CN109637793B - 一种具有防雷功能的调容变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有防雷功能的调容变压器，包括低压绕组和高压绕组，处于大容量状态时，所述绕组采用Dyn11联结方式；切换至小容量时，所述绕组采用Yzn11联结方式。本发明是一种特殊的调容变压器，当切换至在小容量时实现了用Yzn11联结，具有较强的承受不平衡负载的能力，即具有较强的单相供电能力，这对于三相负载难以平衡的地方(比如农村和山区)特别适用；且具有良好的防雷击特性，特别适于在多雷地区或土壤电阻率高的地区作防雷变压器用。

Description

一种具有防雷功能的调容变压器
技术领域
本发明属于电力行业变压器设备技术领域，尤其涉及一种具有防雷功能的调容变压器。
背景技术
有载调容变压器是一种具有大小两种额定容量的变压器，根据负荷大小，利用相应的调容开关在不切断电源的情况下来切换变压器绕组的连接方式，继而实现变压器在两种不同容量之间的切换。
有载调容变压器的防雷措施主要是通过外置的防雷装置来实现的，这种通过破坏自身结构来防雷的装置其成本高，防雷效果不佳；
而目前比较普遍使用的有载调容变压器是高压侧绕组为D-Y转换、低压侧绕组为并串转换的结构，使得其防雷结构尤为复杂，而且，这种调容变压器在小容量时是Yyn0联接，而随着单相用电设备功率越来越大，数量越来越多，临时用电、线路故障及季节性用电等因素造成配电变压器三相负荷不平衡时，Yyn0联接会导致以下问题：(1) 增加线损和变压器损耗；(2)降低变压器出力；(3)中性点产生位移，相电压或升高至线电压，烧坏用电设备；(4)变压器出口电压不均衡，用户端三相电压偏差较大，电压质量得不到保证；(5)产生谐波电压污染电网。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种防雷结构简单、且能抗三相不平衡的具有防雷功能的调容变压器。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有防雷功能的调容变压器，包括低压绕组和高压绕组，处于大容量状态时，所述绕组采用Dyn11联结方式；切换至小容量时，所述绕组采用Yzn11 联结方式。本发明是一种特殊的调容变压器，当切换至在小容量时实现了用Yzn11联结，具有较强的承受不平衡负载的能力，即具有较强的单相供电能力，这对于三相负载难以平衡的地方(比如农村和山区) 特别适用；且具有良好的防雷击特性，特别适于在多雷地区或土壤电阻率高的地区作防雷变压器用。
作为优选，所述低压绕组包括匝数相等的两组线圈；一般而言，普通变压器的Yzn11联结成本会比Yyn0联结的高，然而在调容变压器这个特殊情况下，Yyn0联结的低压侧绕组是采用并串结构，即把低压绕组分成三段；在确定这三段绕组匝数时必须作四舍五入的处理，这导致只有很少数量的匝数才能满足电压比的误差要求，而这些满足电压比误差要求的匝数并不是最省材料的，因而所得到的调容变压器是不经济的；从变压器制造角度来说，分成三段的绕组在排布上不容易排好，使窗口填充系数不高；而本发明低压侧绕组设计成两段式结构，匝数可以任意确定，因此能够选择最省材料的设计，并且两组绕组容易排好使窗口填充系数高；这些因素导致在调容变压器这个特殊情况下，采用Yzn11联结的调容变压器成本反而比Yyn0联结的低。
作为优选，所述两组线圈呈轴向对称分布或幅向分布绕制。
或作为优选，所述两组线圈呈平行并列绕制或者重叠绕制并且换位。
进一步的，还包括一调容开关。
作为优选，所述调容开关包括高压切换***和低压切换***，所述低压切换***每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及串联有过渡电阻的低压过渡真空灭弧室；
当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；
当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。
或作为优选，所述调容开关包括高压切换***和低压切换***，所述低压切换***每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及并联有过渡电阻的过渡真空灭弧室；
当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；
