一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置的制造方法
【专利摘要】一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，涉及电气工程技术领域。本发明可解决因现有电力电子元件耐压低导致无触点有载调压范围小、供电可靠性差的问题。用反并联晶闸管作为切换分接头开关装置，采用正反调压方式进行有载调压，选用低压空气开关作为环流保护装置，通过监测与控制系统及触发单元控制分接开关的通断。当分接开关出现故障时，空气开关跳闸，切断故障电流，同时也切断隔离变压器电源，使有载调压功能退出，配电变压器自动恢复到额定分接头继续向用户供电；同时故障报警单元自动通过移动通讯网络向变压器管理者发送短信，告知有载自动调压分接开关处于非正常运行状态，以便择机进行故障的排除。它用于配电系统。
【专利说明】
一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关。属于电气工程技术领域。
【背景技术】
[0002]用电力电子元件作为分接开关，在计算机或者是单片机，DSP控制下，对配电变压器进行有载调压，是在一定范围内，稳定配电变压器输出电压的有效措施。因为电力电子元件具有动作快，变换工作分接头进行有载调压时没有电弧产生，所以具有可频繁动作，寿命长，特别适用于需要频繁调节分接头的配电变压器使用。但由于电力电子元件耐压值限制，若在每个分接头上接上可控硅直接控制其导通状态进行调压，则用目前的电力电子元件不采用串联使用的话仅能做到当电压变化范围不超过±5%额定电压时，将输出电压稳定在±2.5%额定电压范围内。若要增大调压范围，必须采用多个元件串联，但这必将造成结构复杂，成本上升，且可靠性下降，另外，现在的申请的无触点有载自动调压装置，都是考虑到它的工作原理，而在实用性上却考虑的不多。比如如果一个电力电子元件损坏了，如何保证变压器的继续运行，如何通知变压器的管理人员，告知分接开关已经出现内部元件损坏，以便在合适时间，进行检修。
[0003]CN201113802Y公开了一种配电变压器电子式有载自动宽范围调压装置，该装置采用固态继电器与磁保持继电器构成复合开关作为分接开关的主开关，调压时固态继电器动作，调压结束后与处于导通的固态继电器并联的磁保持继电器闭合，此时电流流经磁保持继电器触点，避免了流过固态继电器产生压降造成的损耗。具有能耗低的优点;采用中性点动态连接方式，使电路连接简单;整个调压装置均放在油箱中，没有蓄电池，避免了蓄电池液进入变压器油造成绝缘水平降低的可能性;变换分接头时直接进行固态继电器导通状态的变换，使电路简单，装置体积变小，便于安装应用;特别是采用常闭型固态继电器作为上电时的启动元件，使启动可靠，电路简单，具有推广应用价值；同时将控制系统分为高压和低压两部分，高压侧采用有源触发方式，使其工作可靠性得以提高。但作为实际应用还有以下问题需要解决。
[0004]1、分接开关耐压问题:由于变压器高压侧工作绕组与没有投入的调节绕组的耦合作用，各段绕组都有电压，在三相对称的情况下，采用各档位分接开关中性点侧不相连的接线方式，各固态继电器承受的电压与各级中性点连在一起是一样的。在现有固态继电器最高额定电压为660V的情况下，最高电压分接头到最低电压分接头之间相电压也只能做到660V为安全起见，留有一定裕量，只能做到±5%UN，当然中间可以加密分接头。
[0005]2、虽然采用磁保持继电器和固态继电器作为复合开关，但磁保持继电器导通时，其两端电压为零，此时与之并联的固态继电器由于其流过的电流小于导通维持电流将处于截止状态。在变换分接头磁饱和继电器开断时将产生火花，这样无触点开关的优点并没有发挥出来。
[0006]3、变换分接开关易产生环流:采用直接变换省去了过渡支路，不用安装限流电阻，就是在两个固态继电器直接进行变换时，为了保证电流的连续性，必须使现截止的固态继电器先导通，现导通的后关闭，而固态继电器只有当其流过的电流小于其维持电流时才能关闭。这样就造成两个固态继电器同时导通，将调节绕组短接，造成短路状态的后果。因此要彻底解决变换分接头过程中的环流问题。
[0007]4、安全问题:控制系统和触发系统分别安装于不同控制板，但其仍然位于变压器的一次侧和二次侧，两者之间仅靠光耦隔离器进行高低压隔离绝对是不够的。当高压绕组中开关元件及控制引线被高电压击穿时，同样会导致1kV高压窜入400V侧的事故。
[0008]5、保护功能不完善:该方案在某一组电子元件击穿或磁保持继电器节点出现焊接无法断开时，当工作分接头变换到相邻分接头时，就会造成调节绕组短路，发生烧毁调节绕组的现象。
[0009]6、无法保证供电可靠性:这种有载调压变压器在实际电网运行中，若出现缺相、过电流、短路、过压及欠压故障时，仅能使调压装置停止调压，但无法确保配电变压器继续供电运行，甚至造成变压器等设备损坏以及大面积停电事故。
[0010]总之，这几个问题如果没有得到解决，难以在配电系统中得以实际的推广。
【发明内容】
