一种带极性转换的交错并联式多档变压器有载调压电路的制作方法

本发明涉及配变电变压器领域，具体而言涉及一种变压器有载调压电路。

背景技术：

在申请号为201610121960，名称为：“一种永磁真空有载调压开关、变压器及有载调压方法”的专利中提供了一种应用两个真空灭弧室分别组成主回路与过渡回路结构的有载调压方法。该技术方案要点是：在正常运行时，主回路真空灭弧室接通，主回路处于接通状态，过渡回路真空灭弧室断开，过渡回路处于断开状态，由主回路接入的调压绕组决定电路对外供压档位。在档位切换时，先闭合过渡回路真空灭弧室，过渡回路处于接通状态，然后断开主回路真空灭弧室，主回路处于断开状态。此时，换档开关在无电流情况下完成换挡，没有电弧产生。过渡回路为电路在档位切换时提供过渡电压，保证电路不会中断对外供电压。但是，依据本方法设计的多档调压电路有以下几点不足：

1、每次档位切换一次，主回路真空灭弧室要开一次合一次，过渡回路真空灭弧室也要合一次开一次。主回路、过渡回路真空灭弧室作为电路中通断频率最高的器件，其通断次数上限决定了依据该电路设计的调压开关的使用寿命。按照标准要求，有载调压开关的机械寿命要达到50万次，即调压开关在触头不带电且全部分接范围都用上的情况下，进行50万次分接变换操作。依据该调压电路，5个档位的有载调压开关做一次调压循环，主回路和过渡回路就要动作4*50=200万次。对9个档位的有载调压开关，主回路和过渡回路就要动作8*50=400万次。现阶段对真空灭弧室的机械寿命要求在80~120万次之间。可见，依据该调压电路生产的调压开关，机械寿命是一个严峻的考验，推算是达不到标准要求的机械寿命的。

2、过渡回路是固定接在某一分接头上的，任何档位的调压都要先回到这一固定分接头上，然后再调到需要调压的档位上，俗称跳档调压。电压的瞬间变化会产生幅值很高的操作过电压，电压的瞬间变化率越高，产生的过电压幅值越高，对接在电网中的电子产品危害极大。所以标准是不允许跳档调压的。

申请号为：201721680735.9，名称为：“一种采用双掷开关的有载调压方法”的专利中，对专利201610121960做了改进：分接线圈的结构更简单；过渡回路接到额定档上而不是变压器的主绕组末端，使得换挡时电压的波动较小。该专利有多个变形。但根本的两点与专利201610121960是一样的：1、每当档位切换一次，主回路真空灭弧室要开一次合一次，过渡回路也要合一次开一次。其通断次数上限决定了依据该电路设计的调压开关的使用寿命。2、其过渡电路固定连接于主绕组抽头，调压时依然是跳档调压，是标准不允许的。

在专利201820286271.1中，对专利201721680735.9又做了改进，增加了过渡回路选择开关（数量根据调压档位不同而变，5档的需要2个过渡回路选择开关）。过渡回路不是固定连接在调压绕组的主分接档位，而是通过过渡回路选择开关，随档位的变化而随之变化。但“每当档位切换一次，主回路真空灭弧室要开一次合一次，过渡回路也要合一次开一次。其通断次数上限决定了依据该电路设计的调压开关的使用寿命”这一缺陷依然没有改变。并且随着开关档位数量的增加，过渡回路选择开关数量也增加，开关结构趋于复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是：设计新的电路结构，取代过渡回路与主回路的设计，减少调压过程中电路中真空灭弧室的通断频率，以达到增加相应调压开关的使用寿命的目的；并且在调压过程中，让过渡电压随过渡切换的档位不同而不同，降低调压时的电压波动，不会出现跳档调压的问题；同时将正反调压功能加入有载调压电路中，实现在相同档位数的前提下，减少调压绕组的数目，简化变压器结构，降低制造成本的目的。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种带极性转换的交错并联式多档变压器有载调压电路，包括主绕组、极性转换开关、调压绕组、过渡切换单元、额定电压支路以及若干条调压支路；

