專利名稱：配電變壓器電子式有載自動寬范圍調(diào)壓裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種變壓器有載自動調(diào)壓裝置，特別是一種電力系統(tǒng)中配電變壓器的有 載自動調(diào)壓裝置。
技術(shù)背景為了保證供電電壓質(zhì)量、提高供電可靠性、降低電網(wǎng)損耗，多少年來，人們一直在延用 著變壓器機械式有載調(diào)壓裝置。但是，機械式有載調(diào)壓裝置因其價格昂貴、體積龐大、運行 維護量大等的因素，致使大多的小容量變壓器望而卻步，尤其是在為數(shù)眾多的10KV配電變壓 器上的有載調(diào)壓率幾乎是零，也可以說低壓配電變壓器在有載調(diào)壓方面至今還是個空白。隨 著社會經(jīng)濟的發(fā)展，面對快速增長的配電變壓器容量和人們對電壓質(zhì)量、供電可靠性的渴求 以及配網(wǎng)系統(tǒng)自動化技術(shù)的日益完善，推出新穎的體積小、價格低、使用和維護方便、適應 范圍廣的低能耗、高效率變壓器有載自動調(diào)壓裝置已是迫在眉睫。目前，本領域內(nèi)的有識之士們正在用自己的智慧和勞動不斷地探索著變壓器有載調(diào)壓的 新方法。例如公開號為CN1725618A的實用新型申請公示了一種名稱為"無觸點有載自動調(diào) 壓配電變壓器"的技術(shù)方案，就是采用固態(tài)繼電器去取代普通變壓器的無載調(diào)壓開關，實現(xiàn) 變壓器無觸點有載自動調(diào)壓目的的。這套裝置的特點 一是創(chuàng)意新即利用了新的電力電子 元件作為主控開關和單片機控制技術(shù)構(gòu)成一套變壓器有載自動調(diào)壓系統(tǒng)。二是結(jié)構(gòu)簡單即 直接利用原普通變壓器的三個調(diào)壓抽頭接線，且把有載自動調(diào)壓系統(tǒng)與變壓器一體化安裝。 不過，它要作為一臺可接入電力網(wǎng)進行安全、經(jīng)濟、可靠地運行的"無觸點有載自動調(diào)壓配 電變壓器"的話，至少還存在有以下幾個主要問題1、 電壓波動率超標普通變壓器的三個無載調(diào)壓抽頭的調(diào)壓指標為士5。/。UN，而我國對 10KV電力網(wǎng)的電壓波動率規(guī)定為^2.5。/。 UN，所以，這種直接趁用士5。/。UN的調(diào)壓抽頭用于有 載調(diào)壓，是不能達到電壓波動率規(guī)定為S 2. 5% UN指標要求的。2、 共星點的調(diào)壓接線方式，致使額定電壓只有幾百伏的固態(tài)繼電器的耐壓問題無法在 高壓繞組中得到有效解決，使得調(diào)壓范圍受到限制；加上采用傳統(tǒng)的過渡限流電阻的方法來 降低換檔時繞組間的短路環(huán)流，這不僅增加了變壓器的功率損耗，也使調(diào)壓范圍超過三檔級 以上時的N—1組的限流電阻及SSR的數(shù)量、體積和成本急劇增加，在有限的安裝空間里更是 難以安置。因此，這些不利因素都是不能滿足增加變壓器調(diào)壓檔級的實用要求的。3、 安全問題控制系統(tǒng)元件公用一塊電路板，沒能將處于高、低壓區(qū)的開關或控制 元、器件進行有效的分離，并且，共用一個直流電源(取自變壓器低壓側(cè))。這樣，當電網(wǎng) 過電壓或是變壓器逐相送電時，置于高壓繞組中的開關元件及控制引線若被高電壓擊穿時， 將導致10KV高壓竄入400V側(cè)的事故(雖然SSR內(nèi)部有光電隔離，但耐壓卻很有限)，直接危 及低壓側(cè)設備、用電器和用電者的安全。4、 保護功能不完善配電變壓器的運行環(huán)境較差，在實際的電網(wǎng)運行中，外部故障率 是很高的，如缺相、過電流、短路及過壓、欠壓接地等故障中的任一故障出現(xiàn)時，都會危及裝置的正常工作，甚至損壞設備，造成大面積停電事故，而這些必要的保護措施在其文件 中未見介紹。5、 采用給控制器配置蓄電池、加操作開關的辦法來防止變壓器上電時高壓繞組懸空高 壓擊穿SSR開關，是不可靠、不安全的。我們知道，配電變壓器的安裝和運行環(huán)境較差，一 般情況下很少有人留守值班，特別是為數(shù)眾多的農(nóng)電配變臺區(qū)，農(nóng)電工因忙于其它工作或因 事外出有時長達多天不到配電室去，若遇電網(wǎng)長時間停電后突然來電時，如果忘記或未能及 時操作開關怎么辦？舊蓄電池放電時間會更短的。再者，蓄電池安裝在絕緣油中， 一旦密封 出現(xiàn)問題，其大量的電解物也將對絕緣油造成污染，嚴重時還會導致事故的發(fā)生。