CN1725618A

CN1725618A - 无触点有载自动调压配电变压器

Info

Publication number: CN1725618A
Application number: CN 200410043740
Authority: CN
Inventors: 赵玉林; 董守田
Original assignee: Northeast Agricultural University
Current assignee: Northeast Agricultural University
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: CN100511947C

Abstract

本发明提供的是一种无触点有载自动调压配电变压器，它包括无触点分接开关和单片机控制系统，配电变压器本体高压绕组在中性点侧留有额定电压(U_N)、95％U_N和105％U_N三个抽头，在每个抽头与中性点之间接有作为无触点分接开关的过零型固态继电器SSR，测量兼工作电源变压器T输出的低压侧电压值接入单片机监控系统，单片机监控系统的输出接作为无触点分接开关的固态继电器SSR的控制回路。本发明具有能根据负荷的变化而自动稳压的特点，且结构紧凑，造价也低，且采用固态继电器代替双向晶闸管，工作更可靠，稳压性能更好。

Description

无触点有载自动调压配电变压器

(一)、所属领域

本发明涉及的是配电变压器，具体地说是一种电力系统中具有一定自动稳压功能的配电变压器。

(二)、背景技术

目前的配电变压器绝大多数(99％以上)均采用无载也称无励磁调压，即必须在停电状态下改变高压绕组工作分接头进而实现调压，因调节不便，几乎每年只在配电变压器检修时才根据已有的运行经验重新确定分接头的位置。这样每天由于负荷的波动使配电变压器二次侧的电压有较大的变化，电压不稳。只在及个别的配电变压器上装设有载调压开关，这种开关多为有触点机械式或无触点有触点混合式。它们虽然能有载调压，使变压器二次侧电压比较稳定，但这种配电变压器结构复杂，体积庞大可靠性低，而造价要比无励磁调压的同容量的配电变压器高50％甚至几倍，且这种配电变压器不能频繁动作，性能也较差。

申请号为98115448.4的发明专利文件中公开了一种，名称为“电力变压器无触点电子有载调压装置”的技术方案，这种装置采用双向晶闸管作为无触点开关，控制回路与低压侧无关，它的优点是控制回路不用考虑高压侧单相接地时控制回路的耐压问题，且当电源侧电压变化时，可以通过检测高压侧调节绕组分接头间的电压实现有载调压，但当负荷变化引起的变压器二次侧电压的变化控制回路确无法反应，而电压波动主要是用于负荷变化所引起的，所以这种有载调压装置稳压效果差；另一方面，它采用双向晶闸管作为无触点开关，使控制电路复杂，降低了装置的可靠性；同时该项专利申请是将“变压器无触点电子有载调压装置”作为一个独立装置，与电力变压器配套使用，使整个有载调压变压器系统结构庞大，造价较高，不适合容量较小的配电变压器。

(三)、发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、造价低、可靠性高、稳定性好的无触点有载自动调压配电变压器。

本发明的目的是这样实现的：它包括无触点分接开关和单片机控制系统，配电变压器本体高压绕组在中性点侧留有额定电压(U_N)、95％U_N和105％U_N三个抽头，在每个抽头与中性点之间接有作为无触点分接开关的过零型固态继电器SSR，测量兼工作电源变压器T输出的低压侧绕组接入计算机监控系统，计算机监控系统的输出接无触点分接开关的固态继电器SSR的控制回路。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、在每个SSR两端并联有由电阻R和电容C组成的容阻吸收电路。

2、在固态继电器SSR2支路中串接绕线式电阻R_X。

3、在单片机监控系统前设有由控制开关K和蓄电池E构成的蓄电池启动电路。

4、测量兼工作电源变压器T接在配电变压器的负荷侧任一相(例a相)出线端与中性线n出线端之间。

5、单片机监控系统的构成为测量兼电源变压器T二次侧测量绕组T1接整流桥ZL1，直流的负极接地，再经过RCП型滤波后经与滤波输出电容并联的整定电位器W1和保护稳压管D38接到A/D转换芯片U7的第3脚，U7经串行方式将A/D转换结果送给单片机U16，U16经P0和P2口发出触发相应固态继电器的触发信号，该信号经驱动芯片U5、U6驱动后，输入相应的直流继电器，所有固态继电器的控制回路的正极接控制板上的+12V电源。

6、无触点分接开关和单片机控制系统安装在变压器的油枕中。

与已有技术相比本发明的主要特点体现在：

1、由过零型固态继电器(而不是双向晶闸管)作为无触点分接开关，分接开关接在各分接头与中性点之间；

2、用一性能价格比相对较高的89C52单片机构成计算机监控系统，由该监控系统根据测得的变压器二次侧(380V侧)电压U₂控制各分接开关的导通与关断，单片机监控系统由配电变压器低压侧供电和检测低压侧电压，这样可以根据负荷侧的电压来自动调整工作分接头，实现有载调压，达到自动稳定变压器输出电压的目的；

