一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构
阅读说明：本技术 一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构 (Compact vacuum on-load tap-changer switching mechanism for converter transformer ) 是由 董跃周 任成林 刘航 吴延玉 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构,用于解决目前有载真空开关中隔离转换开关众多且位置分散、设备复杂度较高,在分接变换中各开关按时序动作时易发生时序紊乱从而增加事故的发生几率的问题。它包括：主开关M,在主开关M上设有动触头a、b,在动触头a、b的外围设有编号1至6的六个档位,在主开关M上设有编号1至6的触点以及O点引出端；档位与编号相同的触点之间电连接；还包括奇数分接侧主真空触头K1、偶数分接侧主真空触头K2、奇数分接侧线路L1、偶数分接侧线路L2、奇数分接侧辅助真空触头J1和过渡电阻R1、偶数分接侧辅助真空触头J2和过渡电阻R2。本发明结构紧凑,可以实现有载分切开关的切换。(A compact vacuum on-load tap-changer switching mechanism for a converter transformer is used for solving the problems that isolation change-over switches in the existing on-load vacuum switch are numerous, the positions are dispersed, the equipment complexity is high, and time sequence disorder is easy to occur when all switches act according to time sequences in tap change, so that the accident occurrence probability is increased. It includes: the main switch M is provided with moving contacts a and b, six gears with the numbers of 1 to 6 are arranged on the peripheries of the moving contacts a and b, and contacts with the numbers of 1 to 6 and an O point leading-out end are arranged on the main switch M; the contacts with the same gear and the same number are electrically connected; also included are odd tap side main vacuum contacts K1, even tap side main vacuum contacts K2, odd tap side line L1, even tap side line L2, odd tap side auxiliary vacuum contacts J1 and transition resistors R1, even tap side auxiliary vacuum contacts J2 and transition resistors R2. The invention has compact structure and can realize the switching of the on-load diverter switch.)
技术领域
本发明涉及真空有载分接开关技术领域，具体地说是一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构。
背景技术
有载分接开关是变压器中唯一的可动部件，也是关键部件之一。依靠有载分接开关准确及时的动作，不仅可以减少和避免电压的大幅波动，而且可以强制分配负荷潮流，控制设备无功和有功出力，保证电力系统安全可靠运行，增加电网调度的灵活性。在高压直流领域，换流变压器中有载分接开关主要补偿网侧电网波动维持直流电压稳定，调节触发角等任务。
随着网络规模的增大，有载分接开关更频繁的操作次数、更高的电流变化率以及更大的切换容量使得传统的电阻式分接开关不再满足要求，取而代之的是真空灭弧型有载分接开关。带有真空管的有载分接开关的优点是灭弧和绝缘强度恢复非常迅速，而且可以消除油下电弧产生的油污染，同时节约设备的体积和重量。