[0011]本发明是为了解决因现有电力电子元件耐压低导致无触点有载调压范围小；因电力电子元件或控制电路元件损坏时导致变压器停电的问题。现提供一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置。
[0012]一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，待调压的配电变每相绕组均包括一个基本工作绕组WO、一个调节绕组Wl和一个调节绕组W2，
[0013]所述无触点有载自动正反调压分接开关装置包括隔离变压器T、监测与控制系统、三相触发单元、故障报警单元和三相调压电路；
[0014]一个调节绕组Wl和一个调节绕组W2是具有分接头的一套绕组，
[0015]三相调压电路均相同，以A相调压电路为例进行说明，
[0016]A相调压电路包括6个开关执行单元、过流保护单元、电阻RAl、电阻RA2、双向可控硅TRAl和双向可控硅TRA2，
[0017]每个开关执行单元结构相同，其中第一个包括反并联晶闸管SAl、电阻Rl和电容Cl，电阻Rl和电容Cl串联后与反并联晶丨U管SAl并联，
[0018]过流保护单元包括三相空气开关ASI和三相空气开关ASII，
[0019]基本工作绕组WO的一端用于连接A相交流电，
[0020]第一个开关执行单元与第二个开关执行单元串联，第一个开关执行单元与第二个开关执行单元之间连接三相空气开关ASII中一相，该结构作为第一个支路，
[0021]第三个开关执行单元与第四个开关执行单元串联，双向可控硅TRAl和电阻RAl串联后与第三个开关执行单元并联，双向可控硅TRA2和电阻RA2串联后与第四个开关执行单元并联，该结构作为第二个支路，
[0022]第五个开关执行单元与第六个开关执行单元串联，第五个开关执行单元与第六个开关执行单元串联之间连接三相空气开关ASII中第二相，该结构作为第三个支路，
[0023]三个支路并联后与基本工作绕组WO串联，
[0024]三相空气开关ASI中一相连接在第一个开关执行单元与基本工作绕组WO的另一端之间，三相空气开关ASI中第二相连接在第五个开关执行单元与基本工作绕组WO的另一端之间，
[0025]调节绕组Wl的一端连接在第一个开关执行单元与三相空气开关ASII中第一相之间，调节绕组Wl的另一端连接在第三个开关执行单元与第四个开关执行单元之间，
[0026]调节绕组W2的一端连接在第三个开关执行单元与第四个开关执行单元之间，调节绕组W2的另一端连接在第五个开关执行单元与三相空气开关ASII中第二相之间，调节绕组Wl和调节绕组W2串联；
[0027]三相空气开关ASI中第三相、三相空气开关ASII中第三相、三相空气开关BSI中第三相、三相空气开关BSII中第三相、三相空气开关CSI中第三相、和三相空气开关CSII中第三相串联，串联后再与隔离变压器T的初级线圈串联，串联后的一端连接在三相空气开ASII中第一相和第二个开关执行单元之间，串联后的另一端连接在三相空气开ASII中第二相和第六个开关执行单元之间，
[0028]隔离变压器T的第一个次级线圈、第二个次级线圈和第三个次级线圈的六个输出端连接监测与控制系统的监控信号输入端，监测与控制系统的监控信号输出端连接三相触发单元的监控信号输入端，监测与控制系统的电源信号输出端连接故障报警控制系统的电源信号输入端，
[0029]三相触发单元的触发信号输出端分别连接三相调压电路中反并联晶闸管的控制端，隔离变压器T的第四个次级线圈和第五个次级线圈的四个输出端连接故障报警单元的报警信号输入端，故障报警单元用于向工作人员发送报警信息。
[0030]根据一种用于变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，三相触发单元包括两种三相触发单元，一种三相触发单元采用型号为M0C3083的光耦实现，另一种三相触发单元采用型号为TLP521-4的光耦实现，
[0031]一种三相触发单元能够使I档位的SXl与SX6、II档位的反并联晶闸管SXl与SX4、IV档位的反并联晶闸管SX5与SX4或V档位的反并联晶闸管SX5与SX2在监测与控制系统无电或监测与控制系统有电但输出高电平时截止，在监测与控制系统有电且输出低电平时导通；
[0032]另一种三相触发单元能够使III档位的反并联晶闸管SX5与SX4在监测与控制系统无电或监测与控制系统有电且输出高电平控制信号时，获得触发电压从而导通，而当监测与控制系统有电且输出低电平控制信号时关断。
[0033]本发明的有益效果为:本发明的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置与配电变压器本体连接就可以实现有载调压了，采用反并联晶闸管作为切换分接头开关装置，采用低压空气开关作为环流保护装置，控制电路以单片机为核心，控制系统电源及测量电压均通过隔离变压器取自配电变压器高压侧靠近中性点侧的调压绕组两端。要求变压器本体每相的调节绕组为独立绕组，基本工作绕组和独立的调节绕组由分接开关相连，调节绕组与基本工作绕组的连接极性和连接的分接头根据检测到的电压所决定，达到有载调压的目的。本分接开关具有工作元件实际承受电压低，调节范围大等特点，并可实现当任一组元件损坏时，变压器不间断供电，同时通过移动通讯系统发送故障报警信息。本系统为配电变压器提供一种不需元件串并联，当电网电压波动高达±10%υΝ1时，变压器输出电压波动范围不超过±3%UN2的有载自动调压分接开关。该分接开关选用反并联可控硅模块作为执行开关，采用正反调压方式进行有载调压，采用自动空气开关作为调节绕组的过流保护装置，当空气开关跳闸动作后，有载调压功能退出，变压器自动恢复到额定分接头继续运行。同时故障报警系统自动通过移动通讯网络向变压器管理者发送短信，告知有载自动调压分接开关处于非正常运行状态，以便择机进行故障的排除。
