电力变压器有载调压技术的新进展.doc

1、电 力 变 压 器 有 载 调 压 技 术 的 新 进 展【 关 键 词 】 有 载 调 压 ,电 力 变 压 器 ,分 接 开 关 【 论 文 摘 要 】 介 绍 了 变 压 器 有 载 调 压 系 统 的 现 状 与 存 在 的 问 题 ， 以 及 变 压 器 有 载 调压 技 术 的 新 进 展 ， 同 时 对 三 种 典 型 的 调 压 技 术 的 动 作 原 理 和 发 展 过 程 进 行 了 分 析 和比 较 ， 并 得 出 了 一 些 有 价 值 的 结 论 。 在 我 国 ， 变 压 器 有 载 调 压 技 术 广 泛 用 于 配 电 系 统 ， 在 发 电 厂 的 升 压 变

2、 压 器 中 也 有应 用 。 其 基 本 原 理 是 从 变 压 器 某 一 侧 的 线 圈 中 引 出 若 干 分 接 头 ， 通 过 有 载 分 接 开 关 ，在 不 切 断 负 荷 电 流 的 情 况 下 ， 由 一 分 接 头 切 换 到 另 一 分 接 头 ， 以 变 换 有 效 匝 数 ， 达到 调 节 电 压 的 目 的 。 传 统 的 有 载 调 压 变 压 器 ， 采 用 机 械 式 调 压 分 接 开 关 ， 存 在 许 多问 题 ， 如 产 生 电 弧 ， 动 作 速 度 慢 ， 维 护 不 便 ， 故 障 率 高 等 。 我 国 目 前 普 遍 采 用 的 机械 式

3、调 压 分 接 开 关 ， 对 改 善 调 压 开 关 的 特 性 ， 提 高 变 压 器 有 载 调 压 的 可 靠 性 具 有 重要 意 义 。 1 传 统 有 载 调 压 变 压 器 传 统 变 压 器 有 载 调 压 装 置 采 用 机 械 式 有 载 分 接 开 关 ， 其 动 作 原 理 如 图 1 所示 (以 双 过 渡 电 阻 为 例 )。 图 1 中 ， 在 选 择 好 分 接 头 后 ， 转 换 开 关 从 左 至 右 (或 从 右 至 左 )切 换 。 机 械 式开 关 的 动 作 (包 括 其 驱 动 齿 轮 )容 易 导 致 操 作 性 事 故 ， 降 低 了 变 压

4、 器 的 可 靠 性 。 机械 开 关 在 动 作 时 ， 会 产 生 一 定 的 电 弧 ， 使 开 关 的 触 点 逐 渐 烧 蚀 ， 在 操 作 一 定 次 数 后 ，必 须 更 换 触 头 ， 而 且 电 弧 的 产 生 会 导 致 变 压 器 油 质 下 降 ， 造 成 变 压 器 绕 组 的 绝 缘 水平 下 降 ， 导 致 匝 间 短 路 或 相 间 短 路 。 据 统 计 ， 1990 年 全 国 110 500 kV 变 压器 事 故 中 ， 有 载 调 压 分 接 开 关 的 事 故 和 故 障 分 别 占 变 压 器 各 种 总 故 障 的 18%和 12.5%， 500

5、 kV 变 压 器 的 57 次 故 障 中 有 载 分 接 开 关 故 障 约 占 25%， 事 故和 故 障 率 高 ， 而 且 有 上 升 的 趋 势 。 由 于 机 械 式 开 关 的 动 作 时 间 长 ， 一 般 为 5 s， 因 此 ， 传 统 有 载 调 压 变 压 器 只 用 于 稳 态 的 电 压 调 节 。 2 新 型 有 载 调 压 变 压 器 针 对 传 统 有 载 调 压 变 压 器 机 械 式 开 关 存 在 的 问 题 ， 各 国 研 制 出 多 种 新 型 有 载 调 压装 置 。 按 照 其 调 压 分 接 头 的 组 成 ， 新 型 有 载 调 压 变 压

6、 器 分 为 机 械 式 改 进 型 ， 辅 助 线圈 型 和 电 力 电 子 开 关 型 三 类 。 2.1 机 械 式 改 进 型 机 械 式 改 进 型 有 载 调 压 变 压 器 是 在 传 统 型 的 基 础 上 加 一 电 子 开 关 电 路 变 换 而 成 。其 分 接 开 关 只 需 1 个 过 渡 电 阻 和 少 量 的 晶 闸 管 ， 通 过 电 子 开 关 电 路 和 机 械 开 关 的 配合 ， 限 制 其 操 作 过 程 中 产 生 电 弧 ， 图 2 为 其 工 作 原 理 图 。 图 2 中 ， A 和 B、 C 和 D、 E 和 F 均 是 机 械 开 关 的

