专利名称：有载抽头变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电力变压器的有载抽头变换器(on-load tap-changer)机构，并 具体涉及有载抽头变换中用于控制操作时序的装置和方法。
背景技术：
用于变电站的高压变压器受到电荷变化影响的程度例如取决于变压器下游所吸 取的功率的多少。有载抽头变换器允许在不必中断载荷电流的情况下选择不同的变压器匝 数比。这使得有载抽头变换器对于载荷电流不宜中断的功率变压器是有用的。在变压器绕组上设置多个抽头位置使得能够对变压器的匝数进行选择，从而使生 产的变压器具有有效的可变匝数比。这使得变压器次级(输出)侧的电压调整能够适应不 同的负载。图1示意性地示出了有载抽头变换器的典型电路设计。有载抽头变换器100包 括连接到第一接线端子180的变压器线圈160，该变压器线圈160具有多个抽头位置开关 110、112，以在线圈180上选择不同的匝数比。包括旋转开关臂170和转换阻抗140、142的 转换开关130将抽头位置开关110、112连接到第二接线端子190，从而形成电路。抽头位置开关110显示为闭合的，从而将相连的抽头位置经由旋转开关臂170连 接到端子190，所示旋转开关臂170使转换阻抗140短路。抽头变换器遵循一系列的步骤以在与开关110、112相关联的抽头位置之间实现 有载抽头变换，概述如下 抽头开关112闭合； 转换开关130的旋转开关臂170逆时针旋转到一位置，在该位置，电流仅流过转 换阻抗140到达端子190 ； 旋转开关臂170进一步转到一位置，在该位置，载荷同时经过转换阻抗140和 142 ； 旋转开关臂170进一步转到一位置，在该位置，载荷仅经过转换阻抗142到达端 子 190 ； 转换开关130的旋转开关臂170进一步转到一位置，在该位置，转换阻抗142短 路，并且通过抽头位置112提供载荷；以及 抽头开关110打开。以上仅描述了抽头变换的多种可能的顺序中的一种，但是示出了所包含的一般原 理。US 4，081，741中披露了一种更详细的抽头变换顺序，其与上文中给出的操作顺序相似。 该文献还示出了对真空开关(也称为真空断路器)的使用，其用在载荷从一个抽头转移到 另一抽头时，能够使真空开关避免不期望的放电。由于在抽头切换操作期间需要一系列一般涉及高压的、复杂的步骤，所以有载抽 头变换器组件趋于庞大，而且在机械上趋于复杂。在高压变压器中，抽头变换器倾向于安装 在变压器内充满油的腔中，需要沿着相对于变压器的竖直方向对抽头变换器进行安装和拆卸。所有这些要求都会使抽头变换器的安装和拆卸变得困难，并存在潜在的危险，如果在运 转的变电站内实施的话则更是如此。
发明内容
本发明的目的是解决一个或多个上述问题。根据本发明的第一方面，提出了一种有载抽头变换器开关机构，其包括环形凸轮，所述环形凸轮限定多个凸起部；以及开关组件，所述开关组件至少部分地位于所述环形凸轮内且能够相对于所述环形 凸轮旋转，所述开关组件包括电开关和凸轮从动件，所述凸轮从动件与所述环形凸轮的内 表面接合，其中，所述多个凸起部配置为能够在所述开关组件与所述环形凸轮相对旋转时致 动所述凸轮从动件，该对所述凸轮从动件的致动引起电开关的操作。根据本发明的第二方面，提出了一种运行有载抽头变换器开关机构的方法，所述 有载抽头变换器开关机构包括环形凸轮和开关组件，所述环形凸轮限定多个凸起部，所述 开关组件至少部分地处于所述环形凸轮内且能够相对于所述环形凸轮旋转，所述开关组件 包括电开关和与所述环形凸轮的内表面接合的凸轮从动件，该方法包括在所述环形凸轮 与开关组件相对旋转时，通过与所述多个凸起部的一个或多个凸起部的接合而致动所述凸 轮从动件，该对所述凸轮从动件的致动引起电开关的操作。