[0034]本发明与现有技术相比，1、可靠性高，接线简单。采用该调压接线方式，无论电网电压波动范围是±5% Un还是尚达±10% Un，处于关闭状态的可控娃申旲块承受的最尚电压都为10%相电压，S卩578V，考虑到电网电压升高10%的可能性，承受的最高电压也仅为635V，若再考虑到变压器带感性负载，需要再增加30%的裕量，也仅能达到698V。现在对可控硅模块，常用的正反向阻断电压已达1800V，当采用该可控硅摸块时，安全系数已达2.6所以可靠性高。对接在分接头中性点的可控硅，安全系数高达5.2，无论正常运行还是过渡过程，都不可能损坏。所以只在非额定挡位上用空气开关实现调节绕组环流保护，而在额定挡没有必要装设过流保护。
[0035]2、供电可靠性高。当部分元件或控制电路出现故障时，不会中断供电。与非额定分接头相连的可控硅模块承受的最高电压为额定分接头的二倍，所以在同样耐压可控硅模块的情况下，接在额定分接头的可控硅模块不可能损坏。本装置隔离变压器T的初级线圈是与用于三相调压电路过流保护的六个空气开关的第三相相串联，当承受电压相对较高的非额定分接头的可控硅模块或控制电路元件损坏时，将使用于保护的空气开关跳闸，当任何一个三相空气开关跳闸时，都将使隔离变压器T的初级线圈断电，使监测与控制系统退出，而额定档位的可控硅模块是依靠两端的压降自取能生成触发信号进而导通，致使待调节的配电变压器在额定分接头下继续供电运行，保证了连续供电，使供电可靠性高。
[0036]3、具有自动发出故障报警功能。当分接开关出现问题，自动空气开关跳闸后，控制电路没有电源，用本信号启动以锂电池作为电源的通讯报警电路，该单元通过移动通讯网络，向管理者发出分接开关非正常状态的信号，以便安排检修人员择机检修。
[0037 ] 4、不用专门的启动单元。该电路额定档位的作为无触点分接开关的可控娃模块，采用自取能无源触发方式，当可控硅外加电压达到一定值后，自动导通，将变压器高压侧III档位绕组连接在一起，变压器开始工作，在监控系统取得电源后检测电压，如果电压在允许范围内，则继续运行，如果需要调压，则通过控制系统按照分接头变换程序，进入调压过程。
[0038]5、安装灵活方便。本发明将每相的无触点分接开关装在一个铝制散热器上，每相的触发电路板位于可控硅模块及其阻容吸收电路的上方，通过绝缘支架固定在散热器上，各相的散热器和自动空气开关及过渡支路的电阻安装在一块对地绝缘耐压35kV以上的绝缘板上，构成无触点分接开关板。根据需要，该开关板可以单独安装在一个金属壳体内，然后通过绝缘套管可以是软体也可是硬体的与变压器本体相应的分接头相连。也可借助现有变压器油箱的一个侧面，外附开关箱体，变压器的分接头通过油箱上面与开关箱上面相连的倒U型管道内部进行连接。
[0039]6、变换快，每次调压时间不超过两个工频周期，每次调压过程中限流电阻出入调节回路时间不超过40ms。由于串入过渡电阻时间短，消耗能量少，所以仅需30W，20欧姆的电阻就可满足要求，不存在体积大和耗能多的问题。
[0040]7、具有节能降耗的作用。对农电系统，由于隔离变压器多数时间都是在轻载或空载下运行，变压器端电压较高，铁损较大，负债损耗很小，而铁损大小与电压的平方成正比。当电压较高时，自动分接开关将高压绕组匝数增加，使磁通密度下降，使铁损下降。所以虽然可控硅导通时的管压降使负载损耗增加，但自动调压使铁损下降，综合考虑使隔离变压器具有节能作用。
[0041 ] 8、一号单片机控制系统选用STC12C5A60S2，是单时钟/机械周期IT的增强型8051CPU，具有高速、低功耗、强抗静电及强抗干扰等特性，其运行速度比传统8051快8-12倍，且I/O 口可定义设置成四种模式;二号单片机控制系统则选用贴片式STC12LE5A60S2，其性能除工作电压外，与STC12C5A60S2完全相同。
[0042]9、耐压高:本控制系统电源及电压测量信号均取自配电变压器高压侧，也就是m、n两端，该开关装置装在对地耐压35000V的绝缘板上，使该开关装置对地处于悬浮状态，当有雷电压侵入或工频耐压时可承受35000V电压，彻底解决了无触点分接开关无法承受工频耐压和侵入波雷电压的问题。
【附图说明】
[0043]图1是正反调压分接开关与配电变压器本体高压侧连接原理图；
[0044]图2是监控及报警单元结构图；
[0045]图3是反并联晶丨U管的原理图；
[0046]图4是监测与控制系统中电压检测电路原理图；
[0047]图5是一号电源的原理图；