据统计，在换流变压器发生的故障中由有载分接开关引起的故障占有较大的比例。通过分析受损的有载分接开关发现很多地方都有过流和放电痕迹。当真空管发生泄露时，随时可能发生电弧不熄、过电压真空击穿或后重燃现象，可导致分接开关内级间短路事故，轻则造成分接开关爆燃，重则烧毁整台变压器。同时，由于切换过程中分接开关内部众多的开关器件均按照时序动作，使得整台分接开关整体复杂度升高，提高了故障发生的可能性。
因此，需要提供一种减轻触头切换任务的过渡电路，同时对开关的切换结构进行优化设计，使结构简单紧凑提高分接开关使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构，用于解决目前有载真空开关中隔离转换开关众多且位置分散、设备复杂度较高，在分接变换中各开关按时序动作时易发生时序紊乱从而增加事故的发生几率的问题。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构，其特征是，它包括：
主开关M，在主开关M上设有动触头a、b，动触头a、b的第一端转动设置在同一圆心位置；在动触头a、b的外围设有位于同一圆周上的编号1至6的六个档位，在主开关M上设有编号1至6的触点以及O点引出端；档位与编号相同的触点之间电连接；还包括与1号触点电连接的奇数分接侧主真空触头K1、与2号触点电连接的偶数分接侧主真空触头K2、与3号触点电连接的奇数分接侧线路L1、与4号触点电连接的偶数分接侧线路L2、与5号触点电连接的奇数分接侧辅助真空触头J1和过渡电阻R1、与6号触点电连接的偶数分接侧辅助真空触头J2和过渡电阻R2，奇数分接侧主真空触头K1、奇数分接侧线路L1、奇数分接侧辅助真空触头J1和过渡电阻R1还同时与变压器奇数分接侧电连接，偶数分接侧主真空触头K2、偶数分接侧线路L2、偶数分接侧辅助真空触头J2和过渡电阻R2还同时与变压器偶数分接侧电连接。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于换流变压器的紧凑型真空有载分接开关切换机构，将以往有载分接开关中各个开关(包括主通流开关、多个隔离转换开关等)集成为一个主开关，使结构简单紧凑，内部动作部件集中，可动部件减少，降低设备复杂程度；在主开关切换过程中，动触头a、b均在真空管断开后再动作，触点无电弧烧蚀；主开关同时作为真空管的后备保护，当真空管泄露不能有效切断电弧，在主开关切换过程中会产生电弧，借此来判断真空管是否故障。本电路在进行升档和降档切换任务时，负载电流分别通奇数侧主真空触头K1和偶数侧主真空触头K2轮流切换，在切换循环电流时，循环电流分别通过奇数分接侧辅助真空触头J1和偶数分接侧辅助真空触头J2切换，平衡两个主真空触头及辅助真空触头的切换任务，提高有载分接开关寿命。
附图说明
图1为本发明电路原理图；
图2a为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之一；
图2b为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之二；
图2c为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之三；
图2d为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之四；
图2e为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之五；
图2f为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之六；
图2g为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之七；
图2h为本发明从奇数分接档位切换到偶数分接档位过程示意图之八；
图3a为切换开关从变压器奇数分接侧抽头切换至偶数分接侧抽头过程中切换机构转换程序之一；
图3b为切换开关从变压器奇数分接侧抽头切换至偶数分接侧抽头过程中切换机构转换程序之二；
图4a为切换开关从变压器偶数分接侧抽头切换至奇数分接侧抽头过程中切换机构转换程序之一；
图4b为切换开关从变压器偶数分接侧抽头切换至奇数分接侧抽头过程中切换机构转换程序之二。
具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括电气元件和导线，下面结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明的电气元件主要包括奇数分接侧主真空触头K1、奇数分接侧线路L1、奇数分接侧辅助真空触头J1、过渡电阻R1、偶数分接侧主真空触头K2、偶数分接侧线路L2、偶数分接侧辅助真空触头J2、过渡电阻R2和总开关M。其中总开关M类似钟表结构，总开关M上设有6个档位，分别为1、2、3、4、5、6档位，在总开关上设有两个动触头a、b，两个动触头a、b的第一端在圆心O点，两个动触头a、b的第二端在圆周内转动实现自由转动切换。工作时，动触头a、b分别与六个档位中的两个档位相连，在总开关M的一侧排列设置有7个触点，7个触点分别为6个档位触点及O点的引出端(总开关触点众多，O点引出端的设计目的是将总开关各个输入输出触点与外界连接位置集中到一起，使结构紧凑，接线方便)，总开关M的内部与对应触点电气连接，7个触点与外电路(两条主真空触头支路和两条辅助真空触头支路)对应位置相连。
