試論無觸點有載調壓配電變壓器可靠性技術的研究與實現

董文茹 曹保國 紀紅霞

摘 要：為了滿足供配電需求，變壓器在運行過程中需要通過檔位調整來調節輸出電壓。有載調壓作為目前主要的調壓方式，其調壓機構在很多方面都存在缺陷，影響著變壓器調壓操作的可靠性及運行安全。在下面文章里，我們將對無觸點有載調壓配電變壓器可靠性技術進行研究。

關鍵詞：無觸點；有載調壓；反并聯晶閘管

變壓器作為電力系統中重要的變配電設備，主要起到電壓變換及功率分配的作用。目前在變壓器運行過程中，調壓方式主要包括有載調壓和無載調壓兩種。兩者的區別主要在于前者調壓是變壓器無需退出運行，而后者在調壓時必須停電退出運行。實現有載調壓的關鍵是有載調壓分接開關，當前應用最為廣泛的是機械觸頭式有載分接開關，由于機械式的分接開關在操作過程中不存在斷態電壓和通態電流等限制因素，所以可以適用于各種不同的容量、電壓等級。但是通過長期運行發現，機械式分解開關由于其自身因素在運行過程中存在很多缺陷，且由于切換過程中涉及的步驟、機構較多，在可靠性方面表現較差。在下面文章里，我們將通過對無觸點有載調壓變壓器的結構，功能實現方式等方面進行分析，對其可靠性技術的實現進行探討。

1 無觸點有載調壓變壓器

關于變壓器無觸點有載調壓分接開關的研究，目前主要是集中在固態繼電器和反并聯晶閘管這兩個方面。其中固體繼電器由于其耐受電壓能力低，應用范圍較小，而單個晶閘管的額定電壓能夠達到3KV，所以可適用于大容量、高電壓的變壓器應用需求。

2 影響分接開關可靠性的因素分析

2.1 啟動裝置退出可靠性

調壓系統的啟動裝置一般是采用具有常閉觸點的中間繼電器，其控制線圈接在變壓器低壓側。如果控制線圈兩端電壓低于最小維持電壓時，啟動裝置會誤動，重新介入變壓器高壓側。通過對繼電器運行參數的分析，我們了解到其最小維持電壓為120V，在變壓器實際運行過程中，低壓側輸出電壓不會低于這一值。

2.2 勵磁涌流和電動機啟動電流的影響

變壓器投入時的勵磁涌流及電動機啟動時的沖擊電流都會使流過分接開關的電流遠遠超過正常工作電流，會影響其工作可靠性，同時對啟動機構及控制系統也會造成威脅。

2.3 過渡支路工作可靠性

過渡支路由過渡支路開關和限流電阻構成，主要是為了在兩個位置的分接開關同時導通時限制回路中的環流。在實際運行過程中，當負載功率因數較低的情況下，存在調壓過程中過渡支路無法被接入，導致變壓器一次側斷路，致使分接開關過壓擊穿。

2.4 反并聯晶閘管換向過電壓

在感性負載為主的變壓器調壓過程中，晶閘管兩端在換向過程中會承受遠高于電源電壓的過電壓，威脅晶閘管的運行安全，所以就需要對晶閘管進行相應的保護，目前主要是通過阻容吸收電路來抑制換向過電壓，所以阻容吸收電路的相關參數都會影響調壓系統的可靠性。

2.5 驅動單元高低壓絕緣

調壓系統的主電路及控制系統跨越變壓器的高、低壓側，其絕緣的隔離是依靠電源變壓器和晶閘管驅動電路中的光電耦合來實現。但是當高壓側出現短路或是進行耐壓實驗時，電源變壓器和光電耦合器的電氣隔離水平無法承受如此高的電壓。這就導致驅動單元的高低壓絕緣成為影響調壓系統可靠性的一個重要因素，制約著這項技術在更高電壓等級變壓器上的應用。

2.6 單片機程序紊亂、死機故障

單片機是調壓裝置控制單元的核心，也是控制信號的來源，其工作是否可靠直接影響著調壓功能的可靠性及變壓器的運行安全。在單片機運行過程中，影響其可靠性的問題主要是內部程序紊亂及死機故障。

3 保證和提高可靠性技術的實現

3.1 改善主電路與控制程序

（1）改進過渡支路開關

為了保證過渡支路能夠可靠導通，在設計時我們可以選用雙向晶閘管作為過渡支路開關，其觸發電路是由中間繼電器和觸發電阻組成；同時為了限制勵磁涌流，主電路拓撲結構采用過渡支路和啟動結構合并的方式。

（2）阻容吸收電路

為了將反并聯晶閘管換向過電壓限制在允許范圍內，可以在合理的應用阻容吸收電路，其原理是利用電容兩端電壓在瞬時不能突變這一特性，吸收瞬間過電壓，將其限制在允許范圍內。通過精確確定阻容吸收電路相關參數，并將電路模塊化，能夠很好的提高換向過電壓的吸收能力。

（3）改進控制程序

當電壓發生暫時性的波動時，調壓裝置無需進行操作。為此在對控制程序進行設計時，應采取延時操作處理，來避免電壓波動造成的頻繁調壓操作。一般延時30s即可滿足應用需求。

3.2 反并聯晶閘管光纖觸發方案

為了改善前文中提到的晶閘管觸發過程中存在的高低壓電氣隔離問題，目前最為熱門的方案是通過光纖觸發。只需監控單元與位于髙壓側的晶閘管模塊及其觸發電路存在一定空間距離，光纖觸發方案就可以很好的解決觸發過程中的絕緣問題。

3.3 控制單元故障閉鎖裝置

為了改善單片機程序紊亂及死機造成調壓系統運行的不可靠性，同時對觸發芯片進行屏蔽保護，避免分接開關的誤操作。這就需要在程序發生紊亂、死機時，有相關檢測硬件能夠及時發現問題，并重啟單片機。看門狗芯片是目前滿足這一應用需求的理想器件，其作為單片機硬件系統必備的輔助外圍電路，主要是對單片機運行狀況進行監控。同時對于調壓裝置上電、正常工作及故障復位這3種不同工作狀態也應設計合理的閉鎖裝置。

4 結束語

在上面文章里，我們對影響無觸點有載調壓配電變壓器可靠性的因素及改進技術進行了簡單分析。由于無觸點有載調壓技術的發展時間比較短，在很多方面都還存在問題，所以大范圍的推廣應用還有很長一段路要走。

參考文獻

[1]宋偉.無觸點有載調壓配電變壓器可靠性技術的研究與實現[D].東北農業大學，2014.

[2]趙玉林，李麗貞，李海鳳，等.無觸點有載調壓配電變壓器光纖啟動方案[J].電力自動化設備，2016，36（2）：89-94.

（作者單位：國網山東省電力公司巨野縣供電公司）