[0048]图6是二号电源的原理图；
[0049]图7为监测与控制系统中电压过零检测电路；
[0050]图8是非额定档分接开关触发电路原理图；
[0051 ]图9是额定档分接开关触发电路原理图；
[0052]图10是一号单片机主程序流程图；
[0053]图11是二号单片机控制系统主程序流程图；
[0054]图12是正反调压分接开关装置平面图(无控制板与触发板)；
[0055]图13是图12的侧视图有控制板和触发板；
[0056]图14是变压器与开关箱整体主视图；
[0057]图15是变压器与开关箱整体侧视图；
[0058]图16是变压器与开关箱整体俯视图；
[0059]图17是本发明所述的正反调压分接开关装置与开关箱连接图，附图标记4表示变压器油箱，附图标记5表示散热器，附图标记6表示开关箱，附图标记7表示无触点有载自动正反调压分接开关装置。
【具体实施方式】
[0060]【具体实施方式】一:参照图1、图2、图12至图17具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，待调压的配电变压器每相绕组均包括一个基本工作绕组WO、一个调节绕组Wl和一个调节绕组W2，
[0061]所述无触点有载自动正反调压分接开关装置包括隔离变压器T、监测与控制系统
1、三相触发单元2、故障报警单元和三相调压电路；
[0062]一个调节绕组Wl和一个调节绕组W2是具有分接头的一套绕组，
[0063]三相调压电路均相同，以A相调压电路为例进行说明，
[0064]A相调压电路包括6个开关执行单元4、过流保护单元、电阻RAl、电阻RA2、双向可控硅TRAl和双向可控硅TRA2，
[0065]每个开关执行单元4结构相同，其中第一个包括反并联晶闸管SA1、电阻Rl和电容Cl，电阻Rl和电容Cl串联后与反并联晶丨U管SAl并联，
[0066]过流保护单元包括三相空气开关ASI和三相空气开关ASII，
[0067]基本工作绕组WO的一端用于连接A相交流电，
[0068]第一个开关执行单元4与第二个开关执行单元4串联，第一个开关执行单元4与第二个开关执行单元4之间连接三相空气开关ASII中一相，该结构作为第一个支路，
[0069]第三个开关执行单元4与第四个开关执行单元4串联，双向可控硅TRAl和电阻RAl串联后与第三个开关执行单元4并联，双向可控硅TRA2和电阻RA2串联后与第四个开关执行单元4并联，该结构作为第二个支路，
[0070]第五个开关执行单元4与第六个开关执行单元4串联，第五个开关执行单元4与第六个开关执行单元4串联之间连接三相空气开关ASII中第二相，该结构作为第三个支路，
[0071]三个支路并联后与基本工作绕组WO串联，
[0072]三相空气开关ASI中一相连接在第一个开关执行单元4与基本工作绕组WO的另一端之间，三相空气开关ASI中第二相连接在第五个开关执行单元4与基本工作绕组WO的另一端之间，
[0073]调节绕组Wl的一端连接在第一个开关执行单元4与三相空气开关ASII中一相之间，调节绕组Wl的另一端连接在第三个开关执行单元4与第四个开关执行单元4之间，
[0074]调节绕组W2的一端连接在第三个开关执行单元4与第四个开关执行单元4之间，调节绕组W2的另一端连接在第五个开关执行单元4与三相空气开关ASII中第二相之间，调节绕组Wl和调节绕组W2串联；
[0075]三相空气开关ASI中第三相、三相空气开关ASII中第三相、三相空气开关BSI中第三相、三相空气开关BSII中第三相、三相空气开关CSI中第三相、和三相空气开关CSII中第三相串联，串联后再与隔离变压器T的初级线圈串联，串联后的一端连接在三相空气开ASII中第一相和第二个开关执行单元4之间，串联后的另一端连接在三相空气开ASII中第二相和第六个开关执行单元4之间，
[0076]隔离变压器T的第一个次级线圈、第二个次级线圈和第三个次级线圈的六个输出端连接监测与控制系统I的监控信号输入端，监测与控制系统I的监控信号输出端连接三相触发单元2的监控信号输入端，监测与控制系统I的电源信号输出端连接故障报警单元3的电源信号输入端，
[0077]三相触发单元2的触发信号输出端分别连接三相调压电路中反并联晶闸管的控制端，隔离变压器T的第四个次级线圈和第六个次级线圈的五个输出端连接故障报警控制系统3的报警信号输入端，故障报警单元3用于向工作人员发送报警信息。
[0078]本实施方式中，二号电源由两部分构成，分别为锂电池充电电路和锂电池供电电路。
[0079]上述监测与控制系统与反并联晶闸管、触发单元及故障报警单元均位于配电变压器一次侧，对地处于悬浮状态。
[0080]上述监测与控制系统与反并联晶闸管、触发单元及故障报警单元安装于金属散热器上，并处于反并联晶闸管模块上方。
[0081]上述有载自动正反调压分接开关装置置于绝缘板上，绝缘板上安装三块共用的金属散热器，反并联晶闸管SCR的接线端子安转在金属散热器上，隔离变压器T与六组三相自动空气开关则直接安置于绝缘板上。
[0082]上述绝缘板及正反调压装置整体安置于配电变压器开关箱内，开关箱与配电变压器本体相连融为一体。变压器一次侧基本绕组与调压绕组抽头经绝缘套管引入开关箱。
