无弧有载调压变压器方案的研究.pdf

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第23卷第2期
电工.电能新技术
2004年4月
dvanced Technology of Electrical Engineering and Energy
Apr.2004
无弧有载调压变压器方案的研究
赵刚,施围
(西安交通大学电气エ程学院,陕西西安710049)
摘要:本文对三种无孤有栽调压变压器的技术方案进行了深入的研究。分析了晶闸管与机械开关
相结合的无孤有戴分接开关的灭孤机理和灭孤特性,论述了晶管控制串联调压变压器的工作原
理和调压性能。通过物理模拟试验明确了它们不同的灭孤效果和动态响应特性。经过对三种方
案的比较,提出晶闸管控制串联调压变压器是无孤有载调压的最佳方案。
关键词:电力电子技术;电压控制;有載分接开关;无弧有载调压变压器;品晶同管
中图分类号:TM403
文献标识码
文章编号:1003-3076(2004)02-0051-05
为满意的结果。
1引言
电力系统电压控制是保证系统安全运行和供电2晶闸管与机械开关相结合的方案
电压质量的关键,电压控制的一个主要措施是变压
电力系统有载调压变压器目前主要以组合式、
器有载调压。该措施通过机械式有载分接开关LTC星形中性点、双过渡电阻的有载分接开关进行调压
进行变压器分接头调整。采用机械开关进行变压器如图1所示,滑杆19通过过渡电阻13、14左右滑
分接头有载调压需要复杂的机械构件和电动部件,动,对变压器绕组进行分接头切换,电弧产生于滑杆
由于分接开关带载切换时产生电弧,长期运行将影切换过程中的15、16、17、18触点。近年来,国外学
响变压器绝缘特性,并引起触头烧蚀,出现触头脱者提出以晶闸管作为LTC辅助触点,在其切换时导
落、滑档、操作机构失灵、限位装置失灵、主轴扭断和通以消除电弧的无弧有载调压方案。
电气机械连接失灵等故障。机械式有载调压调节速
度慢,维护工作量大,易导致运行事故,这些都大大
变压器绕组
制约了变压器有载调压的应用。另外,面对冲击性
分接选择器
的扰动负荷,以机械开关进行有载调压,其响应速度
和可控性无法达到要求,对于快速变化的冲击负荷
6
引起的电压波动就失去了作用。有载调压的无弧化
不仅是调压设备安全运行的保证,也是系统稳定、快
速稳压的需要。
13114
随着电力电子技术的发展,基于晶闻管的变压
651718」切换开关
器无弧有载调压的技术方案相继被提出,主要分为
两大类:一是晶闻管与机械开关相结合的调压方
中性点2
案-;二是完全依靠晶闻管控制的调压方案“,但
1有载分接开关(LTC)结构
都不太成熟。本文对这两类中较典型的技术方案进
Fig. I Structure of on load tap changer(LTC)
行了深入的探讨,通过对其灭孤机理的分析和物理
模拟试验,研究其灭弧效果,提出修正方案。经过相
2.1方案
互比较,确定了无弧有载调压的最佳方案,获得了较
国外学者提出较典型的无弧切换开关方案如图
收稿日期:2003-09-13
作者简介:赵刚(1968-),男,上海籍,高级工程师,博士生,主攻电力电子技术在电力系统的应用;
施围(1940-),男,江苏籍,教授,博导,主攻电力系统过电压与绝缘技术。
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电工电能新技术
第23卷
2所示?。图中3、4、5、6是一个特制的双开关,7、8回路电流,通道2为晶闸管回路电流。在开关闭合
是晶闻管,9、12是触发用二极管,10、11是触发限流时,如闭合瞬间开关电流为正向,晶闸管可承担闭合
电阻,1、2为开关输出端子。按照设计,开关导通状瞬间的电流,起到灭弧作用。但闭合瞬间开关电流
态下3、4、5、6均闭合。开关分断时,4、5先打开,4、5为负向时,晶闸管却没有承担闭合瞬间的电流,开关
上出现小的电弧电压,该电压触发晶闸管7或8瞬电流仍然流经节点4、5,没有起到灭弧的作用。其
间导通,电流改由晶闸管通过,4、5可以无弧开断,波形分别如图4a、4b。在开关分断过程中,无论分
而7或8导通半个周波后将因失去触发电平随电流断瞬间电流方向如何,晶闸管都承担了分断瞬间的
过零而自然关断,继而3、6可以无弧分断。开关闭电流直至电流为零,分断过程结束,如图4e、4de
合时,3、6先闭合,晶闸管无触发未导通,不产生电
弧,接着4、5闭合,由于触头靠近瞬间产生小的电弧
电压将触发晶闸管8或9导通,也就熄灭了4、5间
的电弧,4、5导通后强迫关断晶闸管电流,形成开关
闭合
a)闭合瞬间正向电流
(b)闭合瞬间反向电流
0
9
击 n. hn1
(c)分断瞬间正向电流
(d)分断瞬间反向电流
6
图4方案1切换开关闭合、分斷瞬间电流波形
图2方案1无弧切换开关
Fig 4 Waveform of currents of arcless switch of scheme 1
when switch on and switch off
ig 2 Arcless switch of scheme I
该切换开关A与分接选择器结合,形成单过渡
通过试验发现,用于旁路开关电流的正反向晶
电阻的无弧有载分接开关,如图3。
闸管在开关闭合时的触发导通状况与节点4、S闭合
的先后以及闭合时电弧电流的方向密切相关。进
步分析发现,节点4、5不可能同时闭合,总有一定的
变器绕组
时间差,电弧总出现在后闭合的节点上。如果节点
分接选择器
4先闭合,晶闸管8门极和阴极被短接,不可能被触
发.电弧出现在随后闭合的节点5上,如果电弧电流
方向是由4到5,则晶闸管7门极出现正电平被触
发,如果电弧电流方向相反,晶闸管7门极为负电
平,不会被触通。同样,如果节点5先闭合,电弧会
23
oo
出现在节点4上,如果电弧电流由5到4,则晶闸管
8的门极出现正电平被触发,若电流方向相反,晶闸
,,高
中性点
无弧切换开关
管8也不会被触通。开关分断时,电弧总出现在先
分断的节点上,如果电弧电流方向能够触发对应晶
图3方案1无弧有载分接开关
闸管导通,则可以灭弧,如果方向相反不能触通,电
Fig 3 Arcless on load tap changer of scheme
弧将出现在随后分断的节点上,而此电弧电流形成
但是本文在实际应用中却发现,以该方案设计的触发电压正好可以触发与电弧电流方向一致的晶
的灭弧开关并不总能够起到灭弧的效果。图4为该闸管导通,起到灭弧的效果。
开关进行模拟试验时的电流波形,其中通道1为主
该方案以开关动作时产生的电弧电压触发晶闻