CN205303221U - 有载无级调容开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种能够使得调容配电变压器实现无级调容的有载开关，主要包括调磁触头组、调电抗触头组、调电抗共同端触头、调磁共同端触头、开关控制器、电机和传动机构。解决了现有的有载调容配电变压器切换电流大的技术缺陷，可以在某一容量段内根据负载大小任意调节容量，不受开关次数限制，进而完全解决有载调容配电变压器“大马拉小车”的问题。

Description

有载无级调容开关

技术领域

本实用新型涉及一种有载调容开关，尤其是一种电力***运行中的智能型无级调容配电变压器专用的有载无级调容开关。

背景技术

配电网数量大、面积广，配电变压器被大量使用，配电变压器损耗在电网中的损耗中占有非常可观的比重。因此配电变压器的降损直接关系到电力企业和社会的经济效益。

配电变压器主要用于农村电网和城市配网。农村电网负荷具有季节性强、用电峰谷差大的特点，而城市电网峰谷差异更加明显，且其峰谷轮换也更加频繁。但为了满足高峰负荷时的用电需要，选择变压器时都不得不按照最大负荷配置变压器。这样就导致了配电变压器经常运行在轻载或空载状态下，形成“大马拉小车”的情况，导致目前我国配电变压器损耗相当严重，造成了大量不必要的电能资源浪费。

据最新资料统计显示：全国全年变压器总的电能损失3000多亿kWh，相当于三个中等用电量省的用电电量之和；而中压***中配电变压器的损耗约占整个配电***损耗的50％。随着能源的日益紧张和电力需求的快速增长，如何最大化节约配变的能耗成为了重要和紧迫的任务。

另一方面我国城乡配电台区和企业变压器的供电容量，随着迅猛增长的用电量不断增加，从而导致了配电变压器不断进行增加容量的更换，造成供电设备的重复投资建设。形成许多不必要的浪费。虽然各供电公司和用户都积极采取各项措施，但变压器容量的唯一性又无法改变此类的浪费。

为解决“大马拉小车”的问题，近年来有载调容变压器在配电网获得了应用。其可以根据实际负荷大小通过有载自动调容开关自动调节到应有的容量下运行。其节能效果比普通无载调容变压器显著。它可以保证变压器在农闲季节运行在小容量，而且可以保证其他低负荷时也能自动运行在小容量。也可以适用于单班制工厂和季节性、间歇性负荷单位使用。

有载调容变压器通常具有大小两个容量，通过有载调容开关自动调节运行。有载调容变压器工作原理是通过变压器高压绕组Δ-Y转换，低压绕组串-并转换来实现小-大容量改变的，容量改变的过程就是有载调容开关切换挡位的过程。

根据国网公司企业标准Q/GDW731-2012中规定的调容前后变压器的参数值，则调容前后的容量比为0.3-0.32的关系。大小容量的空载损耗按同容量的国家标准值执行。为了保证有载调容变压器的安全可靠运行，必须设定安全的大小容量的调容点。根据文献《有载调容变压器运行中最佳容量调节点分析和计算》计算是小容量的60％左右。这就导致60％以上小容量负载在大容量变压器中运行。因此“大马拉小车”的问题仍没有完全解决。

并且有载调容变压器实现小-大容量改变的低压引线串并联结构复杂，开关切换电流大，给变压器运行带来很大的风险，存在较大的隐患。所以通常在开关说明书中告诫用户，应尽量少进行开关切换，每天开关动作次数应不大于10次。有载调容变压器及其开关切换原理如图1所示。图1中K1、K2、K3、K4、K5均为切换开关，共15个，有载调容变压器容量切换需15个开关同时进行开关操作。

实用新型专利申请CN201510119406.6(公开号CN104700998A)提出了一种智能型无级调容配电变压器，将配电变压器容量划分成数个容量段，按划分的容量段来设计变压器。该智能型无级调容配电变压器在运行中需要由无级调容开关同时实现调磁和调电抗的功能。

本实用新型针对上述需要，设计了一种同时实现调磁和调电抗的、专用于智能型无级调容配电变压器的有载无级调容开关。

实用新型内容

本实用新型提供了一种智能型无级调容变压器专用的有载无级调容开关，以满足同时调磁和调电抗功能的需要。具体技术方案如下：

一种有载无级调容开关，用于智能型无级调容变压器，主要包括调磁触头组、调电抗触头组、调电抗共同端触头、调磁共同端触头、开关控制器、电机和传动机构。传动机构是与电机轴相连的杆或柱状结构，传动机构沿自身轴向垂直设置有若干支柱，调电抗共同端触头和调磁共同端触头分别与传动机构上的支柱固定连接。调磁触头组与智能型无级调容变压器高压线圈的不同匝数抽头连接。调电抗触头组与智能型无级调容变压器高压线圈的不同层抽头连接。

调电抗共同端触头、调磁共同端触头分别与传动机构的支柱之间设置绝缘。

本实用新型的有载无级调容开关还包括外壳、顶盖、压力释放装置、滤芯、航插、油位计、铭牌。其中，顶盖通过外壳顶部的法兰固定在外壳上。压力释放装置设置在顶盖上。滤芯、航插、油位计均设置在外壳侧壁上，并与外壳内部连通。铭牌设置在外壳侧壁上。

