無觸點有載調壓配電變壓器可靠性技術的分析與應用

黃 輝 王玥超

（廣東電網有限責任公司云浮供電局，廣東 云浮 527300）

無觸點有載調壓配電變壓器可靠性技術的分析與應用

黃 輝 王玥超

（廣東電網有限責任公司云浮供電局，廣東 云浮 527300）

變壓器有載自動調壓是解決電力系統電壓偏移的有效措施，如今無觸點有載調壓變壓器技術已經成為電力系統智能控制領域研究的重要課題之一。本文主要是以無觸點有載調壓變壓器調壓的可靠性為研究對象，以50kVA配電變壓器為例，應用單片機控制晶閘管開關，實現變壓器的有載調壓。系統方案針對影響調壓可靠性的因素進行了分析，并針對這些問題提出了相應的改進方案，使變壓器有載調壓的可靠性得到提高。

變壓器；有載調壓；可靠性；晶閘管

無弧有載調壓變壓器的結構主要分為四部分，即分接開關、驅動單元、檢測單元和控制單元。分接開關是變壓器電壓調整的操作機構，傳統的機械式分接開關故障率高容易反生電腐蝕甚至粘連，本文中的分接開關采用反并聯的晶閘管構成具有具有無觸點、無運動結構的特點；驅動單元的作用是發出脈沖信號，控制晶閘管模塊的導通；檢測單元主要用來檢測系統電壓波動，并進行晶閘管觸發的過零檢測；控制單元主要進行整個功能的系統控制，對采集數據進行分析計算，并控制相應的動作輸出[1]。

1 影響有載調壓變壓器電壓調節可靠性的因素

1.1 起動機構退出的可靠性

中間繼電器是起動機構的常用器件，在起動過程中繼電器觸點中流過的電流較大，可能會造成觸點的粘結，導致回路長期導通。此外繼電器線圈的耐壓較低難以達到實驗要求。

1.2 反并聯晶閘管的工作可靠性

主要在晶閘管的過零觸發電路，在阻性負載下，晶閘管的觸發一般比較正常。當存在較大電感負載時，分接開關從額定位置切換到非額定位置的過程中，由于電感對電流的滯后作用，可能導致分接開關不能觸發導通，造成變壓器回路斷開，引起過電壓擊穿分接開關；而在分接開關動非額定位置向額定位置動作時，則會出現分接開關無法關斷的情況。此外，在晶閘管關斷時的反向電壓可能會造成晶閘管的電壓擊穿。

1.3 驅動單元的觸發電路可靠性問題

一方面電力系統的高電壓要求驅動單元原件要有較高的絕緣性能，同時光耦回路的電氣隔離以及電源變壓器都很難滿足如此高的電壓需求，必須選擇具有高絕緣性能的元件彌補這一缺陷。

1.4 處理單元程序可靠性

單片機是控制單元的核心器件，單片機程序的混亂和死機是單片機故障的主要原因，因此必須設計單片機故障閉鎖裝置，防止裝置誤動作，并及時排除單片機內部故障[2]。

2 提高無觸電有載調壓變壓器運行可靠性方案

2.1 過渡支路開關的改良

針對過零觸發電路對反并聯晶閘管構成的過渡支路的影響，過渡支路選用雙向晶閘管，由中間繼電器和電阻構成其觸發電路，其電路圖如圖1所示。

圖1 過渡支路開關起動改良方案

圖1中變壓器上電后，中間繼電器的常閉點和觸發電阻構成的觸發電路形成回路，雙向晶閘管導通，變壓器一次側接通；控制單元接通電源后，中間繼電器吸合，常閉觸點打開，觸發電路斷開，從而導致雙向晶閘管關斷，起動結束。調壓中，當需要接入過渡支路時，中間繼電器線圈失電，常閉點閉合，雙向晶閘管重新導通；當需要切斷過渡支路時，則控制吸合中間繼電器，關斷雙向晶閘管，調壓任務完成。

針對雙向晶閘管關斷過程中瞬間過電壓擊穿的問題，可以如圖3所示在晶閘管兩端加裝阻容吸收回路，利用電容電壓不突變的特性，以及電阻的限流作用，抑制瞬間過電壓的產生。阻容吸收的電路的元件參數選取經驗值見表1[3]。

圖2 阻容吸收回路

表1 晶閘管阻容吸收電路參數經驗數值

2.2 反并聯晶閘管觸發方案優化

1）光纖觸發方案結構圖

晶閘管光纖觸發的方案結構如圖3所示，主要由驅動電路、光發送器、光纖。關接收器、觸發電路和高壓取能直流供電電路組成。控制系統通過分析變壓器低壓側采集的電壓信號，控制反并聯晶閘管的導通和關斷，光纖發送器將該信號轉化為光信號，經光纖電纜輸送到光纖接收器，從而控制觸發電路達到導通關斷晶閘管的目的。

圖3 光纖觸發方案結構圖

2）光纖觸發電路

如圖4所示，應用光接收器形成反并聯晶閘管的管線觸發電路。當沒有光信號時，光接收器里的三極管保持截止，R4.1為T4.1提供基極電流而促使其導通，光電耦合器OC4.1、QC4.2工作，使V4.1和V4.2的觸發信號關斷。當光信號出現時，光接收器的三極管導通，當反并聯晶閘管兩端電壓足夠低時，T4.2由于R4.1、R4.2的分壓作用而截止，從而V4.1、V4.2導通，R4.4或R4.5觸發反并聯的晶閘管導通。