如图1所示，本发明提供的有载分接开关过渡电路，有两条主真空触头支路和两条辅助真空触头支路，其中一条主真空触头支路上设有奇数分接侧主真空触头K1，另外一条主真空触头支路上设有偶数分接侧主真空触头K2；其中一条辅助真空触头支路上设有串联设置的奇数分接侧辅助真空触头J1、过渡电阻R1，另外一条辅助真空触头支路上设有串联设置偶数分接侧辅助真空触头J2、过渡电阻R2，升档和降档操作切断负载电流任务分别由两主真空触头轮流担任，切断环路电流任务由两个辅助真空触头轮流担任。使得两主真空触头、两辅助真空触头的烧损情况一致，提高整台有载分接开关电气元件寿命。
奇数分接侧主真空触头K1、线路L1、辅助真空触头支路的第一端同时与变压器奇数分接头电连接，奇数分接侧主真空触头K1的第二端与主开关M的1档位触点通过导线电连接，奇数分接侧线路L1的第二端与主开关M的3档位触点通过导线电连接，奇数分接侧辅助真空触头支路的第二端与主开关M的5档位触点通过导线电连接。偶数分接侧主真空触头K2、线路L2、辅助真空触头支路的第一端同时与变压器偶数分接侧通过导线电连接，偶数分接侧主真空触头K2的第二端与主开关M的2档位触点通过导线电连接，偶数分接侧线路L2的第二端与主开关M的4档位触点通过导线电连接，偶数分接侧辅助真空触头支路的第二端与主开关M的6档位触点通过导线电连接。
驱动机构同时驱动奇数分接侧主真空触头K1和偶数分接侧主真空触头K2的动端，使奇数分接侧主真空触头K1和偶数分接侧主真空触头K2同时切断或导通，减轻每个主真空触头的切换任务。
其中当主真空触头K1、K2，辅助真空触头J1、J2全部闭合，主开关M中a连接1档位、b连接3档位时，负载电流由奇数分接侧经线路L1输出；当主真空触头K1、K2，辅助真空触头J1、J2全部闭合，主开关M中a连接2档位、b连接4档位时，负载电流由偶数分接侧经线路L2输出。
上述紧凑型真空有载分接开关切换机构从变压器奇数分接侧抽头切换至偶数分接侧抽头的程序如下：
(1)如图2a所示，主真空触头K1、K2以及辅助真空触头J1、J2全部闭合，主开关M中动触头a连接1档位、动触头b连接3档位时，负载电流由奇数分接侧经线路L1、动触头b输出；
(2)如图2b所示，在图2a的基础上，将主开关M中的动触头b由3档位调整到5档位。此时负载电流由奇数分接侧经真空开关K1、动触头a输出；
(3)如图2c所示，在图2b的基础上，同时将主真空触头K1、K2断开。此时负载电流由奇数分接侧经辅助真空触头J1和过渡电阻R1、动触头b输出，此时主真空触头K1两端的恢复电压为UK1＝IN×R1；其中IN为负载电流。
(4)如图2d所示，在图2c的基础上，将主开关M中的动触头a由1档位切换至2档位。此时负载电流由奇数分接侧经辅助真空触头J1和过渡电阻R1、动触头b输出；
(5)如图2e所示，在图2d的基础上，同时闭合主真空触头K1、K2，此时产生循环电流Ic＝Us+R1，其中Us为级间电压；负载电流一部分由奇数分接侧经辅助真空触头J1、过渡电阻R1和动触头b输出；另一部分由偶数分接侧经主真空触头K2、动触头a输出；
(6)如图2f所示，在图2e的基础上，断开辅助真空触头J1。此时循环电流断开，负载电流由偶数分接侧经主真空触头K2、动触头a输出；此时辅助真空触头两端的恢复电压为UJ1＝U2；
(7)如图2g所示，在图2f的基础上，将主开关M中的动触头b由5档位切换至6档位最终切换至4档位。此时负载电流由偶数分接侧经线路L2、动触头b输出。
(8)如图2h所示，在图2g的基础上，闭合辅助真空触头J1。此时负载电流由偶数分接侧经线路L2、动触头b输出。至此完成从变压器的奇数分接侧抽头至偶数分接侧抽头的切换，完成一级调压。
其中，切换开关从变压器奇数分接侧抽头切换至偶数分接侧抽头过程中，切换机构转换程序如图3a、图3b所示；切换开关从变压器偶数分接侧抽头切换至奇数分接侧抽头过程中，过渡电路转换程序如图4a、图4b所示。
本发明将以往有载分接开关中各个开关(包括主通流开关、多个隔离转换开关等)集成为一个主开关，使结构简单紧凑，内部动作部件集中，可动部件减少，降低设备复杂程度；在主开关切换过程中，动触头a、b均在真空管断开后再动作，触点无电弧烧蚀；主开关同时作为真空管的后备保护，当真空管泄露不能有效切断电弧，在主开关切换过程中会产生电弧，借此来判断真空管是否故障。本电路在进行升档和降档切换任务时，负载电流分别通奇数侧主真空触头K1和偶数侧主真空触头K2轮流切换，在切换循环电流时，循环电流分别通过奇数分接侧辅助真空触头J1和偶数分接侧辅助真空触头J2切换，平衡两个主真空触头及辅助真空触头的切换任务，提高有载分接开关寿命。
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