顶盖和外壳构成可开启的密闭空间，密闭空间内部充填绝缘油。

压力释放装置是气压泄压阀，或是可更换的锡箔纸。

调磁触头组、调电抗触头组设置在有载无级调容开关的外壳上。

调电抗共同端触头、调磁共同端触头分别通过航插连接配电变压器低压侧对应相。

电机与开关控制器连接。开关控制器通过航空电缆接口与智能型无级调容配电变压器的主控制器连接。

开关控制器主要由中央处理单元、采集单元、通信单元、输入单元、输出单元、控制面板单元、电源以及晶振和时钟电路组成。

本实用新型提供了一种能够使得调容配电变压器实现无级调容的有载开关，解决了现有的有载调容配电变压器切换电流大的技术缺陷，可以在某一容量段内根据负载大小任意调节容量，不受开关次数限制，进而完全解决有载调容配电变压器“大马拉小车”的问题。

附图说明

图1是现有技术中有载调容变压器及其开关切换原理图。图中：K1、K2、K3、K4、K5均为切换开关；

图2是本实用新型的有载无级调容开关的正面局部剖视图；

图3是图2所示本实用新型的有载无级调容开关的除去顶盖的俯视图；

图4是图2所示本实用新型的有载无级调容开关的沿M-M的剖视图；

图5是图2所示本实用新型的有载无级调容开关的沿Q-Q的剖视图；

图6是本实用新型的有载无级调容开关的工作原理图。图中：A1-A5、B1-B5、C1-C5为调电抗触头组，X1-X5、Y1-Y5、Z1-Z5为调磁触头组，W、U、V为调电抗共同端触头，X、Y、Z为调磁共同端触头。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型的技术方案。

如图2所示，本实用新型提供了一种智能型无级调容变压器专用的有载无级调容开关，主要包括调磁触头组、调电抗触头组、调电抗共同端触头、调磁共同端触头、开关控制器(未图示)、电机和传动机构。调磁触头组与智能型无级调容变压器高压线圈的不同匝数抽头连接。调电抗触头组与智能型无级调容变压器高压线圈的不同层抽头连接。调磁触头组与调电抗触头组均采用端部调压结构。

如图2、3所示，本实用新型的有载无级调容开关还包括外壳、顶盖、压力释放装置、滤芯、航插、油位计、铭牌等部件。其中，顶盖通过外壳顶部的法兰固定在外壳上，顶盖和外壳构成可开启的密闭空间，内部充填绝缘油。压力释放装置设置在顶盖上，可以是气压泄压阀，也可以是可更换的锡箔纸等自毁式一次性部件。滤芯、航插、油位计均设置在外壳侧壁上，并与外壳内部连通，分别实现相应的功能。铭牌设置在外壳侧壁上。图3中由于外壳顶部法兰的遮挡，仅以示意图的方式显示了各部件的存在，各部件的实际形状、构造均属于现有技术，本领域技术人员应能够理解。

如图2所示，调磁触头组、调电抗触头组设置在有载无级调容开关的外壳上。

传动机构是与电机轴相连的杆、柱状结构，传动机构沿自身轴向垂直设置有若干支柱，调电抗共同端触头和调磁共同端触头分别与传动机构上的支柱固定连接，调电抗共同端触头、调磁共同端触头分别与传动机构的支柱之间设置绝缘。调电抗共同端触头、调磁共同端触头分别通过航插连接配电变压器低压侧对应相。

电机与开关控制器连接。

开关控制器通过航空电缆接口与智能型无级调容配电变压器的主控制器连接(未图示，相关技术为现有技术或可参见CN104700998A)，根据主控制器指令对开关的传动机构、电机进行控制，使两套触头组(调磁触头组、调电抗触头组、调电抗共同端触头、调磁共同端触头)进行切合工作。

有载无级调容开关的调磁是通过调磁触头组与高压线圈的不同匝数抽头连接来实现的。

根据法拉第电磁感应定律：

在变压器输入侧电动势e不变，高压线圈匝数N1改变时，交变磁通dΦ_m要随之改变。大容量时N1小，磁密Φ_m小；小容量时N1增加，磁密Φ_m增大。保证容量段内每种容量的空载损耗更低。

有载无级调容开关设计引入了动态调磁理念，在保证输出空载电压合格的条件下通过调节高压线圈的匝数N1达到调节变压器磁路的磁密Φ_m。在保证容量段内每种容量的空载损耗更低的同时，提高了运行的可靠性。

