一种分体分步式有载分接开关及其控制方法
阅读说明：本技术 一种分体分步式有载分接开关及其控制方法 (Split step-by-step on-load tap-changer and control method thereof ) 是由 陈羽 许元震 陈富扬 曹冬明 方太勋 李海英 谢晔源 杨兵 吕玮 石巍 王文杰 于 2021-06-24 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种分体分步式有载分接开关及其控制方法。所述分体分步式有载分接开关包括隔离模块和切换开关,所述隔离模块的一端设置于变压器内部,连接变压器的选择开关,所述隔离模块的另一端设置于变压器外部；所述切换开关设置于变压器外部,连接所述隔离模块；所述切换开关包括两条支路,每条所述支路包括并联连接的通流支路和过渡支路,所述通流支路包括串联连接的第一开关与第二开关,所述过渡支路包括第三开关、第四开关和限流元件,所述第四开关和限流元件并联连接后与所述第三开关串联连接；所述两条支路的输入端分别通过所述隔离模块连接所述选择开关的两个输出触头,所述两条支路的输出端相连接。(The application provides a split step type on-load tap-changer and a control method thereof. The split step-by-step on-load tap-changer comprises an isolation module and a change-over switch, wherein one end of the isolation module is arranged in the transformer and is connected with a selection switch of the transformer, and the other end of the isolation module is arranged outside the transformer; the change-over switch is arranged outside the transformer and connected with the isolation module; the change-over switch comprises two branches, each branch comprises a through-current branch and a transition branch which are connected in parallel, the through-current branch comprises a first switch and a second switch which are connected in series, the transition branch comprises a third switch, a fourth switch and a current limiting element, and the fourth switch and the current limiting element are connected in parallel and then connected in series with the third switch; the input ends of the two branch circuits are respectively connected with the two output contacts of the selector switch through the isolation module, and the output ends of the two branch circuits are connected.)
技术领域
本申请涉及变压器技术领域，具体涉及一种分体分布式有载分接开关及其控制方法。
背景技术
有载分接开关主要作用是实现变压器电压调节。特高压直流输电工程中的换流变压器有载分接开关(以下简称OLTC)与普通电力变压器运行工况相比更加恶劣。
首先，换流变压器长期满负荷运行，流过OLTC的电流大。其次，流过换流变压器有载分接开关的负载电流不是正弦波，而是带有换相过程的电流波形，过零点的di/dt大，熄弧困难。然后，换流变压器有载分接开关OLTC动作非常频繁，运行中动作次数可达4000次/年，机械寿命要求高。最后，内部动作无任何电气量监测，处于“黑盒”状态，无法判断切换过程中的暂态工作状态。
由于特高压换流变压器有载分接开关(OLTC)的特殊性，目前我国所有特高压直流输电工程中的OLTC均为国外厂商提供，且事故分析及改进还不能自主可控。
传统OLTC一次切换过程中涉及多种开关、多次分合步骤，其中某一步骤发生异常，机械运动仍继续执行下一步动作，极易导致级间短路等更大故障。
发明内容
本申请实施例提供一种分体分步式有载分接开关，包括隔离模块、切换开关，所述隔离模块的一端设置于变压器内部，连接变压器的选择开关，所述隔离模块的另一端设置于变压器外部；所述切换开关设置于变压器外部，连接所述隔离模块；所述切换开关包括两条支路，每条所述支路包括并联连接的通流支路和过渡支路，所述通流支路包括串联连接的第一开关与第二开关，所述过渡支路包括第三开关、第四开关和限流元件，所述第四开关和限流元件并联连接后与所述第三开关串联连接；所述两条支路的输入端分别通过所述隔离模块连接所述选择开关的两个输出触头，所述两条支路的输出端相连接。
根据一些实施例，所述分体分步式有载分接开关，还包括选择开关，所述选择开关设置于变压器内部，包括n个输入触头和n个输出触头，所述n个输入触头与变压器的调压绕组的n个抽头一一对应连接。