總之，以上幾個主要問題若不能得到有效解決，那么，這套技術(shù)方案不管是一臺新型的 變壓器或是作為一套有載自動調(diào)壓裝置，顯然都是不實用的。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種配電變壓器電子式有載自動寬范圍調(diào)壓裝置，要解決變壓 器自動全天候檢測電壓與適時進行有載自動調(diào)壓的技術(shù)問題；并解決上述裝置實現(xiàn)體積小 巧、結(jié)構(gòu)簡單、動作敏捷、換檔無沖擊、無環(huán)流、無諧波、損耗低、安全性好、可靠性高、 價格低、壽命長、免操作、免維護的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案所述的一種配電變壓器電子式有載自動寬范圍調(diào)壓裝置，包括變壓器油箱13、油箱內(nèi)的 變壓器鐵心5和變壓器三相繞組6，變壓器三相繞組的高壓端和低壓端分別與變壓器油箱上面 的高壓側(cè)絕緣子1和低壓側(cè)絕緣子2連接，變壓器三相繞組6的調(diào)壓檔級分接抽頭與主控開關 及控制系統(tǒng)連接，其特征在于主控開關是由 一個單相交流固態(tài)繼電器SSR與一個單相磁保護繼電器TCK并聯(lián)而成的雙繼 電器主控開關7，變壓器三相繞組6的調(diào)壓檔級分接抽頭分別與各自的主控開關一端連接，主 控開關的另一端點與高壓側(cè)繞組的星點連接，或與調(diào)壓同檔級各相主控開關的星點相互連接。單相交流固態(tài)繼電器SSR的控制極與處于高壓區(qū)控制回路中的三相SSR控制回路連接，三 相SSR控制回路連接控制系統(tǒng)中的三相準調(diào)壓指令發(fā)生器單元。單相磁保護繼電器TCK的控制極與處于高壓區(qū)控制回路中的三相TCK控制回路連接。上述控制系統(tǒng)中單片機CPU的信號輸入端輸入取自變壓器低壓側(cè)電壓采樣比較回路和電 流采集、保護檢測輸入回路的電壓、電流變化信號；控制系統(tǒng)中單片機CPU的信號輸出端進 光電隔離器到綜合指令變換器、經(jīng)變換的電指令信號分為兩路 一路是預調(diào)指令信號直接到 三相TCK控制回路去執(zhí)行預調(diào)任務，另一路是準指令信號進入基準指令發(fā)生器單元，經(jīng)整合 后的基準指令再進入三相準指令發(fā)生器，最后通過三相SSR控制回路去執(zhí)行調(diào)壓任務。控制系統(tǒng)由低壓區(qū)控制回路和高壓區(qū)控制回路組成，高、低壓區(qū)之間的信息傳遞由光電 隔離器完成。在控制系統(tǒng)的低壓區(qū)控制回路處于高電位時，三相SS財丸行回路和三相TCK執(zhí)行回路導 通，去接通相應的高壓繞組分接抽頭。在控制系統(tǒng)的低壓區(qū)控制回路處于低電位時，三相SS財丸行回路和三相TCK執(zhí)行回路截 止，去關閉相應的高壓繞組分接抽頭。當電壓偏離基準電壓值時，低壓區(qū)控制回路的單片機CPU先發(fā)出預調(diào)指令，使運行狀態(tài) 的單向磁保護繼電器TCK立即斷開；單片機CPU緊接著發(fā)出準調(diào)壓指令，使處于原運行檔位的 A相中的單相交流固態(tài)繼電器SSR斷開，同時新?lián)Q檔位的單相交流固態(tài)繼電器SSR導通，緊接 著新?lián)Q檔位的單向磁保護繼電器TCK導通，原運行檔位退出待命，新?lián)Q檔位加入運行；同檔 級的B相和C相的調(diào)檔執(zhí)行動作與A相依次滯后120。，完成了一次有載自動調(diào)壓。上述單向磁保護繼電器TCK與一個可變電阻RP串聯(lián)。上述低壓區(qū)控制回路包括取自變壓器低壓側(cè)的電源、電壓采樣比較回路、電流采集與保 護檢測輸入回路、CPU指令生成及保護閉鎖單元、準指令輸出單元和預調(diào)指令輸出單元。上述高壓區(qū)控制回路包括取自變壓器鐵芯自繞制繞組的電源、監(jiān)壓、監(jiān)流保護回路、三 相TCK控制、執(zhí)行回路、綜合指令交換器、基準指令發(fā)生器、三相準指令發(fā)生器、看門樁控 制執(zhí)行單元和三相SSR控制、執(zhí)行回路。上述控制系統(tǒng)中的單片機CPU是一個用于測量、判斷、指令生成(預調(diào)指令和調(diào)壓準指 令)及光電指令輸出，繼而實現(xiàn)有載自動調(diào)壓的功能的AVR高速嵌入式單片機。上述三相SS財丸行回路和三相TCK執(zhí)行回路的電路板IO、低壓區(qū)控制回路的電路板ll、高 壓區(qū)控制回路的電路板9和光電隔離器12全部安裝在配電變壓器油箱13內(nèi)的變壓器鐵心和變壓器三相繞組周圍的有效空間內(nèi)，或底座槽鋼的凹陷空間內(nèi)。