[0083]反并联晶闸管采用的型号为MTC92-22，如图3所示，图3中的K1、G1与K2、G2直接与触发单元的触发信号端相连。
[0084]通过隔离变压器T采集配电变压器一次侧调节绕组两端的电压信号，进而判断负荷电压的高低。
[0085]【具体实施方式】二:参照图4具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，监测与控制系统I包括电压检测电路1-1、一号单片机控制系统1-2、电压过零检测电路1-3和一号电源1-4，
[0086]故障报警单元3包括二号电源3-1、二号单片机控制系统3-2和SM800通信模块3-3，
[0087]变压器T的第一个次级线圈的两个输出端连接电压检测电路1-1电压检测信号的输入端，电压检测电路1-1的电压信号输出端连接一号单片机控制系统1-2的电压信号输入端，一号单片机控制系统1-2的控制信号输出端同时连接三相触发单元2的控制信号输入端，
[0088]变压器T的第二个次级线圈的两个输出端连接电压过零检测电路1-3的电压过零信号输入端，电压过零检测电路1-3的电压过零信号输出端连接一号单片机控制系统1-2的电压过零信号输入端，
[0089]隔离变压器T的第三个次级线圈连接一号电源1-4的电源信号输入端，一号电源Ι-Α 的一路电源信号输出端同时连接一号单片机控制系统 1-2 的电源信号输入端和二号单片机控制系统3-2的电源信号输入端，一号电源1-4的另一路电源信号输出端同时连接三相触发单元2的电源信号输入端，
[0090]隔离变压器T的第四个次级线圈和第五个次级线圈的四个输出端同时连接二号电源3-1的电源信号输入端，二号电源3-1的电源信号输出端连接二号单片机控制系统3-2的电源信号输入端，二号单片机控制系统3-2的控制信号输出端连接通信模块3-3的控制信号输入端。
[0091]电压检测电路1-1采用12位的AD转换芯片TLC2543CN对隔离变压器T的第一个次级线圈输入的电压信号经整流稳压后进行AD转换。
[0092]【具体实施方式】三:参照图5具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】二所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，一号电源1-4采用型号为L7805芯片和型号为LM2576的芯片实现，其中，由型号为L7805芯片组成的线性电源电路为一号单片机控制系统1-2和故障报警单元3供电，由型号为LM2576的芯片组成的开关型电路为触发单元2中的光耦群提供电源。
[0093]本实施方式中，一号电源中由L7805组成的线性电源电路为监控板及故障控制板上芯片供电，由于触发电路中的光耦群在工作时所需的最大供应电流为0.6A，考虑到安全域度及散热问题，选用带负载能力高达3A的LM2576开关型电源电路为光耦群提供电源。
[0094]【具体实施方式】四:参照图6具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】二所述的一种用于变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，二号电源3-1采用电磁继电器和锂电池实现，
[0095]通过电磁继电器将为故障报警单元3的供电电源切换到由一号电源1-4中采用型号为L7805芯片组成的供电电路进行供电，同时对锂电池进行浮充，当出现故障空气开关跳闸动作后，电磁继电器停止工作，故障报警单元3供电电源转换到锂电池电源电路，其中锂电池选用两节18650型电池串联输出，单节容量4200mAh。
[0096]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】二所述的一种用于变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，一号单片机控制系统1-2采用型号为STC12C5A60S2的芯片实现，二号单片机控制系统3-2采用型号为STC12LE5A60S2的芯片实现，反并联晶闸管采用型号为MTC92-22实现。
[0097]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】一或【具体实施方式】六所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，同相中仅反并联晶闸管SXl与SX6导通时为I档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为110% Uni，X为A相、B相和C相;Uni表不配电变压器一次侧额定线电压；
[0098]同相中仅反并联晶闸管SXl与SX4导通时为II档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为105%Uni ；
