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智能伺服变压器:配电变压器电力电子式有载调压技术 复合式有载调压技术

2018-05-24 09:20:04 德州信平电子有限公司 阅读

电力电子式有载调压技术

近年来,电力电子技术得到快速发展,晶闸管系列产品的性能有了较大提高。无冲击无弧的纯电力电子式有载调压开关也一度成为研究重点,主要是采用微处理器直接控制晶闸管电力电子开关实现分接头的切换。电力电子式有载调压开关技术原理具体如图4所示[1]。

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图4电力电子式有载调压开关技术原理

电力电子式有载调压开关装置通过测量模块得到变压器二次侧电压和电流,由微处理器完成功角计算、故障识别和形成控制指令,适时切换晶闸管开断,完成电压调节功能。微处理器可根据系统电压的实际情况进行故障识别,选择性限制晶闸管动作或将其闭锁。电力电子式有载调压开关主要优点是分接头切换时无电弧无冲击,无机械和电动部件,故障率低,维护工作量小。缺点是对晶闸管自身性能水平及计算、判断和控制的精确性要求极高,易受雷电冲击的影响;晶闸管功率消耗高于机械式开关,需要采取措施散热和降低自身损耗。

2.3复合式有载调压技术

复合式有载调压开关是综合利用机械开关损耗小和电力电子开关切换无弧无冲击的技术优势,形成的一种机械和电力电子混合式调压技术。文献[10]介绍了一种可控硅辅助换流式有载调压开关,可控硅辅助换流式无弧调压开关原理具体如图5所示。

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图5可控硅辅助换流式无弧调压开关原理

可控硅辅助换流式有载调压开关技术为防止电弧产生,采用可控硅取代了传统有载调压开关的过渡电阻,总体结构未有大的变化。可控硅辅助换流式有载调压开关设计有2组可控硅,对这2组可控硅在电流过零点时关断的同步性要求很高,不允许出现任一可控硅管提前导通情况,否则就会导致变压器的部分线圈短路,同样如其中一个可控硅管出现延时导通的情况,则会造成负载电流中断,因此所产生的高恢复电压将会损坏可控硅。

文献[12]介绍了一种组合式分接开关,主要由TADS型切换开关和选择器组成,切换开关的触头系统由晶闸管和机械触头组成,晶闸管作为切换开关的开关元件承担电弧触头功能,负责开断切换过程中的电流。TADS型切换开关原理如图6所示,其中ST为变压器高压绕组线圈,CR1为过渡电阻回路选择器,R为过渡电阻,CT1为晶闸管回路选择器,TH为晶闸管,SR为固态继电器,M1与M2为机械触点。

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图6TADS切换开关原理

组合式分接开关的每一相切换开关采用一个晶闸管,机械触点M1与M2为主通触头,在非切换状态下电流流通M1或M2。在开关切换的整个过程中,由于机械触头都是在不带电流情况下分开,因此不会造成触头烧损和油污染问题,相对传统的机械式有载分接开关,寿命期内无需更换触头,维护检修的工作量将大大减少。该组合式分接开关是一种典型的机械电子混合式结构,由机械触头与晶闸管结合而成,可实现无电弧切换,但该类型组合式开关的操作与控制较为复杂。

文献[17]介绍了一种电力电子开关双向晶闸管与大功率固态继电器相结合的复合式有载调压技术,主要以大功率固态继电器组代替传统的分接选择器。该复合式有载调压开关无弧切换原理如图7所示。

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图7复合式有载调压开关无弧切换原理

图7中的X1和X2为有载调压型配电变压器的高压绕组的2个抽头;SCR1和SCR2为无触点电力电子开关双向晶闸管,SSR1和SSR2R为固态继电器,R是起限流作用的过渡电阻。假定最初有载调压型配电变压器运行在绕组分接头X2位置,双向晶闸管SCR2则处于全导通状态,电流通路为X2-SCR2,SSR1、SSR2、SCR1均处于断开状态。当需要将分接头由X2调整到X1时,调整过程具体包括:先触发导通固态继电器SSR1,然后关断SCR2,电流通路变为X1-SSR1-R,再触发导通SCR1,电流通路变为X1-SCR1,这样就完成了一次分接的转换。与传统机械式有载调压开关相比,不存在任何的运动部件和电动操作机构,真正消除了原有的故障隐患,完全由软件控制实现分接的选择和快速切换。该方案还处于研究与完善阶段。

3结语

本文分析了国内外配电变压器有载调压技术研究现状,对已有配电变压器调压技术进行了归纳和总结。现有的机械式有载调压技术包含机械改进型、带在线滤油装置型、真空灭弧型3类,机械改进型结构较为复杂,控制速度慢;带在线滤油装置型需要额外一套滤油装置,不定期更换滤芯,成本和维护工作量增加;真空灭弧型实现了免维护,但切换时有冲击,价格高;电力电子式和复合式有载调压技术具有无弧、无冲击切换优势,目前还处于研究与探索阶段,主要受限于电力电子开关技术性能水平,调压装置体积偏大,其实用性还需要进一步实践验证。

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