下面将参考附图，对作为非限制性示例的本发明的优选实施例进行描述，其中图1示出了有载抽头变换器的典型设计的电路图；图2a示出在第一种配置中抽头变换器的平面示意图；图2b示出在第一种配置中抽头变换器的替代性实施例的平面示意图；图3a至3c示出了图2a的抽头变换器的详细剖视图；图3d和3e示出了图2b的抽头变换器的详细剖视图；图4示出了围绕环形凸轮周缘的一对滑动触点的立体图；图5示出了具有电触点的安装框架内的环形凸轮的示意性局部平面图；图6示出了具有一对滑动触点的触点承载盘的立体图；图7示出了触点承载盘的一部分和载有弹簧的接触销钉的剖视图；图8示出了图2的抽头变换器的第二种配置的示意性平面图；图9示出了图2的抽头变换器的第三种配置的示意性平面图；图10示出了另一种抽头变换器的布置方案的示意性平面图；图11示出了用于图8的另一种抽头变换器布置方案的滑动触点布 置方案的示意 性剖视图；图12示出了用于抽头变换器的一个阶段的示例性实施例的示意性立体图；图13示出了抽头变换器的电连接图；图14a和14b示出了示例性抽头变换器的开关顺序；图15a示出了示例性抽头变换器组件的立体图15b示出了图15a的示例性抽头变换器的选出的部分的替代性立体图；图16示出了旋转触点布置方案的立体图；以及图17a至17d示出了图16的旋转触点布置方案处于不同配置时的剖视图。
具体实施例方式如上所述，已经结合本发明的背景技术对图1进行了讨论。图2a示出了根据本发明一种方案的抽头变换器机构200，其中开关组件220布 置在环形凸轮210内。开关组件220包括第一真空开关224a和第二真空开关224b，各个 真空开关经由连接连杆226a、226b连接到相应的凸轮从动件222a、222b。真空开关224a、 224b为有载抽头变换器提供转换器开关触点，各个真空开关224a、224b由相应的凸轮从动 件222a、222b及连接连杆226a、226b致动。
图2b示出了抽头变换器机构200'的替代性实施例，其中标注的部件210'、 220'、222a' ,222b ‘、224a' ,224b ‘、226a' ,226b ‘对应于图 2a 的实施例中标注相似 编号的部件。然而，连接连杆226a'、226b'的布置与图2a中的226a、226b的布置有所不 同，区别之处在于用于凸轮从动件的、复位弹簧228a'、228b'形式的偏置装置设置成与凸 轮从动件222a'、222b'在一起，而不是如图2a中那样与真空开关224a、224b在一起。对 该偏置复位机构在图3d和3e中更为详细地示出并在以下描述。图3a至3c示出了图2a的真空开关224a、连接连杆226a、凸轮从动件222a和环 形凸轮210、以及其他相关部件的更详细的剖视图。当环形凸轮210与开关组件220相对旋转时，凸轮从动件222跟随环形凸轮210 的内表面的轮廓310产生凸轮从动件222a的径向线性运动，即沿着与开关组件220相对于 环形凸轮210旋转的轴线成基本垂直的方向运动。该径向线性运动用于打开和闭合真空开 关224a。图3a至3c示出了实现该操作的顺序，其中，在图3a和3b中真空开关224a闭合， 而在图3c中真空开关224a打开。在图3a至3c中仅示出了一对开关224a、224b中的一个 真空开关224a。参考图3a，例如可以包括旋转轮以减少摩擦的凸轮从动件222a在环形凸轮210相 对于开关组件220旋转时跟随环形凸轮210的轮廓310。借助于第一弹簧或开启弹簧320 使凸轮从动件222a被偏置地抵靠于环形凸轮210上，该第一弹簧或开启弹簧320布置在连 接连杆226a与真空开关224a之间。如图3a所示，第一弹簧320和第二弹簧330都围绕真空开关致动器同轴布置，所 述真空开关致动器包括柱塞340和连接杆350，通过使柱塞340沿箭头370指示的方向滑动 而致动(即，开启)真空开关224a。定位在连接杆350上的防松螺母360为连接连杆226a 设置终点止挡，所述连接连杆226a能够抵抗开启弹簧320提供的偏置而沿连接杆滑动。