所述调压绕组由同向绕制的n段线圈首尾依次连接组成，调压绕组包括两个端部抽头和n-1个中间抽头，主绕组输入端接调压电路的输入端，主绕组输出端连接极性转换开关的公共触头；极性转换开关的两个独立触头分别连接调压绕组的两个端部抽头；

所述过渡切换单元包括两个输入端和一个输出端，过渡切换单元的输出端作为调压电路的输出端；过渡切换单元的第一输入端与过渡切换单元的输出端之间串联相互并联的一个通断开关和过渡电阻，过渡切换单元的第二输入端与过渡切换单元的输出端连接（过渡切换单元输出端也是调压电路输出端）。

优选地，所述过渡切换单元由过渡电阻和一个通断开关并联组成，过渡切换单元的第一输入端接过渡电阻的第一端和通断开关的第一端，过渡切换单元的第二输入端兼做过渡切换单元输出端，过渡切换单元的输出端接过渡电阻的第二端和通断开关的第二端。

优选地，过渡切换单元中的通断开关选用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。

每条调压支路上串联一通断开关，各所述调压支路的一端分别连接到调压绕组的两个端部抽头及各中间抽头上；各所述调压支路另外一端相邻交错地并联成两组，分别与过渡切换单元的两个输入端连接；优选地，所述通断开关选用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。

额定电压支路上串联一个通断开关，额定电压支路的一端与主绕组输出端连接；另一端与过渡切换单元的任一端连接都可以。优选地，额定电压支路连接到过渡切换单元的第一输入端，额定档时输出电流不要经过过渡切换单元中的开关；通断开关优选用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。

具体的，调压绕组各调压线圈首尾相连，调压绕组中调压线圈的数目依据想要设计的调压电路的档位确定。五档调压电路，调压绕组由两个调压线圈组成；七档调压电路，调压绕组由三个调压线圈组成。调压绕组可以串联进变压器主绕组的首端、中部或者尾端，形成端部、中部或者中性点调压。

所述调压线圈两端各设有一个调压绕组抽头，其中相邻的调压线圈端共有一个抽头，既组成调压绕组的调压线圈数目加一即为调压绕组抽头数目。从整个调压绕组的一端到另一端依次定义各调压线圈抽头编号为1、2到n。编号1抽头与编号n抽头即为所述调压绕组两个端部抽头。

所述调压支路的条数与调压绕组抽头的数目一致，各所述调压支路的一端与一个对应的调压绕组抽头相连。

定义与1号抽头连接的调压支路为1号支路，定于与2号抽头连接的调压支路为2号支路，以此类推，直到n号支路。

各条调压支路的另一端有两种连接方式：

连接方式一：所有奇数号的调压支路的另一端连接过渡切换单元的第二输入端；所有偶数号的调压支路的另一端连接过渡切换单元的第一输入端。

连接方式二：所有偶数号的调压支路的另一端连接过渡切换单元的第二输入端；所有奇数号的调压支路的另一端连接过渡切换单元的第一输入端。

由于过渡切换单元的第二输入端与整个调压电路的输出端连接，故而定义连接过渡切换单元的第二输入端的调压支路为直连调压支路，由于过渡切换单元的第一输入端与调压电路的输出端之间串联有一个并联的电阻与真空灭弧室结构，故定义连接过渡切换单元第一输入端的的调压支路为非直连调压支路。

在连接方式一中，奇数号的调压支路为直连调压支路；偶数号的调压支路为非直连调压支路。

在连接方式二中，奇数号的调压支路为非直连调压支路；偶数号的调压支路为直连调压支路。

极性转换开关处于上端接通状态，接入电路的调压绕组极性与主绕组极性相同，电路可以进行正极调压；极性转换开关处于下端接通状态，接入电路的调压绕组极性与主绕组相反，电路可以进行反极调压。