[0099]同相中仅反并联晶闸管SX3与SX4导通时为III档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为100%Uni;
[0100]同相中仅反并联晶闸管SX5与SX4导通时为IV档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为95% Uni ；
[0101]同相中仅反并联晶闸管SX5与SX2导通时为V档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为90% Uni。
[0102]【具体实施方式】七:参照图3、图8和图9具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一或【具体实施方式】六所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，三相触发单元2包括两种触发单元，一种三相触发单元采用型号为M0C3083的光耦实现，另一种三相触发单元采用型号为TLP521-4的光耦实现，
[0103]一种三相触发单元能够使I档位的SXl与SX6、II档位的反并联晶闸管SXl与SX4、IV档位的反并联晶闸管SX5与SX4或V档位的反并联晶闸管SX5与SX2在监测与控制系统I无电或监测与控制系统I有电但输出高电平时截止，在监测与控制系统I有电且输出低电平时导通；
[0104]另一种三相触发单元能够使III档位的反并联晶闸管SX3与SX4在监测与控制系统I无电或监测与控制系统I有电且输出高电平控制信号时，获得触发电压从而导通，而当监测与控制系统I有电且输出低电平控制信号时关断。
[0105]本实施方式中，正反调压分接开关硬件电路包括电压检测/过零电路、一号电源、二号电源、一号单片机、二号单片机控制系统、复位电路、故障闭锁电路、控制信号输出电路、反并联晶闸管触发电路以及SIM800通信电路。
[0106]本实施方式中，每相触发单元2用于触发一相调压电路中的反并联晶闸管，每相触发单元2包括两种触发单元，如图8和图9，图9中的触发单元用于触发三相调压电路中的反并联晶闸管SX3与SX4，图8中的触发单元用于触发三相调压电路中的反并联晶闸管SXl与SX6、SXl与SX4、SX5与SX4或SX5与SX2;每个反并联晶闸管均有一个触发单元触发。
[0107]【具体实施方式】八:参照图10具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，一号单片机1-2内有控制软件，控制软件的控制流程为:
[0108]步骤一、一号单片机控制系统1-2初始化，判断上电是否复位，如果是，则执行步骤二，如果否，则执行步骤三；
[0109]步骤二、一号单片机控制系统1-2的控制开关执行单元赋初值，控制三相触发单元2工作在III档位的位置，执行步骤四；
[0110]步骤三、一号单片机控制系统1-2的控制开关执行单元赋初值，控制三相触发单元2工作在复位前位置，执行步骤四；
[0111]步骤四、延时3秒后，接受电压检测电路1-1发送来的电压，执行步骤五；
[0112]步骤五、判断接收到的电压是否超出允许的电压值范围，如果是，则执行步骤六，如果否则执行步骤四；
[0113]步骤六、延时30秒后，再次采集电压检测电路1-1发送来的电压，执行步骤七；
[0114]步骤七、判断步骤六中接收到的电压状况是否与步骤四中接收到的电压状况一致，如果是，则执行步骤八，如果否，则执行步骤九四；
[0115]步骤八、进行调压并记录调压方向允许外中断。
[0116]【具体实施方式】九:参照图11具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置作进一步说明，本实施方式中，二号单片机控制系统3-2内有控制软件，控制软件的控制流程为:
[0117]步骤Al、二号单片机控制系统3-2初始化，SIM800通信模块3-3初始化，判断是否检查S頂800模块的状态，如果是，则执行步骤A2，如果否，则执行步骤A3 ；
[0118]步骤A2、读取二号单片机控制系统3-2的P3.2口的状态，执行步骤A4 ；
[0119]步骤A3、延时3秒后，重新启动二号单片机控制系统3-2;
[0120]步骤A4、判断是否有故障信息，如果是，则执行步骤A5，如果否，则执行步骤A2;
[0121]步骤A5、编制短信并发送给外部进行故障报警，延时10分钟后，再次发送信息，重复执行步骤A2。
[0122]如图1和图2所示，无论是在分接头变换过程中，或是在正常运行时，当任一组反并联晶闸管因被击穿而引起调压绕组短路产生环流时，在其相应回路中的自动空气开关都将瞬时跳开，切断短路电流。空气开关跳闸后监控单元供电隔离变压器T也将失去电源，致使监测与控制系统因失电而退出调压功能，同时III档的六组反并联晶闸管会因监控单元失去电源而自行导通，配电变压器高压侧保持在额定档位继续运行。由于隔离变压器T停止工作，故障报警单元、二号单片机控制系统获得触发信号，通过S頂800通信模块迅速向工作人员发送报警短信。