环形凸轮210的轮廓310包括多个凸起部311，这些凸起部311环绕环形凸轮210 沿周向间隔开，每个凸起部311都对应于实质的共同直径315。当凸轮从动件222a抵靠其 中一个凸起部311定位时，真空开关224a闭合。参考图3b，环形凸轮210显示为相对于开关组件220沿顺时针(箭头380所示) 旋转，从而引起凸轮从动件222a跟随轮廓310并使连接连杆226a从真空开关224a升起。 在替代性的布置方案中，通过使开关组件220相对于固定的环形凸轮210沿反方向旋转可获得相同的效果。在该过渡状态中，连接连杆226a接触由防松螺母360提供的终点止挡， 并且由于接触式压力弹簧330所施加的压力而使真空开关仍保持闭合。连接连杆226a与 真空开关224a之间的距离D1，以及连接连杆226a与柱塞340之间的距离D2，相比于图3a 中所示的距离D1、D2而言，都增加了相同的量。下面参考图3c，其中示出环形凸轮210相对于开关组件220进一步沿顺时针(箭 头380所示)旋转，引起凸轮从动件222a跟随轮廓310并使连接连杆226a进一步由真空 开关224a升起，从而使凸轮从动件222a置于两个相邻的凸起部311之间的槽沟312中。在 该过渡状态中，凸轮从动件222a最大程度地远离真空开关224a。由于柱塞340升起而离开 真空开关224a，所以连接连杆226a与真空开关224a之间的距离Dl相比于图3a所示而言 进一步有所增加，同时连接连杆226a与柱塞340之间的距离D2保持与图3b相同。因此此 时真空开关224a打开。图3d和3e所示为图2b的替代性实施例的视图，所述替代性实施例与图3a和3c 中所示布置方案的剖视图相对应，即真空开关闭合(图3d)和打开(图3e)。相似标注的 部件具有跟图3a至3c所示部件相对应的功能。第一弹簧320'使凸轮从动件 222a'偏 置抵靠于环形凸轮210'的内周，第二弹簧330'的作用为，当凸轮从动件222a'移入凸轮 210'上的槽沟312'时，通过致动连杆226a'来打开真空开关224a'。因此，开关组件 220'的操作类似于图2a和图3a至3c的实施例，但是弹簧320' ,330'在致动凸轮从动 件222a'的滑动柱塞351上操作，而不是在连结真空开关224a'的柱塞350'上操作。该 布置方案简化了结构并减小了开关组件220'的总体尺寸。由于偏置机构直接关联凸轮从 动件222a'的线性运动而使在致动期间真空开关柱塞350'上产生的转矩最小或消除，所 以该布置方案还使得致动机构的稳定性有所增加，从而减小了使用过程中机构卡住的可能 性。下面参考图4，导电滑动触点410a、410b布置在旋转环形凸轮210的外弯曲表面 420上，所述旋转环形凸轮210优选由例如聚合物的绝缘材料制造。在所示实施例中，导电 滑动触点410a、410b也是弯曲的。为了安装和旋转接合在框架内(见图5)，环形凸轮210 还可以进一步包括外平坦凸缘部450。图4所示的滑动触点410a、410b相对于环形凸轮210的旋转方向430彼此呈错位 关系。滑动触点410a、410b相对于环形凸轮210内表面440上的凸起部311布置在围绕环 形凸轮210外表面420的特定位置上。触点410a、410b与环形凸轮轮廓310以相同速率移 动，所以在通过环形凸轮210旋转而进行的抽头变换操作期间，开关组件220的致动时序将 与触点410a、410b的运动同步。参考图5，以平面图示出了图4所示类型的环形凸轮210旋转地安装在安装框架 510内的情形，所述安装框架510包括端子520a、520b形式的多个电触点。滑动触点410a、 410b迫使载有弹簧的销钉530a、530b (图5中未示出该弹簧)分别与相应的接线端子520a、 520b接触。当滑动触点410a、410b移动到下一个端子520b附近时，各个销钉530a、530b断 开接触。通过相对于环形凸轮210的凸起部311精确定位滑动触点410，可以为特定的抽头 变换操作精确地确定开关动作的顺序。