当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。
进一步的，还包括用于驱动各个真空灭弧室动作的驱动机构。
所述驱动机构驱动各真空灭弧室按照以下时序动作：
首先将低压过渡真空灭弧室分闸；
接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均合闸；
最后将串联真空灭弧室分闸，使得变压器低压绕组完成了由yn 联结到zn联结的转换。
所述驱动机构驱动各真空灭弧室按照以下时序动作：
首先将低压过渡真空灭弧室合闸；
接着将第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室均分闸；
然后将串联真空灭弧室合闸；
最后将低压过渡真空灭弧分闸，使得变压器低压绕组完成了由 yn联结到zn联结的转换。
综上所述，本发明的有益效果是：本发明通过在调容至小容量状态时，采用Yzn11联结方式，不仅具有较强的承受不平衡负载的能力，且具有良好的防雷击特性；整体结构简单，经济节能，适于推广。
附图说明
图1为本发明处于小容量时的高压侧绕组的电路示意图。
图2为本发明处于大容量时的高压侧绕组的电路示意图。
图3为本发明处于小容量时的高压侧绕组的另一种电路示意图。
图4为本发明处于大容量时的高压侧绕组的另一种电路示意图。
图5为本发明处于小容量时的低压侧绕组的电路示意图。
图6为本发明在容量转换过程中的低压侧绕组的电路示意图一。
图7为本发明在容量转换过程中的低压侧绕组的电路示意图二。
图8为本发明处于大容量时的低压侧绕组的电路示意图。
图9为本发明处于小容量时的低压侧绕组的另一种电路示意图。
图10为本发明处于大容量时的低压侧绕组的另一种电路示意图。
图11为本发明处于小容量时的低压侧绕组的再一种电路示意图。
图12为本发明处于大容量时的低压侧绕组的再一种电路示意图。
图13为本发明的调容开关的低压侧绕组中的各个真空灭弧室的动作时序图。
其中，K表示真空灭弧室，符号“日”表示真空灭弧室处于合闸状态，符号“目”表示真空灭弧室处于分闸状态；R代表过渡电阻； T表示时间。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
一种具有防雷功能的调容变压器，包括三相高压绕组、三相低压绕组、有载调容开关及构成变压器的其他金属和非金属结构件，通过调容开关的作用，使得变压器处于大容量状态时，所述绕组采用Dyn11 联结方式；切换至小容量时，所述绕组采用Yzn11联结方式；
每一相的低压绕组包括匝数相等的两段线圈，这两段线圈通过轴向对称分布绕制在铁芯上，当然，于其他实施例中，也可以是两段线圈幅向分布绕制在铁芯上，或是两段线圈平行并列绕制在铁芯上，又或者是两段线圈重叠绕制并且换位；
本实施例中，每一相低压绕组包括两段线圈，也可以是采用有多段线圈组合而成的第一线圈组和第二线圈组，两组线圈组的匝数相等，分别轴向对称分布绕制在铁芯上，也能达到同样的技术效果；
所述有载调容开关包括高压线圈切换***、低压线圈切换***及驱动机构，以一相为例，每一相中，如图1、2所示，所述高压线圈切换***包括角接真空灭弧室K2、星接真空灭弧室K1及并联有过渡电阻R的高压过渡真空灭弧室Kg，所述角接真空灭弧室K2在合闸时使高压线圈呈现三角形联结，星接真空灭弧室K1在合闸时使高压线圈呈现星形联结；具体的，在本实施例中，所述高压过渡真空灭弧室与所述角接真空灭弧室串联连接；在其他实施例中，该高压过渡真空灭弧室也可以与星接真空灭弧室串联连接，或者如图3、4所示，在角接真空灭弧室K2和星接真空灭弧室K1分别串联一个高压过渡真空灭弧室Kg，且该高压过渡真空灭弧室均并联连接有一过渡电阻R。
具体的，以一相为例，如图5-图8所示，每一相所述低压切换***包括第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3、串联真空灭弧室Kc、并联有过渡电阻R的低压过渡真空灭弧室Kg；当然，于其他实施例中，也可以是将过渡电阻R 与所述低压过渡真空灭弧室Kg串联连接，过渡电阻R串联至所述低压过渡真空灭弧室Kg以构成过渡支路，该过渡支路可以并联在第二并联真空灭弧室Kb2的两端，如图9、10所示；或者是，也可以将该过渡支路并联在第三并联真空灭弧室Kb3的两端，如图11、12所示；其中，图9、11所示时，调容变压器处于小容量状态时，各个真空灭弧室与低压线圈的电路示意图；图10、12所示时，调容变压器的处于大容量状态时，各个真空灭弧室与低压线圈的电路示意图。
