1、.DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2014.10.030變壓器混合式有載分接開(kāi)關(guān)熄弧方法的仿真及試驗(yàn)研究梁貴書(shū) 1，晏闊 1，高飛 2，李金忠 2 ，汪可 2，丁本平 3（1. 華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，保定 071003；2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192；3. 山東泰開(kāi)電力設(shè)備有限公司，泰安 271000）摘 要：變壓器傳統(tǒng)有載分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的電弧會(huì)顯著降低觸頭壽命和加速變壓器油劣化。為了解決該問(wèn)題，提出了一種新的混合式有載分接開(kāi)關(guān)方法，并試制了實(shí)驗(yàn)室的模型樣機(jī)。這種方法采用伸縮動(dòng)觸頭保證切換時(shí)序， 以機(jī)械組件的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)晶閘管模塊的無(wú)源觸發(fā)，以晶閘

2、管輔助機(jī)械開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)切換過(guò)程中的熄弧。搭建了熄弧電路 的仿真模型進(jìn)行仿真，并建立了標(biāo)準(zhǔn)的低壓切換試驗(yàn)回路進(jìn)行試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明：晶閘管門(mén)極觸發(fā)回路簡(jiǎn)單可 靠，能有效抑制電弧電壓的建立，從而消除電弧。試驗(yàn)結(jié)果表明：晶閘管在一個(gè)切換過(guò)程中會(huì)被觸發(fā) 4 次，其中2 次電流自然過(guò)零關(guān)斷，2 次被機(jī)械開(kāi)關(guān)旁路后關(guān)斷。仿真與試驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證，充分說(shuō)明了提出的混合式有載分 接開(kāi)關(guān)無(wú)弧切換方法的可行性。關(guān)鍵詞：有載分接開(kāi)關(guān)；模型樣機(jī)；晶閘管模塊；無(wú)源觸發(fā)；熄弧電路；切換試驗(yàn)Study on Simulation and Experiments of Method of Extinction Hybrid On-

3、LoadTap Changer in TransformersLIANG Guishu1, YAN Kuo1, GAO Fei2, LI Jinzhong2, WANG Ke2, DING Benping3(1. Power Engineering Institute of Electrical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China;2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China;3. Shan Don

4、g Tai Kai Electric Equipment Corporation, Taian 271000, China)Abstract：Arc appears in the switching process of traditional on-load tap changer of transformer significantly, reducescontact life, and accelerates the deterioration of transformer oil. To solve this problem, we developed a procedure of h

5、y- brid on-load tap changer, and made a laboratory prototype following the procedure. In the procedure, telescopic movement moving contacts were adopted to ensure switching timing, mechanical components were used for passively triggering of thyristor modules, and the thyristors were used to assist m

6、achinery to extinguish arcs. Moreover, we estab- lished a numerical model of the arc-eliminating circuit to conduct simulations, and set up a standard low-voltage switching test circuit to conduct experiments. The simulations show that the thyristor gate trigger circuit is simple and re- liable, and

7、 it is effective in inhibiting the establishment of arc voltage and hence eliminating arcs. The experimental results show that, in one switching process of a thyristor, the thyristor will be triggered by four times: two are natural cur- rent zero-crossing off, the other two are off after bypassed by

8、 mechanical switch. The simulation and experimental results validate each other, which further proves the proposed hybrid arc-free load tap switching method to be feasible.Key words：on-load tap changer; model prototype; thyristor modules; passive trigger; circuit of extinction; switchingexperiment的電

9、弧，使開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)逐漸燒蝕損傷。而且電弧產(chǎn)生的高溫會(huì)加速變壓器油劣化，影響變壓器安全運(yùn) 行，因此，迫切需要研究變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的無(wú) 弧切換方法，從根本上延長(zhǎng)有載分接開(kāi)關(guān)的壽命， 提升變壓器運(yùn)行可靠性。針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式有載分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中產(chǎn)引言0傳統(tǒng)變壓器有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)采用的是機(jī)械式有載分接開(kāi)關(guān)，分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定基金資助項(xiàng)目：中國(guó)電力科學(xué)研究院創(chuàng)新基金(5342GY130002)。Project supported by Innovation fund project of China Electric Power Re- search Institute (5342GY13000

