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1引言
在工业开发区、居民小区以及广大农村地区，负荷变化大，在负荷低谷时变压器空载损耗大[1]，为了解决变压器空载损耗问题，就需要一种调容变压器。调容方式最初是采用手动调容，或者采用两台不同容量的变压器，这两种方式都是无励磁调容，需要断电后进行手动切换，对用户正常用电造成一定影响，而且费时费力，更严重的情况会出现由于负荷突然变大而没有及时调整变压器到大容量，造成变压器受损甚至烧毁事故，因此手动调容变压器一直未得到市场认可。要想使调容变压器得到更好的应用，关键是要解决有载调容开关技术，使变压器能够根据负荷大小，在带励磁状态下，完成配电变压器容量的调节[2]，使配电变压器在始终满足负荷需求的情况下以经济方式运行[3]。此外，当前配电网的电压波动超标已成为公害，为平衡输出电压，还需要在调容变压器上加装有载调压分接开关[4]。
2 有载调容调压分接开关发展现状
近几年来，各企业对有载调容调压开关研究都作出了不懈的努力，并得到了一定运用。其中多数模仿现有的有载调压分接开关结构，即对有载调压分接开关的分接触头及机构传动作一些改进，使其满足调容调压要求，调容调压分接开关具有独立的油室；也有部分企业的调容调压分接开关是采用盘形开关，没有独立油室，整个分接开关直接悬挂于变压器油箱盖下，灭弧介质就是变压器油箱内的油。这两种调容调压分接开关触头在切换时产生电弧靠变压器油来熄灭，造成触头附近变压器油分解，降低变压器油的绝缘性能，DL/T574-2010《变压器分接开关运行导则》[5]7.2中规定：“有载分接开关运行中油室内的绝缘油，每6个月至1年或切换2000～4000次，至少采样一次进行微水和击穿电压试验。”试验不合格则须更换合格的变压器油，这对调容调压分接开关维护工作提出了较高的要求。于是制造企业又在此基础上增加了在线滤油装置，这在一定程度上减少了调容调压分接开关维护工作量，但也增加了调容调压分接开关的制造成本。本文要介绍的是另外一种调容调压分接开关——真空有载调容调压分接开关。
3 真空有载调容调压分接开关
3.1 调容、调压原理
调容调压变压器原理如图1所示。高压侧三相绕组和普通变压器一样，首端有引出接头，并在尾端引出若干抽头W1、W2、W3（这里以三档调压为例）；低压侧的绕组则有三段绕组w1、w2、w3组成，匝数比分别为2.732：2.732：1。调容分接开关的作用是实现高压侧绕组的Y-D转换和低压侧绕组串-并联转换，当高压侧三相绕组是星形连接，低压侧同相三个绕组w1、w2、w3串连时，也就是调容开关TR接于开关触点2时，变压器处于小容状态，当高压侧三相绕组是三角形连接，低压侧同相两个匝数相同的绕组w1、w2并联后与w3串连时，也就是调容开关TR接于开关触点3时，变压器处于大容状态。调压开关则只改变高压侧绕组尾端的抽头分接位置，使开关分别接通于W1、W2或W3上，则变压器二次侧输出电压为最低；当TY1接于开关触点3、与TY2接于开关触点2时，高压绕组W2输出，则变压器二次侧输出电压为中间值；同理TY1与TY2接于开关触点3时，变压器二次侧输出电压最大。
图1 调容调压原理图
3.2 真空有载调容、调压原理开关结构的设计
3.2.1 主开断元件选用
基于真空灭弧室的绝缘性能好、触头开距小、电弧电压低等优势[6]，因此选用真空灭弧室作为调容调压的主开断触头。并根据变压器容量选择恰当的真空灭弧室。
3.2.2 操作机构选用
永磁机构具有零部件数量少、可靠性高、参数可控等显著优点[7] 。考虑调容分接开关具有大、小容量两个状态，采用双稳态永磁机构作为调容调压分接开关的操作机构，在大、小两个位置切换到位时，完全由永磁体产生的吸力保持开关状态。再根据真空灭弧室额定触头压力、触头压力等参数要求设计永磁机构的保持力、行程及线圈等参数。永磁机构设计已有很多论文和相关著作，本文不再详述。
3.2.3 调容、调压分接开关结构