上述三相SS財丸行回路和三相TCK執(zhí)行回路的電路板10置于變壓器三相繞組之間間隙的絕 緣板3上。上述絕緣板3上均安裝一塊公用的金屬散熱板15，單相交流固態(tài)繼電器SSR的接線端子 14安裝在金屬散熱板15上?？撮T樁開關SSRK是常閉型固態(tài)繼電器，這種固態(tài)繼電器與常規(guī)的SSR開關的通、斷特性 是相反的，就是在它的控制極上加上控制電壓時，開關是截止狀態(tài)，而當沒有控制電壓時， 開關反而是導通的。由于變壓器的調(diào)壓檔級均選用奇數(shù)級(即3級、5級、7級、9級等)， 所以，看門樁開關(常閉型SSRK)的兩個端點總是與變壓器高壓繞組的中位調(diào)壓檔分接抽頭 上的單相交流固態(tài)繼電器SSR相并聯(lián)?？撮T樁的執(zhí)行受控于看門樁控制回路，它的上一級與 三相準指令發(fā)生器相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型具有以下特點和有益效果1、 本實用新型通過改變變壓器高壓側(cè)繞組分接抽頭的方法，從而使變比發(fā)生變化，達 到在有載狀態(tài)下自動地把變壓器低壓側(cè)電壓維持在一個合理數(shù)值水平的目標(即 U1/U2=W1/W2=K )。本實用新型根據(jù)等電位的原理，選用單相交流固態(tài)繼電器SSR和單向磁保護繼電器TCK組 成主控開關，采用本實用新型的"定星點調(diào)壓接線方案"(圖l)或"動星點調(diào)壓接線方 案"(圖2)兩種接線方式，實現(xiàn)變壓器無換檔環(huán)流調(diào)壓和節(jié)能運行，可使低壓電子開關元 件接入10KV高壓繞組內(nèi)的任一調(diào)壓檔級抽頭的調(diào)壓場合，達到寬范圍的有載節(jié)能調(diào)壓功能。 再配以AVR高速嵌入式單片機的測量、判斷、控制電路和光電收、發(fā)，基準指令整合及執(zhí)行 回路，實現(xiàn)有載自動調(diào)壓的功能。主控開關中的單相交流固態(tài)繼電器SSR(Solid state releys)是一種無觸點通斷電子開 關，為四端有源器件。其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為常開受控端，中間采用光電隔 離，作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號，輸出端就能從關斷狀 態(tài)轉(zhuǎn)變成導通狀態(tài)(無信號時呈阻斷狀態(tài))，從而控制較大負載。整個器件無可動部件及觸 點，可實現(xiàn)相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。由于固態(tài)繼電器是由固體元件組成 的無觸點開關元件，所以與電磁繼電器相比具有工作可靠、壽命長，對外界干擾小，能與邏輯 電路兼容、抗干擾能力強、開關速度快和使用方便等一系列優(yōu)點。2、 通過對眾多的現(xiàn)役10KV配電變壓器的現(xiàn)場改造，將達到改善當前低壓配網(wǎng)的電壓合 格率低下調(diào)壓難、頻繁停電調(diào)壓造成供電可靠性差、電壓不穩(wěn)無功補償難投入導致線損高的被動局面。3、 本實用新型的問世可為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能的完善提供新的技術(shù)支持。4、 本實用新型可為特種變壓器的寬范圍調(diào)壓方法和高電壓、大容量變壓器的創(chuàng)新拓寬 新路徑。5、 寬范圍調(diào)壓由于電子開關工作時是靜止不動的，加上它的額定電壓較低，為了回 避高壓，致使裝在高壓繞組上固態(tài)繼電器(SSR)只能接在星點附近的調(diào)壓抽頭上，造成了 電子開關調(diào)壓范圍小的尷尬局面。本實用新型采用創(chuàng)新出的"動結(jié)點調(diào)壓接線方案"，解 決了這一難題，使不管多高檔級上的SSR開關的受壓值均勻分布。所以，本實用新型既可直 接對現(xiàn)役變壓器進行現(xiàn)場改造；也可增加高壓繞組調(diào)壓抽頭，擴充調(diào)壓檔級數(shù)量，降低變壓 器的調(diào)壓波動率、拓寬調(diào)壓范圍，圖2中的省略號代表省略的多檔級。它既可適用于配電變 壓器的有載自動調(diào)壓，也適用特種變壓器的有載自動調(diào)壓場合。