10、2).：梁貴書(shū)，晏 闊，高 飛，等：變壓器混合式有載分接開(kāi)關(guān)熄弧方法的仿真及試驗(yàn)研究3157生電弧、調(diào)壓速度慢等缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員提出采用電力電子器件作為切換開(kāi)關(guān)代替機(jī)械觸頭 的解決方案1-5。文獻(xiàn)6介紹了基于固態(tài)繼電器新型 有載調(diào)壓配電變壓器設(shè)計(jì)，是在特定的步長(zhǎng)電壓下 確定抽頭數(shù)，而且是含兩個(gè)抽頭的串聯(lián)繞組結(jié)構(gòu)， 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。文獻(xiàn)7通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)室模型驗(yàn)證晶閘 管輔助有載分接開(kāi)關(guān)的可行性。文獻(xiàn)8介紹了配電 變壓器晶閘管串聯(lián)調(diào)壓方法，取消機(jī)械結(jié)構(gòu)，切換 時(shí)無(wú)電弧，但需附加一臺(tái)串聯(lián)變壓器，占用空間大， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。文獻(xiàn)9利用反并聯(lián)晶閘管作為 35 kV 變 壓器有載自動(dòng)調(diào)壓的切換開(kāi)關(guān)，該方案含

11、有單片機(jī) 控制系統(tǒng)，需要附加電源。文獻(xiàn)10利用全電力電 子式有載分接開(kāi)關(guān)的調(diào)壓原理，得出在電流過(guò)零點(diǎn) 時(shí)通過(guò)導(dǎo)通晶閘管分接開(kāi)關(guān)來(lái)消除沖擊電流為最優(yōu) 方案。以晶閘管作為有載分接開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)11-14， 使切換開(kāi)關(guān)在切換過(guò)程中觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管回路以消 除電弧的無(wú)弧有載調(diào)壓方案是最簡(jiǎn)單實(shí)用的，但其 滅弧特性與可行性一直有待研究。縱觀國(guó)內(nèi)外研究 現(xiàn)狀，到目前為止還沒(méi)有一種簡(jiǎn)單、可靠的變壓器 有載分接開(kāi)關(guān)無(wú)弧切換方法，仍需要進(jìn)行深入探索。不同開(kāi)關(guān)技術(shù)的混合，可以提高開(kāi)關(guān)的整體性 能15。開(kāi)關(guān)的傳統(tǒng)混合技術(shù)主要有兩種：第一種是 通過(guò)電子電路來(lái)消除機(jī)械開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)的能量，這種 方法可以通過(guò)簡(jiǎn)單增加二極管電路就可

12、實(shí)現(xiàn)16。另 一種是采用電子電路來(lái)輔助機(jī)械開(kāi)關(guān)的打開(kāi)和閉 合，只有當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)晶閘管才接入電路17。本文 采用第二種開(kāi)關(guān)混合技術(shù)路線(xiàn)，在現(xiàn)有 KM 型有載 分接開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，每相加裝 3 組晶閘管回路， 并對(duì)開(kāi)關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)設(shè)計(jì)。切換過(guò) 程中利用處于懸浮電位的機(jī)械開(kāi)關(guān)觸頭動(dòng)作產(chǎn)生脈 沖放電電流，觸發(fā)晶閘管模塊，利用其過(guò)零自然關(guān) 斷特性熄弧。切換完成后晶閘管回路退出，由機(jī)械 觸頭載流。這樣既降低了因電力電子器件長(zhǎng)期導(dǎo)通 導(dǎo)致的損耗，提高了可靠性，又實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧切換目 的，延長(zhǎng)了有載分接開(kāi)關(guān)的使用壽命18。本文對(duì)國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)家現(xiàn)有 KM 型(國(guó)產(chǎn)組合式 M 型改進(jìn)版)有載分接開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行