所述驱动机构包括一套永磁机构和与该永磁机构配合的传动装置，通过该传动装置往复驱动所有的真空灭弧室动作，使各真空灭弧室按设计好的时序进行分闸与合闸动作，进而改变变压器绕组中的各线圈连接方式，以达到调节变压器容量的目的；
具体的，如图5-图8所示，a相的第一段线圈La1与第二段线圈 La2的匝数相等，第一段线圈La1的前端分别与所述的第一并联真空灭弧室Kb1、串联真空灭弧室Kc连接，第一段线圈La1的后端连接所述的第二并联真空灭弧室Kb2；第二段线圈La2的后端连接所述的第三并联真空灭弧室Kb3；
为了表述方便，将图5中第一段线圈La1与第二并联真空灭弧室 Kb2之间标注为节点m，将第二段线圈La2与第二并联真空灭弧室Kb2 之间标注为节点n，通过导线1将a相的节点m连接至c相的节点n，通过导线2将b相的节点m连接至a相的节点n，通过导线3将c相的节点m连接至b相的节点n；
故而，当调容变压器处于小容量状态时，低压绕组参考图5所示，高压绕组参考图1所示：
小容量状态时，每一相低压绕组中的串联真空灭弧室Kc处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3及低压过渡真空灭弧室Kg处于分闸状态，此时变压器低压绕组中某一相的一段线圈与另外一相的一段线圈呈现反向串联连接；具体的，a相的第二段线圈La2反向串接b相的第一段线圈Lb1，b相的第二段线圈Lb2反向串接c相的第一段线圈Lc1， c相的第二段线圈Lc2反向串接a相的第一段线圈La1，使a、b、c 三相的低压绕组呈现zn联结。
而此时，如图1所示，每一相的高压线圈切换***中高压过渡真空灭弧室Kg和星接真空灭弧室K1处于合闸状态，同时角接真空灭弧室K2处于分闸状态，三相高压线圈呈星形联结；
当需要切换变压器的容量至大容量时，调容开关中的永磁机构向上或向下动作一次，传动装置带动低压线圈切换***和高压线圈切换***中的各个真空灭弧室按照如下时序进行动作：
(首先描述低压线圈切换***的各个真空灭弧室的动作过程，与此同时，高压线圈切换***的各个真空灭弧室的动作同时进行，稍后再进行描述)；此时，低压线圈切换***中每一相的各真空灭弧室将按照以下时序进行动作：首先将低压过渡真空灭弧室Kg分闸，过渡电阻R接通，如图6所示；当低压过渡真空灭弧室Kg灭弧后，接着将第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3均合闸，如图7所示；然后将串联真空灭弧室Kc分闸，如图8所示，所述第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室 Kc和低压过渡真空灭弧室Kg处于分闸状态，变压器低压绕组每一相中的第一段线圈和第二段线圈呈现并联连接；三相都如此循环连接组成新的绕组，再按星形联结方式把三相绕组进行联结，即得到低压绕组的yn联结；通过设置五个真空灭弧室，保证低压绕组在不间断电流情况下由zn联结到yn联结的转换时可靠效灭弧，达到切换容量的目的。
如图13所示，为低压线圈切换***在切换过程中各个真空灭弧室的动作时序图；具体的，将永磁机构动作一次的时间划分成T1-T4 四个时间段，而永磁机构每动作一次时，整个过程中需要考虑灭弧的地方也就是真空灭弧室由合闸到分闸的时候，而真空灭弧室由分闸到合闸的过程中产生的弧则可忽略不计；
具体的，处于T1时刻时，Kg开始由合闸到分闸，而T1-T3这段时间则供Kg进行灭弧；当到达T3时刻时，Kg已经有足够的时间来实现可靠灭弧，即可对Kb1、Kb2、Kb3进行由分闸到合闸的操作， (而分闸到合闸的过程中产生的弧可忽略不计)，故而T3-T4的时间间隔可以设置的很短，由图13中可知；经过短暂停顿后，到达T4时刻，将Kc由合闸到分闸，完成转换。由图13可知，整个转换过程中，只有在低压过渡真空灭弧室Kg由合闸到分闸需要时间来灭弧，而Kb1、Kb2、Kb3进行由分闸到合闸的操作几乎不需要时间来灭弧，故而我们可以将大部分时间分配给Kg灭弧，即图13中的T2-T3可以设置的较长，在保证了有效灭弧的同时，还保证了整个切换过程的灭弧时间处于很短的范围内。
