摘 要：本文通過介紹有載分接開關的基本工作原理及有載分接開關切換過程中暫態過程的建模來選用合適過渡電阻值，同時著重從幾個方面(有利于改善觸頭的切換任務，提高觸頭的電氣壽命以及其工作可靠性三個原則來進行匹配)來分析并從中篩選出最佳方案。這對于變壓器設計者更深入的了解有載分接開關以及設計過程中考慮更為全面起到了一定的指導作用。

　　關鍵詞：滅弧,有載調壓開關,變壓器

　　引言

　　變壓器通過調壓線圈中增減繞組的分接頭來改變電壓比的方法幾乎與變壓器同時問世，有載調壓開關的應用使得在不切斷負載的情況下可以調節電壓。

　　如今，有載調壓分接開關已經由油中滅弧的方式向通過真空泡滅弧的方式發展。無論是工業用戶還是電網用戶為了縮小維護成本降低維護工作量，都對真空開關比較青睞。所以真空有載調壓分接開關是當今以及未來的發展趨勢。因此選用真空開關對節省維護成本，降低供電公司工作量也是非常有益的。

　　1 傳統有載調壓開關(例如M型)的作用及原理

　　1.1 分接開關的基本功能

　　一是在開路情況下“選擇”一個分接頭，二是在不中斷電流的情況下把功率“切換”或“調換”到所選的分接頭上。而其中也有簡易式有載分接開關(即：選擇開關)是把兩種功能結合在一個裝置中，而分接選擇器與切換開關或調換開關互相分開的分接開關是用于功率較高的情況下。

　　1.2 分接開關的基本要求及原理

　　分接開關必須要滿足在分接選擇器、轉換選擇器和切換開關或調換開關之間都要保持準確的機械同步。功率調換時所產生的電弧處于油中，從而污染了變壓器油(用真空泡作為開關裝置的有載分接開關除外)。所以開關裝置需要放在它本身的油室中，以便把污染的油與變壓器的主油箱分開。

　　選擇開關的基本原理是分接選擇器和切換開關功能結合在一個裝置中的選擇開關的結構型式。從制造上來說是較為經濟的，但是由于固有的某些限制：一般用在最高電壓123KV和額定通過電流500-600A范圍的中、小型變壓器上。

　　2 分接開關選擇恰當的過渡電阻值

　　2.1過渡電阻暫態過程分析

　　分接開關的調壓過程一定是在暫態條件下工作。在雙電阻過渡回路，當從一個分接轉換到另外一個分接的過程中，分接開關過渡觸頭將過渡電阻R和回路電感L突然接入級電壓Us 的交流回路中，換流可以計算為：

　　通過上述暫態分析，篩選出最佳方案(M型開關為例)：

　　方案一：按主觸頭開斷容量等于輔助觸頭的開斷容量的原則，求出匹配電阻

　　I2R=1/2 I2R +US2/2R,R= US/I

　　方案二：按總開斷容量為最小的原則，求出匹配電阻為總開斷容量

　　P=3/2 I2R+ US2/2R

　　對總開斷容量求微分;

　　由 dP/dR=0 3/2I2 - US2/2R=0 求得 R= US/√3 *I

　　方案三：按輔助觸頭開斷容量為最小的原則，求出匹配電阻為由dP/dR=0 即 d(1/2* I2R+ US2/2R)/dR=0 得R= US/I

　　方案四：使主觸頭開斷容量為合理值，R取較小值，可求出匹配電阻為R=n×US/ I

　　切換開關總的切換容量為：

　　(1+2n cosφ+3n2)/2n *Us

　　對總的切換容量求導，并令導數值為零，求得n= /3=0.577,恰好是總切換容量值f(n)的最低點。此時，過渡觸頭的切換容量有些增加，但主通斷觸頭的切換容量卻大大降低，因此分接開關的可靠性大大提高。但是以上僅是理論計算值，而理論計算是按照統計數據：變壓器平均為80%的負荷來計算的，如果實際運行變壓器的實際負荷遠遠低于80%或出于過負荷的情況，則以上系數是綜合實際運行及第二章所提到的形式試驗值，經濟性來綜合判斷來選取合適的過渡電阻值。

　　2.2 提高觸頭壽命的匹配

　　在分接開關眾多動、定電弧觸頭中，只要其中一個觸頭燒損完結，則認為分接開關觸頭電氣壽命結束。因此，需要更換全部電弧觸頭。要提高觸頭電氣壽命，應力求電弧觸頭燒損均勻。從觸頭燒損量平衡角度來考慮，主通斷觸頭和過渡觸頭的燒損比等于1，即兩者燒損速度相等。過渡電阻匹配值的大小對電弧觸頭燒損均勻性有著一定的影響。下面我們來分析這個影響：

　　本文是通過分析雙電阻過渡旗循環的切換開關左右切換的統計來分析觸頭燒損平衡。假設切換開關主通斷觸頭開斷電流IN是N次，則過渡觸頭在最為惡劣條件(cosφ=1時)，其中開斷電流(1+n)/2n *IN的情況為N/2次。另外開斷電流(1-n)/2n *IN的情況也一樣是N/2次(各開斷N/2次是考慮升降壓次數趨于平衡的原因)。觸頭燒損量由公式A=N·Km·Inα·t 式中N為觸頭操作次數;Km 為觸頭材料的常數;α 為指數，其值為1≤α≤2 ;t 為觸頭的燃弧平均時間;假定過渡觸頭與主通斷觸頭燃弧平均時間相等時，則主通斷觸頭與過渡觸頭的燒損的速度是相等的。其過渡電阻的匹配系數n的解為： 由此可得到{(1+n)/2n}α+{(1-n)/2n}α=2

