基于对大功率电力电子开关用语配电变压器理论要点分析

电子

　　摘要：文章基于对大功率电力电子开关用于配电变压器相关理论的分析与探讨，提出了两种不同的，可基于无弧有载调压实现无弧切换的工作方案，并就两种方案下的动作切换模式以及工作原理展开了详细分析与探讨，文章最后对两种方案下的性能进行了对比，指出B方案，也就是在引入固态继电器组装置下，无弧有载调压方案的显着优势。
　　0 引言
　　传统以上，机械构件与电动机构结合状态下的变压器有载调压分接开关存在的大量的问题与缺陷，其中以较高的故障率、以及较慢的响应动作为主。更关键的是：在变压器调压过程当中，受到电弧作用力因素的影响，极有可能致使触头出现烧蚀等方面的问题，不但会致使油体污染方面的问题产生，同时也在很大程度上制约着变压器功能的实现。而在引入大功率电力电子开关应用于有载分接开关，可满足调压运行的无弧化特点，从而达到提高电力变压器运行质量与水平的问题。本文即针对上述问题展开详细分析与探讨，给出相应的解决方案。
　　1.研究现状
　　国内外有关基于电力电子开关电流特性研究，满足改善有载调压变压器分接头切换的研究始于上世纪70年代中期，但受到制造成本、动作实施可靠性等多个方面因素的影响，导致该技术无法在实际应用中加以落实。但是，随着电力电子技术的发展与完善，电力系统对于相关技术的应用更加的完善，从而使得变压器无弧有载调压方案的可行性更加突出。
　　对比我国，国内有关无弧有载调压开关的研究相对起步较早，所取得的研究成果也更加的突出与典型。其中，以奥地利伊林有载分接开关公司所研发生产的一种基于晶闸管发挥辅助效果的TADS切换开关最为突出，在晶闸管的辅助作用之下，联合机械触头的运行，可满足分接开关的综合性优势。传统意义上，电弧触头所对应的功能可以由晶闸管作为开关元件的方式加以替代。在整个线路的运行过程当中，基于晶闸管的开关元件可在切换过程当中达到开断电流的目的，与机械触头联合形成切换开关所对应的触头系统，从而满足无弧有载调压的运行功能。
　　在该基于TADS的切换开关当中，每相与一个晶闸管部件保持对应关系，机械触点等同于常规电路系统中的主通触头。在整个电路处于静止运行的状态台下，电流可通过机械触点流通。与此同时，在电流通路进行切换动作期间，所有机械触头的开断动作均是以不带电流运行作为基本前提的。从这一角度上来说，该电路运行期间可最大限度避免触头烧损以及油体污染等方面的质量问题，从根本上避免了因线路频繁检修而导致的损失问题。
　　但该系统也存在一定的不足之处，主要表现为：建立在晶闸管部件与机械触头的基础之上实现有载调压功能，尽管在无弧切换动作的实施过程当中可满足“无弧”方面的需求，但仍然属于基于机械电子的混合使结构，从而导致操作以及控制动作相对比较复杂，难度较大。
　　2.基于无弧有载调压方案分析
　　基于以上有关基于大功率电力电子开关作用力配电变压器运行情况的分析，笔者认为：
　　为满足无弧有载调压的相关要求，可建立在变压器高压绕组的基础之上，根据不同的连接方式，实现无弧切换的效果。具体有如下两种方案：
　　A方案：该方案实现无弧切换效果的关键在于，大功率电力电子开关双向晶闸管建立在变压器高压绕组的基础之上，实现与常规分接选择器的联合处理。该方案下所对应的无弧切换工作原理示意图如下图所示（见图1）。

　　图1中，X1以及X2均为该变压器高压绕组所对应的抽头，R表示的是该电路运行期间的过渡电阻，可发挥相对于变压器高压绕组侧所传输高电流的限流作用，SCR1以及SCR2为无触点电力电子开关所对应的晶闸管，对应为双向关系，ST则为分接选择器，该选择器支持在线路无负载的运行状态下，对分接头进行选择。
　　A方案实现配电变压器无弧有载调压运行的主要工作原理为：若变压器高压绕组正常运行状态下，以X1分接头作为工作载体，则图1中所对应的SCR1晶闸管处于导通状态，在如连接过渡电阻的1-ST-R区段通路当中，检测无电流。同时，SCR2晶闸管则处于阻断状态。在以上运行条件作用之下，系统电压产生变动，为确保低压侧所输出电压水平的稳定、可靠，就需要对该配电变压器以X2分接头作为工作载体。此状态下的运行方案为：ST分接选择器在无负载运行状态下，自“1”切换至“2”,将SCR1晶闸管切换至关闭状态，形成如图1中所示的X2-2-ST-R区段通路。该区段通路的运行触发SCR2晶闸管并促使其处于导通状态，所形成电流通路为X2-SCR2区段，满足一次性分接转换的功能。
　　B方案：该方案实现无弧切换效果的关键在于：以基于大功率的固态继电器组装置替代A方案当中的ST分接选择器，作为完成分接任务的载体。下图（见图2）为B方案所对应的无弧切换工作原理示意图。

　　该方案的优势在于：
　　能够剔除基于机械运转式调压变压器中所涉及到的运动部件以及电动机构，避免电路运行期间频繁出现电动机构故障的问题。同时，该电路运行下的分接选择工作以及切换动作还可支持软件控制的方式实现。
　　A方案实现配电变压器无弧有载调压运行的主要工作原理为：变压器高压绕组正常运行状态下，以X1分接头作为工作载体，则图2中所对应的SCR1晶闸管处于导通状态，则图2中X1-SCR1区段处于电流通路的运行状态。同情况下，图2中SSR1S、SSR2、以及SCR则均处于断开状态。换句话来说，在系统电压出现波动运行的情况下，为了保障变压器低压侧供电质量的稳定与可靠，在逻辑判断的条件下，需要将变压器运行工况转变为X2分接接头。此状态下的运行方案为：固态继电器SSR2被触发，同步关断SSR1,此状态下所形成的电流通路表现为X2-SSR2-R区段。在此基础之上，触发SCR2处于导通状态，此状态下所形成的电流通路表现为X2-SCR2区段，满足一次性分接转换的功能。
　　3.结束语
　　本文在基于对大功率电力电子开关用语配电变压器理论要点分析的基础之上，提出了两种不同的，可满足无弧有载调压需求的无弧切换工作方案。其中，A方案属于机械电子混合调压运行模式，虽能够满足无弧切换的工作需求，但结构设置上相对比较复杂，运行期间容易出现动作延迟以及各类故障问题。而对于B方案而言，由于引入了固态继电器组参与运行，从而能够剔除基于机械运转式调压变压器中所涉及到的运动部件以及电动机构，避免电路运行期间频繁出现电动机构故障的问题，实际运行中动作快速，结构简单，特别是针对35kV电压等级以下的配电变压器而言，优势突出，可将B方案作为实现无弧有载调压的基础方案，以上问题望引起各方人员的关注与重视。（作者：胡群荣）

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