3、采用蓄电池作为单片机监控系统的启动电源，以保证当变压器刚加电压时，使与额定电压分接头相连的固态继电器保持在导通状态；

4、在现有的配电变压器基本结构和油箱尺寸不变，将油箱与油枕之间的油路改为截面不小于6400mm²的矩形或圆形油路，油枕改为半圆柱体，以便将分接头引线引到油枕中和在油枕中安装无触点开关板及控制部分；

5、将无触点开关和计算机监控系统安装在油枕中，构成机电一体化的具有自动稳压功能的配电变压器，减小整机体积和造价，同时也防止冬季气温过低，集成电路工作不稳定。

本发明研究与实验室模拟实践证明，本装置与目前的机械式有触点自动有载调压配电变压器相比，具有调节过程中无电弧，调节速度快，可频繁动作，安全可靠，造价低寿命长等优点，例对1000kVA的配电变压器，本发明与无载调压的相比，造价提高不大于5％。而与发明专利申请公开说明书(申请号：98115448.4)公布的“电力变压器无触点电子有载调压装置”相比，具有能根据负荷的变化而自动稳压的特点，且整个无触点开关及其控制电路都装在配电变压器油枕中，构成了一个自动稳压的配电变压器，结构紧凑，造价也低，且采用固态继电器代替双向晶闸管，工作更可靠，稳压性能更好。

(四)、附图说明

图1是本发明的原理接线图；

图2是本发明单片机监控系统原理图；

图2是本发明自动有载调压流程图；

图4是本发明结构示意图。

图5本发明安装示意图；

图6本发明测量兼电源变压器原理图。

(五)、具体实施方案

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，配电变压器本体高压绕组在中性点侧留有额定电压(U_N)、95％U_N和105％U_N三个抽头，在每个抽头与中性点之间接有额定电压660V45A的过零型固态继电器SSR作为无触点分接开关，计算机监控系统根据测量兼工作电源变压器T提供的低压侧电压值，发出触发作为无触点分接开关的固态继电器SSR的脉冲。达到稳定负荷侧电压U₂的目的。为了防止改变分接头时固态继电器失控，本装置采用在每个SSR两端并联阻容吸收电路RC，以限制在改变分接头时，固态继电器两端电压的上升率。为限制改变分接头时在两分接头之间的绕组中产生较大环流，本发明采用单电阻过渡的方法，即在用于过渡的固态继电器SSR2支路中串接25W5Ω的绕线式电阻R_X，在每次改变分接头(即改变导通的SSR)时，都记过SSR-R_X支路过渡，例由于U₂下降，要由SSR3导通变为SSR1导通，以提高U₂值，则变换过程为：在电压过零时，给SSR2触发电压，使SSR2导通，同时撤去SSR3的触发电压，在SSR3电流过零时SSR3关断，在下一个电压过零时，给SSR1触发电压，使其导通，同时撤去SSR2的触发电压，当SSR2中电流过零时，SSR2关断，完成一次变换，每次变换时间不超过10ms。为防止变压器刚上电时，低压侧没有电压使计算机监控系统没有脉冲输出，导致全部SSR均处于关断状态，配电变压器无法启动，也将使SSR击穿，为此本电路设有蓄电池启动电路，在变压器要投入前，先通过在变压器外面就可以操作的控制开关K将蓄电池E(4安时)投入，使计算机监控系统工作，使三相的SSR3都处于导通状态，然后再将配电变压器投入运行，在此之后进入自动调压状态。当变压器停运时间较短(24小时以内)时，K可以一直处于闭合状态，这样再投入运行时就不用再操作K了。测量兼工作电源变压器T接在配电变压器的负荷侧(低压侧)a相与中性线n之间，以便直接反应变压器的二次侧的电压值。

结合图2，测量兼电源变压器二次侧测量绕组T1将测得的电压经整流桥ZL1整流后获得脉动直流，直流的负极为公共地，再经过RCП型滤波后经与滤波输出电容并联的整定电位器(1kΩ)和保护稳压管(5.1V)送入到A/D转换芯片U7的第3脚，于是在U7的第3脚和地之间就得到一个与U₂成正比的幅值不大于5V的直流电压，在单片机U16的控制下，就在U7的16脚(DO端)得到了一个与U₂成比例的数字信号，该数字信号经U16的10脚(P3.0)送入到单片机，经与设定值比较，U16经P0和P2口发出触发相应固态继电器的触发信号，该信号经驱动芯片U5、U6驱动后，启动相应的直流继电器，当该直流继电器动作时，其动合接点闭合，使经控制插头与固态继电器控制回路的负极接地，而所有固态继电器的控制回路的正极都与+12V电源相连，所以哪个固态继电器控制回路的负极接地，那个就导通，反之就处于关断状态。这样就实现了根据U₂大小自动改变导通的固态继电器进而实现有载调压，稳定输出电压的目的。