13、了改進(jìn)設(shè)計(jì)，將可 伸縮機(jī)械動(dòng)觸頭與晶閘管輔助熄弧回路配合使用， 實(shí)現(xiàn)有載分接開(kāi)關(guān)的無(wú)弧切換功能 ，突破了現(xiàn)有方 法的局限性。文中分別采用仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方 案的可行性。本文設(shè)計(jì)的混合式有載分接開(kāi)關(guān)方案 具有以下優(yōu)點(diǎn)：在打開(kāi)和閉合過(guò)程中可消除電弧， 觸頭電氣燒蝕顯著減少；因?yàn)閮H在切換過(guò)程中承受瞬態(tài)電流，可不用考慮晶閘管散熱問(wèn)題，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；由于切換過(guò)程沒(méi)有電弧，過(guò)渡過(guò)程發(fā)熱 大幅減少，因此更適用于檔位連續(xù)切換的應(yīng)用場(chǎng)合。1混合式有載分接開(kāi)關(guān)的原理分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1晶閘管輔助熄弧原理分析晶閘管輔助機(jī)械觸頭動(dòng)作的原理如圖 1 所示， 一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管接在機(jī)械開(kāi)關(guān)的兩端，10 和13、11 和

14、 12 分別是 2 對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)的觸頭，其中 11 和 12 開(kāi)關(guān)存在公共端，作為觸發(fā)板給晶閘管提供觸 發(fā)電流，T1 和 T2 為一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管模塊。以 AB 支路上的 11、12 機(jī)械開(kāi)關(guān)從閉合到打開(kāi)過(guò)程為 例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)斷開(kāi) 1112 支路時(shí)，1112 觸發(fā) 板斷開(kāi)瞬間產(chǎn)生微小電弧，電弧在 10、13 端建立電 壓，該電壓施加到晶閘管模塊兩端，觸發(fā)板放電電 流注入門(mén)極實(shí)現(xiàn)晶閘管模塊觸發(fā)，二極管 D2 用于 限制門(mén)極注入電流，D1 用于抑制門(mén)極電壓反向過(guò) 沖。晶閘管導(dǎo)通后，電流被轉(zhuǎn)移到 1013 支路。第 一個(gè)電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)晶閘管自然關(guān)斷，最大導(dǎo)通時(shí)間 不超過(guò)半個(gè)周波，設(shè)計(jì)時(shí)按照半個(gè)周波時(shí)間

15、考慮并 考慮機(jī)械誤差，控制在 12 ms 左右。合上開(kāi)關(guān)支路 時(shí)，由于 1013 支路先合上，晶閘管無(wú)觸發(fā)不導(dǎo)通， 此時(shí)無(wú)電弧，隨后中間觸發(fā)板閉合，接觸瞬間產(chǎn)生 的微小電弧觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，熄滅電弧。觸發(fā)板完 全閉合后旁路晶閘管回路，強(qiáng)迫晶閘管關(guān)斷，由 11、12 機(jī)械觸頭載流。 這種晶閘管輔助熄弧原理的優(yōu)點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)動(dòng)作不需要時(shí)間控制電路；晶閘管回路觸發(fā)僅靠機(jī)械開(kāi)關(guān)的動(dòng)作瞬間完成；晶閘管回路切換完成后 退出，不長(zhǎng)期載流；晶閘管失控后，機(jī)械開(kāi)關(guān)仍圖 1 晶閘管輔助觸頭基本回路Fig.1 Basic circuit of thyristor assist contacts3158高電壓技術(shù)2014,

16、 40(10)可發(fā)揮作用，不會(huì)損壞分接頭和變壓器。1.2改進(jìn)型混合式有載分接開(kāi)關(guān)本文將混合式有載分接開(kāi)關(guān)切換原理與現(xiàn)有 KM 型分接開(kāi)關(guān)原理相結(jié)合，設(shè)計(jì)了改進(jìn)型混合式 有載分接開(kāi)關(guān)，其基本原理圖如圖 2 所示。其中 3 組晶閘管輔助觸頭基本回路分別采用圖 1 所示結(jié)構(gòu)。 將晶閘管輔助回路接入基本回路，此原理采用的觸發(fā)條件的一種電路。目前應(yīng)用到有載分接開(kāi)關(guān)產(chǎn)品上最大動(dòng)、靜觸頭對(duì)為 6 個(gè)，對(duì)應(yīng) 6 個(gè)導(dǎo)槽， 定觸頭的增加會(huì)增加導(dǎo)槽數(shù)量，使觸頭間的絕緣距 離減少，影響絕緣性能。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)可以用一個(gè) 導(dǎo)槽完成兩個(gè)動(dòng)、靜觸頭對(duì)的時(shí)序動(dòng)作，可以解決 晶閘管開(kāi)關(guān)觸頭對(duì)數(shù)量多、斷口復(fù)雜的難題，使得 觸頭斷

