关于电力电子有载调压分接开关的探讨.DOCVIP

关于电力电子有载调压分接开关的探讨［工业技术］ 陈 敏　　约3022字 　　摘要：本文针对几种无触点有载调压配电变压器的特点进行分析，结果表明基于固态继电器的有载调压分接开关在10kV中压配电变压器中具有广阔的应用前景。 　　关键词：电力电子；无触点有载调压；变压器；SSR 　　1 变压器有载调压技术的发展 　　有载调压变压器有调压范围大、调节过程不断电的特点，对电力系统经济运行、改善电网电能质量等方面具有无载调压变压器不可替代的优点。目前，采用机械有载分接开关的传统有载调压方法仍在普遍应用，但是随着社会的发展和用电量的迅速增长，电网规模不断扩大、电网结构越来越复杂，这种机械有载分接开关已经不能完全满足现代电网的安全和经济运行的要求，所以有载分接开关性能的改进是当前研究人员的主要内容。 　　1.1 传统有载调压方式 　　在我国，常规有载调压变压器采用的是机械式有载分接开关，它主要由分接选择器或分接开关、切换开关、过渡电阻三部分构成，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机械式调压分接开关在分接头切换过程中产生电弧，分接开关的动作速度慢，调压响应时间长，容易错档、错位，而且故障率高，维护量大，使调压时刻无法准确控制。因此，传统有载调压变压器只用于稳态的电压调节。 　　针对传统有载调压变压器存在的问题，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，新型有载调压变压器分为机械式改进型、辅助线圈型和电力电子开关型等。 　　1.2 机械式改进型有载调压方式 　　机械式改进型有载调压变压器是在传统型的基础上加电力电子器件变换而成。典型的电路如图1所示。 　　图1中保留了常规有载分接开关中的分接选择器与切换开关，而在过渡电路中增加了三组晶闸管（SCR）。调压时切换开关的动作（从静触头Ⅰ到Ⅳ）配合晶闸管适时导通与关断，能够保证切换开关在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各触头间切换时不会产生电弧。此改进方案在切换过程中虽然实现了无弧，但是环流问题没有得到解决，并且晶闸管失效会导致分接头线圈直接短路的严重后果，从而损坏分接头和变压器。 　　1.3 辅助线圈型有载调压方式 　　随着电力电子技术迅速发展，人们开始研究采用高电压、大功率电力电子器件构成辅助机械型有载分接开关，利用电力电子器件作为分接开关和切断电路，不带电的机械触头或等电位切换变压器作为分接头，电力电子开关和机械有载分接开关配合工作，完成调压任务，如图2所示。 　　此调压方式操作简单，但是会产生谐波，过程复杂，可靠性差，调压响应速度没有提高。由于电力电子辅助机械型有载分接开关的成本比机械型有载分接开关高，所以它的应用受到了一定的限制。 　　1.4电力电子器件为分接开关的有载调压方式 　　为了进一步提高变压器有载调压的响应速度和降低故障率，人们从20世纪90年代开始研究采用电力电子技术和微处理器控制技术，在特定的调压变压器结构下，通过控制电力电子开关器件的通断和改变变压器匝数，实现有载调压。这种装置无需机械开关的切换，也不会产生电弧，响应速度也得到提高。通常把这种调压装置称为无触点有载调压分接开关。 　　2 无触点有载自动调压分接开关 　　无触点有载自动调压方式主要是采用电力电子开关器件和微处理器控制技术。电力电子器件的采用根据不同的应用场合、调压要求而不同，有载分接分接开关切换时对速度要求并不特别高，一般电力电子器件均可满足，所以本文介绍的无触点有载调压分接开关的电力电子器件主要采用的是造价较低的过零型固态继电器（Solid State Relay,SSR）。该SSR采用过零触发技术，具有电压过零导通、电流过零关断的特性，故干扰很小。 　　无触点有载调压分接开关选择过零型SSR作为分接开关的执行部件，并以其直接连接在每个变压器绕组抽头与中性点之间的形式设计电路，通过控制SSR工作状态完成变压器绕组的自动变换，达到稳定输出电压的目的。同时也可以满足在变换分接开关位置的过程中保证电流是连续的，保证在切换过程中分接头不承受过高电压，保证在启动切换后二次侧电压输出接近额定值，实现输出电压波动范围不超过 。下面将介绍几种典型的无触点有载调压分接开关。 　　2.1采用SSR链式连接的无触点自动调压方式 　　在图3中，SSR采用链式连接，接在变压器高压绕组与中性点之间。该分接开关的工作原理是采用直接调整分接头技术，与相邻分接头相连的SSR导通时，关断与现工作分接头相连的SSR。其优点是：改变分接头时不需要过渡电阻，冲击电流小，可频繁操作，无电弧产生，结构简单，可直接放在变压器油枕中。经实验和理论分析其存在主要的缺点是：由于是链式连接，采用的SSR过多，成本较高，同时在转换