基于無(wú)弧有載調壓實(shí)現無(wú)弧切換的解決方案

傳統以上，機械構件與電動(dòng)機構結合狀態(tài)下的變壓器有載調壓分接開(kāi)關(guān)存在的大量的問(wèn)題與缺陷，其中以較高的故障率、以及較慢的響應動(dòng)作為主。更關(guān)鍵的是：在變壓器調壓過(guò)程當中，受到電弧作用力因素的影響，極有可能致使觸頭出現燒蝕等方面的問(wèn)題，不但會(huì )致使油體污染方面的問(wèn)題產(chǎn)生，同時(shí)也在很大程度上制約著(zhù)變壓器功能的實(shí)現。而在引入大功率電力電子開(kāi)關(guān)應用于有載分接開(kāi)關(guān)，可滿(mǎn)足調壓運行的無(wú)弧化特點(diǎn)，從而達到提高電力變壓器運行質(zhì)量與水平的問(wèn)題。本文即針對上述問(wèn)題展開(kāi)詳細分析與探討，給出相應的解決方案。

1.研究現狀

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

對比我國，國內有關(guān)無(wú)弧有載調壓開(kāi)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?shī)W地利伊林有載分接開(kāi)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(kāi)關(guān)最為突出，在晶閘管的輔助作用之下，聯(lián)合機械觸頭的運行，可滿(mǎn)足分接開(kāi)關(guān)的綜合性?xún)?yōu)勢。傳統意義上，電弧觸頭所對應的功能可以由晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件的方式加以替代。在整個(gè)線(xiàn)路的運行過(guò)程當中，基于晶閘管的開(kāi)關(guān)元件可在切換過(guò)程當中達到開(kāi)斷電流的目的，與機械觸頭聯(lián)合形成切換開(kāi)關(guān)所對應的觸頭系統，從而滿(mǎn)足無(wú)弧有載調壓的運行功能。

在該基于TADS的切換開(kāi)關(guān)當中，每相與一個(gè)晶閘管部件保持對應關(guān)系，機械觸點(diǎn)等同于常規電路系統中的主通觸頭。在整個(gè)電路處于靜止運行的狀態(tài)臺下，電流可通過(guò)機械觸點(diǎn)流通。與此同時(shí)，在電流通路進(jìn)行切換動(dòng)作期間，所有機械觸頭的開(kāi)斷動(dòng)作均是以不帶電流運行作為基本前提的。從這一角度上來(lái)說(shuō)，該電路運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(wèn)題，從根本上避免了因線(xiàn)路頻繁檢修而導致的損失問(wèn)題。

但該系統也存在一定的不足之處，主要表現為：建立在晶閘管部件與機械觸頭的基礎之上實(shí)現有載調壓功能，盡管在無(wú)弧切換動(dòng)作的實(shí)施過(guò)程當中可滿(mǎn)足“無(wú)弧”方面的需求，但仍然屬于基于機械電子的混合使結構，從而導致操作以及控制動(dòng)作相對比較復雜，難度較大。

2.基于無(wú)弧有載調壓方案分析

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

為滿(mǎn)足無(wú)弧有載調壓的相關(guān)要求，可建立在變壓器高壓繞組的基礎之上，根據不同的連接方式，實(shí)現無(wú)弧切換的效果。具體有如下兩種方案：

A方案：該方案實(shí)現無(wú)弧切換效果的關(guān)鍵在于，大功率電力電子開(kāi)關(guān)雙向晶閘管建立在變壓器高壓繞組的基礎之上，實(shí)現與常規分接選擇器的聯(lián)合處理。該方案下所對應的無(wú)弧切換工作原理示意圖如下圖所示(見(jiàn)圖1)。

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

A方案實(shí)現配電變壓器無(wú)弧有載調壓運行的主要工作原理為：若變壓器高壓繞組正常運行狀態(tài)下，以X1分接頭作為工作載體，則圖1中所對應的SCR1晶閘管處于導通狀態(tài)，在如連接過(guò)渡電阻的1-ST-R區段通路當中，檢測無(wú)電流。同時(shí)，SCR2晶閘管則處于阻斷狀態(tài)。在以上運行條件作用之下，系統電壓產(chǎn)生變動(dòng)，為確保低壓側所輸出電壓水平的穩定、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)下的運行方案為：ST分接選擇器在無(wú)負載運行狀態(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區段通路。該區段通路的運行觸發(fā)SCR2晶閘管并促使其處于導通狀態(tài)，所形成電流通路為X2-SCR2區段，滿(mǎn)足一次性分接轉換的功能。

B方案：該方案實(shí)現無(wú)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方案當中的ST分接選擇器，作為完成分接任務(wù)的載體。下圖(見(jiàn)圖2)為B方案所對應的無(wú)弧切換工作原理示意圖。

該方案的優(yōu)勢在于：

能夠剔除基于機械運轉式調壓變壓器中所涉及到的運動(dòng)部件以及電動(dòng)機構，避免電路運行期間頻繁出現電動(dòng)機構故障的問(wèn)題。同時(shí)，該電路運行下的分接選擇工作以及切換動(dòng)作還可支持軟件控制的方式實(shí)現。

A方案實(shí)現配電變壓器無(wú)弧有載調壓運行的主要工作原理為：變壓器高壓繞組正常運行狀態(tài)下，以X1分接頭作為工作載體，則圖2中所對應的SCR1晶閘管處于導通狀態(tài)，則圖2中X1-SCR1區段處于電流通路的運行狀態(tài)。同情況下，圖2中SSR1S、SSR2、以及SCR則均處于斷開(kāi)狀態(tài)。換句話(huà)來(lái)說(shuō)，在系統電壓出現波動(dòng)運行的情況下，為了保障變壓器低壓側供電質(zhì)量的穩定與可靠，在邏輯判斷的條件下，需要將變壓器運行工況轉變?yōu)閄2分接接頭。此狀態(tài)下的運行方案為：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為X2-SSR2-R區段。在此基礎之上，觸發(fā)SCR2處于導通狀態(tài)，此狀態(tài)下所形成的電流通路表現為X2-SCR2區段，滿(mǎn)足一次性分接轉換的功能。

3.結束語(yǔ)

本文在基于對大功率電力電子開(kāi)關(guān)用語(yǔ)配電變壓器理論要點(diǎn)分析的基礎之上，提出了兩種不同的，可滿(mǎn)足無(wú)弧有載調壓需求的無(wú)弧切換工作方案。其中，A方案屬于機械電子混合調壓運行模式，雖能夠滿(mǎn)足無(wú)弧切換的工作需求，但結構設置上相對比較復雜，運行期間容易出現動(dòng)作延遲以及各類(lèi)故障問(wèn)題。而對于B方案而言，由于引入了固態(tài)繼電器組參與運行，從而能夠剔除基于機械運轉式調壓變壓器中所涉及到的運動(dòng)部件以及電動(dòng)機構，避免電路運行期間頻繁出現電動(dòng)機構故障的問(wèn)題，實(shí)際運行中動(dòng)作快速，結構簡(jiǎn)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)現無(wú)弧有載調壓的基礎方案，以上問(wèn)題望引起各方人員的關(guān)注與重視。