6、 無環(huán)流調(diào)壓在已有的有載調(diào)壓技術(shù)中，換檔調(diào)壓瞬間的兩繞組之間的環(huán)路短路電 流，是無法回避的大難題，傳統(tǒng)的做法就是在新?lián)Q檔位的繞組抽頭端口處，接入限流電阻器(或限流電抗器)，用以保證負載電流的連續(xù)性和限制調(diào)壓瞬間的換檔環(huán)流值。這一做法 實屬無奈之舉，這里且不論其調(diào)壓環(huán)流所帶來的沖擊和損耗危害，僅只是接入體積龐大的限 流電阻器，也足以使電子式有載調(diào)壓裝置的元件數(shù)量、體積及成本急劇增加，使其調(diào)壓范圍 受到限制。本實用新型徹底解決了這一難題，根據(jù)固態(tài)繼電器的特性，利用單片機控制技 術(shù)，實現(xiàn)了精密、準確的換檔調(diào)控，它能在接受調(diào)壓指令瞬間，根據(jù)負荷的變化情況，自動 地確定最佳翻轉(zhuǎn)時間，成功地遏制了換檔環(huán)流的產(chǎn)生，消除了換檔環(huán)流損耗，保證了換檔時 的輕松、平滑過渡和正弦波形的完整性，這也是本實用新型與傳統(tǒng)的機械式有載調(diào)壓裝置及 已有技術(shù)所截然不同的分界點。同時，它也為電子有載調(diào)壓裝置的多檔級、寬范圍調(diào)壓技術(shù) 鋪平了道路。所以，本實用新型中不使用換檔過渡限流電阻器。本實用新型的"無環(huán)流調(diào)壓 "將使變壓器有載調(diào)壓裝置甩掉調(diào)壓短路環(huán)流損耗和限流電阻的困擾，使變壓器真正實現(xiàn)有 載調(diào)壓。7、 節(jié)能功能為了降低本實用新型的能耗，本實用新型解決了主控開關元件單相交流 固態(tài)繼電器SSR導通時PN結(jié)上的固有壓降(S2V)問題，使用在調(diào)壓開關回路中加入一個單 向磁保護繼電器TCK (圖3)，達到了兩個開關合理分工、取長避短的要求，把為數(shù)眾多的相 對功耗率高的中、小型變壓器調(diào)壓回路的功耗降到了原功耗的三分之一以下的水平。8、 運行的安全性為了確保高、低壓之間的絕緣水平，特把本實用新型的控制系統(tǒng)分 為兩個部分(圖11-12) ， g卩低壓控制部分和高壓控制部分。低壓控制部分的電源與測量電壓源均采自400V側(cè)，主要供單片機進行取樣、測量、判斷、發(fā)出調(diào)壓指令及保護回路用 電；高壓部分的電源是在變壓器的空閑鐵心處加絕緣后繞制獲得，該部分主要是負責調(diào)壓指 令的接受、整理和執(zhí)行。兩部分電路之間的信息傳遞、接收由裝在密封管排內(nèi)的光電元件完 成。這樣，就把接入高壓繞組內(nèi)的開關元件及其控制回路引線與其它低壓區(qū)控制電路拉開了 足夠的絕緣距離(S 13CM)，既保證了控制回路的完整性、協(xié)調(diào)性，又從根本上預防了變壓 器上的高電壓竄入低壓側(cè)危及低壓設備和人身安全的事故發(fā)生。9、 本實用新型的保護功能分為兩類:一類是本實用新型的內(nèi)部電路異常時的保護功能， 另一類是電網(wǎng)異常時的外部保護功能。內(nèi)部保護功能主要有指令中斷保護、執(zhí)行元件拒動 保護、電源異常保護和裝于油箱上層的開關元件的溫度保護；外部異常保護主要有；電源缺 相、接地、高壓側(cè)過電流、低壓側(cè)短路和電網(wǎng)過電壓、欠電壓及電網(wǎng)停、送電保護。10、 本實用新型無需更改變壓器的幾何尺寸和外部形狀為了降低成本，節(jié)省安裝、改 造時間、壓縮高壓引線長度、合理利用空間，在確保安全的前提下，全部元、器件都就近安 裝在變壓器油箱內(nèi)下半部的有效空間里(圖5-7)。因為本實用新型的元、器件全部安裝在油箱內(nèi)的鐵心和繞組周圍，在電氣設計中，充分 考慮和制定了嚴密的安全保障措施，從絕緣要求、電磁影響、溫度影響到元件篩選、老化以 及安裝工藝、電氣試驗項目等方面都參照有關《規(guī)程》提出了較高的要求，以保障裝置在任 何環(huán)境下都能與變壓器一體，去應對和抵御各種惡劣環(huán)境及電網(wǎng)故障的襲擊，確保電網(wǎng)、設 備及用電者的安全。11、 本實用新型中不使用蓄電池供電因為本實用新型的元件全部安裝在變壓器油箱內(nèi) 部。為了防止蓄電池內(nèi)部電解物對絕緣油的污染，避免維護的麻煩、為節(jié)省箱體內(nèi)的有效空 間和適應電網(wǎng)的各種不可預見事件，所以，在本實用新型中不允許使用蓄電池。12、 可靠、方便的"看門樁"所謂"看門樁"，是本實用新型的特定叫法。