试论无触点有载调压配电变压器可靠性技术的研究与实现

董文茹 曹保国 纪红霞

摘 要：为了满足供配电需求，变压器在运行过程中需要通过档位调整来调节输出电压。有载调压作为目前主要的调压方式，其调压机构在很多方面都存在缺陷，影响着变压器调压操作的可靠性及运行安全。在下面文章里，我们将对无触点有载调压配电变压器可靠性技术进行研究。

关键词：无触点；有载调压；反并联晶闸管

变压器作为电力系统中重要的变配电设备，主要起到电压变换及功率分配的作用。目前在变压器运行过程中，调压方式主要包括有载调压和无载调压两种。两者的区别主要在于前者调压是变压器无需退出运行，而后者在调压时必须停电退出运行。实现有载调压的关键是有载调压分接开关，当前应用最为广泛的是机械触头式有载分接开关，由于机械式的分接开关在操作过程中不存在断态电压和通态电流等限制因素，所以可以适用于各种不同的容量、电压等级。但是通过长期运行发现，机械式分解开关由于其自身因素在运行过程中存在很多缺陷，且由于切换过程中涉及的步骤、机构较多，在可靠性方面表现较差。在下面文章里，我们将通过对无触点有载调压变压器的结构，功能实现方式等方面进行分析，对其可靠性技术的实现进行探讨。

1 无触点有载调压变压器

关于变压器无触点有载调压分接开关的研究，目前主要是集中在固态继电器和反并联晶闸管这两个方面。其中固体继电器由于其耐受电压能力低，应用范围较小，而单个晶闸管的额定电压能够达到3KV，所以可适用于大容量、高电压的变压器应用需求。

2 影响分接开关可靠性的因素分析

2.1 启动装置退出可靠性

调压系统的启动装置一般是采用具有常闭触点的中间继电器，其控制线圈接在变压器低压侧。如果控制线圈两端电压低于最小维持电压时，启动装置会误动，重新介入变压器高压侧。通过对继电器运行参数的分析，我们了解到其最小维持电压为120V，在变压器实际运行过程中，低压侧输出电压不会低于这一值。

2.2 励磁涌流和电动机启动电流的影响

变压器投入时的励磁涌流及电动机启动时的冲击电流都会使流过分接开关的电流远远超过正常工作电流，会影响其工作可靠性，同时对启动机构及控制系统也会造成威胁。

2.3 过渡支路工作可靠性

过渡支路由过渡支路开关和限流电阻构成，主要是为了在两个位置的分接开关同时导通时限制回路中的环流。在实际运行过程中，当负载功率因数较低的情况下，存在调压过程中过渡支路无法被接入，导致变压器一次侧断路，致使分接开关过压击穿。

2.4 反并联晶闸管换向过电压

在感性负载为主的变压器调压过程中，晶闸管两端在换向过程中会承受远高于电源电压的过电压，威胁晶闸管的运行安全，所以就需要对晶闸管进行相应的保护，目前主要是通过阻容吸收电路来抑制换向过电压，所以阻容吸收电路的相关参数都会影响调压系统的可靠性。

2.5 驱动单元高低压绝缘

调压系统的主电路及控制系统跨越变压器的高、低压侧，其绝缘的隔离是依靠电源变压器和晶闸管驱动电路中的光电耦合来实现。但是当高压侧出现短路或是进行耐压实验时，电源变压器和光电耦合器的电气隔离水平无法承受如此高的电压。这就导致驱动单元的高低压绝缘成为影响调压系统可靠性的一个重要因素，制约着这项技术在更高电压等级变压器上的应用。

2.6 单片机程序紊乱、死机故障

单片机是调压装置控制单元的核心，也是控制信号的来源，其工作是否可靠直接影响着调压功能的可靠性及变压器的运行安全。在单片机运行过程中，影响其可靠性的问题主要是内部程序紊乱及死机故障。

3 保證和提高可靠性技术的实现

3.1 改善主电路与控制程序

（1）改进过渡支路开关

为了保证过渡支路能够可靠导通，在设计时我们可以选用双向晶闸管作为过渡支路开关，其触发电路是由中间继电器和触发电阻组成；同时为了限制励磁涌流，主电路拓扑结构采用过渡支路和启动结构合并的方式。

（2）阻容吸收电路

为了将反并联晶闸管换向过电压限制在允许范围内，可以在合理的应用阻容吸收电路，其原理是利用电容两端电压在瞬时不能突变这一特性，吸收瞬间过电压，将其限制在允许范围内。通过精确确定阻容吸收电路相关参数，并将电路模块化，能够很好的提高换向过电压的吸收能力。

（3）改进控制程序

当电压发生暂时性的波动时，调压装置无需进行操作。为此在对控制程序进行设计时，应采取延时操作处理，来避免电压波动造成的频繁调压操作。一般延时30s即可满足应用需求。

3.2 反并联晶闸管光纤触发方案

为了改善前文中提到的晶闸管触发过程中存在的高低压电气隔离问题，目前最为热门的方案是通过光纤触发。只需监控单元与位于髙压侧的晶闸管模块及其触发电路存在一定空间距离，光纤触发方案就可以很好的解决触发过程中的绝缘问题。

3.3 控制单元故障闭锁装置

为了改善单片机程序紊乱及死机造成调压系统运行的不可靠性，同时对触发芯片进行屏蔽保护，避免分接开关的误操作。这就需要在程序发生紊乱、死机时，有相关检测硬件能够及时发现问题，并重启单片机。看门狗芯片是目前满足这一应用需求的理想器件，其作为单片机硬件系统必备的辅助外围电路，主要是对单片机运行状况进行监控。同时对于调压装置上电、正常工作及故障复位这3种不同工作状态也应设计合理的闭锁装置。

4 结束语

在上面文章里，我们对影响无触点有载调压配电变压器可靠性的因素及改进技术进行了简单分析。由于无触点有载调压技术的发展时间比较短，在很多方面都还存在问题，所以大范围的推广应用还有很长一段路要走。

参考文献

[1]宋伟.无触点有载调压配电变压器可靠性技术的研究与实现[D].东北农业大学，2014.

[2]赵玉林，李丽贞，李海凤，等.无触点有载调压配电变压器光纤启动方案[J].电力自动化设备，2016，36（2）：89-94.

（作者单位：国网山东省电力公司巨野县供电公司）