17、口成立體布置，時(shí)序上可以靠伸縮彈簧的高 度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)接線(xiàn)及配件都進(jìn)行了相應(yīng) 的調(diào)整。參照?qǐng)D 2，將晶閘管輔助熄弧回路接入后構(gòu)成 無(wú)弧切換開(kāi)關(guān)，下面以由奇數(shù)檔位切換至偶數(shù)檔位 的過(guò)程為例來(lái)深入分析，其中 CD 和 EF 支路上， C''D''和 E''F''是主觸頭，其它觸頭為主通斷觸頭，AB 和 MN 支路上的觸頭為過(guò)渡觸頭。初始狀態(tài) C'D'閉合及其左側(cè)主觸頭 C''D''閉合， CD 支路通流，隨后主觸頭 C''D''打開(kāi)，AB 閉合，

18、經(jīng)過(guò) 1012 ms，A'B'閉合，2 ms 后 C'D'打開(kāi)，打開(kāi)瞬間產(chǎn)生電弧觸發(fā)導(dǎo)通中部晶閘管回路，電流由 CD 回路經(jīng)晶閘管導(dǎo)通，約 10 ms(取決于動(dòng)作相位)， 電流過(guò)零時(shí)晶閘管自然關(guān)斷，電流由 AB 支路導(dǎo)通。2 ms 后，CD 打開(kāi)，約 35 ms 后，MN 閉合，約 68 ms 后，M'N'合上過(guò)程中產(chǎn)生微電弧觸發(fā)導(dǎo)通右側(cè)晶閘管回路，此時(shí)形成橋接。約 23 ms 后，M'N'完全合上，電流經(jīng) M'N'導(dǎo)通，晶閘管回路被短接。約 4 ms3組晶閘管及雙過(guò)渡電阻基本回路。雙過(guò)渡電阻基本回路較單過(guò)渡電阻基

19、本回路的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)負(fù)載方向變化時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)由單電阻電路造成的切換任務(wù)加 重影響觸頭壽命甚至無(wú)法完成正常切換造成有載分 接開(kāi)關(guān)故障的現(xiàn)象。因?yàn)樨?fù)載方向變化后，單電阻 電路的開(kāi)斷電流和恢復(fù)電壓將變?yōu)轭~定值的兩倍， 大大加重切換任務(wù)。而采用雙過(guò)渡電阻回路就可避 免此狀況，單電阻過(guò)渡回路不適用于連接有功率交 換的聯(lián)絡(luò)變壓器，而雙電阻過(guò)渡回路適用于所有變 壓器。根據(jù)原理圖并結(jié)合現(xiàn)有 KM 型開(kāi)關(guān)切換機(jī)構(gòu)， 將 KM 型切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，由原來(lái)的并聯(lián)雙 斷口回路改為串聯(lián)雙斷口回路，在電路上串聯(lián)，則 在觸頭開(kāi)斷時(shí)將出現(xiàn)兩個(gè)電弧，如圖 1 所示，兩斷 口電弧電壓由梯形定觸頭傳導(dǎo)到已閉合的 10、13 伸縮動(dòng)

20、觸頭，觸發(fā)電流則由其一斷口產(chǎn)生的電弧提 供，這樣就能保證加載電壓和觸發(fā)電流同向?qū)ň?閘管熄弧，串聯(lián)雙斷口電路是能夠滿(mǎn)足晶閘管模塊圖 2 改進(jìn)型混合式有載分接開(kāi)關(guān)原理圖Fig.2 Schematic diagram of improved hybrid on-load tap changer梁貴書(shū)，晏 闊，高 飛，等：變壓器混合式有載分接開(kāi)關(guān)熄弧方法的仿真及試驗(yàn)研究3159后，A'B'打開(kāi)，打開(kāi)瞬間產(chǎn)生電弧觸發(fā)導(dǎo)通左側(cè)晶閘管回路。約 810 ms 后，電流過(guò)零晶閘管自然熄 弧。約 23 ms 后，AB 打開(kāi)，AB 打開(kāi)后約 35 ms， EF 合上。約 10 ms 后，E