當變壓器 送電時，各調(diào)壓開關都還處于斷開狀態(tài)，此時，高壓繞組與星點不能形成回路，調(diào)壓開關的兩端 點間將會被繞組上的懸空高壓擊穿。所以，為防止高壓擊穿開關元件，特選用常閉型固態(tài)繼電 器SSRK設置了 "看門樁"電路。常閉型固態(tài)繼電器與常規(guī)的SSR開關的通、斷特性是相反 的，就是在它的控制極上加上控制電壓時，開關是截止狀態(tài)，而當沒有控制電壓時，開關反 而是導通的。由于變壓器的調(diào)壓檔級均選用奇數(shù)級(即3級、5級、7級、9級等)，所以， 看門樁開關(常閉型SSR)的兩個端點總是與變壓器高壓繞組的中位調(diào)壓檔分接抽頭上的單 相交流固態(tài)繼電器調(diào)壓開關相并聯(lián)。這樣，當變壓器電源側(cè)停電時，它會迅速地、自動地在 規(guī)定檔位(中間檔)抽頭處接通繞組與星點的連接，當在調(diào)壓功能啟動后、中位調(diào)壓檔的ss對妾通的同時，它又將自動地退出程序，等待下次停電后的再啟動。它不需要任何的人工操作和配用專門電源，可隨時應對變壓器的停、送電。13、 利用原分接開關位置增設了新的功能操作功能設置I "試驗/手動運行"位 置；II "控制雙備份"或"空擋"位置；III "自動調(diào)壓"位置，新型號及特種變壓器除 外。此操作功能是本實用新型中的唯一的人工操作項目，平時不用。它的主要用途是當對 具有有載自動調(diào)壓功能的變壓器進行電氣試驗時，它可為各種試驗，包括特性試驗和絕緣試 驗項目提供可靠的繞組通路；同樣，也可為暫時不能或不需有載自動調(diào)壓功能的變壓器仍能 繼續(xù)運行打開綠色通道。14、 選用AVR高速嵌入式單片機(Atmega8535L)主控制板(見圖15)， 具有響應速度 快、精度高、抗干擾能力強、可靠性高、功耗小、價格低等優(yōu)點，且有雙重的"看門狗"功 能，能嚴防程序走失。本實用新型還具有體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、動作敏捷、可靠性高、價格低、壽命長、免操 作、免維護、可全天候檢測電壓與適時進行有載自動調(diào)壓的優(yōu)點。本實用新型在掛入電網(wǎng)的 試運行實踐中獲得了較滿意的效果。本實用新型既可以實現(xiàn)對現(xiàn)役配電變壓器的有載自動調(diào)壓改造，同時也可以適用于新型 號有載自動調(diào)壓配電變壓器。本實用新型在未來的新型配電變壓器中得到應用后，可促使更 先進、更節(jié)能、更方便的新型變壓器問世。本實用新型與傳統(tǒng)的無載調(diào)壓配電變壓器有效結(jié) 合后，將產(chǎn)生出一種具有有載自動調(diào)壓功能的新型變壓器；用本實用新型對眾多的現(xiàn)役配電 變壓器進行現(xiàn)場改造后，可使普通的無載調(diào)壓配電變壓器具備有載自動調(diào)壓的功能。本實用 新型也同樣適用于10KV及以下電網(wǎng)的特種變壓器的有載自動調(diào)壓場合。


以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明圖l是本實用新型實施例一定星點接線調(diào)壓主接線方案的原理圖。圖2是本實用新型實施例二動星點接線調(diào)壓主接線方案的原理圖。圖3是雙繼電器主控開關的組成結(jié)構(gòu)原理圖。圖4是雙繼電器主控開關的接線原理圖。圖5是本實用新型高壓側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實用新型低壓側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是雙繼電器主控開關的壓降曲線圖。圖9是雙繼電器主控開關分立運行功耗曲線圖。圖IO是雙繼電器主控開關合并后的運行功耗曲線圖。圖ll是低壓區(qū)控制回路框圖。圖12是高壓區(qū)控制回路框圖。圖13是控制板電源部分電路原理圖。圖14是控制板采樣部分電路原理圖。圖15是CPU最小系統(tǒng)及控制驅(qū)動電路原理圖。圖16是單相交流固態(tài)繼電器與支撐絕緣板的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖17是圖16的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是圖17的側(cè)視圖。