基于無弧有載調壓實現無弧切換的解決方案

傳統以上，機械構件與電動機構結合狀態下的變壓器有載調壓分接開關存在的大量的問題與缺陷，其中以較高的故障率、以及較慢的響應動作為主。更關鍵的是：在變壓器調壓過程當中，受到電弧作用力因素的影響，極有可能致使觸頭出現燒蝕等方面的問題，不但會致使油體污染方面的問題產生，同時也在很大程度上制約著變壓器功能的實現。而在引入大功率電力電子開關應用于有載分接開關，可滿足調壓運行的無弧化特點，從而達到提高電力變壓器運行質量與水平的問題。本文即針對上述問題展開詳細分析與探討，給出相應的解決方案。

1.研究現狀

國內外有關基于電力電子開關電流特性研究，滿足改善有載調壓變壓器分接頭切換的研究始于上世紀70年代中期，但受到制造成本、動作實施可靠性等多個方面因素的影響，導致該技術無法在實際應用中加以落實。但是，隨著電力電子技術的發展與完善，電力系統對于相關技術的應用更加的完善，從而使得變壓器無弧有載調壓方案的可行性更加突出。

對比我國，國內有關無弧有載調壓開關的研究相對起步較早，所取得的研究成果也更加的突出與典型。其中，以奧地利伊林有載分接開關公司所研發生產的一種基于晶閘管發揮輔助效果的TADS切換開關最為突出，在晶閘管的輔助作用之下，聯合機械觸頭的運行，可滿足分接開關的綜合性優勢。傳統意義上，電弧觸頭所對應的功能可以由晶閘管作為開關元件的方式加以替代。在整個線路的運行過程當中，基于晶閘管的開關元件可在切換過程當中達到開斷電流的目的，與機械觸頭聯合形成切換開關所對應的觸頭系統，從而滿足無弧有載調壓的運行功能。

在該基于TADS的切換開關當中，每相與一個晶閘管部件保持對應關系，機械觸點等同于常規電路系統中的主通觸頭。在整個電路處于靜止運行的狀態臺下，電流可通過機械觸點流通。與此同時，在電流通路進行切換動作期間，所有機械觸頭的開斷動作均是以不帶電流運行作為基本前提的。從這一角度上來說，該電路運行期間可最大限度避免觸頭燒損以及油體污染等方面的質量問題，從根本上避免了因線路頻繁檢修而導致的損失問題。

但該系統也存在一定的不足之處，主要表現為：建立在晶閘管部件與機械觸頭的基礎之上實現有載調壓功能，盡管在無弧切換動作的實施過程當中可滿足“無弧”方面的需求，但仍然屬于基于機械電子的混合使結構，從而導致操作以及控制動作相對比較復雜，難度較大。

2.基于無弧有載調壓方案分析

基于以上有關基于大功率電力電子開關作用力配電變壓器運行情況的分析，筆者認為：

為滿足無弧有載調壓的相關要求，可建立在變壓器高壓繞組的基礎之上，根據不同的連接方式，實現無弧切換的效果。具體有如下兩種方案：

A方案：該方案實現無弧切換效果的關鍵在于，大功率電力電子開關雙向晶閘管建立在變壓器高壓繞組的基礎之上，實現與常規分接選擇器的聯合處理。該方案下所對應的無弧切換工作原理示意圖如下圖所示(見圖1)。

圖1中，X1以及X2均為該變壓器高壓繞組所對應的抽頭，R表示的是該電路運行期間的過渡電阻，可發揮相對于變壓器高壓繞組側所傳輸高電流的限流作用，SCR1以及SCR2為無觸點電力電子開關所對應的晶閘管，對應為雙向關系，ST則為分接選擇器，該選擇器支持在線路無負載的運行狀態下，對分接頭進行選擇。

A方案實現配電變壓器無弧有載調壓運行的主要工作原理為：若變壓器高壓繞組正常運行狀態下，以X1分接頭作為工作載體，則圖1中所對應的SCR1晶閘管處于導通狀態，在如連接過渡電阻的1-ST-R區段通路當中，檢測無電流。同時，SCR2晶閘管則處于阻斷狀態。在以上運行條件作用之下，系統電壓產生變動，為確保低壓側所輸出電壓水平的穩定、可靠，就需要對該配電變壓器以X2分接頭作為工作載體。此狀態下的運行方案為：ST分接選擇器在無負載運行狀態下，自“1”切換至“2”,將SCR1晶閘管切換至關閉狀態，形成如圖1中所示的X2-2-ST-R區段通路。該區段通路的運行觸發SCR2晶閘管并促使其處于導通狀態，所形成電流通路為X2-SCR2區段，滿足一次性分接轉換的功能。

B方案：該方案實現無弧切換效果的關鍵在于：以基于大功率的固態繼電器組裝置替代A方案當中的ST分接選擇器，作為完成分接任務的載體。下圖(見圖2)為B方案所對應的無弧切換工作原理示意圖。

該方案的優勢在于：

能夠剔除基于機械運轉式調壓變壓器中所涉及到的運動部件以及電動機構，避免電路運行期間頻繁出現電動機構故障的問題。同時，該電路運行下的分接選擇工作以及切換動作還可支持軟件控制的方式實現。

A方案實現配電變壓器無弧有載調壓運行的主要工作原理為：變壓器高壓繞組正常運行狀態下，以X1分接頭作為工作載體，則圖2中所對應的SCR1晶閘管處于導通狀態，則圖2中X1-SCR1區段處于電流通路的運行狀態。同情況下，圖2中SSR1S、SSR2、以及SCR則均處于斷開狀態。換句話來說，在系統電壓出現波動運行的情況下，為了保障變壓器低壓側供電質量的穩定與可靠，在邏輯判斷的條件下，需要將變壓器運行工況轉變為X2分接接頭。此狀態下的運行方案為：固態繼電器SSR2被觸發，同步關斷SSR1,此狀態下所形成的電流通路表現為X2-SSR2-R區段。在此基礎之上，觸發SCR2處于導通狀態，此狀態下所形成的電流通路表現為X2-SCR2區段，滿足一次性分接轉換的功能。

3.結束語

本文在基于對大功率電力電子開關用語配電變壓器理論要點分析的基礎之上，提出了兩種不同的，可滿足無弧有載調壓需求的無弧切換工作方案。其中，A方案屬于機械電子混合調壓運行模式，雖能夠滿足無弧切換的工作需求，但結構設置上相對比較復雜，運行期間容易出現動作延遲以及各類故障問題。而對于B方案而言，由于引入了固態繼電器組參與運行，從而能夠剔除基于機械運轉式調壓變壓器中所涉及到的運動部件以及電動機構，避免電路運行期間頻繁出現電動機構故障的問題，實際運行中動作快速，結構簡單，特別是針對35kV電壓等級以下的配電變壓器而言，優勢突出，可將B方案作為實現無弧有載調壓的基礎方案，以上問題望引起各方人員的關注與重視。