自耦变压器高压侧的调压方法、器身结构及自耦变压器

摘要

本发明公开一种自耦变压器高压侧的调压方法，包括：将低压绕组、分接绕组和公共绕组分别绕制在同一恒磁通铁心柱上；将激磁绕组和串联绕组分别绕制在同一变磁通铁心柱上；将串联绕组与公共绕组串联连接，将激磁绕组与分接绕组串联后与低压绕组并联；调整分接绕组的接入匝数，从而改变变磁通铁心柱上的激磁绕组的电压，使得同一变磁通铁心柱上的串联绕组的电压相应改变，以实现对该自耦变压器高压侧的调压。还提供一种自耦变压器的器身结构及自耦变压器。该方法通过使用低电压等级的分接开关对高电压侧绕组进行调压，从而可降低分接开关的制造难度，降低变压器成本。

说明书

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种自耦变压器高压侧的调压方法、器身结构及自耦变压器。

背景技术

自耦电力变压器由于其成本和能耗的领先性被广泛应用于电力系统中。自耦电力变压器通常是将高压侧和中压侧的绕组自耦连接。对应的高压侧线圈部分一般称为串联绕组，对应的中压侧线圈称为公共绕组。为了能满足高压侧电网电压变化的需要，通常需要在串联绕组或公共绕组串接分接绕组，通过调节分接绕组串入匝数的数量实现电压调整。

目前的自耦电力变压器的调压技术常采用如下解决方案：

(1)在中性点进行电压调节(即公共绕组末端带分接绕组)的变磁通调压方式，其相对调压容量大，调压开关的级容量也超大，造成调压开关选型困难，开关采购成本较高；另外，这种变磁通调压方式会造成低压绕组的电压大幅波动。如果变压器的低压绕组带无功补偿装置或者带负荷，则还需要增设补偿线圈，以稳定低压绕组的电压，这样就进一步增加了制造成本和制造难度。

(2)串联线圈尾端调压，在串联线圈尾部接入分接线圈，通过调整分接线圈的匝数来调节高压侧电压。这种调压方式的缺点：分接线圈和分接开关处在极高电压下，绝缘结构极为复杂，分接开关需要特殊定制，整体安全裕度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种自耦变压器高压侧的调压方法、器身结构以及自耦变压器，通过使用低电压等级的分接开关进行调压，从而可以降低分接开关的制造难度，降低变压器成本。

为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供一种自耦变压器高压侧的调压方法，方法包括如下步骤：

将低压绕组、分接绕组和公共绕组分别绕制在同一恒磁通铁心柱上；将激磁绕组和串联绕组分别绕制在同一变磁通铁心柱上；将串联绕组与公共绕组串联连接，将激磁绕组与分接绕组串联后与低压绕组并联；调整分接绕组的接入匝数，从而改变变磁通铁心柱上的激磁绕组的电压，使得同一变磁通铁心柱上的串联绕组的电压相应改变，以实现对该自耦变压器高压侧的调压。

优选地，将激磁绕组和串联绕组按照由内到外的顺序依次绕制在所述变磁通铁心柱上。

优选地，所述恒磁通铁心柱的数量为完全相同的多个，每个恒磁通铁心柱上的低压绕组、分接绕组和公共绕组的绕制顺序相同，所述变磁通铁心柱的数量为一个。

优选地，各个恒磁通铁心柱上的各个低压绕组的连接方式为：将各个低压绕组依次串联连接；或者，将各个低压绕组依次并联连接，且使各个低压绕组的匝数相同；各个恒磁通铁心柱上的各个分接绕组的连接方式为：将各个分接绕组依次串联连接；或者，将各个分接绕组依次并联连接，且使各个分接绕组的匝数相同；各个恒磁通铁心柱上的各个公共绕组的连接方式为：将各个公共绕组依次串联连接；或者，将各个公共绕组依次并联连接，且使各个公共绕组的匝数相同。

