潘新華

（北京博瑞萊智能科技周口有限公司，河南 周口 466700）

0 引 言

現(xiàn)階段，調(diào)容調(diào)壓變壓器已有越來越多的使用場(chǎng)合。由于它應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化而對(duì)應(yīng)在大小容量的調(diào)整比對(duì)普通變壓器的優(yōu)勢(shì)明顯，調(diào)容調(diào)壓開關(guān)呈現(xiàn)出多樣的發(fā)展[1]。它主要分為電子式和機(jī)械式兩大類。但是，電子式以晶閘管為開斷轉(zhuǎn)換元件，受本身特性限制，成本的性價(jià)比和可靠性不高，在10 kV領(lǐng)域應(yīng)用不廣泛。機(jī)械式調(diào)容調(diào)壓開關(guān)沿襲高電壓等級(jí)設(shè)計(jì)，之前由于經(jīng)濟(jì)性原因只在局部使用，隨著開關(guān)技術(shù)的發(fā)展和成本控制，使得調(diào)容調(diào)壓開關(guān)在10 kV領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)逐步體現(xiàn)，現(xiàn)階段有著廣泛應(yīng)用。

1 調(diào)壓調(diào)容開關(guān)實(shí)現(xiàn)原理和動(dòng)作分析

1.1 調(diào)壓原理及開關(guān)動(dòng)作分析

電力變壓器的電壓調(diào)節(jié)通常是在一次繞組上設(shè)置調(diào)壓分接頭或著設(shè)置單獨(dú)的調(diào)壓繞組，都是通過調(diào)節(jié)一次繞組的匝數(shù)來適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，以維持二次輸出電壓的穩(wěn)定。對(duì)應(yīng)調(diào)壓開關(guān)需具備調(diào)檔切換功能，使得開關(guān)和變壓器高壓線圈抽頭連接后，通過開關(guān)的觸頭轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)變壓器線圈的繞組匝數(shù)，已達(dá)到二次電壓穩(wěn)定輸出[2]。

圖1為調(diào)壓開關(guān)，調(diào)壓動(dòng)作配合分析（如圖2所示）如下：t1時(shí)間由控制系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作命令，開關(guān)的機(jī)構(gòu)做出相對(duì)反應(yīng)帶動(dòng)觸點(diǎn)開合。主滅弧開關(guān)6K1和過渡電阻投入開關(guān)6K2同時(shí)動(dòng)作，6K1投入過渡電阻，保證調(diào)壓選擇開關(guān)5K動(dòng)作，同時(shí)保持電壓連續(xù)穩(wěn)定，動(dòng)作時(shí)間為t2～t9；6K2開斷主回路，用以保證調(diào)壓選擇開關(guān)5K無弧切換，動(dòng)作時(shí)間同樣t2～t9；調(diào)壓選擇開關(guān)5K2先開斷，動(dòng)作時(shí)間為t4，選擇升壓或降壓抽頭投入5K4，動(dòng)作時(shí)間為t5。配合時(shí)間要求需滿足交集不等式（單位ms）：

圖1 調(diào)容調(diào)壓開關(guān)原理圖

1.2 調(diào)容開關(guān)原理及開關(guān)動(dòng)作分析

電力變壓器的容量調(diào)節(jié)通常是通過高低壓線圈串并聯(lián)或者高壓Δ-Y轉(zhuǎn)換、低壓串并聯(lián)轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)調(diào)容開關(guān)具備高壓轉(zhuǎn)換的同時(shí)，低壓進(jìn)行切換。高壓開關(guān)具備10 kV轉(zhuǎn)換和正常負(fù)荷切換功能，低壓開關(guān)具備大電流導(dǎo)通能力和正常負(fù)載切換功能。如圖2所示，調(diào)容動(dòng)作配合分析：t1時(shí)間發(fā)出動(dòng)作命令，開關(guān)機(jī)構(gòu)做出相對(duì)反應(yīng)帶動(dòng)觸點(diǎn)開合；過渡電阻投入開關(guān)6K1和主滅弧開關(guān)6K2同時(shí)動(dòng)作，6K1投入過渡電阻，保證調(diào)容開關(guān)動(dòng)作過程中高壓保持連續(xù)不斷電，動(dòng)作時(shí)間為t2～t9；6K2開斷主回路，保證調(diào)容高壓開關(guān)1K無弧或微弧切換；動(dòng)作時(shí)間同樣t2～t9；調(diào)容高壓開關(guān)1K外接變壓器高壓繞組抽頭，完成高壓繞組的串并聯(lián)或Δ-Y轉(zhuǎn)換，動(dòng)作時(shí)間為t3～t8；在高壓開關(guān)動(dòng)作同時(shí)，低壓開關(guān)2K完成低壓轉(zhuǎn)換，使得外接變壓器低壓繞組抽頭實(shí)現(xiàn)串聯(lián)及并聯(lián)的轉(zhuǎn)換，動(dòng)作時(shí)間為t6～t7。配合時(shí)間要求需滿足交集不等式（單位ms）：