如图6所示，在替代性实施例中，开关组件220相对于固定的环形凸轮210旋转，触点承载盘载有导电滑动触点。触点承载盘600安装成与开关组件220 —起绕安装点605 旋转，其包括布置在触点承载盘600的下侧的导电滑动触点610a、610b，所述触点承载盘 600优选由例如聚合物的绝缘材料制造。导电滑动触点610a、610b优选通过弹簧安装在承 载盘600上，如图7更详细地所示。关于图4和图5所示的旋转式环形凸轮210，滑动电触 点610a、610b相对于触点承载盘600的旋转方向630彼此呈错位关系，从而在开关组件200 与触点承载盘600 —起旋转而进行抽头变换操作期间，实现开关同步。图7更详细地示出了触点承载盘600的剖视图。其中一个滑动电触点610a显示 为通过弹簧安装到触点承载盘600。随着触点承载盘600旋转，触点610a朝向销钉710行 进，所述销钉710也可以通过弹簧安装。触点610a和销钉710中的任一者或两者优选具有 锥形或倒圆的前缘，从而允许触点610a横向运动以使销钉与接线端子720电接触。图8和图9示出图2的机构在对应于环形凸轮210相对于开关组件220的不同旋 转方位的不同配置下的状态。当环形凸轮210从图2所示的方位、即真空开关224a、224b 都闭合的方位旋转时，配置变换为图8的情况，其中，当第一凸轮从动件22 2a跟随凸轮轮廓 行进到两个相邻凸起部311之间的槽沟312时，第一真空开关224a打开，而第二真空开关 224b仍保持闭合。随着环形凸轮210进一步旋转，两个真空开关的位置发生互换，如图9所 示，即第一真空开关224a闭合，而第二真空开关224b打开。如上所述，随着环形凸轮210 继续旋转，将重复这种开关顺序，并与由围绕环形凸轮210外表面(或在触点承载盘600的 下侧)的滑动电触点的电接触的顺序同步。图10中示出了开关组件相对于环形凸轮旋转的布置方案。开关组件820绕安装 点850旋转，而环形凸轮810和安装框架830则保持固定。因为环形凸轮810不会相对于 安装框架830旋转，所以凸轮轮廓310可以在安装框架830本身的内表面上形成。电触点 720(图7)显示为位于安装框架830的平面上。如图7中更详细所示，触点承载盘(未示 出)上的滑动触点与开关组件820 —起旋转，并沿安装框架830的平面滑动。这在图11中 进一步地详细示出，其中，旋转触点承载盘600上的滑动触点910显示为正在沿箭头920指 示的方向上接近触点销钉840。可将滑动触点910布置在旋转触点承载盘600上，以提供所 需的抽头开关能力，从而在需要时使用真空开关，而且使其与因滑动触点910相对于固定 式安装框架830中的销钉840运动造成的电接触的接通和断开相同步。根据本发明一种方案的抽头变换器机构的典型实施方式包括对每个阶段使用两 个真空开关(也称为真空瓶)，一个完整的抽头变换器总计全部包括六个真空瓶。图12示 出了这种抽头变换器的一个阶段的示例性实施例的示意性立体图。传动齿轮1010经由连 接轴1015连结到包括两个真空开关的开关组件1020，所述开关组件1020安装在环形凸轮 1030上，所述环形凸轮1030本身安装在隔板1040内。传动齿轮1010的旋转导致包括图8 所示布置方案的开关组件1020相对于环形凸轮1030旋转，并按照要求的顺序致动开关操 作以实施抽头变换的操作。图13示出了对根据本发明的抽头变换器所需的电连接进行说明的基本电路 图。变压器线圈1320包括公共端子1319和布置以允许不同的输出负荷的多个电抽头 1302-1318。开关组件220例如可以沿箭头1310指示的方向旋转，使得随着组件220的旋 转，形成连续的电连接，从而将端子1301连接到选定的电抽头端子1302-1318。图14a和14b示出了根据本发明一种方案的有载抽头变换器的开关操作的典型顺序。