附圖標記l一高壓側(cè)絕緣子、2 —低壓側(cè)絕緣子、3 —絕緣板、4一變壓器高壓側(cè)繞組 三相線、5 —變壓器鐵芯、6 —變壓器三相繞組、7 —雙繼電器主控開關、8 —分接開關、9一 高壓區(qū)控制回路的電路板、IO —三相SS財丸行回路和三相TCK執(zhí)行回路的電路板、11-低壓區(qū) 控制回路的電路板、12-光電隔離器、13-變壓器油箱、14-接線端子、15-金屬散熱板。SSR—單相交流固態(tài)繼電器、TCK—單向磁保護繼電器、RP —可變電阻、SSR1 — —檔單相 交流固態(tài)繼電器、SSR2 — 二檔單相交流固態(tài)繼電器、SSR3 —三檔單相交流固態(tài)繼電器、 SSR3 —四檔單相交流固態(tài)繼電器、SSR3 —五檔單相交流固態(tài)繼電器、SSRK—常閉型固態(tài)繼 電器(也稱看門樁開關)、TCK1一一檔單相磁保護繼電器、TCK2 —二檔單相磁保護繼電 器、TCK3 —三檔單相磁保護繼電器TCK3 —四檔單相磁保護繼電器、TCK3 —五檔單相磁保護繼 電器。
具體實施方式
參見圖l-4所示，這種配電變壓器電子式有載自動寬范圍調(diào)壓裝置，包括變壓器油箱( 13)、油箱內(nèi)的變壓器鐵心(5)和變壓器三相繞組(6)，變壓器三相繞組的輸入端和輸出 端分別與變壓器油箱上面的高壓側(cè)絕緣子(1)和低壓側(cè)絕緣子(2)連接，變壓器三相繞組 (6)的抽頭與主控開關及控制系統(tǒng)連接。參見圖3，主控開關是由一個單相交流固態(tài)繼電器 (SSR)和一個單相磁保護繼電器(TCK)并聯(lián)而成的雙繼電器主控開關(7)，其一端分別 接入變壓器高壓側(cè)繞組三相線(4)的任一調(diào)壓檔級分接抽頭。實施例一的定星點三檔調(diào)壓接線方案參見圖l，各雙繼電器主控開關(SSR和TCK并聯(lián)) 與變壓器高壓側(cè)繞組相應檔級上的分接抽頭(7)連接，另一端作為星點并聯(lián)在一起。變壓 器的調(diào)壓檔級為三級或選用其它奇數(shù)檔級，在變壓器高壓繞組的中位調(diào)壓檔(即二檔)的三個分接抽頭上與三個二檔單相交流固態(tài)繼電器(SSR2)分別并聯(lián)一個常閉型固態(tài)繼電器( SSRK)作為看門樁開關，組成看門樁控制單元，看門樁控制單元的執(zhí)行受控于看門樁控制回 路，它的上一級與三相準指令發(fā)生器相連接，其它調(diào)壓檔級分接抽頭連接的單相交流固態(tài)繼 電器為常規(guī)的常開型。三檔以上調(diào)壓接線方案參照實施例一設計。實施例二的動星點五檔調(diào)壓接線方案參見圖2，變壓器高壓側(cè)繞組三相線(4)的相同調(diào) 壓檔級抽頭上的五個雙繼電器主控開關(7)的另一端并聯(lián)在一起。變壓器的調(diào)壓檔級為五 檔或選用其它奇數(shù)檔級，在變壓器高壓繞組的中位調(diào)壓檔(即三檔)分接抽頭上與三個三檔 單相交流固態(tài)繼電器(SSR3)分別并聯(lián)一個常閉型固態(tài)繼電器(SSRK)作為看門樁開關，組 成看門樁控制單元，看門樁控制單元的執(zhí)行受控于看門樁控制回路，它的上一級與三相準指 令發(fā)生器相連接，其它調(diào)壓檔級分接抽頭連接的單相交流固態(tài)繼電器為常規(guī)的常開型。五檔 以上調(diào)壓接線方案參照實施例二設計。參見圖5、 6、 7，三相SS財丸行回路和三相TCK執(zhí)行回路的電路板(10)、低壓區(qū)控制回 路的電路板(11)、高壓區(qū)控制回路的電路板(9)和光電隔離器(12)全部安裝在配電變 壓器油箱(13)內(nèi)的變壓器鐵心和變壓器三相繞組周圍。上述分接開關(8)的把手位置處 設置了多功能轉(zhuǎn)換開關。參見圖ll，是低壓區(qū)調(diào)壓指令發(fā)射單元原理框圖。低壓區(qū)控制回路包括取自變壓器低壓 側(cè)的電源、電壓采樣比較回路、電流采集與保護檢測輸入回路、CPU指令生成及保護閉鎖單 元、準指令輸出單元和預調(diào)指令輸出單元。參見圖12，是高壓區(qū)調(diào)壓指令接收與執(zhí)行電路框圖。高壓區(qū)控制回路包括取自變壓器鐵 芯自繞制繞組的電源、監(jiān)壓、監(jiān)流保護回路、三相TCK執(zhí)行回路、綜合指令交換器、三相準 指令發(fā)生器、看門樁單元和三相SS財丸行回路。低壓區(qū)控制回路與高壓區(qū)控制回路之間設有光電隔離器(12)。參見圖15，單片機控制系統(tǒng)中的單片機型號為ATMEGA8535，是一個用于測量、判斷、控 制電路和光電收、發(fā)及執(zhí)行回路，實現(xiàn)有載自動調(diào)壓的功能的AVR高速嵌入式單片機。