圖4 晶閘管光纖觸發電路

2.3 控制單元故障閉鎖裝置

看門狗芯片是單片機硬件系統外圍重要輔助元件，是故障閉鎖裝置的核心，它可以對單片機的運行狀態進行監控，當單片機進入死機狀態以后，可以使單片機復位恢復工作。X5045是一種常用的看門狗芯片[4]。

1）上電復位通知電路

上電復位通知電路如圖5所示，系統得電瞬間由于RC電路的存在，使得在電容C完成充電之前，電路輸出持續保持一段時間低電平狀態，而在看門狗復位時，電路輸出持續為高電平。根據這一原理，可以對復位電路的上電復位和看門狗復位進行判斷。在單片機復位時，可以對引腳P0.2的電平狀態進行讀取，當P0.2地區的電平值為1時，則可判斷出單片機在進行看門狗復位；反之，單片機復位時，引腳P0.2的電平為0時，則可判斷出單片機在進行上電復位。復位通知功能有很強的實際意義，一旦程序發生混亂，初始化時則可根據復位的類別讀取分接頭在故障前的狀態，從而確保變壓器一次側繼續保持歉意狀態運行，避免誤動作的發生。

圖5 上電復位通知電路

2）觸發控制信號閉鎖電路

如圖6所示，正常工作狀態下，看門狗的引腳RST保持低電平，單片機 CP輸出為為高電平，經邏輯運算之后由74LS273的CP引腳輸入高電平；若要使Qn改變跟隨Dn狀態時，單片機輸出保持一段時間低電平后，改為高電平輸出，進行邏輯運算后，輸出信號為上升沿；在看門狗進行復位時，邏輯運算的結果均為高電平，單片機的上升沿信號被屏蔽，正常運行時，單片機 CP的上升沿信號可以正常傳輸，從而完成了CP信號的閉鎖功能。

圖6 控制信號閉鎖電路

3）中間繼電器控制閉鎖電路

由變壓器的運行動作順序可知，分接開關的控制命令應在控制系統上電后應第一個發出，導通額定位置分接開關，關斷其他分接開關，起動機構退出信號在一段時間的延時后發出。由于單片機的本身特性導致，在其上電初的的幾百毫秒，其輸入輸出引腳會保持高電平，單片機運行之后回復程序命令狀態。鎖存觸發芯片74HC237會在控制單元上電時屏蔽單片機輸入輸出引腳的狀態，單片機的控制信號在MR引腳變為高電平時才被正常傳輸到分接開關的觸發控制。上電復位通知電路決定MR的狀態，回路的 RC參數影響其低電平的保持時間。控制系統初始化完成并能正常輸出控制信號時起動裝置方可退出。而中間繼電器最終實現調壓過渡支路和起動裝置的投入的控制。分析以上信號之間的邏輯關系，可以得出繼電器控制信號閉鎖電路如圖 7所示。

圖7 中間繼電器控制信號閉鎖電路

3 結論

通過實驗變壓器的實際調壓運行實驗驗證，無觸點有載調壓配電變壓器繼電器動作，自動調壓過程正常變壓器運行穩定可靠，在變壓器空載合閘、感性負載和負載突變情況下的可靠性也有所提高。但是，我們發現方案中仍有很多問題需要解決，如方案的實際應用驗證、起動機構的絕緣問題以及分接開關擊穿報警功能的研究等。因此，無觸點有載調壓變壓器的可靠性技術研究還有很長的路要走，還需要引進更多更為先進的技術來促進方案的不斷改進。

[1]李星龍, 葉安理.新型平滑可控有載分接開關的研究[J].南華大學學報(自然科學版), 2008, 22(2): 50-53.

[2]陳迎松, 馮凱.基于單片機控制的有載調壓裝置設計[J].微計算機信息, 2006, 22(29): 270-272.

[3]黃俊杰, 李曉明.電力電子有載調壓裝置的控制系統設計[J].電力自動化設備, 2003, 23(7): 54-57.

[4]周向紅.X5045芯片在單片機系統中的應用[J].現代電子技術, 2006(5): 111-112, 116.

黃 輝（1983-），廣東省韶關，生產設備管理部，電氣工程師、供電可靠性、無功電壓、配網管理專責。

Analysis and Application of Reliability Technology of the Distribution Transformer with no Contact Load

Huang Hui Wang Yuechao
(Guangdong Power Grid Co., Ltd, Yunfu Power Supply Bureau, Yunfu, Guangdong 527300)

Effective measures to solve the voltage shift of power system with the load of the transformer.Nowadays, the technology of non contact with load regulating transformer has become an important research topic in the field of power system intelligent control.In this paper, the reliability of the voltage regulator with no contact with the load voltage is studied.The 50kVA power distribution transformer is used as an example.The single chip microcomputer controlled thyristor switch is used to realize the load regulating of the transformer.The factors that influence the reliability of the system are analyzed, and the corresponding improvement scheme is put forward to improve the reliability of the transformer with the load voltage regulation.

transformer; on-load voltage regulation; reliability; thyristor