随着开关组件220按照箭头1410指示的方向从位置A旋转到位置B，会产生一系列的 开关操作，如图14b的图所示。在位置A，真空开关Vm和Vk闭合，端子开关M闭合，而旁路 电阻开关R1打开。当开关组件移动离开位置A时，旁路电阻开关R1闭合，接着真空开关Vm 打开并且端子开关M打开。随着开关组件220进一步旋转，端子开关M闭合，接着真空开关 Vm闭合。然后真空开关Vk打开，接着旁路电阻开关R1打开，而真空开关Vk再次闭合以完成 开关操作。如上所述，根据滑动触点、销钉和环形凸轮的凸起部的相对位置对每个开关的操 作同步。图15a示出了根据本发明的抽头变换器组件150的替代性示例性实施例的立体 图，其 中环形凸轮210'固定到安装框架或主板153，开关组件220'可旋转地安装在主板 153上、在环形凸轮210'内。开关组件220'绕中心轴151旋转，所述中心轴151优选也用 作抽头变换器组件150的中心电触点，即能够电连接到图13中所示的端子1301，同时限定 开关组件220'绕其旋转的轴线。开关组件220'包括真空开关224a' ,224b ‘，它们因凸 轮从动件222a' ,222b‘的致动而操作，以及其它的触点布置(将在下文中参考图15b和 16进行描述)，所有这些部件都能够一起相对于环形凸轮210'旋转。随着开关组件220' 相对于环形凸轮210'旋转，开关操作的顺序如上所述，并且电接触在围绕环形凸轮210' 周边布置的相邻触点柱152之间变换。触点柱152提供了到变压器上各个抽头1302-1318 的电连接，抽头变换器组件150与这些抽头1302-1318连接。图15a所示的实施例示出了本发明的有利特征，由于开关组件220'设在由环形 凸轮210'限定的内部空间中并可在凸轮210'限定的平面内旋转，所以整个组件150与常 规抽头变换器相比尺寸更小。凸轮从动件222a' ,222b‘偏置地抵靠于凸轮210'的内表 面上的布置方案使得能够在凸轮210'的平面内、即与旋转轴线正交的方向上致动真空开 关224a' ,224b ‘，由此降低了抽头变换器组件150的总体高度。该布置方案还大大简化了 整个抽头变换器组件150的机械设计。图15b示出了图15a的抽头变换器组件150的另一立体图，其中显示的是在去除 了主板153的情况下，环形凸轮210'及开关组件220'的下侧。在该视图中，能够看到上 述触点布置154。另外在图16中单独示出的触点布置154包括两个弹簧偏置的滑动触点 155a、155b，第一触点155a是主电触点，即用于在正常使用期间承载电流，而第二触点155b 是电阻器触点，用于在抽头变换操作期间连接到旁路电阻器。两个触点155a、155b通常由 于不同的载流要求而尺寸不同，但以类似的方式工作，在使用过程中都会弹性偏置地抵靠 于围绕环形凸轮210'布置的其中一个触点柱152。类似于上述其他实施例，触点155a、 155b以错位布置的方式设置在开关组件上，从而能够按照适当的顺序来进行电连接，并使 其在抽头变换操作期间与真空开关的操作同步。图17示出了示例性操作顺序，其中，触点布置方案154使得从第一触点柱152a的 第一抽头位置到第二触点柱152b的第二抽头位置实现连接转换。初始，触点155(即，主触 点155a或电阻器触点155b中的任一者)被偏置地抵靠于第一触点柱152a。在触点组件 154旋转后，触点155与第一触点柱152a脱离连接而与第二触点柱152b连接。在触点155 为主触点155a的情况下，在与第一触点柱脱离接触到与第二触点柱152b接触之间的短暂 间隔期间，相对于主触点155a错位的电阻器触点155b经由第二触点柱152b承载电流。其他实施例都应当处于所附权利要求限定的本发明的范围内。
权利要求
一种有载抽头变换器开关机构，包括环形凸轮，所述环形凸轮限定多个凸起部；以及开关组件，所述开关组件至少部分地位于所述环形凸轮内并能够相对于该环形凸轮旋转，所述开关组件包括电开关和与所述环形凸轮的内表面接合的凸轮从动件，其中，所述多个凸起部配置为能够在所述环形凸轮与开关组件相对旋转时致动所述凸轮从动件，该所述凸轮从动件的致动引起所述电开关的操作。
