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配电变压器有载调压技术

北极星输配电网  来源:《中国电力》杂志    2018/5/23 10:44:47  我要投稿  

北极星输配电网讯:摘要:配电变压器有载调压是实现配电网电压控制的手段之一,有载调压开关是配电变压器实现调压的关键部件,其技术性能的优劣直接影响有载调压配电变压器的安全可靠运行。介绍了配电变压器有载调压开关技术的实现方法,将其分为机械式、电力电子式、复合式三大类,分析了不同有载调压方式的技术实现原理与优缺点,明确了配电变压器有载调压技术的发展方向,以及需要深入研究与关注的重点。

关键词:配电网 分布式电源 电压控制 配电变压器 有载调压

引言

电压质量是考核电力企业供电服务水平的重要指标之一。中国农村电网线路供电半径大,分支线多,用电负荷点多面广,且小而分散,季节性负荷特征显著,用电时段过于集中,年均负载率偏低,峰谷差较大。低谷负荷期配电变压器处于轻载运行状态,对用户的供电电压偏高;高峰负荷期配电变压器处于重载或超载运行状态,对用户的供电电压偏低(简称为“低电压”)。供电电压偏高将使供用电设备绝缘老化加速、损耗增加,甚至危及电网和设备的安全。供电电压偏低,即“低电压”问题将造成供用电设备效率降低,危及电网安全经济运行,导致部分家用电器无法正常使用,严重影响居民的生产生活。

随着智能电网建设深入推进,清洁能源利用比例逐年增加,分布式电源接入、电动汽车充电桩批量建设导致配电网电压波动问题更加突出[1]。目前针对高、中压配电网的电压控制技术,如有载调压主变压器、线路调压器、变电站自动无功补偿、线路自动无功补偿等方面,已有文献研究并提出了免维护或无弧、无冲击切换的有载调压方案,但是没有系统性地分析其优缺点,低压配电网的有载调压技术却较少涉及。因此本文将重点阐述国内外配电变压器有载调压技术。

1配电变压器调压技术研究现状

低压配电网中占据主流的配电变压器无载调压方式已无法满足配电台区层级的调压需求。有载调压型配电变压器可在负载条件下改变高低压侧变比,把电压波动限定在合格范围内,保障供电的连续性,改善供电质量,并可大幅度降低电能损耗,国内外早已开始研究与探讨中低压配电变压器的有载调压技术与应用[1-17]。文献[3]按照变压器调压分接头的组成,将有载调压变压器分为机械式改进型、辅助线圈型和电力电子开关型三类,并对典型调压技术的动作原理和发展过程进行了分析和比较。文献[4]研究了一种基于GPS的配电变压器带在线滤油功能的有载调压系统,介绍了系统的组成及特点,以提高配电变压器有载调压装置的免维护性能,提高电压合格率和供电可靠性。文献[5]提出了一种电力电子式有载调压方案,主要思路是取消传统的机械和电动操作机构,采用二进制编码调节的方法实现配电变压器无燃弧式的有载调压。

有载调压技术的应用促进了节能型配电变压器技术性能的升级换代,有助于配电台区的经济高效运行和配电自动化功能的延伸与拓展。配电变压器有载调压与并联电容器投切相结合已成为中国目前实现配电网电压无功综合自动控制、限定电压波动在合格范围内的重要手段,对保障用户优质电力服务和提升配电网安全、可靠、经济运行水平具有重要的现实意义。

2配电变压器新型调压技术与实现

配电变压器有载调压技术对稳定电压、提高电压合格率意义重大,是智能配电台区实现电压无功综合协调控制的基础条件。配电变压器新型有载调压技术大体可分为机械式、电力电子式、复合式三大类。机械式又可分为改进型、带在线滤油装置型和真空灭弧型3种。

2.1机械式有载调压技术

(1)机械式改进型。机械式改进型有载调压开关是在传统机械式有载分接开关的基础上,附加一电子开关电路,其分接开关由1个过渡电阻和少量晶闸管组成,限制分接头切换过程的电弧是通过电子开关电路和机械开关的配合实现,分接开关原理和电子开关电路情况具体如图1所示[3]。机械式改进型有载调压开关的技术优势是无需配置时间控制回路,通过操作机械开关实现对晶闸管的触发;缺点是结构复杂,操作速度慢。

图1机械式改进型分接开关原理及其电子开关电路

(2)带在线滤油装置型。带在线滤油装置型有载调压开关是在传统有载调压开关基础上附加1台在线滤油装置。在线滤油装置由控制系统、动力系统、滤芯、压力表、操作面板等组成,其中动力系统由电动机、油泵构成,滤芯分为除水滤芯和除杂滤芯,用来净化变压器油,压力表用来监视滤罐内的压力,滤芯更换提示。有载调压装置在线滤油装置工作原理如图2所示[2]。

图2有载调压开关在线滤油装置工作原理

控制系统依据有载调压开关动作次数记录,控制启动电动机带动油泵工作,利用压力将分接开关中的变压器油通过连管吸入到滤罐进行过滤,再将过滤后的油注入到有载分接开关油室中。该有载调压技术的优点是能够实现在线自动滤油,降低分接切换电弧的影响,减少了维护成本,适用于传统配电变压器的有载调压改造;缺点是额外增加一套在线滤油装置,增加了投资成本和装置本身的维护工作量(如更换滤芯等)。

(3)真空灭弧型。机械式真空灭弧型有载调压开关不同于传统的绝缘油灭弧,分接头切换在真空管中完成,不存在切换电弧造成油劣化和污染问题。机械式真空灭弧型有载调压开关功能实现的关键是真空切换开关的选择与过渡电路的设计,性能水平主要取决于真空触点的切换参数,包括额定电流、额定电压与额定容量。机械式真空有载调压开关切换电路具体如图3所示[16],R为过渡电阻,V1、V2为真空管。

图3机械式真空有载调压开关切换原理

机械式真空灭弧型有载调压开关结构形式简单,动作可靠。但真空管如发生真空泄漏,则可能发生电弧不熄灭或在过电压作用下发生真空电击穿情况,导致级间短路事故。如果增加安全防护后备措施,则需要增加过渡电阻和真空管的数量,成本提高[18-20]。

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