反之，当需要将三相低压线圈由yn联结转换为zn联结时，以一相为例，步骤具体如下：串联真空灭弧室Kc先合闸；然后第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3 分闸；最后低压过渡真空灭弧室Kg合闸，完成转换，其他细节不再赘述；
驱动机构在驱动低压线圈切换***各个真空灭弧室动作的同时，也驱动着高压线圈切换***每一相中各个真空灭弧室按照以下时序进行动作：
首先高压过渡真空灭弧室Kg分闸；接着将角接真空灭弧室K2合闸；然后将星接真空灭弧室K1分闸；最后将高压过渡真空灭弧Kg分闸，完成转换；反之，当需要高压线圈由角接转换为星接时，步骤相反。
综上所述，本调容变压器处于小容量状态时，所述绕组采用Yzn11 联结方式；切换至大容量时，所述绕组采用Dyn11联结方式。
首先，低压绕组的两段式线圈结构，使得调容变压器的低压绕组实现了由yn联结到zn联结或由zn联结到yn联结的转变；调容变压器小容量时采用Yzn11联结，具有具有较强的承受不平衡负载的能力，即具有较强的单相供电能力，这对于三相负载难以平衡的地方(比如农村和山区)特别适用；同时，低压侧采用两段式线圈组合，实现了切换至小容量时，低压绕组的zn联结方式具有良好的防雷击特性，特别适于在多雷地区或土壤电阻率高的地区作防雷变压器用。
本发明的低压侧绕组是分成匝数相等的两段，匝数可以任意确定，因此能够选择最省材料的设计，并且两段绕组容易排好使窗口填充系数高。这些因素导致在调容变压器这个特殊情况下，Yzn11联结的调容变压器成本反而比Yyn0联结的低。
再者，与本发明适配的调容开关采用真空灭弧室组成高压绕组切换***和低压绕组切换***，有效地解决了高压侧和低压侧的灭弧问题，免维护，寿命长；用永磁机构作为驱动机构，结构简单，可靠性高，切换动作完成迅速，由切换产生的操作过电压的持续时间和电压波形畸变的持续时间也相应地缩短。另外，于本实施例中，所有的真空灭弧室均为带有动、静触头的真空管，其可靠性高，能保证有效进行灭弧。
另外再简单描述下另一种结构下各个真空灭弧室的切换过程，如图9所示为变压器处于大容量状态时，低压绕组侧的电路示意图，当需要切换至小容量时，所述驱动机构驱动各真空灭弧室按照以下时序动作：首先将低压过渡真空灭弧室Kg合闸；接着将第一并联真空灭弧室Kb1、第二并联真空灭弧室Kb2、第三并联真空灭弧室Kb3均分闸；然后将串联真空灭弧室Kc合闸；最后将低压过渡真空灭弧分闸，使得低压绕组完成了由yn联结到zn联结的转换，得到如图10所示，即低压绕组为zn联结。
图11、12的结构与图9、10的结构相接近，此处不再赘述具体的切换过程。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种具有防雷功能的调容变压器，包括低压绕组、高压绕组及调容开关，其特征在于：处于大容量状态时，调容开关驱动所述绕组采用Dyn11联结方式；切换至小容量时，调容开关驱动所述绕组采用Yzn11联结方式；
所述调容开关包括高压切换***和低压切换***，所述低压切换***每一相包括第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室、串联真空灭弧室及并联有过渡电阻的过渡真空灭弧室；
当所述第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室处于合闸状态，同时所述串联真空灭弧室和低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组每一相中的两组线圈呈现并联连接；
当所述串联真空灭弧室处于合闸状态，同时第一并联真空灭弧室、第二并联真空灭弧室、第三并联真空灭弧室及低压过渡真空灭弧室处于分闸状态时，使得变压器低压绕组中某一相的一组线圈与另外一相的一组线圈呈现反向串联连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有防雷功能的调容变压器，其特征在于：所述低压绕组包括匝数相等的两组线圈。
3.根据权利要求2所述的一种具有防雷功能的调容变压器，其特征在于：所述两组线圈呈轴向对称分布或幅向分布绕制。
4.根据权利要求2所述的一种具有防雷功能的调容变压器，其特征在于：所述两组线圈呈平行并列绕制或者重叠绕制并且换位。
5.根据权利要求4所述的一种具有防雷功能的调容变压器，其特征在于：还包括用于驱动各个真空灭弧室动作的驱动机构。
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