2.如权利要求1所述的机构，其中，所述多个凸起部设在所述环形凸轮的内表面上。
3.如权利要求1或2所述的机构，还包括安装框架，所述安装框架具有多个触点端子， 所述环形凸轮和所述开关组件至少部分地安装在所述安装框架内。
4.如权利要求3所述的机构，其中，所述环形凸轮能够相对于所述安装框架旋转。
5.如权利要求3所述的机构，其中，所述开关组件能够相对于所述安装框架旋转。
6.如权利要求4所述的机构，其中，所述开关组件和所述安装框架相对于彼此固定，并 且所述环形凸轮包括滑动触点，所述滑动触点配置成在所述环形凸轮旋转时顺序地与所述 多个触点端子接合。
7.如权利要求6所述的机构，其中，所述滑动触点布设在所述环形凸轮的外周上。
8.如权利要求7所述的机构，其包括多个所述滑动触点，这些滑动触点围绕所述环形 凸轮的外周以错位布置的方式设置。
9.如权利要求5所述的机构，其中，所述环形凸轮和所述安装框架相对于彼此固定，所 述开关组件包括滑动触点，所述滑动触点配置为在所述开关组件相对于所述安装框架旋转 时顺序地与所述多个触点端子接合。
10.如权利要求9所述的机构，其中，所述滑动触点可沿所述安装框架的平面滑动。
11.如权利要求9或10所述的机构，其包括多个以错位布置的方式设置在所述开关组 件上的所述滑动触点。
12.如权利要求11所述的机构，其中，所述多个触点端子以多个电触点柱的形式围绕 所述环形凸轮的周边设置。
13.如权利要求1所述的机构，其中，所述凸轮从动件配置为通过沿与所述开关组件相 对于所述环形凸轮旋转的轴线基本垂直的方向的致动而致动所述电开关。
14.如前述任一权利要求所述的机构，其中，所述电开关包括真空开关。
15.如前述任一权利要求所述的机构，其中，所述开关组件包括一对所述凸轮从动件， 每个凸轮从动件都配置为引起一对所述电开关中一个对应的电开关的操作。
16.如权利要求14所述的机构，其中，所述一对凸轮从动件配置为在所述环形凸轮与 所述开关组件相对旋转时引起所述一对电开关的顺序操作。
17.如权利要求2所述的机构，其中，所述凸轮从动件被偏置地抵靠于所述环形凸轮的 内表面上。
18.如权利要求17所述的机构，其中，所述开关组件包括配置为使所述凸轮从动件偏 置地抵靠于所述环形凸轮的内表面上的弹簧。
19. 一种有载抽头变换器，包括如前述权利要求中任一项所述的有载抽头变换器开关 机构。
20. 一种电变压器，包括如权利要求19所述的有载抽头变换器。
21.一种运行有载抽头变换器开关机构的方法，所述有载抽头变换器开关机构包括 限定多个凸起部的环形凸轮和至少部分地布置在所述环形凸轮内并可相对于所述环形凸 轮旋转的开关组件，所述开关组件包括电开关和与所述环形凸轮的内表面接合的凸轮从动 件，所述方法包括在所述环形凸轮与开关组件相对旋转时，通过与所述多个凸起部中的一 个或多个的接合而致动所述凸轮从动件，该对所述凸轮从动件的致动引起所述电开关的操 作。
22.—种有载抽头变换器开关机构，所述有载抽头变换器开关机构大致如本文所述，参 考附图2a至17。
全文摘要
一种有载抽头变换器开关机构(200)，包括环形凸轮(210)，其限定多个凸起部(311)以及开关组件(220)，其至少部分地布置在环形凸轮内并相对于该环形凸轮旋转，该开关组件包括电开关(224a)和与环形凸轮的内表面接合的凸轮从动件(222a)，其中多个凸起部配置为能够在环形凸轮与开关组件相对旋转时致动该凸轮从动件，该对凸轮从动件的致动引起电开关的操作。
文档编号H01H9/00GK101990693SQ200980112345
公开日2011年3月23日 申请日期2009年2月2日 优先权日2008年2月1日
发明者克里斯托弗·马克·尼科尔 申请人:布鲁什变压器有限公司