有载调压分接开关过渡电阻选用设计

有载调压分接开关过渡电阻选用设计

摘要：

本文通过介绍有载分接开关的基本工作原理及有载分接开关切换过程中暂态过程的建模来选用合适过渡电阻值，同时着重从几个方面（有利于改善触头的切换任务，提高触头的电气寿命以及其工作可靠性三个原则来进行匹配）来分析并从中筛选出最佳方案。这对于变压器设计者更深入的了解有载分接开关以及设计过程中考虑更为全面起到了一定的指导作用。

关键词：灭弧；有载调压开关；变压器

Abstract:Through the introduction of on-load tap basic working principle and the transient process on-load tap changer switching process modeling to choose a suitable transition resistance value at the same time focus from several aspects (help to improve the contact switch tasks, three principles to improve the contact electrical life as well as its operational reliability to match) to analyze and to filter out the best solution. For transformer designers a deeper understanding of the on-load tap switch as well as the design process to consider more comprehensive played a certain role in guiding.Keywords: interrupter; OLTC; transformer

引言

变压器通过调压线圈中增减绕组的分接头来改变电压比的方法几乎与变压器同时问世，有载调压开关的应用使得在不切断负载的情况下可以调节电压。

如今，有载调压分接开关已经由油中灭弧的方式向通过真空泡灭弧的方式发展。无论是工业用户还是电网用户为了缩小维护成本降低维护工作量，都对真空开关比较青睐。所以真空有载调压分接开关是当今以及未来的发展趋势。因此选用真空开关对节省维护成本，降低供电公司工作量也是非常有益的。

1 传统有载调压开关（例如M型）的作用及原理

1.1分接开关的基本功能

一是在开路情况下“选择”一个分接头，二是在不中断电流的情况下把功率“切换”或“调换”到所选的分接头上。而其中也有简易式有载分接开关（即：选择开关）是把两种功能结合在一个装置中，而分接选择器与切换开关或调换开关互相分开的分接开关是用于功率较高的情况下。

1.2 分接开关的基本要求及原理

分接开关必须要满足在分接选择器、转换选择器和切换开关或调换开关之间都要保持准确的机械同步。功率调换时所产生的电弧处于油中，从而污染了变压器油（用真空泡作为开关装置的有载分接开关除外）。所以开关装置需要放在它本身的油室中，以便把污染的油与变压器的主油箱分开。

选择开关的基本原理是分接选择器和切换开关功能结合在一个装置中的选择开关的结构型式。从制造上来说是较为经济的，但是由于固有的某些限制：一般用在最高电压123KV和额定通过电流500-600A范围的中、小型变压器上。

2 分接开关选择恰当的过渡电阻值

2.1过渡电阻暂态过程分析

分接开关的调压过程一定是在暂态条件下工作。在双电阻过渡回路，当从一个分接转换到另外一个分接的过程中，分接开关过渡触头将过渡电阻R和回路电感L突然接入级电压Us 的交流回路中，换流可以计算为：

Ic=[cos()-e-·cos]

上式中Z=︳Ic︱；=arc tan；,

实际切换过程中，R>>，即Z，因此：Ic=cos(-e-)

同时：R>>L (上式中环流Ic的暂态分量· e-很快衰减。

通过上述暂态分析，筛选出最佳方案（M型开关为例）：

方案一：按主触头开断容量等于辅助触头的开断容量的原则，求出匹配电阻

I2R=1/2 I2R +US2/2R,R= US/I

方案二：按总开断容量为最小的原则，求出匹配电阻为总开断容量

P=3/2 I2R+ US2/2R

对总开断容量求微分；

由dP/dR=03/2I2 - US2/2R=0求得R= US/√3 *I

方案三：按辅助触头开断容量为最小的原则，求出匹配电阻为由dP/dR=0即d(1/2* I2R+ US2/2R)/dR=0得R= US/I

方案四：使主触头开断容量为合理值，R取较小值，可求出匹配电阻为R=n×US/ I

切换开关总的切换容量为：

(1+2n cosφ+3n2)/2n *Us

对总的切换容量求导，并令导数值为零，求得n=/3=0.577,恰好是总切换容量值f(n)的最低点。此时，过渡触头的切换容量有些增加，但主通断触头的切换容量却大大降低，因此分接开关的可靠性大大提高。但是以上仅是理论计算值，而理论计算是按照统计数据：变压器平均为80%的负荷来计算的，如果实际运行变压器的实际负荷远远低于80%或出于过负荷的情况，则以上系数是综合实际运行及第二章所提到的形式试验值，经济性来综合判断来选取合适的过渡电阻值。

2.2 提高触头寿命的匹配

在分接开关众多动、定电弧触头中，只要其中一个触头烧损完结，则认为分接开关触头电气寿命结束。因此，需要更换全部电弧触头。要提高触头电气寿命，应力求电弧触头烧损均匀。从触头烧损量平衡角度来考虑，主通断触头和过渡触头的烧损比等于1，即两者烧损速度相等。过渡电阻匹配值的大小对电弧触头烧损均匀性有着一定的影响。下面我们来分析这个影响：

本文是通过分析双电阻过渡旗循环的切换开关左右切换的统计来分析触头烧损平衡。假设切换开关主通断触头开断电流IN是N次，则过渡触头在最为恶劣条件（cosφ=1时），其中开断电流（1+n）/2n *IN的情况为N/2次。另外开断电流（1-n）/2n *IN的情况也一样是N/2次（各开断N/2次是考虑升降压次数趋于平衡的原因）。触头烧损量由公式A=N·Km·Inα·t 式中N为触头操作次数；Km 为触头材料的常数；α 为指数，其值为1≤α≤2 ；t 为触头的燃弧平均时间；假定过渡触头与主通断触头燃弧平均时间相等时，则主通断触头与过渡触头的烧损的速度是相等的。其过渡电阻的匹配系数n的解为：由此可得到{（1+n）/2n}α+{（1-n）/2n}α=2

根据上式中1≤α≤2

由上式可知：当α=2时，触头烧损最佳匹配与触头切换任务最佳匹配值是一致的。所以当过渡电阻匹配系数n=0.577时，主通断触头与过渡触头的烧损比例较均匀，使用寿命较长。