第二方面，本发明实施例提供一种自耦变压器的器身结构，包括铁心和绕组单元，所述铁心包括变磁通铁心柱和恒磁通铁心柱，绕组单元包括串联绕组、公共绕组、低压绕组、分接绕组和激磁绕组，所述激磁绕组和所述串联绕组分别绕制在同一所述变磁通铁心柱上，所述低压绕组、所述分接绕组和所述公共绕组分别绕制在同一所述恒磁通铁心柱上，其中，串联绕组与公共绕组串联连接，激磁绕组与分接绕组串联，且激磁绕组与分接绕组形成的串联结构与低压绕组并联。

优选地，激磁绕组和串联绕组按照由内到外的顺序依次绕制在所述变磁通铁心柱上。

优选地，所述恒磁通铁心柱的数量为完全相同的多个，每个恒磁通铁心柱上的低压绕组、分接绕组和公共绕组的绕制顺序相同，所述变磁通铁心柱的数量为一个，在各个恒磁通铁心柱上，各个低压绕组依次串联连接，或者，各个低压绕组依次并联连接，且各个低压绕组的匝数相同；或各个分接绕组依次串联连接，或者，各个分接绕组依次并联连接，且各个分接绕组的匝数相同；或各个公共绕组依次串联连接，或者，各个公共绕组依次并联连接，且各个公共绕组的匝数相同。

优选地，所述串联绕组采用中部进线、上下两路出线的并联结构；所述公共绕组采用中部进线、上下两路出线的并联结构。

优选地，所述铁心采用四柱式铁心，其包括两个主柱、两个旁柱，以及上铁轭和下铁轭，两个主柱分别为一个恒磁通铁心柱和一个变磁通铁心柱，两个旁柱分别设置在两个主柱的外侧，或所述铁心采用五柱式铁心，其包括三个主柱、两个旁柱，以及上铁轭和下铁轭，三个主柱分别为一个变磁通铁心柱和两个恒磁通铁心柱，两个旁柱分别设置在三个主柱的外侧。

第三方面，本发明实施例提供一种自耦变压器，包括第二方面中所述的自耦变压器的器身结构。

本发明实施例提供的自耦变压器高压侧的调压方法中，将激磁绕组与分接绕组串联后与低压绕组并联，因低压绕组的电压恒定，通过调整分接绕组的接入匝数，从而改变变磁通铁心柱上的激磁绕组的电压，使得同一变磁通铁心柱上的串联绕组的电压相应改变，以实现对该自耦变压器高压侧的调压。由于激磁绕组与分接绕组形成的串联结构与低压绕组并联，使得分接绕组承受的电压和低压绕组的电压等级接近，因此可使用低电压等级的分接开关进行调压，降低分接开关的制造难度，提高开关运行的安全性，降低变压器的成本。此外，本发明实施例提供的器身结构及自耦变压器，将恒磁通铁心柱、变磁通铁心柱集成在同一个铁心上，减小变压器油箱内部几何尺寸，节约变压器油和钢铁件的用量，进一步降低变压器的成本。

附图说明

图1：本发明实施例1的一种自耦变压器高压侧的调压方法的接线原理图；

图2：本发明实施例2的一种自耦变压器的器身结构的示意图；

图3：本发明实施例2的一种自耦变压器的器身结构(采用单相四柱式铁心)；

图4：本发明实施例2的一种自耦变压器的器身结构(采用单相五柱式铁心)。

图中：1-串联绕组；2-激磁绕组；3-分接绕组；4-低压绕组；5-公共绕组；6-旁柱；7-恒磁通铁心柱；8-变磁通铁心柱。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种自耦变压器高压侧的调压方法，应用于自耦变压器，如图1所示为该自耦变压器的接线原理图，所述调压方法包括如下步骤：