本實用新型的有載自動調(diào)壓動作過程未送電時的變壓器有載自動調(diào)壓裝置的所有元、 器件都處于靜止狀態(tài)，看門樁開關(SSRK)也早已自動地在規(guī)定檔位(中位調(diào)壓檔)抽頭處 把三相高壓繞組與星點接通。當遇電網(wǎng)未斷開的變壓器上突然來電(自起動)時，或是人工 使用操作桿逐相推上跌落熔斷器的操作時，變壓器都能正常啟動轉(zhuǎn)入運行；低壓區(qū)主控制回 路電源和取樣電壓的采集(如圖14)，采樣、判斷、指令發(fā)布由CPU主控制板完成(見圖15)。 當變壓器送電3秒鐘后，主控制回路電源自動啟動開始采樣工作；5秒鐘后位于高壓區(qū)的指令接受、執(zhí)行回路電源自動啟動，同時，各相中位檔上的單相交流固態(tài)繼電器開關先導通，與 其并聯(lián)的看門樁開關(SSRK)斷開與星點的連接。至此，本實用新型的啟動過程全部結(jié)束， 整個系統(tǒng)已作好自動調(diào)壓的準備。下面以單相繞組(設A相)調(diào)壓檔級之間的調(diào)壓轉(zhuǎn)換過程為例，說明本實用新型的調(diào)壓 動作原理(見圖l):當電網(wǎng)電壓偏離基準電壓值(±2. 5%Ue) 5s-7s (躲開電壓波動)時，低壓區(qū)的控制板 發(fā)出預調(diào)指令，處于運行狀態(tài)的TCK1 (節(jié)能支路開關)立即斷開，1秒鐘后CPU發(fā)出準調(diào)壓指 令，處于運行狀態(tài)的SSR1開關與欲投入檔的SSR2開關立即翻轉(zhuǎn)換位，(g卩SSR2導通，新調(diào) 入檔位轉(zhuǎn)入運行；SSR1斷開，原運行檔位退出待命，)1秒鐘后TCK2導通，新調(diào)入檔位進入 節(jié)能運行狀態(tài)，變壓器的二次側(cè)電壓將隨調(diào)壓方向發(fā)生相應變化。此時，本實用新型完成了 一次有載自動調(diào)壓的過程。當下一次調(diào)壓時，仍由控制板發(fā)出預調(diào)指令，讓處于運行狀態(tài)的TCK2先斷開，待l秒鐘 后CPU發(fā)出準調(diào)壓指令，使處于運行狀態(tài)的SSR2與欲投入檔的SSR3立即翻轉(zhuǎn)換位，(即 SSR3導通，新調(diào)入檔位轉(zhuǎn)入運行；SSR2斷開，原運行檔位退出待命，)1秒鐘后TCK3導通， 新調(diào)入檔位進入節(jié)能運行狀態(tài)……三繞組的其它兩個相別(B、 C相)的調(diào)壓指令的發(fā)出、執(zhí) 行與基準相(A相)的對應檔級開關的動作依次滯后120。，(滯后時間6.67ms)。本實用新 型就是在如此反復的過程中，完成著變壓器有載自動穩(wěn)壓的任務。若在調(diào)壓前或當調(diào)壓過程中出現(xiàn)外部異常情況時，裝置的保護功能將即刻啟動，去閉鎖 程序(在兩個SSR換檔的翻轉(zhuǎn)瞬間除外)，暫停調(diào)壓，待電網(wǎng)恢復正常后繼續(xù)執(zhí)行調(diào)壓指 令。當調(diào)壓前或在調(diào)壓過程中出現(xiàn)內(nèi)部控制異常情況時，裝置的保護功能也將即刻啟動，去 閉鎖程序(在兩個SSR換檔的翻轉(zhuǎn)瞬間除外)，暫停調(diào)壓，等待裝置恢復正常后自動轉(zhuǎn)入工 作，或需人工檢修后方可投入運行。當裝置內(nèi)部高壓區(qū)控制電路無電源故障后，裝置會將變 壓器自動置于中位調(diào)壓檔位置，此時暫處于不調(diào)壓運行狀態(tài)。雙繼電器主控開關的壓降曲線 圖參見圖8。雙繼電器主控開關分立運行功耗曲線圖參見圖9。本實用新型在原無勵磁分接開關的把手位置處設置了多功能轉(zhuǎn)換開關，若故障的裝置不 能將變壓器自動地置于中位調(diào)壓檔位置時，用戶可在檢修人員到達檢修現(xiàn)場之前自行將該轉(zhuǎn) 換開關調(diào)整到I "試驗/手動運行"位置。這樣，仍能使調(diào)壓裝置故障的變壓器繼續(xù)向用戶 供電。本實用新型的性能參數(shù)1、適應范圍在可能需要的調(diào)壓范圍內(nèi)的所有10KV及以下配電變壓器和10KV及以下特種變壓器的多檔級調(diào)壓。2、 調(diào)壓范圍a、 3個檔級即:Ue士5。/。(非標準)適應于個別普通用戶對電壓波動無嚴格要求的現(xiàn)役配電 變壓器的現(xiàn)場改造。b、 5個檔級即Ue2X士2.5。/。適應于大多用戶的現(xiàn)役配電變壓器的改造，為新型號變壓 器的標準檔級。c、 7個及以上檔級即3X±2. 5% Ue 、 4X±2. 5% Ue 、 5X±2. 