試論無觸點有載調(diào)壓配電變壓器可靠性技術(shù)的研究與實現(xiàn)

董文茹 曹保國 紀(jì)紅霞

摘 要：為了滿足供配電需求，變壓器在運行過程中需要通過檔位調(diào)整來調(diào)節(jié)輸出電壓。有載調(diào)壓作為目前主要的調(diào)壓方式，其調(diào)壓機(jī)構(gòu)在很多方面都存在缺陷，影響著變壓器調(diào)壓操作的可靠性及運行安全。在下面文章里，我們將對無觸點有載調(diào)壓配電變壓器可靠性技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：無觸點；有載調(diào)壓；反并聯(lián)晶閘管

變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的變配電設(shè)備，主要起到電壓變換及功率分配的作用。目前在變壓器運行過程中，調(diào)壓方式主要包括有載調(diào)壓和無載調(diào)壓兩種。兩者的區(qū)別主要在于前者調(diào)壓是變壓器無需退出運行，而后者在調(diào)壓時必須停電退出運行。實現(xiàn)有載調(diào)壓的關(guān)鍵是有載調(diào)壓分接開關(guān)，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的是機(jī)械觸頭式有載分接開關(guān)，由于機(jī)械式的分接開關(guān)在操作過程中不存在斷態(tài)電壓和通態(tài)電流等限制因素，所以可以適用于各種不同的容量、電壓等級。但是通過長期運行發(fā)現(xiàn)，機(jī)械式分解開關(guān)由于其自身因素在運行過程中存在很多缺陷，且由于切換過程中涉及的步驟、機(jī)構(gòu)較多，在可靠性方面表現(xiàn)較差。在下面文章里，我們將通過對無觸點有載調(diào)壓變壓器的結(jié)構(gòu)，功能實現(xiàn)方式等方面進(jìn)行分析，對其可靠性技術(shù)的實現(xiàn)進(jìn)行探討。

1 無觸點有載調(diào)壓變壓器

關(guān)于變壓器無觸點有載調(diào)壓分接開關(guān)的研究，目前主要是集中在固態(tài)繼電器和反并聯(lián)晶閘管這兩個方面。其中固體繼電器由于其耐受電壓能力低，應(yīng)用范圍較小，而單個晶閘管的額定電壓能夠達(dá)到3KV，所以可適用于大容量、高電壓的變壓器應(yīng)用需求。

2 影響分接開關(guān)可靠性的因素分析

2.1 啟動裝置退出可靠性

調(diào)壓系統(tǒng)的啟動裝置一般是采用具有常閉觸點的中間繼電器，其控制線圈接在變壓器低壓側(cè)。如果控制線圈兩端電壓低于最小維持電壓時，啟動裝置會誤動，重新介入變壓器高壓側(cè)。通過對繼電器運行參數(shù)的分析，我們了解到其最小維持電壓為120V，在變壓器實際運行過程中，低壓側(cè)輸出電壓不會低于這一值。

2.2 勵磁涌流和電動機(jī)啟動電流的影響

變壓器投入時的勵磁涌流及電動機(jī)啟動時的沖擊電流都會使流過分接開關(guān)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常工作電流，會影響其工作可靠性，同時對啟動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)也會造成威脅。

2.3 過渡支路工作可靠性

過渡支路由過渡支路開關(guān)和限流電阻構(gòu)成，主要是為了在兩個位置的分接開關(guān)同時導(dǎo)通時限制回路中的環(huán)流。在實際運行過程中，當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)較低的情況下，存在調(diào)壓過程中過渡支路無法被接入，導(dǎo)致變壓器一次側(cè)斷路，致使分接開關(guān)過壓擊穿。

2.4 反并聯(lián)晶閘管換向過電壓

在感性負(fù)載為主的變壓器調(diào)壓過程中，晶閘管兩端在換向過程中會承受遠(yuǎn)高于電源電壓的過電壓，威脅晶閘管的運行安全，所以就需要對晶閘管進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，目前主要是通過阻容吸收電路來抑制換向過電壓，所以阻容吸收電路的相關(guān)參數(shù)都會影響調(diào)壓系統(tǒng)的可靠性。

