基于無弧有載調(diào)壓實(shí)現(xiàn)無弧切換的解決方案

傳統(tǒng)以上，機(jī)械構(gòu)件與電動機(jī)構(gòu)結(jié)合狀態(tài)下的變壓器有載調(diào)壓分接開關(guān)存在的大量的問題與缺陷，其中以較高的故障率、以及較慢的響應(yīng)動作為主。更關(guān)鍵的是：在變壓器調(diào)壓過程當(dāng)中，受到電弧作用力因素的影響，極有可能致使觸頭出現(xiàn)燒蝕等方面的問題，不但會致使油體污染方面的問題產(chǎn)生，同時(shí)也在很大程度上制約著變壓器功能的實(shí)現(xiàn)。而在引入大功率電力電子開關(guān)應(yīng)用于有載分接開關(guān)，可滿足調(diào)壓運(yùn)行的無弧化特點(diǎn)，從而達(dá)到提高電力變壓器運(yùn)行質(zhì)量與水平的問題。本文即針對上述問題展開詳細(xì)分析與探討，給出相應(yīng)的解決方案。

1.研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外有關(guān)基于電力電子開關(guān)電流特性研究，滿足改善有載調(diào)壓變壓器分接頭切換的研究始于上世紀(jì)70年代中期，但受到制造成本、動作實(shí)施可靠性等多個(gè)方面因素的影響，導(dǎo)致該技術(shù)無法在實(shí)際應(yīng)用中加以落實(shí)。但是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與完善，電力系統(tǒng)對于相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用更加的完善，從而使得變壓器無弧有載調(diào)壓方案的可行性更加突出。

對比我國，國內(nèi)有關(guān)無弧有載調(diào)壓開關(guān)的研究相對起步較早，所取得的研究成果也更加的突出與典型。其中，以奧地利伊林有載分接開關(guān)公司所研發(fā)生產(chǎn)的一種基于晶閘管發(fā)揮輔助效果的TADS切換開關(guān)最為突出，在晶閘管的輔助作用之下，聯(lián)合機(jī)械觸頭的運(yùn)行，可滿足分接開關(guān)的綜合性優(yōu)勢。傳統(tǒng)意義上，電弧觸頭所對應(yīng)的功能可以由晶閘管作為開關(guān)元件的方式加以替代。在整個(gè)線路的運(yùn)行過程當(dāng)中，基于晶閘管的開關(guān)元件可在切換過程當(dāng)中達(dá)到開斷電流的目的，與機(jī)械觸頭聯(lián)合形成切換開關(guān)所對應(yīng)的觸頭系統(tǒng)，從而滿足無弧有載調(diào)壓的運(yùn)行功能。

在該基于TADS的切換開關(guān)當(dāng)中，每相與一個(gè)晶閘管部件保持對應(yīng)關(guān)系，機(jī)械觸點(diǎn)等同于常規(guī)電路系統(tǒng)中的主通觸頭。在整個(gè)電路處于靜止運(yùn)行的狀態(tài)臺下，電流可通過機(jī)械觸點(diǎn)流通。與此同時(shí)，在電流通路進(jìn)行切換動作期間，所有機(jī)械觸頭的開斷動作均是以不帶電流運(yùn)行作為基本前提的。從這一角度上來說，該電路運(yùn)行期間可最大限度避免觸頭燒損以及油體污染等方面的質(zhì)量問題，從根本上避免了因線路頻繁檢修而導(dǎo)致的損失問題。

但該系統(tǒng)也存在一定的不足之處，主要表現(xiàn)為：建立在晶閘管部件與機(jī)械觸頭的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓功能，盡管在無弧切換動作的實(shí)施過程當(dāng)中可滿足“無弧”方面的需求，但仍然屬于基于機(jī)械電子的混合使結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致操作以及控制動作相對比較復(fù)雜，難度較大。

2.基于無弧有載調(diào)壓方案分析

基于以上有關(guān)基于大功率電力電子開關(guān)作用力配電變壓器運(yùn)行情況的分析，筆者認(rèn)為：

為滿足無弧有載調(diào)壓的相關(guān)要求，可建立在變壓器高壓繞組的基礎(chǔ)之上，根據(jù)不同的連接方式，實(shí)現(xiàn)無弧切換的效果。具體有如下兩種方案：

A方案：該方案實(shí)現(xiàn)無弧切換效果的關(guān)鍵在于，大功率電力電子開關(guān)雙向晶閘管建立在變壓器高壓繞組的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)與常規(guī)分接選擇器的聯(lián)合處理。該方案下所對應(yīng)的無弧切換工作原理示意圖如下圖所示(見圖1)。