步骤101，将低压绕组4、分接绕组3和公共绕组5分别绕制在同一恒磁通铁心柱上。

其中，低压绕组4、分接绕组3和公共绕组5绕制在同一恒磁通铁心柱上的顺序可根据用户需求来确定。

步骤102，将激磁绕组2和串联绕组1分别绕制在同一变磁通铁心柱上。

步骤103，将串联绕组1与公共绕组5串联连接，将激磁绕组2与分接绕组3串联后与低压绕组4并联。

其中，串联绕组1与公共绕组5串联连接，构成自耦变压器的高压侧。

步骤104，通过调整分接绕组3的接入匝数，从而改变变磁通铁心柱上的激磁绕组的电压，使得同一变磁通铁心柱上的串联绕组1的电压相应改变，以实现对该自耦变压器高压侧的调压。

本实施例中，分接绕组3连接分接开关，使得分接开关的一端与激磁绕组2连接，分接开关的另一端与低压绕组4连接，激磁绕组2的另一端与低压绕组4的另一端连接。需要说明的是，从低压绕组4的首末端子来看，构成激磁绕组2与分接绕组3串联后与低压绕组4并联的结构，也可以从激磁绕组2的首末端子来看，构成低压绕组4与分接绕组3串联后与激磁绕组2并联的结构，两种情况实质上是相同的电路结构，仅在于描述方式的不同。

由于激磁绕组2与分接绕组3串联后的电压值与低压绕组4的电压相同，且低压绕组4输出的电压恒定，因此，通过调整分接绕组3的接入匝数(即改变分接开关的触头位置)，与分接绕组3串联的激磁绕组2的首末端的电压差会产生变化，因电磁感应原理可知，与激磁绕组2处于同一变磁通铁心柱上的串联绕组1的电压也随之变化，这种变化就是串联绕组1的调压范围，该调压范围一般为正负15％之间。

可选地，将激磁绕组2和串联绕组1按照由内到外的顺序依次绕制在变磁通铁心柱上。

可选地，恒磁通铁心柱的数量为完全相同的多个，每个恒磁通铁心柱上的低压绕组、分接绕组和公共绕组的绕制顺序相同，变磁通铁心柱的数量为一个。当恒磁通铁心柱的数量为完全相同的两个或两个以上时，恒磁通铁心柱的大小、材质、铁心柱的横截面积等参数均完全相同，且每个恒磁通铁心柱上的各绕组顺序均相同。选用恒磁通铁心柱的数量为完全相同的多个，且绕制相同顺序的绕组，有利于扩大变压器的容量。

可选地，在各个恒磁通铁心柱上的各个低压绕组的连接方式为：将各个低压绕组依次串联连接；或者，将各个低压绕组依次并联连接，且使得各个低压绕组的匝数相同；在各个恒磁通铁心柱上的各个分接绕组的连接方式为：将各个分接绕组依次串联连接；或者，将各个分接绕组依次并联连接，且使得各个分接绕组的匝数相同；在各个恒磁通铁心柱上的各个公共绕组的连接方式为：将各个公共绕组依次串联连接；或者，将各个公共绕组依次并联连接，且使得各个公共绕组的匝数相同。

本实施例中，当恒磁通铁心柱的数量为完全相同的两个时，每个恒磁通铁心柱上的低压绕组、分接绕组和公共绕组的绕制顺序相同，可根据设计参数的需要进行相同绕组间的不同接线，例如，可将两个恒磁通铁心柱上的低压绕组串联连接，其中两个低压绕组的匝数相同，并将两个恒磁通铁心柱上的分接绕组串联连接，其中两个分接绕组的匝数相同，继而将两个恒磁通铁心柱上的公共绕组并联连接，其中两个公共绕组的匝数相同。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供一种自耦变压器的器身结构，主要适用于单相自耦变压器，该器身结构包括铁心和绕组单元，铁心包括变磁通铁心柱8和恒磁通铁心柱7，绕组单元包括串联绕组1、公共绕组5、低压绕组4、分接绕组3和激磁绕组2，激磁绕组2和串联绕组1分别绕制在同一变磁通铁心柱8上，低压绕组4、分接绕组3和公共绕组5分别绕制在同一恒磁通铁心柱7上，其中，串联绕组1与公共绕组5串联连接，激磁绕组2与分接绕组3串联，且激磁绕组2与分接绕组3形成的串联结构与低压绕组4并联。