7、触 头 ， 图 3 为 电 子 开 关 实现 电 路 。图 3 中 ， 1 对 反 接 的 晶 闸 管 接 在 机 械 开 关 的 两 端 ， 1 和 4、 2 和 3 分 别 是 2对 机 械 开 关 的 触 头 。 以 AB 电 流 从 23 支 路 流 过 ， 需 要 断 开 该 开 关 支 路 为 例 ：当 断 开 23 支 路 时 ， 触 头 上 的 电 压 触 发 了 晶 闸 管 5 或 6， 二 极 管 D2 提 供 门 极电 流 ， 二 级 管 D1 用 于 防 止 反 向 门 极 电 压 ， 电 流 立 即 从 14 支 路 流 过 。 由 于 电流 过 零 时 ， 晶 闸

8、管 关 断， 持 续 的 电 流 不 超 过 0 5 个 周 期 ， 同 时 ， 不 会 产 生 电 弧 。 合 上 开 关 支 路 时 ， 由 于14 支 路 是 先 合 上 的 ， 晶 闸 管 支 路 分 得 了 一 部 分 电 流 ， 23 支 路 上 的 电 弧 被 限制 。 这 种 调 压 装 置 的 优 点 是 不 需 要 时 间 控 制 回 路 ； 晶 闸 管 触 发 靠 机 械 开 关 的 操 作 完成 ； 晶 闸 管 的 额 定 容 量 要 求 不 高 ； 晶 闸 管 的 失 控 不 会 损 坏 分 接 头 和 变 压 器 。 缺 点 是速 度 慢 。 2.2 辅 助 线 圈

9、 型 六 剑 客 职 教 园 （ 最 大 的 免 费 职 教 教 学 资 源 网 站 ）早 在 1979 年 Arrillage 就 提 出 这 种 方 法 ， 图 4 为 其 最 初 的 原 理 图 。 图 4 可 见 ， 通 过 控 制 晶 闸 管 S1 的 导 通 角 ， 可 叠 加 一 可 调 电 压 到 T1 上 。 三相 变 压 器 T1 和 另 一 升 压 变 压 器 T2 相 连 ， T2 的 一 侧 与 T1 的 第 三 绕 组 通 过 1对 反 接 的 晶 闸 管 开 关 S1 相 连 。 若 晶 闸 管 S1 的 触 发 无 延 时 ， 即 在 过 零 时 触 发 ， 电

10、压 则 同 相 位 地 加 到 负 荷 上 ； 若 晶 闸 管 S1 的 触 发 有 延 时 ， 短 路 开 关 S2 用 来 防 止升 压 变 压 器 T2 开 路 。之 后 ， 加 拿 大 的 Krishnamurthy 在 此 基 础 上 进 行 了 改 进 ， 增 加 了 辅 助 电 压 ，以 保 证 叠 加 的 电 压 和 原 电 压 同 相 位 。 与 此 同 时 ， SiemensAllis 公 司 的 Harlow 等 提 出 了 另 一 种 基 于 辅 助 线 圈 的有 载 调 压 变 压 器 ， 以 实 现 无 弧 操 作 。 它 主 要 包 括 1 个 可 调 0.625

11、%额 定 电 压 的辅 助 线 圈 。 将 该 耦 合 线 圈 接 入 ， 可 调 压 0.625%， 如 图 5 示 。 图 6 是 其 具 体 的实 现 电 路 。 正 常 工 作 时 (如 图 6 所 示 )， 负 荷 电 流 通 过 S 开 关 和 B 开 关 流 过 。 以 升 高 电 压为 例 ， 它 的 动 作 过 程 是 ： (1)A 接 下 触 点 ， SCR1 未 导 通 ， 因 而 无 电 弧 ； (2)导通 SCR1， 此 时 有 环 流 ； (3)开 断 S， 此 时 SCR2 仍 保 持 导 通 状 态 ； (4)开 断SCR2， 电 流 被 迫 从 A、 SCR1

12、 支 路 流 过 ； (5)B 接 下 触 点 ， SCR2 未 导 通 ， 因而 无 电 弧 ； (6)导 通 SCR2； (7)合 开 关 S， 无 电 弧 ， 因 SCR2 处 于 导 通 状 态 。 降压 过 程 与 此 类 似 。 整 个 过 程 均 不 产 生 电 弧 。 Arrillage 及 其 改 进 方 法 的 优 点 是 操 作 简 单 ， 全 由 晶 闸 管 实 现 ； 缺 点 是 产 生 谐 波 ，谐 波 的 含 量 与 晶 闸 管 的 触 发 角 有 关 ， 以 副 方 三 次 谐 波 为 例 ， 电 流 可 达 2.5%，电 压 可 达 4%。 SiemensAl