在正极调压过程中或者反极调压过程中，选择单独闭合任一调压支路的通断开关就可以调节接入电路的调压绕组，对应不同的档位。

任一非直连调压支路的通断开关处于闭合状态，同时过渡切换单元的通断开关也处于接通状态，则此时调压电路处于对应档位的正常运行状态，定义这种状态为非直连电路的正常工作状态。

直连调压支路的通断开关处于闭合状态，同时过渡切换单元的通断开关处于断开状态，此时调压电路处于对应档位的正常运行状态，定义这种状态为直连电路的正常工作状态。

从电路结构上看，本发明的技术方案，一条调压支路为直连调压支路，与之相邻的调压支路必然为非直连调压支路。该方案下的多档变压器调压电路，各调压支路必然是以这种交替的形式连接。

在该技术方案下的调压电路，所谓的档位切换，就是从一条调压支路正常工作状态切换为另一条与之相邻的调压支路正常工作状态。要么是由直连调压支路正常工作状态切换到非直连调压支路正常工作状态，要么是从非直连调压支路正常工作状态切换到直连调压支路正常工作状态。

从电路结构上看，只要过渡切换单元的通断开关处于断开状态，则过渡电阻总是串联于相邻的两条调压支路之间，这保证了在相邻两条调压支路同时处于接通状态时，电路不会短路，允许两条调压支路同时处于通电状态，这保证了调压过程中，不会中断供电。

故而只要过渡切换单元中的通断开关处于断开状态，就可以开始调压。

如果是从直连调压支路正常工作状态切换到非直连调压支路正常工作状态，由于直连调压支路处于正常工作状态，此时过渡切换单元的通断开关已经处于断开状态，故而只要闭合对应非直连调压支路通断开关，然后断开对应直连调压支路通断开关，然后接通过渡切换单元通断开关，如此则完成一次档位切换。

如果是从非直连调压支路正常工作状态切换到直连调压支路正常工作状态，由于非直连支路处于正常工作状态，过渡切换单元通断开关处于接通状态，要先断开过渡切换单元通断开关，然后闭合对应直连调压支路通断开关，然后断开对应非直连支路通断开关，如此即完成一次档位切换。

故而本发明的技术方案，在连接方式上并不唯一，只要各调压支路满足直连与非直连交替连接的方式，即可实现相同的技术效果。上述两种连接方式可视为同一发明下的两个优选实施方式。

故而应用本发明设计的变压器，档位每切换一次，过渡切换单元中的通断开关只经历一次开或者一次合。档位连续切换两次，过渡切换单元中的通断开关才开合一次。而现有技术，每切换一次档位，主回路过渡回路的真空灭弧室都要各自开一次合一次。

可以得出结论，该技术方案相比于现有技术，一方面在相同调压次数的前提下，能减少通断开关一半的开合次数。另一方面，本发明技术方案总能让前一档位的调压支路为相邻档位的调压支路提供过渡电压，如此过渡电压总是能随着调压档位的不同，而随之变化。

在正极调压与反极调压操作之外，还有从正极调压向反极调压切换，或者从反极调压向正极调压切换。在切换过程中，要转换极性转换开关，从上端接通变换为下端接通或者从下端接通变为上端接通，在切换过程中，各调压支路都必然处于断开状态，无法为调压电路提供过渡电压。

额定电压支路绕开极性转换开关直接连接于主绕组抽头与调压电路输出端之间，闭合额定电压支路的通断开关，额定电压支路处于接通状态，即可保证在正反调压相互切换时，电路不中断供压。

作为优选，所述过渡切换单元通断开关采用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油；

作为优选，与调压支路以及额定电压支路上分别串联的通断开关均采用真空灭弧室，电弧不会污染变压器油。

作为另一种选择，所述过渡切换单元中从第二输入端到输出端的线路上串联一第一真空灭弧室，从第一输入端经过渡电阻到输出端的线路上串联第二真空灭弧室，同时调压支路以及额定电压支路上分别串联的通断开关均采用普通通断开关。