根据一些实施例，所述隔离模块包括第一隔离单元和第二隔离单元，所述第一隔离单元连接在所述选择开关的一个输出触头与所述切换开关一条支路的输入端之间；所述第二隔离单元连接在所述选择开关的另一个输出触头与所述切换开关另一条支路的输入端之间。
根据一些实施例，所述切换开关还包括限压元件，所述限压元件连接在所述两条支路的输入端之间。
根据一些实施例，所述限压元件包括非线性电阻。
根据一些实施例，所述切换开关还包括第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器、第五电流互感器、第六电流互感器和第七电流互感器，所述第一电流互感器串联连接在所述切换开关的一条支路；所述第二电流互感器串联连接在所述切换开关的另一支路；所述第三电流互感器串联连接在所述切换开关的输出端；所述第四电流互感器串联连接在所述切换开关的所述一条支路的通流支路；所述第五电流互感器串联连接在所述切换开关的所述另一支路的通流支路；所述第六电流互感器串联连接在所述切换开关的所述一条支路的过渡支路；所述第七电流互感器串联连接在所述切换开关的所述另一支路的过渡支路。
根据一些实施例，所述切换开关包括机械开关或电力电子开关，所述机械开关包括油开关、六氟化硫开关、真空开关的至少一种，所述电力电子开关包括可控硅整流器、绝缘栅双极型晶闸管、电子注入增强栅晶闸管、集成门极换流晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶闸管的至少一种。
根据一些实施例，所述限流元件包括电阻或/和电抗。
根据一些实施例，所述切换开关通过绝缘支柱与地电位隔离。
本申请实施例还提供一种如上所述的分体分步式有载分接开关的控制方法，包括：当变压器进行有载调压时，控制负载电流从调压绕组的一抽头换至另一抽头；控制与所述调压绕组的另一抽头对应连接的选择开关的输出触头，经隔离模块与切换开关的另一通流支路连接；控制切换开关根据各支路开关状态及电流采样，进行有载切换操作。
根据一些实施例，所述控制方法还包括：在正常工作状态下，控制变压器负载电流经调压绕组的任一抽头、与所述抽头连接的选择开关、隔离模块、切换开关的一条支路流通，所述切换开关的其余支路为关断状态。
根据一些实施例，所述控制切换开关根据各支路开关状态及电流采样，进行有载切换操作，包括：闭合原导通支路的过渡支路的第四开关，关断原导通支路的通流支路的第一开关和第二开关；通过所述原导通支路的通流支路的第四电流互感器或第五电流互感器采样判断电流过零，负载电流转移至原导通支路的过渡支路，关断原导通支路的过渡支路的第四开关；通过原导通支路的过渡支路的第六电流互感器或第七电流互感器采样判断电流过零，负载电流转移至原导通支路的过渡支路的限流元件，导通另一支路的过渡支路的第三开关；通过两条支路的第一电流互感器和第二电流互感器分别采样判断，当变压器调压绕组经两条支路的过渡支路的第三开关和限流元件存在环流后，关断原导通支路的过渡支路的第三开关；通过原导通支路的第一电流互感器或第二电流互感器采样判断原导通支路的过渡支路的第三开关电流过零，负载电流转移至所述另一支路的过渡支路的第三开关和限流元件，导通所述另一支路的过渡支路的第四开关；通过所述另一支路的电流互感器和另一支路的过渡支路的第七电流互感器或第六电流互感器采样判断所述另一支路的过渡支路的限流元件电流过零，负载电流转移至所述另一支路的过渡支路的第四开关后，导通所述另一支路的通流支路的第一开关和第二开关，关断另一支路的过渡支路的第四开关。
本申请实施例提供的技术方案，提供了一种新的有载分接开关，并将有载分接开关的切换开关部分移至变压器体外，同时结合数字化电气测量技术，可实现暂态切换过程分步控制，每步动作有监测、可保护，解决现有传统分接开关一旦动作无法停止以及无法监测保护的“黑盒”难题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种分体分步式有载分接开关组成示意图。
图2是本申请实施例提供的一种分体分步式有载分接开关的控制方法流程示意图。
图3是本申请实施例提供的一种分体分步式有载分接开关切换开关的支路切换控制过程流程示意图。
图4是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之一。
图5是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之二。
图6是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之三。
图7是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之四。
图8是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之五。
图9是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之六。
图10是本申请实施例提供的分体分步式有载分接开关工作过程示意图之七。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
图1是本申请实施例提供的一种分体分步式有载分接开关组成示意图，包括选择开关102、隔离模块300和切换开关200。
选择开关102设置于变压器100内部，包括n个输入触头和n个输出触头，n个输入触头与变压器的调压绕组101的n个抽头一一对应连接，n为自然数。隔离模块300的一端设置于变压器100内部，连接变压器100的选择开关102，隔离模块300的另一端设置于变压器100外部。切换开关200设置于变压器100外部，连接隔离模块300。实现导体部分与变压器100外壳的绝缘及变压器100外壳密封。