在本实用新型有载无级调容开关方案的设计中，智能型无级调容配电变压器的短路阻抗采用调电抗的设计，通过调电抗触头组来实现调电抗功能。

有载无级调容开关的调电抗是通过调电抗触头组与高压线圈的不同层抽头连接来实现的。工作原理如下：

$u_k\%=\sqrt{{\left(uka\%\right)}^2+{\left(ukx\%\right)}^2}$

式中：u_k％短路阻抗；u_ka％电阻压降；u_kx％电抗压降。

又 $u_{kx}\%=\frac{49.6f*IW\mathrm{\Σ}D\mathrm{\ρ}K}{e_{t}H*{10}^6}$

式中：f频率，Hz；I额定电流，A；W主分接时总匝数(式中I、W为同一侧数据)；e_t每匝电势，伏/匝；H两个线圈的平均电抗高度(双绕组时)；f、ρ、K、H、e_t均为常数。

要使u_kx％稳定，只有I*W*ΣD稳定。小容量时额定电流I相对小，通过调磁触头组调节增加线圈的匝数W，调电抗触头组调节电抗ΣD，共同稳定u_kx％值，短路阻抗也就受到了控制。

无级调容开关控制器主要由中央处理单元、采集单元、通信单元、输入单元、输出单元、控制面板单元、电源以及晶振和时钟电路组成(未图示)。其功能主要是：采集来自无级调容变压器主控制器的数据、分析判断、记录存储以及发送指令等。为了提高***的可靠性和抗干扰能力，无级调容开关控制器的所有零部件均采用工业级芯片，电路设计时充分考虑电磁兼容性，保证控制装置的可靠性和安全性，从而满足不同恶劣环境下的应用需求。

经过以上创新设计，本实用新型产品的性能优良。我们已在HWSWT-500-250/10和HWSWT-630-315/10产品进行了使用，得到了很好地效果。以HWS11-630-315/10产品例技术性能如下：

HWSWT-630-315/10技术性能数据

无级调容开关改变了普通调容开关的调磁理念，调磁和调电抗都在高压绕组中进行，并且每次切换1-2点。(最多2点)大大提高了运行的可靠性。

以HWSWT-630-315/10无级调容变压器为例，选用SWT-50/-5L无级调容开关，不同容量的开关切换如下：

630KVA-500KVA(不含500KVA)调电抗触头与C1连接；调磁触头与Z5连接；

500KVA-400KVA(不含400KVA)调电抗触头与C1连接；调磁触头与Z4连接；

400KVA-315KVA(不含315KVA)调电抗触头与C2连接；调磁触头与Z3连接；

315KVA(含315KV及以下)调电抗触头与C3连接；调磁触头与Z4连接。

有载无级调容开关是智能型无级调容配电变压器的专有开关，可以根据变压器实际负荷大小进行容量档位调节，实现调容调阻抗功能，而且可以在容量档位调节时动态调磁。使配电变压器空载损耗大大降低，彻底解决现有农网配电台区因季节性负荷变化造成变压器严重过载和“大马拉小车”的问题。

无级调容开关研发和生产，给无级调容配电变压器市场化生产提供了有力的保障。使得无级调容配电变压器完全可以取代有载调容配电变压器，可在动态下自动实现某一段容量范围内无级调容，而且空载损耗和负载损耗低于国家标准，节能效果显著，可满足城乡用电负荷阶段需求特性变化的要求，比有载调容变压器通过调容开关来实现容量能力的转换要安全很多，大大提高了供电可靠性，具有广阔的市场前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种有载无级调容开关，用于智能型无级调容变压器，其特征在于：

主要包括调磁触头组、调电抗触头组、调电抗共同端触头、调磁共同端触头、开关控制器、电机和传动机构；

传动机构是与电机轴相连的杆或柱状结构，传动机构沿自身轴向垂直设置有若干支柱，调电抗共同端触头和调磁共同端触头分别与传动机构上的支柱固定连接；

调磁触头组与智能型无级调容变压器高压线圈的不同匝数抽头连接；

调电抗触头组与智能型无级调容变压器高压线圈的不同层抽头连接。

2.根据权利要求1所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

调电抗共同端触头、调磁共同端触头分别与传动机构的支柱之间设置绝缘。

3.根据权利要求1所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

有载无级调容开关还包括外壳、顶盖、压力释放装置、滤芯、航插、油位计、铭牌；

其中，顶盖通过外壳顶部的法兰固定在外壳上；

压力释放装置设置在顶盖上；

滤芯、航插、油位计均设置在外壳侧壁上，并与外壳内部连通；

铭牌设置在外壳侧壁上。

4.根据权利要求3所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

顶盖和外壳构成可开启的密闭空间，密闭空间内部充填绝缘油。

5.根据权利要求3所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

压力释放装置是气压泄压阀，或是可更换的锡箔纸。

6.根据权利要求1所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

调磁触头组、调电抗触头组设置在有载无级调容开关的外壳上。

7.根据权利要求1所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

调电抗共同端触头、调磁共同端触头分别通过航插连接配电变压器低压侧对应相。

8.根据权利要求1所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

电机与开关控制器连接；

开关控制器通过航空电缆接口与智能型无级调容配电变压器的主控制器连接。

9.根据权利要求1所述的一种有载无级调容开关，其特征在于：

开关控制器主要由中央处理单元、采集单元、通信单元、输入单元、输出单元、控制面板单元、电源以及晶振和时钟电路组成。