21、9;F'在合上過(guò)程中產(chǎn)生微電 弧觸發(fā)導(dǎo)通中部晶閘管回路。約 23 ms 后，E'F'完 全合上，短接晶閘管回路。M'N'打開(kāi)，約 812 ms 后 MN 打開(kāi)，隨后 E'F'右側(cè)主觸頭 E''F''合上，此時(shí) 完成一次完整的切換過(guò)程。圖 3 為設(shè)計(jì)的新型有載分接開(kāi)關(guān)模型內(nèi)部結(jié) 構(gòu)，每相 3 組晶閘管模塊均勻分布在動(dòng)觸頭下面單 獨(dú)一層，共 9 組模塊。弧電壓與不加熄弧電路時(shí)電弧電壓對(duì)比，驗(yàn)證該方案中晶閘管模塊是否能被可靠觸發(fā)以消除電弧。 由圖 5 和圖 6 對(duì)比可以看出，0.1 s 時(shí)加入熄弧電路能有效抑制電

22、弧電壓的建立，電壓由之前的220 V 變?yōu)榈陀?1 V，電弧電壓顯著降低。圖 7 為產(chǎn)生電弧瞬間二極管 D1、D2 提供給晶 閘管 T1、T2 的門(mén)極的觸發(fā)電流，晶閘管模塊導(dǎo)通 后實(shí)現(xiàn)輔助熄弧。2建模及仿真分析為了對(duì)設(shè)計(jì)的熄弧電路進(jìn)行分析，在 Matlab 的 Simulink 環(huán)境中搭建 Mayr 電弧模型 19，如圖 4 所 示。通過(guò)在 0.1 s 時(shí)加上晶閘管回路開(kāi)斷電路測(cè)量電圖 5 不加熄弧電路電弧電壓Fig.5 Arc voltage without circuit extinction圖 6 加熄弧電路電弧電壓Fig.6 Arc voltage installation of ci

23、rcuit extinction圖 3 有載分接開(kāi)關(guān)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.3 Internal structure of the on-load tap changer model圖 7 D1 兩端電壓及流過(guò)的電流Fig.7 Voltage on and the current flowing through D1圖 4 熄弧電路仿真Fig.4 Simulation of extinction circuit3160高電壓技術(shù)2014, 40(10)仿真結(jié)果表明，起弧瞬間晶閘管建立電壓并接收到與電壓同向的觸發(fā)電流信號(hào)，該支路能在起弧 時(shí)刻觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通。反并聯(lián)晶閘管 T1、T2 分別觸發(fā)導(dǎo)

24、通時(shí)電壓及電流波形如圖 8 上下兩組波 形所示。此仿真分析驗(yàn)證了熄弧電路方案的正確性。3 試驗(yàn)分析為了驗(yàn)證本文提出的混合式有載分接開(kāi)關(guān)熄 弧方法的可行性，試制了有載分接開(kāi)關(guān)模型樣機(jī)， 并進(jìn)行了帶負(fù)載低電流切換試驗(yàn)。試驗(yàn)接線(xiàn)如圖 9 所示，采用 380 V 交流電源引出兩相作為試驗(yàn)電源， 兩支路對(duì)地各接入 3 臺(tái)并聯(lián)阻性電爐作為負(fù)載，每 臺(tái)電爐額定電流 10 A。晶閘管模塊的通態(tài)平均電流 為 300 A，斷態(tài)重復(fù)峰值電壓為 3 000 V，分接開(kāi)關(guān) 每相接入 3 組，晶閘管門(mén)極支路限流電阻阻值為20 。二極管的限定電流為 10 A。過(guò)渡電阻采用較 大熱容量的電阻塊，負(fù)載的額定電流為 30 A，則

25、過(guò) 渡電阻應(yīng)為 380 ¸ 30 W=12.67 W ，根據(jù)匹配系數(shù)選擇 電阻為 12.67 ´ 0.72 W=9.12 W ，由于電流密度30A/mm2，因此，電阻截面積 30 ¸ 30 mm2 =1 mm2。 過(guò)渡電阻匹配值如表 1 所示，表 2 給出了測(cè)量用到的儀器及其用途。對(duì)圖 2 中間位置主通路晶閘管門(mén)極電壓、門(mén)極 電流及流過(guò) 3 組晶閘管模塊的總電流進(jìn)行測(cè)量，對(duì) 示波器采集數(shù)據(jù)分析如下。圖 10 可以看到一個(gè)完整時(shí)序主通路晶閘管回 路產(chǎn)生兩次觸發(fā)脈沖(見(jiàn) 1.2 節(jié)原理分析)，圖 11 和 圖 12 分別是兩次觸發(fā)電流的放大波形圖。C'D

