段的抽頭裝置的局部斷面截面圖；
圖7為在可動旋轉(zhuǎn)觸點停止移動到達目標(biāo)固定觸點位置階段的抽頭裝置的局部斷面截面圖；
圖8為在固定觸點準(zhǔn)備與可動旋轉(zhuǎn)觸點進行接合階段的抽頭裝置的局部斷面截面； 圖9為在實現(xiàn)抽頭過程時固定觸點到可動旋轉(zhuǎn)觸點接合階段的抽頭裝置的局部斷面截面圖；
圖10為根據(jù)本發(fā)明的方面的抽頭或變換過程期間過渡觸點與原固定觸點和可動旋轉(zhuǎn)觸點接合的三個階段ABC的簡圖；
圖11為根據(jù)本發(fā)明的方面的過渡轉(zhuǎn)子、過渡觸點和滾子觸點的簡圖；
圖12為根據(jù)本發(fā)明的方面的抽頭裝置的其他細(xì)節(jié)的局部斷面透視截面圖；
圖13為圖12中所示的抽頭裝置的前部截面圖；
圖14為如圖12和圖13中所示的抽頭裝置的平面截面圖；
圖15為根據(jù)本發(fā)明的方面的抽頭變換階段a)到e)的簡圖；
圖16為根據(jù)本發(fā)明的方面的用于過渡轉(zhuǎn)子的理論轉(zhuǎn)動過程的圖示；
圖17提供了示出與現(xiàn)有混合彈簧/電磁促動器相比較的根據(jù)本發(fā)明的方面的斷續(xù)器的操作的圖表；
圖18為根據(jù)本發(fā)明的方面的斷續(xù)器聯(lián)接器的示意性側(cè)面截面圖；
圖19為示出根據(jù)本發(fā)明的方面的斷續(xù)器聯(lián)接器的操作階段的一系列簡圖a)到e);
圖20為根據(jù)本發(fā)明的方面的一個實施例的斷續(xù)器聯(lián)接器組件的一系列截面圖a)到e);以及
圖21為如圖4中所示的斷續(xù)器聯(lián)接器組件的前部透視圖。
[0021]在單個真空室中組合帶載抽頭變換開關(guān)和斷續(xù)器的變壓器抽頭裝置將至少在尺寸和減小操作復(fù)雜性和可能還改善可靠性方面提供了顯著的優(yōu)點。電間隙可通過使用真空來減小，且除去絕緣油還將消除故障或誤操作的該潛力。所有部分和構(gòu)件位于且密封在單個室內(nèi)，該室通常包括上蓋、中間陶瓷管和端子陶瓷底座。如下文限定的內(nèi)部構(gòu)件以層狀疊層布置在該裝置內(nèi)，該裝置具有驅(qū)動電機、聯(lián)接殼體中的頂部處的離合器、圓形旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、連同過渡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)觸點和固定觸點的層，以及然后是底部處的抽頭端子層。主觸點聯(lián)接器或連接器在下文所述的主實施例中圍繞和包圍裝置的主軸，其具有建立在它們之間的適合的電聯(lián)接。
[0022]傳動和機械聯(lián)接器為驅(qū)動和操作抽頭裝置同時保持真空的機構(gòu)，該機構(gòu)具有控制旋轉(zhuǎn)度數(shù)和變換器件的方向來改變抽頭變換操作的方向的典型手段。
[0023]密封允許驅(qū)動器和圓形移動機構(gòu)的運動，同時保持緊密真空。
[0024]由控制器控制的驅(qū)動電機自身提供具有控制方向的典型手段的期望的連續(xù)圓形移動。
[0025]旋轉(zhuǎn)觸點和固定觸點在抽頭裝置的芯處。旋轉(zhuǎn)觸點與固定觸點連接到圍繞軸的殼體壁中的主端子上，以便實現(xiàn)期望的抽頭操作。過渡電阻器用于轉(zhuǎn)移電流，以便在抽頭變換操作期間保持帶載功率?？赡艿氖牵^渡電阻器或更多普通過渡電阻器可利用循環(huán)移動來附接到一個或多個轉(zhuǎn)子臂上，但通過使用如下文所述的滾子環(huán)連接器，過渡電阻器可固定在裝置的殼體或壁中。
[0026]主端子和抽頭端子一般模制為端子陶瓷底座的一部分。抽頭端子直接地連接到抽頭觸點上。一般存在沿圓弧的6到22 (或更多)個抽頭端子，其中外部節(jié)距配置成滿足空隙要求。
[0027]在繪出的實施例中，主端子在圍繞主軸的殼體的壁中。此裝置還允許減小抽頭裝置尺寸，以便該裝置可達到具有保持在真空的較小體積的現(xiàn)有裝置的體積的九分之一。還將理解的是，主端子和相關(guān)聯(lián)的聯(lián)接器連接可更容易地提供電流的各個傳送相位，其中主端子提供在抽頭裝置的殼體的壁中。
[0028]抽頭裝置和操作方法的關(guān)鍵在于旋轉(zhuǎn)觸點的變換和切換路徑的速度。具有過渡電阻器的旁通電路設(shè)有對于整個抽頭操作的一般至少40ms的過渡時間。然而，在變換或抽頭操作中，熱將生成，其可導(dǎo)致抽頭裝置的故障和退化。高于裝置的正常操作水平的熱將在切換期間的一定數(shù)目的步驟期間生成，但最顯著的最壞情形是在旋轉(zhuǎn)觸點斷開電路時。這歸因于存在的固定觸點與旋轉(zhuǎn)觸點斷開時刻起生成的電弧，直到可動旋轉(zhuǎn)觸點足夠遠(yuǎn)離將熄滅的電弧。一般旋轉(zhuǎn)觸點與主端子和固定觸點連接，固定觸點具有抽頭變壓器線圈。為了減少問題，觸點斷開過程的持續(xù)時間應(yīng)當(dāng)盡可能短，但為電功率的相位周期的至少一半，以避免斷開過程期間觸點之間的電弧再點燃。一般而言，在一個或多個過渡電阻器中生成的熱相比于通過電荷弧生成的熱是最小的。
[0029]圖1提供了在抽頭裝置中變換的時間周期的圖解示圖，其中觸點在第一周期I穿過第一過渡電阻器Ra，然后在第二周期2穿過具有帶載過渡電阻器RA+RB的旁通電路，且然后觸點在第三周期3穿過第二過渡電阻器Rb。周期I 一般大于12ms (通常是20ms)，其中旁通電路2中的周期2比周期I更長，而周期3比周期2更長。周期I在放電弧方面很關(guān)鍵，所以通過加載偏壓使得盡可能突然(abrupt)。如下文