进一步地，作为一种选择，一种带极性转换的交错并联式多档变压器有载调压电路，包括主绕组、极性转换开关、调压绕组、过渡切换单元、额定电压支路以及三条调压支路；所述调压绕组由同向绕制的两段调压线圈首尾依次连接组成，调压绕组包括上端抽头、中端抽头、下端抽头共三个抽头，主绕组输入端接调压电路的输入端，主绕组输出端连接极性转换开关的公共触头；极性转换开关的两个独立触头分别连接调压绕组的上端抽头与下端抽头；

所述过渡切换单元包括两个输入端和一个输出端，过渡切换单元的第一输入端与过渡切换单元的输出端之间串联相互并联的过渡电阻与过渡单元真空灭弧室，过渡切换单元的第二输入端与过渡切换单元的输出端直接相连，过渡单元第二输入端即是过渡切换单元的输出端也是调压电路的输出端，三端合一。

三条调压支路与额定电压支路上各串联一个真空灭弧室，与上端抽头连接的调压支路，所述调压支路另一端与过渡切换单元第一输入端相连；与中端抽头连接的调压支路，所述调压支路另一端与过渡切换单元的第二输入端相连；与下端抽头连接的调压支路，所述调压支路另一端与过渡切换单元的第一输入端相连。

所述额定电压支路输入端与主绕组输出端连接，额定电压支路输出端与调压电路输出端连接。

作为另一种选择，一种带极性转换的交错并联式多档变压器有载调压电路，包括主绕组、极性转换开关、调压绕组、过渡切换单元、额定电压支路以及三条调压支路；所述调压绕组由同向绕制的两段调压线圈首尾依次连接组成，调压绕组包括上端抽头、中端抽头、下端抽头共三个抽头，主绕组输入端接调压电路的输入端，主绕组输出端连接极性转换开关的公共触头；极性转换开关的两个独立触头分别连接调压绕组的上端抽头与下端抽头；

所述过渡切换单元包括两个输入端和一个输出端，过渡切换单元的第一输入端与过渡切换单元的输出端之间串联相互并联的过渡电阻与过渡单元真空灭弧室，过渡切换单元的第二输入端与过渡切换单元的输出端直接相连，过渡单元第二输入端即是过渡切换单元的输出端也是调压电路的输出端，三端合一。

三条调压支路与额定电压支路上各串联一个真空灭弧室，与上端抽头连接的调压支路，所述调压支路另一端与过渡切换单元第二输入端相连；与中端抽头连接的调压支路，所述调压支路另一端与过渡切换单元的第一输入端相连；与下端抽头连接的调压支路，所述调压支路另一端与过渡切换单元的第二输入端相连；

所述额定电压支路的输入端与主绕组输出端连接，额定电压支路输出端与调压电路输出端连接。

综上所述，依据本发明技术方案设计的变压器具有使用寿命长、变压时电压波动小、输出电压质量高、同档位调压绕组数目减半，制造成本低的优点。

在本发明中，所述输入端与输出端是为清楚表述电路各构成部分的连接关系而做出的定义，其中“输入”和“输出”仅用于区分不同的连接端，并不代表电流或信号的流动或传递方向。

附图说明

图1是应用本发明技术方案的一种五档有载正反调压电路原理图。

图2是应用本发明技术方案的另一种连接方式下的五档有载正反调压电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的正反调压电路的结构特点及工作原理作进一步说明。

参见图1所示是该方面技术方案下的一种五档变压器调压电路原理图，该电路由主绕组、调压绕组、额定电压支路、过渡切换单元、三条调压支路组成。

所述过渡切换单元包括第一输入端t1、第二输入端t2、输出端xb以及串联于第一输入端t1与输出端xb之间的真空灭弧室d0与过渡电阻r并联结构。

第一调压线圈l1、第二调压线圈l2首尾相连组成调压绕组，调压线圈两端各设有一个调压绕组抽头，其中相邻的调压线圈端共用一个调压绕组抽头，两个调压线圈共设有三个调压绕组抽头分别是上端抽头x1、中端抽头x2、下端抽头x3。