　　根據上式中1≤α≤2

　　由上式可知：當α=2時，觸頭燒損最佳匹配與觸頭切換任務最佳匹配值是一致的。所以當過渡電阻匹配系數n=0.577時，主通斷觸頭與過渡觸頭的燒損比例較均勻，使用壽命較長。

　　2.3提高工作可靠性的匹配

　　從提高工作可靠性的角度，過渡電阻匹配系數n 應滿足如下要求：

　　n=[Psn/UsImax];其中Psn為分接開關的主通斷觸頭額定的開斷容量;

　　如果分接開關有幾組不同的開斷電流與相關級電壓的組合，則需要限定額定開斷容量，即主通斷觸頭開斷容量不得超過其兩倍的額定級容量。否則將會危及分接開關運行的可靠性。

　　3 有載分接開關的選擇

　　每種型式的有載分接開關由于相數、最大通過電流Ium、 設備最高工作電壓Um 、分接選擇器等級以及基本連接圖的不同有多個設計.因此一種規格分接開關的代號必須表示出這些特征.也就是說一種分接開關只有一種標識。

　　通過電流: 有載分接開關運行中的外施電流(通過開關的電流)。通常有載分接開關的通過電流可能隨調壓范圍而改變(在變壓器恒定電壓和恒定額定容量下)。

　　級電壓: 相鄰分接之間的工作電壓. 它可能是恒定的,也可能隨調壓范圍而變.切換開關的過渡電阻是依據安裝分接開關的變壓器規定的級電壓和通過電流計算的.

　　切換容量Pst: 等于通過電流I和級電壓的乘積。

　　額定切換容量：是可能施加到分接開關上的最大切換容量，由額定通過電流和相應的額定級電壓的乘積決定。

　　4 分接開關的絕緣

　　有載分接開關的絕緣取決于變壓器測試和運行時額定電壓耐受值。

　　4.1有載開關的絕緣分類：

　　分接開關的對地絕緣和分接選擇器等級應按各自要求分別選擇;選擇有載分接開關時需要變壓器廠提供：

　　5 影響分接開關選擇重要參數

　　5.1 過負載對分接開關的選用影響

　　在正常周期性負載形式中,日周期負載的通過電流有時可能超過額定通過電流。有載分接開關的選用原則是：分接開關的額定通過電流不小于在各種情況下正常連續負載在分接繞組上產生的最高分接電流。

　　周期性過負載分正常、長期急救、短期急救三種允許的周期性負載。

　　5.2 電位電阻的選用分析

　　在極性選擇器或粗級分接選擇器轉換過程中,分接繞組在電氣上暫時和主繞組分離.從而出現一個由相鄰繞組的電壓和這些繞組之間的耦合電容及對地電容生成的電位.分接繞組的這個電位偏移在轉換選擇器開斷的觸頭之間產生一個相應的電壓,因為它的一個觸頭一直和分接繞組連接著,另一個觸頭一直和主繞組連接著.這個電壓叫恢復電壓Uw.當轉換選擇器觸頭斷開時,由分接繞組的上述耦合電容產生的電容電流必然被切斷.這個電流叫開斷電流Is. 恢復電壓Uw和開斷電流Is將在轉換選擇器上產生較大放電.如偏移電壓超過一定限值就必須考慮調壓線圈的電位連接問題.

　　通常有兩種措施來限制偏移電壓:

　　1.通過一個永久安裝的電位電阻連接到分接繞組的電位(圖a)

　　2.用電位開關只在轉換選擇器動作過程中將電位電阻接入,連接到分接繞組的電位.(圖b)

　　5.3 連接電位電阻方式的選擇

　　連接電阻仍接在調壓線圈中部和電位開關之間,僅在轉換選擇器動作中經電位開關的電流輸出端它僅在電位開關閉合的短時間里汲取電能.電位開關與轉換選擇器有機械連鎖,使它能在轉換選擇器觸頭開斷之前先閉合,在轉換選擇器觸頭閉合之后才斷開。

　　7 結束語

　　本文通過有載分接開關的原理以及分接開關選型過程中需要的注意點的介紹;對有載調壓開關的選型提供一定思路指引。有載調壓開關是變壓器這個靜止的電機中唯一運動的電氣部件，它的正確選型對于變壓器今后的運行起著至關重要的作用。這就需要變壓器公司的設計者與有載調壓分接開關供應商緊密配合，提供準確的數據，這樣就能夠確保有載調壓分接開關制造商提供參數適合的與變壓器配套的產品，進而使之能夠達到安全穩定經濟運行的目的。

　　參考文獻

　　1， 有載分接開關原理和應用 (德)科雷默爾著 沈祖俊譯遼寧科學技術出版社 2002.

　　2，變壓器有載分接開關 張德明 編著遼寧科學技術出版社 1998.8

　　3, MR公司相關資料

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