圖2 調(diào)容調(diào)壓開關(guān)時(shí)序配合

2 兩類機(jī)械式調(diào)容調(diào)壓開關(guān)簡介

目前，市場(chǎng)上主要有兩大類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)。

第一類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)，如圖3所示。調(diào)容開關(guān)和調(diào)壓開關(guān)共箱設(shè)計(jì)，主要由高壓定觸頭6、高壓動(dòng)觸頭7、低壓定觸頭10、低壓動(dòng)觸頭11、操動(dòng)機(jī)構(gòu)1、15、快速機(jī)構(gòu)2、16、撥盤8、撥件9和絕緣筒4等構(gòu)成。構(gòu)成獨(dú)立開關(guān)油室5，通過主軸3傳動(dòng)調(diào)容。觸頭開合均為轉(zhuǎn)動(dòng)模式，此類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)沿襲高電壓等級(jí)設(shè)計(jì)，在10 kV調(diào)容變的早期使用中處于主導(dǎo)位置。

隨著調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的發(fā)展，第二類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)開始興起，并逐步占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)位置。如圖4所示，調(diào)容開關(guān)和調(diào)壓開關(guān)同樣為共箱設(shè)計(jì)，主要由高壓定觸頭6、高壓動(dòng)觸頭7、低壓定觸頭10、低壓動(dòng)觸頭11、調(diào)容操動(dòng)永磁機(jī)構(gòu)1和2、調(diào)壓操作永磁機(jī)構(gòu)15和16、調(diào)容傳動(dòng)件8和9、調(diào)壓傳動(dòng)件12和13、高壓絕緣封板4和低壓絕緣封板20等構(gòu)成。構(gòu)成獨(dú)立開關(guān)油室5，通過傳動(dòng)軸3傳動(dòng)調(diào)容。高壓觸頭為撞擊式，低壓觸片為夾合式，均為直線傳動(dòng)。由于本類型調(diào)容調(diào)壓開關(guān)采用了永磁機(jī)構(gòu)配合蓄能彈簧，使得其換擋和連續(xù)動(dòng)作時(shí)間減少，動(dòng)作迅速，觸頭斷開瞬間速度可達(dá)到1.2 m/s，可瞬間熄弧。加之真空管的運(yùn)動(dòng)為直線往復(fù)動(dòng)作，和此類型開關(guān)的直線傳動(dòng)完全符合，對(duì)后期實(shí)現(xiàn)真空滅弧、無污染、免維護(hù)預(yù)留了良好的空間。綜合以上特點(diǎn)，此類型開關(guān)在10 kV調(diào)容變中運(yùn)用越加廣泛，有取代第一類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的趨勢(shì)。

圖3 側(cè)裝調(diào)容調(diào)壓開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 頂裝調(diào)容調(diào)壓開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

3 兩類開關(guān)外接與變壓器器身連接簡介

3.1 側(cè)裝式開關(guān)連接簡介

這一類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)與變壓器器身相連接時(shí)，安裝在變壓器器身的一側(cè)，如圖5所示。開關(guān)6通過外接端子3和連接紙包銅線1同變壓器器身5的接線端子2相連，開關(guān)的不同相及檔位對(duì)應(yīng)繞組抽頭的外接端子連接。該種結(jié)構(gòu)連接線往往需要通過木夾件4來固定，對(duì)接時(shí)往往需要在固定工裝或一體頂蓋上進(jìn)行火焊或冷壓對(duì)接，效率較低，且相對(duì)本體器身需要外擴(kuò)尺寸偏大，用變壓器油量增多，銅引線過長，導(dǎo)致整體成本增高。

圖5 側(cè)裝開關(guān)一次連接示意圖

3.2 置頂安裝式開關(guān)簡介

這一類調(diào)容調(diào)壓開關(guān)與變壓器器身相連時(shí)，開關(guān)位于變壓器器身的上方，頂蓋以下（如圖6所示）。開關(guān)6通過外接端子3和連接紙包銅線1同變壓器器身5的接線端子2相連，其開關(guān)抽頭和變壓器器身外接端子各相之間上下一一對(duì)應(yīng)，簡化了連接銅引線。對(duì)比普通變壓器，只加高了一部分油箱尺寸；相對(duì)使用變壓器油量和連接銅引線的數(shù)量，較上一方案有大幅減少，整體成本顯著降低。

