调容调压变压器原理介绍_调容调压变压器现状及发展趋势

　　在我国的工业开发区、居民小区以及广大农村，峰谷负荷变化很大，负荷低谷时变压器接近空载运行，导致变压器损耗的很大一部分为空载损耗，据统计，全国变压器总损耗约占系统发电量的10%，其中配电变压器损耗占比约为总损耗的70%“。所以，降低配电变压器的损耗特别是空载损耗具有十分重要的意义。但普通配电变压器的容量选择是个难题，容量若选择过大，则大马拉小车，经济效益下降;容量选择过小，则小马拉大车，供电可靠性下降。

　　调容变压器具有大、小两个容量，可根据用电负荷及时改变容量，可在提高供电可靠性的同时有效降低空载损耗，是解决上述问题的有效设备1-71。根据统计数据，一台S11型大、小容量分别为200kVA与63kV A 的调容变压器较同型号普通变压器每年可节约电能4725kWh;-台S11型大、小容量分别为315kV A 与100kV A 的有载调容变压器年节省费用5756.9元;在抽油机井供电的应用场合，采用调容变压器可降低空载损耗和负载损耗，提高配电网的功率因数“，据统计，30kVA 调容变压器给抽油机供电每年可节省运行费用991元10.1”。

　　近年来，S13-MZT型调容变压器较同容量S11型普通配电变压器损耗更小，根据容量不同，与S11型调容变压器相比，回收期约为4.2 年~5.3 年; 与S13型普通配电变压器相比，不同容量的回收年限为5.88年~7.26年12.13 调容变压器的发展历程如表1所示，大致可以分为四代产品。第四代自适应负荷型调容变压器构成如图1所示，由配电变压器本体单元、有载调容与有载调压开关单元、负荷换相和无功补偿等配套单元以及综合控制单元等4部分组成。

　　

　　

　　2、调容调压原理

　　2.1、调容原理

　　调容变压器的原理为： 变压器低压绕组由少数线匝I段、多数线匝线1III段组成。变压器三相高压绕组在大容量时接成三角形，小容量时接成星形。大容量时II、III段并联再与I段串联，小容量时I段全部串联。由大容量调为小容量时，低压绕组匝数增加，高压绕组变为Y接法，如图2所示。

　　

　　2.2、调压原理

　　调容变压器的调压原理如图3 所示，根据实际电压情况，当需要调节电压时，通过改变高压绕组的分接头位置，使得高压侧接入电路的绕组匝数发生改变实现调压

　　

　　2.3、控制器

　　

　　

　　2.4 调压开关发展历史

　　国际与国内对变压器调压开关的研究历史如表2所示，从表2中可见， 调压开关经历了机械式调压、真空熄弧调压、电力电子开关调压和混合调压等技术发展过程，从表2可见，国内的研究依然落后于国外，但由于配电网发展的差异性，国外还没有对有载调容变压器开展研究。

　　

　　本文中笔者主要对调容变压器调压调容开关的历史现状与趋势进行综述分析，包括机械式调容调压开关、电力电子式调容调压开关以及混合式调容调压开关的原理、拓扑以及优缺点等。

　　3、机械式调压开关与调容开关

　　3.1、调压开关

　　机械式有载分接开关通过改变变压器分接头实现调压，主要由切换开关、分接选择器和电动机构组成，如图5a所示，图5中A为切换开关，B为分接选择器调压过程中，分接选择器首先不带电切换到目标分接头，然后切换开关动触头从当前静触头切换到目标静触头，电动机构为切换开关以及分接选择器提供动力 假定初始状态如图5a所示，电压稳定于某一值;需要调压时，开关切换到带有限流电阻的辅助触头，如图5b.、C.、dI 所示;然后切换开关从辅助触头切换到另一主触头，如图5e所示，达到改变分接头实现调压的目的。

　　3.2、调容开关

　　

　　调容变压器的调容开关可根据负荷情况，通过 驱动电机将高压绕组由三角形联结转换为星形联结。低压绕组由并联变为串联，实现调容。文献1给出一种机械式有载调容开关的设计。如图6a 所示，调容开关整机如图6b所示，机械部分如图6： 所示。触头切换机构如图6d所示，高压侧的过渡电阻如图6e所示。

　　3.3 优缺点

　　机械式开关具有结构简单、可靠性高及损耗低等优点。 但存在以下缺点：切换开关在触头分离时，易形成电弧;分接开关动作速度慢，响应时间长;调压时刻不能准确控制。连续调挡会造成油温升高，加速产气2;调节时容易造成滑挡。切换时挡位之间的环流会造成过电压，对电网产生冲击們;需定期对有载调压分接开关的绝缘油进行过滤、更换或添加监测装置。

　　4、电力电子式调压与调容开关

　　随着电力电子技术的发展。调容调压变压器的调压开关也从机械结构变为电力电子元件，包括可控硅辅助换流式无弧调压开关、晶闸管和继电器组成的复合开关等。

　　4.1、调压开关

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　4.3 优缺点

　　电力电子式有载分接开关具有切换速度快通断时间可控、调压过程无弧等优点： 但缺点在于：电力电子器件数量多，拓扑复杂，对均压和均流的技术要求高; 器件通态损耗高，需冷却系统长期投入使用，可靠性低;系统性能受电力电子器件特性制约，不同器件特性各异：IGBT反向阻断电压低，不能用于双向阻断的场合;（TO关断门极负脉冲电流峰值高，触发电路复杂;I.TT需要专用光源驱动，成本高，驱动电路复杂。

　　5 、混合式调压开关

　　5.1、开关拓扑结构

　　混合式有载调压开关，保留了机械式开关的分接选择器和切换开关，但过渡电路又增加了电力电子器件，通过开断电力电子器件来辅助机械触头完成切换，切换完成后电力电子器件退出载流回路，由机械触头完成载流。

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　5.2、优缺点

　　混合式开关具有明显优势： 采用电力电子器件辅助机械触头切换，切换过程无电弧，不会使变压器绝缘油劣化，增加开关使用寿命;切换完成后电力电子器件退出载流回路，由机械触头载流，降低电力电子器件导通损耗。增强电力电子器件的可靠性，但混合式开关与电力电子式开关相比，切换速度较慢。结构复杂。另外，混合式开关用于调容变压器的调容调压开关的研究与应用还鲜见公开报道。

　　6、结论

　　调容变压器由于容量可随用电负荷的改变灵活调整，对降低配电变压器的损耗、降低线路损耗及减少温室气体排放具有非常重要的作用，本文中笔者介绍了调容调压变压器的发展历史，重点讨论了机械式、电力电子式和混合式有载调容、调压开关的工作机理以及优缺点，近期来看，混合式开关应该为研究与实用化的重点，但是从长远趋势看，全电力电子器件开关应该更具有研究前景。