2.5 驅(qū)動單元高低壓絕緣

調(diào)壓系統(tǒng)的主電路及控制系統(tǒng)跨越變壓器的高、低壓側(cè)，其絕緣的隔離是依靠電源變壓器和晶閘管驅(qū)動電路中的光電耦合來實現(xiàn)。但是當(dāng)高壓側(cè)出現(xiàn)短路或是進(jìn)行耐壓實驗時，電源變壓器和光電耦合器的電氣隔離水平無法承受如此高的電壓。這就導(dǎo)致驅(qū)動單元的高低壓絕緣成為影響調(diào)壓系統(tǒng)可靠性的一個重要因素，制約著這項技術(shù)在更高電壓等級變壓器上的應(yīng)用。

2.6 單片機(jī)程序紊亂、死機(jī)故障

單片機(jī)是調(diào)壓裝置控制單元的核心，也是控制信號的來源，其工作是否可靠直接影響著調(diào)壓功能的可靠性及變壓器的運行安全。在單片機(jī)運行過程中，影響其可靠性的問題主要是內(nèi)部程序紊亂及死機(jī)故障。

3 保證和提高可靠性技術(shù)的實現(xiàn)

3.1 改善主電路與控制程序

（1）改進(jìn)過渡支路開關(guān)

為了保證過渡支路能夠可靠導(dǎo)通，在設(shè)計時我們可以選用雙向晶閘管作為過渡支路開關(guān)，其觸發(fā)電路是由中間繼電器和觸發(fā)電阻組成；同時為了限制勵磁涌流，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用過渡支路和啟動結(jié)構(gòu)合并的方式。

（2）阻容吸收電路

為了將反并聯(lián)晶閘管換向過電壓限制在允許范圍內(nèi)，可以在合理的應(yīng)用阻容吸收電路，其原理是利用電容兩端電壓在瞬時不能突變這一特性，吸收瞬間過電壓，將其限制在允許范圍內(nèi)。通過精確確定阻容吸收電路相關(guān)參數(shù)，并將電路模塊化，能夠很好的提高換向過電壓的吸收能力。

（3）改進(jìn)控制程序

當(dāng)電壓發(fā)生暫時性的波動時，調(diào)壓裝置無需進(jìn)行操作。為此在對控制程序進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)采取延時操作處理，來避免電壓波動造成的頻繁調(diào)壓操作。一般延時30s即可滿足應(yīng)用需求。

3.2 反并聯(lián)晶閘管光纖觸發(fā)方案

為了改善前文中提到的晶閘管觸發(fā)過程中存在的高低壓電氣隔離問題，目前最為熱門的方案是通過光纖觸發(fā)。只需監(jiān)控單元與位于髙壓側(cè)的晶閘管模塊及其觸發(fā)電路存在一定空間距離，光纖觸發(fā)方案就可以很好的解決觸發(fā)過程中的絕緣問題。

3.3 控制單元故障閉鎖裝置

為了改善單片機(jī)程序紊亂及死機(jī)造成調(diào)壓系統(tǒng)運行的不可靠性，同時對觸發(fā)芯片進(jìn)行屏蔽保護(hù)，避免分接開關(guān)的誤操作。這就需要在程序發(fā)生紊亂、死機(jī)時，有相關(guān)檢測硬件能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并重啟單片機(jī)?？撮T狗芯片是目前滿足這一應(yīng)用需求的理想器件，其作為單片機(jī)硬件系統(tǒng)必備的輔助外圍電路，主要是對單片機(jī)運行狀況進(jìn)行監(jiān)控。同時對于調(diào)壓裝置上電、正常工作及故障復(fù)位這3種不同工作狀態(tài)也應(yīng)設(shè)計合理的閉鎖裝置。

4 結(jié)束語

在上面文章里，我們對影響無觸點有載調(diào)壓配電變壓器可靠性的因素及改進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了簡單分析。由于無觸點有載調(diào)壓技術(shù)的發(fā)展時間比較短，在很多方面都還存在問題，所以大范圍的推廣應(yīng)用還有很長一段路要走。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙玉林，李麗貞，李海鳳，等.無觸點有載調(diào)壓配電變壓器光纖啟動方案[J].電力自動化設(shè)備，2016，36（2）：89-94.

（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）