整个真空有载调容调压分接开关主要调容和调压永磁机构、真空灭弧室、转轴及其支座、转轴上的传动拐臂以及上安装板、绝缘底板、中间定位板等组成。真空灭弧室采用直立安装，固定于绝缘底板上，永磁机构则固定在上安装上方，永磁机构通过传动拐臂和转轴与真空灭弧室连接。真空有载调容调压分接开关结构如图2所示。图中左侧是调容开关组，右侧是调压开关组。
图2 真空有载调容调压分接开关结构图
3.3.4 调容调压控制器
调容调压控制器工作电源直接从变压器二次侧输入，并对二次输出电压采样，同时通过电流互感器对电流进行采样，分析负载容量状态及电压高低。调容调压控制器需要提供调容、调压动作能量，并接收分接开关的位置状态。控制器根据变压器工作状态及分接开关位置信息，按预设逻辑判断是否给出相应指令。调容调压控制器端口图如图3：
图3 调容调压控制器端口
3.3 真空有载调容调压分接开关优缺点分析
永磁机构式真空有载调容调压分接开关具有如下几点优势：1、采用真空灭弧室，电弧在密封的真空状态中能很快熄灭，也不会影响变压器油箱内绝缘油的绝缘性能，无需经常检测和更换变压器油，降低了调容调压变压器的维护成本；2、采用永磁机构结构简单，性能稳定可靠，真空灭弧室和永磁机构都具有非常高的电气寿命和机械寿命，可做到产品免维护；3、真空有载调容调压分接开关可直接置于变压器箱盖和变压器绕组线圈之间，方便引线，同时也减少了变压器引线长度，降低了生产成本。
缺点是真空有载调容调压分接开关需要较多真空灭弧室，成本较高；调压开关档位不宜设置过多，否则分接开关体积大，造成变压器与分接开关成本上升。
3.4 真空调容调压分接开关试验
由于真空有载调容调压分接开关没有独立油室，试验时把分接开关安装于调容调压变压器中，按要求接线，高压侧施加10KV 电压，调节低压侧负载电流为临界转换电流进行试验。拍摄示波图并测量相关数据，试验波形正常，可以满足使用要求。
工作负载切换试验波形图如图4：
图4 工作负载切换试验波形图（D—Y）
开断容量试验波形图如图5：
图6 调压切换波形图（低档—中档）
4 有载调容调压分接开关的发展趋势
有载调容调压分接开关既能实现调容，又能实现调压，使变压器能够在不断电的情况下进行大小容量转换与调压，有效降低了变压器的空载损耗，同时能够提升电压质量，因此有载调容调压分接开关特别适用于负载变化大、平均负荷率不高的场合的变压器使用，具有较大的发展空间。随着我国提出建设“坚强型智能电网”的要求，对有载调容调压有载分接开关也提出了更高的要求，性能稳定、免维护产品将是首选。
目前，有载调容调压分接开关都以机械式为主，笔者认为真空有载调容调压分接开关具有更大的优势。而随着电力电子技术的不断发展与进步，晶闸管等电力电子元器件可靠性将不断提高，价格也将进一步下降，电子式无触点切换的有载调容调压分接开关将成为未来发展趋势。
5 结言
真空有载调容调压分接开关能满足调容调压变压器使用要求，并具有无污染、免维护等优点，是现阶段经济、可靠的优势产品。
参考文献
[1]刘斌，岳青，孙毅卫，等．调容调压变压器现状及发展趋势[J]．变压器，2015，52(5)：23-28．
[2]王合建，王福润，张海龙，柳占杰，有载调容变压器应用研究及综合效益分析[J]．电网与清洁能源，2013，29(9)：45-51．
[3]曲鸿春，咸日常，赵爱丽．变压器经济运行技术的最新 研究[J]．电网与清洁能源，2009，25(1)：29—31．
[4]贾继莹，方恒福，栾大利，等．一种新型有载调容分接开关的设计[J]．变压器，2015，52(5)：45-48．
[5]DL/T574-2010《变压器分接开关运行导则》．
[6]徐国政，张节容，钱家骊，等．高压断路器原理和应用[M]．北京：清华大学出版社，2000：230．
[7]林 莘，徐建源，高会军，等．永磁操动机构动态特性计算与分析[J]．中国电机工程学报，2002，22(6)：85-88．
论文作者:傅建平,王志文
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：变压器论文; 永磁论文; 绕组论文; 空有论文; 机构论文; 电压论文; 真空论文; 《电力设备》2016年第15期论文;