26、9;斷開(kāi) 和 E'F'合上各產(chǎn)生一次電弧，C'D'斷開(kāi)在時(shí)刻 0.747 ms 電弧電流達(dá)到最高，最高峰值為 0.232 A，第 1 次電弧持續(xù)時(shí)間 0.134 ms。E'F'合上在時(shí)刻 40.68 ms 電弧電流達(dá)到最高，最高峰值為 0.512 A，第 2 次電 弧持續(xù)時(shí)間 0.02ms。圖 13 為晶閘管模塊導(dǎo)通壓降，在時(shí)刻 2.417 ms 晶閘管兩端建立電壓，在時(shí)刻 6.84 ms 達(dá)到第 1 個(gè) 峰值，峰值為2.94 V。在時(shí)刻 18.68 ms 達(dá)到第 2 個(gè)峰值，峰值為 2.43 V。在時(shí)刻 33.63 ms 達(dá)到第 3 個(gè)峰值，峰

27、值為3.14 V。在時(shí)刻 40.02 ms 達(dá)到第 4 個(gè)峰值，峰值為 1.31 V。在時(shí)刻 40.03 ms 出現(xiàn)電壓 跳躍，分析跳躍原因很大程度上跟試驗(yàn)所用三相電 源相位差有關(guān)，實(shí)際調(diào)壓切換時(shí)將不存在。在時(shí)刻40.06 ms 之后晶閘管兩端無(wú)電壓。晶閘管兩端電壓 存在時(shí)間總共持續(xù) 37.643 ms。圖 8 晶閘管模塊電壓和電流Voltage and current of thyristor moduleFig.8表 1 過(guò)渡電阻匹配值Matching values of transition resistanceTable 1電阻截面面積/mm2額定電流/A電阻阻值/W100503010

28、2.73.25.57.5912.527353.3 以上1.7 以上1 以上0.5 以上表 2 測(cè)量?jī)x器及用途Table 2 Measuring instruments and appication測(cè)量?jī)x器名稱(chēng)用途泰克 DPO 7254 示波器采集電壓、電流信號(hào)皮爾遜 101 電流傳感器測(cè)量流過(guò)三組晶閘管總電流測(cè)量主通路晶閘管的門(mén)極觸發(fā)電流 門(mén)極電流放大器測(cè)量主通路晶閘管兩端電壓泰克 TCP312 30ADC 電流探頭泰克 TCPA300 AC/DC 放大器泰克 P5200A 50 MHz，高壓差分探頭圖 14 顯示電流第 1 次變化由主通路 C'D'斷開(kāi)產(chǎn)生，斷開(kāi)瞬間微弧觸發(fā)導(dǎo)

29、通晶閘管，電流由晶閘 管模塊通流。最高峰值為 27.6 A。起弧時(shí)刻是 3.327 ms，在時(shí)刻 3.458 ms 達(dá)到峰值，熄滅電弧時(shí)刻是7.268 ms，此次為電流過(guò)零時(shí)自然熄弧。晶閘管第 1次通流時(shí)間為 3.941 ms。電流第 2 次變化為觸發(fā)板 M'N'合上瞬間觸發(fā)晶 閘管，晶閘管回路通流，瞬間導(dǎo)通后晶閘管回路被 M'N'支路旁路。最高峰值為 18.24 A，起弧時(shí)刻是21.67 ms，在時(shí)刻 25.44 ms 達(dá)到峰值，完全接觸靜 觸頭旁路晶閘管回路時(shí)刻為 26.28 ms，此刻強(qiáng)制熄 弧。晶閘管第 2 次通流時(shí)間為 4.61 ms。電流第 3 次變

30、化為過(guò)渡支路 A'B'斷開(kāi)，斷開(kāi)瞬梁貴書(shū)，晏闊，高飛，等：變壓器混合式有載分接開(kāi)關(guān)熄弧方法的仿真及試驗(yàn)研究3161圖 9 試驗(yàn)接線(xiàn)圖Fig.9 Wiring diagram of the experiment圖 10 主通路晶閘管門(mén)極觸發(fā)電流波形Fig.10 Triggering gate current waveform of the thyristor in the main circuit圖 11 主通路晶閘管門(mén)極第 1 次觸發(fā)電流波形Fig.11 First triggering gate current waveform of the thyristor in the