13、lis 公 司 的 方 法 可 以 实 现 无 弧 操 作 ， 但 过 程 复 杂 ， 可 靠 性 差 。 由 于各 开 关 按 无 弧 标 准 设 计 ， 当 SCR 的 触 发 脉 冲 发 生 故 障 时 ， 开 关 将 被 烧 毁 。 2.3 电 力 电 子 开 关 型 随 着 电 力 电 子 技 术 的 发 展 ， 晶 闸 管 的 容 量 及 性 能 有 了 提 高 ， 使 采 用 微 处 理 器 直 接控 制 晶 闸 管 电 力 电 子 开 关 的 切 换 成 为 可 能 ， 无 需 利 用 机 械 开 关 辅 助 。 通 过 选 择 适 当触 发 时 间 ， 尽 量 减 少 晶 闸

14、 管 消 耗 的 功 率 。 目 前 ， 此 技 术 还 处 于 试 验 阶 段 。 图 7为 其 原 理 框 图 。 图 7 电 力 电 子 开 关 型 原 理 图图 7 可 见 ， 通 过 测 量 模 块 得 到 副 方 的 电 压 和 电 流 ， 计 算 出 功 角 ： 选 择 在 电 压 电流 瞬 时 值 同 号 时 ， 切 换 晶闸 管 ， 升 高 电 压 ； 或 在 电 压 电 流 瞬 时 值 异 号 时 ， 降 低 电 压 ， 以 减 少 晶 闸 管 环 流 。 微处 理 器 的 引 入 ， 使 调 压 变 压 器 可 根 据 系 统 电 压 的 实 际 情 况 作 故 障 处

15、理 ， 如 微 处 理 器检 测 到 负 荷 电 流 突 变 ， 或 者 其 他 系 统 故 障 ， 选 择 限 制 晶 闸 管 动 作 或 将 其 闭 锁 。 缺 点是 ： 雷 电 冲 击 对 晶 闸 管 的 影 响 很 大 ， 极 有 可 能 损 坏 晶 闸 管 ； 晶 闸 管 本 身 的 故 障 可 能导 致 短 路 ， 以 至 更 多 的 晶 闸 管 故 障 。2.4 三 类 新 型 有 载 调 压 变 压 器 的 比 较 见 表 1。 从 表 1 看 出 ， 三 类 调 压 方 法 各 有 优 缺 点 。 我 国 目 前 有 关 新 型 变 压 器 有 载 调 压 技术 的 研 究

16、不 多 ， 如 能 借 鉴 国 外 的 研 究 成 果 ， 根 据 各 地 的 实 际 情 况 将 现 有 的 有 载 调 压变 压 器 进 行 改 造 ， 有 载 调 压 变 压 器 的 性 能 将 得 到 提 高 。 3 结 论 综 上 分 析 和 比 较 ， 得 出 如 下 结 论 ： (1) 电 力 电 子 开 关 主 回 路 结 构 的 设 计 ， 应 充 分 考 虑 晶 闸 管 的 耐 压 、 可 靠 触 发 、 散热 、 保 护 以 及 成 本 等 问 题 ， 确 保 有 载 调 压 装 置 可 靠 ， 成 本 可 接 受 ， 以 便 新 型 变 压 器有 载 调 压 技 术 的

17、 工 业 化 生 产 和 推 广 应 用 。 (2) 有 载 调 压 应 该 根 据 电 力 系 统 的 实 际 运 行 状 态 进 行 动 态 调 节 分 接 头 ， 避 免 故 障下 调 压 。 研 究 表 明 ， 有 载 调 压 变 压 器 在 系 统 出 现 大 扰 动 时 动 作 ， 会 导 致 系 统 的 负 荷过 重 ， 从 而 产 生 负 调 压 效 应 ， 降 低 系 统 的 稳 定 性 。 因 此 ， 如 何 及 时 地 诊 断 系 统的 故 障 ， 保 证 有 载 调 压 分 接 头 能 正 确 动 作 和 闭 锁 ， 也 是 当 前 新 型 有 载 调 压 变 压 器 亟待 解 决 的 问 题 。 (3) 随 着 电 力 电 子 技 术 特 别 是 晶 闸 管 技 术 的 发 展 ， 我 国 广 泛 采 用 的 传 统 机 械 式 有载 调 压 技 术 必 将 被 新 型 的 快 速 响 应 的 无 弧 无 冲 击 的 电 力 电 子 调 压 技 术 所 取 代 。