圖6 頂裝開關(guān)一次連線示意圖

4 調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 快速響應(yīng)，免維護(hù)、智能綜合型方向發(fā)展

通過永磁驅(qū)動(dòng)提高調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的反應(yīng)速度引入真空滅弧，使得觸頭無弧無燒蝕，獨(dú)立開關(guān)油室，變壓器油無碳化、免維護(hù)?？刂破魍ㄟ^Wi-Fi熱點(diǎn)與手機(jī)連接，可近、可遠(yuǎn)查看變壓器運(yùn)行狀況和無線操作，實(shí)現(xiàn)四遙等功能集成，是近來調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的發(fā)展方向[3-5]。

4.2 可靠性方向發(fā)展

調(diào)容調(diào)壓變壓器在早期手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，由于每次都要斷電調(diào)節(jié)，不僅程序復(fù)雜，也影響供電的連續(xù)性。隨著開關(guān)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的增加，自動(dòng)調(diào)容調(diào)壓變壓器應(yīng)運(yùn)而生。相比手動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)容調(diào)壓變壓器不需要臨時(shí)斷電，可在帶有負(fù)載的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。雖有約100 ms的極短時(shí)斷電情況，但相比手動(dòng)調(diào)節(jié)已有了巨大進(jìn)步。調(diào)容調(diào)壓技術(shù)在10 kV網(wǎng)絡(luò)開始小范圍推廣，但由于開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)拉弧，雖然有獨(dú)立的開關(guān)油箱，但開關(guān)油箱內(nèi)的變壓器油仍然會(huì)污染碳化。此類開關(guān)需要配置在線濾油系統(tǒng)，無形中提高了整體成本。隨著開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，調(diào)容調(diào)壓開關(guān)引入過渡電阻和真空滅弧室，使得自動(dòng)調(diào)容調(diào)壓轉(zhuǎn)變?yōu)橛休d調(diào)容調(diào)壓。在開關(guān)轉(zhuǎn)換的過程中并聯(lián)過渡電阻，使得變壓器在大小容量轉(zhuǎn)換或高低電壓轉(zhuǎn)換過程中不再斷電。此外，真空泡的引入使得開關(guān)轉(zhuǎn)換過程的滅弧在真空管中完成，這樣對(duì)變壓器油就沒有了碳化情況，即提高了運(yùn)行的可靠性，提高了供電質(zhì)量。因此，真空有載調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的出現(xiàn)，使得真空有載變壓器得以廣泛推廣?？梢?，更加經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)供電的連續(xù)性和可靠性，仍是調(diào)容調(diào)壓開關(guān)發(fā)展的方向。

4.3 低成本高性能方向發(fā)展

我國變壓器的總損耗約占系統(tǒng)發(fā)電量的10%，其中配電變壓器損耗占比約為總損耗的70%。所以，降低配電變壓器的損耗特別是空載損耗具有十分重要的意義。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一臺(tái)S11型大、小容量分別為200 kVA與63 kVA的調(diào)容變壓器，較同型號(hào)普通變壓器每年可節(jié)約電能4 725 kW·h；一臺(tái)S11型大、小容量分別為315 kVA與100kVA的有載調(diào)容變壓器，年節(jié)省費(fèi)用5 756.9元。所以，將調(diào)容調(diào)壓開關(guān)的成本控制在8 000元左右，在普通變壓器的基礎(chǔ)上增加的成本，基本在一年半的時(shí)間可以收回，才能滿足新時(shí)代的需求。開關(guān)的設(shè)計(jì)方面要更加經(jīng)濟(jì)化，選擇體積偏小的調(diào)容調(diào)壓組合開關(guān)來取代傳統(tǒng)成本高、體積大的開關(guān)。同時(shí)，這些調(diào)容調(diào)壓開關(guān)在使用過程中不需要在擁有一定動(dòng)作數(shù)量后進(jìn)行濾油，更適合應(yīng)用于電網(wǎng)建構(gòu)，能夠給電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

城市規(guī)劃中，10 kV配電網(wǎng)的建設(shè)較為普遍。在負(fù)荷使用越來越大、時(shí)間段越來越集中的前提下，人們對(duì)調(diào)容調(diào)壓開關(guān)技術(shù)提出了越來越高的要求。為了使其在日后運(yùn)行中更加穩(wěn)定、安全和高效，針對(duì)10 kV自動(dòng)調(diào)容調(diào)壓配電器，它的廣泛運(yùn)用不但對(duì)整個(gè)電力行業(yè)至關(guān)重要，還能更好地為人們提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。