31、 main circuit間產(chǎn)生電弧觸發(fā)晶閘管回路，此時(shí)晶閘管回路通流，最高峰值為 16.96 A。起弧時(shí)刻為 27.97 ms，在時(shí)刻32.16 ms 達(dá)到峰值，熄滅電弧時(shí)刻為 36.48 ms，此 刻為電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷。晶閘管第 3 次通流時(shí)間 為 8.51 ms。電流第 4 次變化為主回路觸發(fā)板 E'F'合上時(shí)產(chǎn)生，主通路晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，最高峰值為 31 A，起弧時(shí)刻為 43.51 ms，在時(shí)刻 44.29 ms 達(dá)到峰值，E'F'觸發(fā)板完全接觸靜觸頭旁路晶閘管回路時(shí)刻為44.47 ms，此刻被 E'F'支路旁路強(qiáng)制熄弧。晶閘管第4 次

32、通流時(shí)間為 0.96 ms。 多次切換試驗(yàn)表明，晶閘管末端總電流波形變3162高電壓技術(shù)2014, 40(10)化的 4 個(gè)階段具有可重復(fù)性，當(dāng)示波器顯示某一階段無(wú)電流波形，是因?yàn)榍袚Q時(shí)刻在電流過(guò)零點(diǎn)。由 于受到試驗(yàn)電源相位差及動(dòng)靜觸頭動(dòng)作時(shí)振動(dòng)20 影響，采集到的電壓、電流波形會(huì)出現(xiàn)瞬間跳躍變 化。試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，由于測(cè)量引線(xiàn)需要，切換開(kāi)關(guān)只 是進(jìn)行了潤(rùn)油處理并沒(méi)浸泡在油室，這樣會(huì)造成動(dòng) 靜觸頭接觸時(shí)的振動(dòng)比在油中較為強(qiáng)烈，波形跳躍 變化明顯，此試驗(yàn)環(huán)境下，開(kāi)關(guān)動(dòng)作更容易起弧， 而切換過(guò)程無(wú)電弧產(chǎn)生，進(jìn)一步說(shuō)明試驗(yàn)方案的可 靠性。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在低電流條件下，切 換過(guò)程中晶閘管回路起到了較

33、理想的熄弧作用，達(dá) 到了新型混合式有載分接開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)目的，驗(yàn)證了混 合式有載分接開(kāi)關(guān)原理的正確性。圖 12 主通路晶閘管門(mén)極第 2 次觸發(fā)電流波形Fig.12Second triggering gate current waveform of thethyristor in the main circuit4結(jié)論1）該新型混合式有載分接開(kāi)關(guān)利用改進(jìn)后的串聯(lián)雙斷口回路即可在晶閘管模塊兩端建立電弧電 壓瞬間接收到同向觸發(fā)電流，導(dǎo)通晶閘管回路，實(shí) 現(xiàn)無(wú)弧切換，從而降低切換過(guò)程中的能量損耗并避 免切換電弧對(duì)變壓器油質(zhì)的影響。2）切換開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭通過(guò)改變高度差能夠保 證正常的切換時(shí)序，切換完成后晶閘管回路

34、退出， 由機(jī)械觸頭載流，即使晶閘管損壞也可依靠機(jī)械觸 頭完成調(diào)壓動(dòng)作。3）仿真結(jié)果表明晶閘管門(mén)極觸發(fā)回路簡(jiǎn)單可 靠。試驗(yàn)測(cè)量顯示，一個(gè)切換過(guò)程中晶閘管會(huì)被 4 次觸發(fā)，其中 2 次電流自然過(guò)零關(guān)斷，2 次被機(jī)械 開(kāi)關(guān)旁路后關(guān)斷。圖 13 晶閘管模塊兩端電壓波形Fig.13 Voltage waveform of the thyristor module參考文獻(xiàn)References1趙 剛，施 圍. 無(wú)弧有載分接開(kāi)關(guān)的研究J. 高電壓技術(shù)，2004，30(4)：49-51.ZHAO Gang, SHI Wei. Study on arcless on-load tap changerJ. Hig

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