所述极性转换开关kakb的公共触头与主绕组输出端xa相连，极性转换开关的两个独立触头分别与调压绕组的上端抽头x1和下端抽头x3相连。

通断开关d1、通断开关d2、通断开关d3、通断开关ke都是真空灭弧室。

所述通断开关d1一端与调压绕组上端抽头x1相连，另一端与过渡切换单元第二输入端t2连接，作为一条调压支路存在。

所述通断开关d2一端与调压绕组中端抽头x2相连，另一端与过渡切换单元第一输入端t1连接，通过真空灭弧室d0与电阻r的并联结构与调压电路输出端xb相连，作为一条调压支路存在。

所述通断开关d3一端与调压绕组下端抽头x3相连，另一端与过渡切换单元第二输入端t2连接，作为一条调压支路存在。

所述额定电压支路上串联通断开关ke,所述额定电压支路一端与主绕组输出端xa连接，另一端与过渡切换单元第二输入端t2连接。

极性转换开关、各通断开关的组合状态与调压电路各档位的对应如下：

1档：ka合d3合d0断开调压绕组l1、l2均正接入电路

2档：ka合d2合do合调压绕组l1正接入电路

3档：ka合d1合d0断开调压绕组l1、l2均不接入电路

3档：kb合d3合d0断开调压绕组l1、l2均不接入电路

4档：kb合d2合d0合调压绕组l2反接入电路

5档：kb合d1合d0断开调压绕组l1、l2均反接入电路

调压过程如下：

在一档时，极性转换开关ka端处于接通状态，通断开关d3处于闭合状态，过渡切换单元真空灭弧室d0处于断开状态，调压绕组l1、l2均正接入电路。

在由一档向二档切换时，先闭合通断开关d2，一档二档电路连接在一起，过渡电阻r保护电路不短路。然后断开通断开关d1，一档电路处于断开状态。然后闭合真空灭弧室d0，电路完成由一档向二档的切换。

在由二档向三档切换时，先断开过渡切换单元真空灭弧室d0，然后闭合通断开关d3，然后断开通断开关d2，电路完成由二档向三档的切换。

在由三档向四档切换时，要先完成由正极调压向反极调压的切换，要先闭合通断开关ke,额定电压支路处于接通状态。然后断开通断开关d1，极性转换开关kakb处于断电状态，在该状态下，切换极性转换开关，将极性转换开关由ka端接通切换为kb端接通。然后闭合通断开关d3，断开通断开关ke.完成正调压向反调压切换，期间电路一直处于三档。

在由三档向四档切换时，闭合通断开关d2，断开通断开关d3，然后闭合过渡切换单元真空灭弧室d0，电路完成由三档向四档的切换。

在由四档向五档切换时，先断开过渡切换单元真空灭弧室d0，然后闭合通断开关d1，然后断开通断开关d2，电路完成由四档向五档的切换。

以现有技术设计的五档调压电路，需要四个调压绕组，而应用本发明设计五档电路只需要2个调压绕组，减少了一半的调压绕组使用量，降低了相应的生产成本。同时本设计电路在调压过程中过渡电压随调压档位而变化，电压波动小，不会出现跳档调压的问题；现有技术完成一次由一档到五档的调压过程，需要进行四次档位切换，主回路与额定电压支路真空灭弧室都要合四次开四次。而本发明的技术方案，电路中通断频率最高的真空灭弧室只需要合两次开两次，减少了一半的通断次数，大大提高了相应变压器的有效使用次数。