圖1中，X1以及X2均為該變壓器高壓繞組所對應(yīng)的抽頭，R表示的是該電路運(yùn)行期間的過渡電阻，可發(fā)揮相對于變壓器高壓繞組側(cè)所傳輸高電流的限流作用，SCR1以及SCR2為無觸點(diǎn)電力電子開關(guān)所對應(yīng)的晶閘管，對應(yīng)為雙向關(guān)系，ST則為分接選擇器，該選擇器支持在線路無負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)下，對分接頭進(jìn)行選擇。

A方案實(shí)現(xiàn)配電變壓器無弧有載調(diào)壓運(yùn)行的主要工作原理為：若變壓器高壓繞組正常運(yùn)行狀態(tài)下，以X1分接頭作為工作載體，則圖1中所對應(yīng)的SCR1晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，在如連接過渡電阻的1-ST-R區(qū)段通路當(dāng)中，檢測無電流。同時(shí)，SCR2晶閘管則處于阻斷狀態(tài)。在以上運(yùn)行條件作用之下，系統(tǒng)電壓產(chǎn)生變動，為確保低壓側(cè)所輸出電壓水平的穩(wěn)定、可靠，就需要對該配電變壓器以X2分接頭作為工作載體。此狀態(tài)下的運(yùn)行方案為：ST分接選擇器在無負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，自“1”切換至“2”,將SCR1晶閘管切換至關(guān)閉狀態(tài)，形成如圖1中所示的X2-2-ST-R區(qū)段通路。該區(qū)段通路的運(yùn)行觸發(fā)SCR2晶閘管并促使其處于導(dǎo)通狀態(tài)，所形成電流通路為X2-SCR2區(qū)段，滿足一次性分接轉(zhuǎn)換的功能。

B方案：該方案實(shí)現(xiàn)無弧切換效果的關(guān)鍵在于：以基于大功率的固態(tài)繼電器組裝置替代A方案當(dāng)中的ST分接選擇器，作為完成分接任務(wù)的載體。下圖(見圖2)為B方案所對應(yīng)的無弧切換工作原理示意圖。

該方案的優(yōu)勢在于：

能夠剔除基于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)式調(diào)壓變壓器中所涉及到的運(yùn)動部件以及電動機(jī)構(gòu)，避免電路運(yùn)行期間頻繁出現(xiàn)電動機(jī)構(gòu)故障的問題。同時(shí)，該電路運(yùn)行下的分接選擇工作以及切換動作還可支持軟件控制的方式實(shí)現(xiàn)。

A方案實(shí)現(xiàn)配電變壓器無弧有載調(diào)壓運(yùn)行的主要工作原理為：變壓器高壓繞組正常運(yùn)行狀態(tài)下，以X1分接頭作為工作載體，則圖2中所對應(yīng)的SCR1晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，則圖2中X1-SCR1區(qū)段處于電流通路的運(yùn)行狀態(tài)。同情況下，圖2中SSR1S、SSR2、以及SCR則均處于斷開狀態(tài)。換句話來說，在系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動運(yùn)行的情況下，為了保障變壓器低壓側(cè)供電質(zhì)量的穩(wěn)定與可靠，在邏輯判斷的條件下，需要將變壓器運(yùn)行工況轉(zhuǎn)變?yōu)閄2分接接頭。此狀態(tài)下的運(yùn)行方案為：固態(tài)繼電器SSR2被觸發(fā)，同步關(guān)斷SSR1,此狀態(tài)下所形成的電流通路表現(xiàn)為X2-SSR2-R區(qū)段。在此基礎(chǔ)之上，觸發(fā)SCR2處于導(dǎo)通狀態(tài)，此狀態(tài)下所形成的電流通路表現(xiàn)為X2-SCR2區(qū)段，滿足一次性分接轉(zhuǎn)換的功能。

3.結(jié)束語

本文在基于對大功率電力電子開關(guān)用語配電變壓器理論要點(diǎn)分析的基礎(chǔ)之上，提出了兩種不同的，可滿足無弧有載調(diào)壓需求的無弧切換工作方案。其中，A方案屬于機(jī)械電子混合調(diào)壓運(yùn)行模式，雖能夠滿足無弧切換的工作需求，但結(jié)構(gòu)設(shè)置上相對比較復(fù)雜，運(yùn)行期間容易出現(xiàn)動作延遲以及各類故障問題。而對于B方案而言，由于引入了固態(tài)繼電器組參與運(yùn)行，從而能夠剔除基于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)式調(diào)壓變壓器中所涉及到的運(yùn)動部件以及電動機(jī)構(gòu)，避免電路運(yùn)行期間頻繁出現(xiàn)電動機(jī)構(gòu)故障的問題，實(shí)際運(yùn)行中動作快速，結(jié)構(gòu)簡單，特別是針對35kV電壓等級以下的配電變壓器而言，優(yōu)勢突出，可將B方案作為實(shí)現(xiàn)無弧有載調(diào)壓的基礎(chǔ)方案，以上問題望引起各方人員的關(guān)注與重視。