5% Ue…適應于對電壓 波動有較高要求的企業(yè)用戶的變壓器改造(可按使用現(xiàn)場需要擴展)和特種變壓器使用場 合。3、 調(diào)壓波動率三檔級的級間為Ue士5。/。/s (非標準)、五檔級及以上的級間均為Ue士 2.5%/s。4、 最大穩(wěn)壓偏差±2. 5%Ue (5檔級以上)；±5%Ue (3檔級，非標準)。5、 調(diào)壓動作時間《2.5s (自發(fā)出"預調(diào)指令"到調(diào)檔結(jié)束)。6、 躲開電壓波動時間5s-10s。7、 最小調(diào)壓間隔時間lmin-10min (可按現(xiàn)場情況設定)。8、 換檔瞬間波形狀態(tài)無環(huán)流、無沖擊、無諧波；換檔過度平滑，正弦波形自然、流暢、無變異。9、 控制回路功耗^2W。10、 三相調(diào)壓回路額定總功耗JPj:e=3i2exo. 05n= (w)(以100KVA的配變?yōu)槔?，其三相調(diào)壓回路額定電流下的總功耗為JPEe =3X5. 772AX 0.05=4.99W)。11、 原分接開關檔位功能改設為(新型號及特種變壓器除外)；I "試驗/手動運行" 位置；原II檔變?yōu)?空擋或雙備份控制"；原III檔變?yōu)?自動調(diào)壓"位置。12、 裝置在以下情況下不調(diào)壓a、 電壓出現(xiàn)異常時(過高或過低)；b、 當變壓器低壓側(cè)的電流值^2Ie時；c、 當變壓器電源側(cè)缺相時。參見圖16-18，由于絕緣板3上的SSR開關，不管有多少個，其在任何時刻，都只有一個 能導通，所以在每塊絕緣板3上均安裝一塊公用的金屬散熱板15，單相交流固態(tài)繼電器SSR的 接線端子14安裝在金屬散熱板15上。
權(quán)利要求1. 一種配電變壓器電子式有載自動寬范圍調(diào)壓裝置，包括變壓器油箱(13)、油箱內(nèi)的變壓器鐵心(5)和變壓器三相繞組(6)，變壓器三相繞組的高壓端和低壓端分別與變壓器油箱上面的高壓側(cè)絕緣子(1)和低壓側(cè)絕緣子(2)連接，變壓器三相繞組(6)的調(diào)壓檔級分接抽頭與主控開關及控制系統(tǒng)連接，其特征在于主控開關是由一個單相交流固態(tài)繼電器(SSR)與一個單相磁保護繼電器(TCK)并聯(lián)而成的雙繼電器主控開關(7)，變壓器三相繞組(6)的調(diào)壓檔級分接抽頭分別與各自的主控開關一端連接，主控開關的另一端點與高壓側(cè)繞組的星點連接，或與調(diào)壓同檔級各相主控開關的星點相互連接；變壓器的調(diào)壓檔級均選用奇數(shù)級，在變壓器高壓繞組的中位調(diào)壓檔分接抽頭上與單相交流固態(tài)繼電器并聯(lián)一個常閉型固態(tài)繼電器作為看門樁開關(SSRK)，組成看門樁控制單元，看門樁控制單元的執(zhí)行受控于看門樁控制回路，它的上一級與三相準指令發(fā)生器相連接，其它調(diào)壓檔級分接抽頭連接的單相交流固態(tài)繼電器為常規(guī)的常開型；單相交流固態(tài)繼電器(SSR)的控制極與處于高壓區(qū)控制回路中的三相SSR控制回路連接，三相SSR控制回路連接控制系統(tǒng)中的三相準調(diào)壓指令發(fā)生器單元；單相磁保護繼電器(TCK)的控制極與處于高壓區(qū)控制回路中的三相TCK控制回路連接。
專利摘要一種配電變壓器電子式有載自動寬范圍調(diào)壓裝置，在變壓器三相繞組的調(diào)壓檔級分接抽頭分別接有主控開關及控制系統(tǒng)，主控開關是由一個單相交流固態(tài)繼電器SSR與一個單向磁保護繼電器TCK并聯(lián)而成的雙繼電器主控開關，變壓器三相繞組的調(diào)壓檔級分接抽頭分別與各自的主控開關一端連接，主開關的另一端點與高壓側(cè)繞組的星點連接，或與調(diào)壓同檔級的各相主控開關的星點連接；在變壓器高壓繞組的中位調(diào)壓檔分接抽頭上與單相交流固態(tài)繼電器并聯(lián)一個常閉型固態(tài)繼電器作為看門樁開關。具有體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、動作敏捷、換檔無沖擊、無環(huán)流、無諧波、損耗低、安全性好、可靠性高、價格低、壽命長、免操作、免維護的特點，實現(xiàn)了無環(huán)流有載調(diào)壓功能。
文檔編號H02M5/12GK201113802SQ200720200678
公開日2008年9月10日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者李春光 申請人:李春光