[0123]本发明有载自动调压动作过程:变压器的无触点有载自动正反调压分接开关在未送电时所有元器件均处于关断状态，当人工使用操作杆逐相推上熔断器后，变压器正常启动工作，在一系列初始化工作完成后，监测与控制系统通过电压检测电路对负载电压进行实时监测，负载电压若在允许电压范围内波动，分接开关不动作;若超出允许电压范围，经过30秒后再次采集电压，只有在两次检测结果一致的情况下，监控单元才作调压准备，并在电压过零时发出触发信号，使相应分接开关导通或关断。
[0124]本发明装置设定的允许调压范围为±3%UN2，UN2表示配电变压器二次侧额定线电压；
[0125]即318V?412V。如图1、2所示，以变压器高压侧A相为例，且设定变压器初始状态为额定档运行仅SA3、SA4处于导通状态，当负荷电压低于318V时，分接头由III档变换为IV档SA5导通，SA3关断，变压器一次侧绕组匝数减少，负荷电压升高，若动作后检测负荷电压仍然低于318V，分接头则由IV档转换为V档SA2导通，SA4关断，变压器一次侧绕组匝数继续减少，负荷电压再次升高;而当负荷电压高于412V时，分接头由III档变换为II档SAl导通，SA3关断，变压器一次侧绕组匝数增加，负荷电压降低，若动作后检测负荷电压仍然高于412V，分接头则由II档转换为I档SA6导通，SA4关断，变压器一次侧绕组匝数再次增加，负荷电压降低。
[0126]本发明无触点有载自动正反调压分接开关安置于开关箱内，与变压器高压侧绕组轴头相连。整体通过了对变压器外壳耐压35000V试验测试。
【主权项】
1.一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，待调压的配电变压器每相绕组均包括一个基本工作绕组WO、一个调节绕组Wl和一个调节绕组W2， 其特征在于，所述无触点有载自动正反调压分接开关装置包括隔离变压器T、监测与控制系统(I)、三相触发单元⑵、故障报警单元⑶和三相调压电路； 一个调节绕组Wl和一个调节绕组W2是具有分接头的一套绕组， 三相调压电路均相同，以A相调压电路为例进行说明， A相调压电路包括6个开关执行单元(4)、过流保护单元、电阻RAl、电阻RA2、双向可控硅TRAl和双向可控硅TRA2， 每个开关执行单元(4)结构相同，其中第一个包括反并联晶闸管SA1、电阻Rl和电容Cl，电阻Rl和电容Cl串联后与反并联晶丨U管SAl并联， 过流保护单元包括三相空气开关ASI和三相空气开关ASII， 基本工作绕组WO的一端用于连接A相交流电， 第一个开关执行单元(4)与第二个开关执行单元(4)串联，第一个开关执行单元(4)与第二个开关执行单元(4)之间连接三相空气开关ASII中一相，该结构作为第一个支路，第三个开关执行单元(4)与第四个开关执行单元(4)串联，双向可控硅TRAl和电阻RAl串联后与第三个开关执行单元⑷并联，双向可控硅TRA2和电阻RA2串联后与第四个开关执行单元(4)并联，该结构作为第二个支路， 第五个开关执行单元(4)与第六个开关执行单元(4)串联，第五个开关执行单元(4)与第六个开关执行单元(4)串联之间连接三相空气开关ASII中第二相，该结构作为第三个支路， 三个支路并联后与基本工作绕组WO串联， 三相空气开关ASI中一相连接在第一个开关执行单元(4)与基本工作绕组WO的另一端之间，三相空气开关ASI中第二相连接在第五个开关执行单元(4)与基本工作绕组WO的另一端之间， 调节绕组Wl的一端连接在第一个开关执行单元(4)与三相空气开关ASII中第一相之间，调节绕组Wl的另一端连接在第三个开关执行单元(4)与第四个开关执行单元(4)之间， 调节绕组W2的一端连接在第三个开关执行单元(4)与第四个开关执行单元(4)之间，调节绕组W2的另一端连接在第五个开关执行单元(4)与三相空气开关ASII中第二相之间，调节绕组Wl和调节绕组W2串联； 三相空气开关ASI中第三相、三相空气开关ASII中第三相、三相空气开关BSI中第三相、三相空气开关BSII中第三相、三相空气开关CSI中第三相、和三相空气开关CSII中第三相串联，串联后再与隔离变压器T的初级线圈串联，串联后的一端连接在三相空气开关ASII中第一相和第二个开关执行单元(4)之间，串联后的另一端连接在三相空气开关ASII中第二相和第六个开关执行单元(4)之间， 隔离变压器T的第一个次级线圈、第二个次级线圈和第三个次级线圈的六个输出端连接监测与控制系统(I)的监控信号输入端，监测与控制系统(I)的监控信号输出端连接三相触发单元(2)的监控信号输入端，监测与控制系统(I)的电源输出端连接故障报警单元(3)的电源输入端，三相触发单元(2)的触发信号输出端分别连接三相调压电路中反并联晶闸管的控制端，隔离变压器T的第四个次级线圈和第五个次级线圈的四个输出端连接故障报警单元(3)的电源输入端，故障报警单元(3)用于向工作人员发送报警信息。2.