结合图3，在本发明的配电变压器投入运行前，先将在油枕侧面的控制开关K转到闭合位置，将蓄电池投入，计算机监控系统投入工作，SSR3导通，检测回路检测变压器低压侧电压U₂，当U₂在允许范围内时，仍然是SSR3导通，但当U₂不在允许范围内时，必须改变导通的SSR，如果U₂低于97％U_2N时，则应使SSR1导通，为了在由SSR3导通变为SSR1导通的变换分接头的过程中，变压器的电流不中断也不过流，且保持正弦波形，通过检测U₂间接检测SSR的电压过零时间，当SSR电压过零时，将触发电压施加给串有限流电阻的SSR2的控制极而不是SSR3，这样在电压过零时，SSR3与SSR2同时导通，在电流过零时，SSR3自动关闭，在电压下一个过零时刻，给SSR1触发电压而不给SSR2触发电压，这时SSR1与SSR2同时导通，由于限流电阻的作用，使回路环流在一个允许的范围内，当回路电流过零时，SSR2自动关断，完成一次分接头的变换。如果合闸以后，检测电压U₂，当U₂高于允许值时，应该使SSR4导通，SSR3关断，具体过程与前述类似，不在赘述。各相SSR采用分相触发方式，即向A相SSR发出触发电压后，延时6.7ms再向B相的同一SSR发出触发电压，再延时6.7ms后向C相SSR发触发电压。

结合图4、图5，无触点分接开关SSR，阻容吸收电路，限流电阻均装在一块电木绝缘板上，将各SSR的交流接线端和控制端分别接到相应的端子排上；单片机监控系统线路板和蓄电池固定在无触点开关板的反面，该安装板安装在油枕中，且应保证所有元器件对外壳的耐压在40kV以上；配电变压器高压绕组的分接头由油箱经油枕与油箱之间的油路与油枕中的无触点分接开关板的端子排相连；用绝缘导线在低压侧a相出线端和中性线n的引出端引出a相相电压，经油箱与油枕之间的油路送入到油枕中，与放在油枕中的测量兼电源变压器相连，以提供单片机的电源和低压侧的电压信号。

结合图6，W为测量兼电源变压器的一次侧绕组，额定电压为配电变压器二次侧的额定相电压231V；W1为测量绕组，额定电压为5V用以测量配电变压器二次侧电压；W2为固态继电器控制主电源绕组，额定电压为15V，用以提供固态继电器的控制电压；W3为单片机监控系统控制板主电源绕组，额定电压为9V，用以提供控制板电源；W4为蓄电池充电电压绕组，额定电压为9V，在系统正常工作时给蓄电池充电。

Claims

1、一种无触点有载自动调压配电变压器，它包括无触点分接开关和单片机控制系统，其特征是：配电变压器本体高压绕组在中性点侧留有额定电压U_N、95％U_N和105％U_N三个抽头，在每个抽头与中性点之间接有作为无触点分接开关的过零型固态继电器SSR，测量兼工作电源变压器T输出的低压侧电压值接入单片机监控系统，单片机监控系统的输出接作为无触点分接开关的固态继电器SSR的控制回路。

2、根据权利要求1所述的无触点有载自动调压配电变压器，其特征是：在每个SSR两端并联有由电阻R和电容C组成的容阻吸收电路。

3、根据权利要求2所述的无触点有载自动调压配电变压器，其特征是：在固态继电器SSR2支路中串接绕线式电阻R_X。

4、根据权利要求3所述的无触点有载自动调压配电变压器，其特征是：在单片机监控系统前设有由控制开关K和蓄电池E构成的蓄电池启动电路。

5、根据权利要求4所述的无触点有载自动调压配电变压器，其特征是：测量兼工作电源变压器T接在配电变压器的负荷侧的任一相出线端与中性线n之间。

6、根据权利要求5所述的无触点有载自动调压配电变压器，其特征是：单片机监控系统的构成为测量兼电源变压器T二次侧测量绕组W1接整流桥ZL1，直流的负极接地，再经过RC∏型滤波后经与滤波输出电容并联的整定电位器W1接到模数转换芯片U7的第3脚，U7与单片机U16互联，U16经P0和P2口发出触发相应固态继电器的触发信号，该信号经驱动芯片U5、U6驱动后，输入相应的直流继电器，所有固态继电器的控制回路的正极接控制板上的+12V电源。

7、根据权利要求1-6任何一项所述的无触点有载自动调压配电变压器，其特征是：无触点分接开关和单片机控制系统安装在变压器的油枕中。