是以本发明调压方法设计的五档有载正反调压变压器具有成本低、使用寿命长、电压质量高的优点。

参见图2所示是该方面技术方案下的另一种五档变压器调压电路原理图，该电路由主绕组、调压绕组、额定电压支路、过渡切换单元、三条调压支路组成。

所述过渡切换单元包括第一输入端t1、第二输入端t2、输出端xb、串联于第一输入端t1与输出端xb间的真空灭弧室d0与过渡电阻r并联结构。

第一调压线圈l1、第二调压线圈l2首尾相连组成调压绕组，调压线圈两端各设有一个调压绕组抽头，其中相邻的调压线圈端共有一个调压绕组抽头，两个调压线圈共设有三个调压绕组抽头分别是上端抽头x1、中端抽头x2、下端抽头x3。

所述极性转换开关kakb的公共触头与主绕组输出端xa相连，极性转换开关的两个独立触头分别与调压绕组的上端抽头x1和下端抽头x3相连。

通断开关d1、通断开关d2、通断开关d3、通断开关ke都是真空灭弧室。

所述通断开关d1一端与调压绕组上端抽头x1相连，另一端与过渡切换单元第一输入端t1连接，通过真空灭弧室d0与电阻r的并联结构与调压电路输出端xb相连，作为一条调压支路存在。

所述通断开关d2一端与调压绕组中端抽头x2相连，另一端与过渡切换单元第二输入端t2连接，作为一条调压支路存在。

所述通断开关d3一端与调压绕组下端抽头x3相连，另一端与过渡切换单元第一输入端t1连接，通过真空灭弧室d0与电阻r的并联结构与调压电路输出端xb相连，作为一条调压支路存在。

所述额定电压支路上串联通断开关ke,所述额定电压支路一端与主绕组输出端xa连接，另一端与过渡切换单元第二输入端t2连接。

极性转换开关、各支路通断开关的组合状态与调压电路各档位的对应如下：

1档：ka合d3合d0合调压绕组l1、l2均正接入电路

2档：ka合d2合do断开调压绕组l1正接入电路

3档：ka合d1合d0合调压绕组l1、l2均不接入电路

3档：kb合d3合d0合调压绕组l1、l2均不接入电路

4档：kb合d2合d0断开调压绕组l2反接入电路

5档：kb合d1合d0合调压绕组l1、l2均反接入电路

调压过程如下：

在一档时，极性转换开关ka端处于接通状态，通断开关d3处于闭合状态，过渡切换单元真空灭弧室d0处于闭合状态，调压绕组l1、l2均正接入电路。

在由一档向二档切换时，先断开过渡切换单元真空灭弧室d0，然后闭合通断开关d2，一档二档电路连接在一起，过渡电阻r保护电路不短路。然后断开通断开关d3，一档电路处于断开状态。然后断开真空灭弧室d0，电路完成由一档向二档的切换。

在由二档向三档切换时，先闭合通断开关d1，然后断开通断开关d2，然后闭合过渡切换单元真空灭弧室d0，电路完成由二档向三档的切换。

在由三档向四档切换时，要先完成由正极调压向反极调压的切换，要先闭合通断开关ke，额定电压支路处于接通状态。然后断开通断开关d1，极性转换开关kakb处于断电状态，在该状态下，切换极性转换开关接通端。将极性转换开关由ka端接通切换为kb端接通。然后闭合通断开关d3，断开通断开关ke.完成正调压向反调压切换，期间电路一直处于三档。

在由三档向四档切换时，先断开过渡切换单元真空灭弧室d，然后闭合通断开关d2，断开通断开关d3，电路完成由三档向四档的切换。

在由四档向五档切换时，闭合通断开关d1，然后断开通断开关d2，然后闭合过渡切换单元真空灭弧室d0，电路完成由四档向五档的切换。

图2电路与图1电路相比，连接方式虽然不同，但具有相同的技术效果。相较于现有技术同样实现了减少一半的调压绕组使用量，降低了相应的生产成本的目的；同时本设计电路在调压过程中过渡电压随调压档位而变化，无跳档调压问题；电路中真空灭弧室通断频率低。