根据权利要求1所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，其特征在于， 监测与控制系统(I)包括电压检测电路(1-1)、一号单片机控制系统(1-2)、电压过零检测电路(1-3)和一号电源(1-4)， 故障报警单元(3)包括二号电源(3-1)、二号单片机控制系统(3-2)和SM800通信模块(3-3)， 变压器T的第一个次级线圈的两个输出端连接电压检测电路(1-1)电压检测信号的输入端，电压检测电路(1-1)的电压信号输出端连接一号单片机控制系统(1-2)的电压信号输入端，一号单片机控制系统(1-2)的控制信号输出端同时连接三相触发单元(2)的控制信号输入端， 变压器T的第二个次级线圈的两个输出端连接电压过零检测电路(1-3)的电压过零信号输入端，电压过零检测电路(1-3)的电压过零信号输出端连接一号单片机控制系统(1-2)的电压过零信号输入端， 隔离变压器T的第三个次级线圈连接一号电源(1-4)的电源信号输入端，一号电源(1-4)的一路电源信号输出端同时连接一号单片机控制系统(1-2)的电源信号输入端和二号单片机控制系统(3-2)的电源信号输入端，一号电源(1-4)的另一路电源信号输出端同时连接三相触发单元(2)的电源信号输入端， 隔离变压器T的第四个次级线圈和第五个次级线圈的四个输出端同时连接二号电源(3-1)的电源信号输入端，二号电源(3-1)的电源信号输出端连接二号单片机控制系统(3-2)的电源信号输入端，二号单片机控制系统(3-2)的控制信号输出端连接通信模块(3-3)的控制信号输入端。 电压检测电路(1-1)采用12位的AD转换芯片TLC2543CN对隔离变压器T的第一个次级线圈输入的电压信号经整流稳压后进行AD转换。3.根据权利要求2所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，其特征在于，一号电源(1-4)采用型号为L7805芯片和型号为LM2576的芯片实现，其中，由型号为L7805芯片组成的线性电源电路为一号单片机控制系统(1-2)和故障报警单元(3)供电，由型号为LM2576的芯片组成的开关型电路为三相触发单元(2)中的光耦群提供电源。4.根据权利要求2所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，其特征在于，二号电源(3-1)采用电磁继电器和锂电池实现， 通过电磁继电器将为故障报警单元(3)的供电电源切换到由一号电源(1-4)中采用型号为L7805芯片组成的供电电路进行供电，同时对锂电池进行浮充，当出现故障空气开关跳闸动作后，电磁继电器停止工作，故障报警单元(3)供电电源转换到锂电池电源电路，其中锂电池选用两节18650型电池串联输出，单节容量4200mAh。5.根据权利要求2所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，其特征在于，一号单片机控制系统(1-2)采用型号为STC12C5A60S2的芯片实现，二号单片机控制系统(3-2)采用型号为STC12LE5A60S2的芯片实现，反并联晶闸管采用型号为MTC92-22实现。6.根据权利要求1所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，其特征在于，同相中仅反并联晶闸管SXl与SX6导通时为I档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为110%UN1，X为A相、B相和C相;1^表示配电变压器一次侧额定线电压； 同相中仅反并联晶闸管SXl与SX4导通时为II档位，此时待调压的三相配电变压器一次侦Ij线电压为105% Uni ； 同相中仅反并联晶闸管SX3与SX4导通时为III档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为100%UN1; 同相中仅反并联晶闸管SX5与SX4导通时为IV档位，此时待调压的三相配电变压器一次侦Ij线电压为95% Uni ； 同相中仅反并联晶闸管SX5与SX2导通时为V档位，此时待调压的三相配电变压器一次侧线电压为90%UN1。7.根据权利要求1或6所述的一种用于三相配电变压器的无触点有载自动正反调压分接开关装置，其特征在于，三相触发单元(2)包括两种触发单元，一种三相触发单元采用型号为M0C3083的光耦实现，另一种三相触发单元采用型号为TLP521-4的光耦实现， 一种三相触发单元能够使I档位的SXl与SX6、II档位的反并联晶闸管SXl与SX4、IV档位的反并联晶闸管SX5与SX4或V档位的反并联晶闸管SX5与SX2在监测与控制系统(I)无电或监测与控制系统(I)有电但输出高电平时截止，在监测与控制系统(I)有电且输出低电平时导通； 另一种三相触发单元能够使III档位的反并联晶闸管SX3与SX4在监测与控制系统(I)无电或监测与控制系统(I)有电且输出高电平控制信号时，获得触发电压从而导通，而当监测与控制系统(I)有电且输出低电平控制信号时关断。
【文档编号】H03K17/72GK105826063SQ201610369837
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】赵玉林, 牛泽晗, 赵琦
【申请人】东北农业大学