隔离模块300包括第一隔离单元301和第二隔离单元302。第一隔离单元301连接在选择开关102的一个输出触头与切换开关200的一条支路的输入端之间。第二隔离单元302连接在选择开关102的另一个输出触头与切换开关200另一支路的输入端之间。第一隔离单元301和第二隔离单元302为隔离套管，但并不以此为限。
切换开关200包括两条支路，每条支路包括并联连接的通流支路和过渡支路，通流支路包括串联连接的第一开关与第二开关，过渡支路包括第三开关、第四开关和限流元件，第四开关和限流元件并联连接后与第三开关串联连接。两条支路的输入端分别通过隔离模块300连接选择开关200的两个输出触头，两条支路的输出端相连接。限流元件包括但不限于电阻或/和电抗。如图1所示，第一支路包括并联连接的通流支路和过渡支路，通流支路包括串联连接的第一开关201与第二开关202，过渡支路包括第三开关205、第四开关206和限流元件211，第四开关206和限流元件211并联连接后与第三开关205串联连接。第二支路包括并联连接的通流支路和过渡支路，通流支路包括串联连接的第一开关203与第二开关204，过渡支路包括第三开关207、第四开关208和限流元件212，第四开关208和限流元件212并联连接后与第三开关207串联连接。两条支路的输入端A、B分别通过隔离模块300连接选择开关200的两个输出触头，两条支路的输出端C相连接。
可选地，切换开关200还包括限压元件221，限压元件221连接在两条支路的输入端之间。限压元件包括但不限于非线性电阻。
可选地，切换开关200还包括第一电流互感器231、第二电流互感器232、第三电流互感器233、第四电流互感器234、第五电流互感器235、第六电流互感器236和第七电流互感器237。
第一电流互感器231串联连接在切换开关200的一条支路。第二电流互感器232串联连接在切换开关200的另一支路。第三电流互感器233串联连接在切换开关200的输出端。第四电流互感器，串联连接在切换开关200的一条支路的通流支路。第五电流互感器，串联连接在切换开关200的另一支路的通流支路。第六电流互感器，串联连接在切换开关200的一条支路的过渡支路。第七电流互感器，串联连接在切换开关200的另一支路的过渡支路。
可选地，切换开关200包括但不限于机械开关或电力电子开关，机械开关包括但不限于油开关、SF6(六氟化硫)开关、真空开关的至少一种，电力电子开关包括但不限于SCR(可控硅整流器)、IGBT(绝缘栅双极型晶闸管)、IEGT(电子注入增强栅晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶闸管)的至少一种。
可选地，切换开关200通过绝缘支柱与地电位隔离。
本实施例提供的技术方案，提供了一种新的有载分接开关，并将有载分接开关的切换开关部分移至变压器体外，将分接选择器与切换开关隔离，解决了切换开关自身故障对变压器本体的影响问题。
图2是本申请实施例提供的一种分体分步式有载分接开关的控制方法流程示意图。
在S10中，当变压器100进行有载调压时，控制与调压绕组101的另一抽头对应连接的选择开关102的输出触头，经隔离模块300与切换开关200的另一通流支路连接。
在正常工作状态下，控制变压器100负载电流经调压绕组101的任一抽头、与这个抽头连接的选择开关102、隔离模块300、切换开关200的一条支路流通，切换开关200的其余支路为关断状态，如图4所示。
当变压器100进行有载调压时，负载电流需要从切换开关200的一条通流支路导通切换至另一通流支路导通，以下假设原导通支路为第一支路的通流支路，以第一支路的通流支路切换至第二支路的通流支路为例进行说明。
控制与调压绕组101的另一抽头对应连接的选择开关102的输出触头2，经第二隔离单元302与切换开关200的另一通流支路的输入端B连接。
在S20中，控制切换开关200根据各支路开关状态及电流采样，进行有载切换操作，包括以下步骤S21至S26，如图3所示。
在S21中，闭合原来导通的第一支路的过渡支路的第四开关206，关断第一支路的通流支路的第一开关201和第二开关202，如图5所示。
在S22中，通过第一支路的通流支路的第四电流互感器234采样判断电流过零，负载电流转移至第一支路的过渡支路，关断第一支路的过渡支路的第四开关206，如图6所示。
在S23中，通过第一支路的过渡支路的第六电流互感器236采样判断电流过零，负载电流转移至第一支路的过渡支路的限流元件211，导通第二支路的过渡支路的第三开关207，如图7所示。
在S24中，通过两条支路的第一电流互感器231和第二电流互感器232分别采样判断，当变压器调压绕组101经两条支路的过渡支路的第三开关205、207和限流元件211、212存在环流后，关断第一支路的过渡支路的第三开关205，如图8所示。
在S25中，通过第一支路的第一电流互感器231采样判断第一支路的过渡支路的第三开关205电流过零，负载电流转移至第二支路的过渡支路的第三开关207和限流元件212，导通第二支路的过渡支路的第四开关208，如图9所示。
在S26中，通过第二支路的电流互感器232和第二支路的过渡支路的第七电流互感器237采样判断第二支路的过渡支路的限流元件212电流过零，负载电流转移至第二支路的过渡支路的第四开关208后，导通第二支路的通流支路的第一开关203和第二开关204，关断第二支路的过渡支路的第四开关208，如图10所示。
在S30中，控制负载电流从调压绕组的一抽头换至另一抽头。
负载电流从切换开关200的第二支路的通流支路导通，切换至第一支路的通流支路导通，操作步骤与上述过程类似，不再赘述。
本实施例提供的技术方案，结合数字化电气测量技术，可实现有载分接开关暂态切换过程分步控制，每步动作有监测、可保护，解决现有传统分接开关一旦动作无法停止以及无法监测保护的“黑盒”难题。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。
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