本实施例中，分接绕组3连接分接开关，由于激磁绕组2与分接绕组3串联后的电压值应与低压绕组4的电压相同，且低压绕组4输出的电压恒定，因此，通过调整分接绕组3的接入匝数(即改变分接开关的触头位置)，与分接绕组3串联的激磁绕组2的首末端的电压差会产生变化，因电磁感应原理可知，与激磁绕组2处于同一变磁通铁心柱上的串联绕组1的电压也随之变化，这种变化就是串联绕组的调压范围，因而实现对该器身结构的自耦变压器高压侧的调压。

由于激磁绕组2与分接绕组3形成的串联结构与低压绕组4并联，使得分接绕组3承受的电压和低压绕组4的电压等级接近，因此可使用低电压等级的分接开关进行调压，降低分接开关的制造难度，从而降低变压器的成本，同时能提高开关运行的安全性。因此，本实施例中的低压绕组4不仅要满足用户需要的输出电压，还要给变磁通铁心柱上的激磁绕组2供电、励磁。

可选地，激磁绕组2和串联绕组1按照由内到外的顺序依次绕制在变磁通铁心柱上。

可选地，恒磁通铁心柱的数量为完全相同的多个，每个恒磁通铁心柱上的低压绕组、分接绕组和公共绕组的绕制顺序相同，变磁通铁心柱的数量为一个，在各个恒磁通铁心柱上，各个低压绕组依次串联连接，或者，各个低压绕组依次并联连接，且各个低压绕组的匝数相同；或各个分接绕组依次串联连接，或者，各个分接绕组依次并联连接，且各个分接绕组的匝数相同；或各个公共绕组依次串联连接，或者，各个公共绕组依次并联连接，且各个公共绕组的匝数相同。

可选地，串联绕组1采用中部进线、上下两路出线的并联结构；公共绕组5采用中部进线、上下两路出线的并联结构。由于自耦变压器的串联绕组、公共绕组的首端出头电压高于尾端出头电压，采用中部进线、上下两路出线的结构使得串联绕组、公共绕组的低电压处于器身结构的上下两个端部，此位置对其它结构件的电压差相对更低，有利于提高器身结构端部绝缘的安全性，提升变压器运行可靠性。

可选地，如图3所示，铁心采用四柱式铁心，其包括两个主柱、两个旁柱6，以及上铁轭和下铁轭，两个主柱分别为一个恒磁通铁心柱7和一个变磁通铁心柱8，两个旁柱6分别设置在两个主柱的外侧。

如图4所示，铁心采用五柱式铁心，其包括三个主柱、两个旁柱6，以及上铁轭和下铁轭，三个主柱分别为一个变磁通铁心柱8和两个恒磁通铁心柱7，两个旁柱6分别设置在三个主柱的外侧。

本实施例中，通过采用单相四柱式铁心或者单相五柱式铁心，将恒磁通铁心柱和变磁通铁心柱整合在同一个铁心中，可有效减小变压器油箱内部几何尺寸，节约变压器油和钢铁件的用量，从而降低变压器成本。

实施例3：

本实施例提供一种自耦变压器，包括实施例2中所述的自耦变压器的器身结构。例如，该自耦变压器的高、中、低侧电压比为：400(+4，-8)*1.25％/330/33(kV)。

上述实施例的有益效果为：

(1)激磁绕组与分接绕组串联后与低压绕组并联联接，因此分接绕组上承受的电压和低压绕组的电压等级接近，由此可选用低电压等级的分接开关，使得分接开关本身的制造难度极大降低，开关的运行风险也因此大大降低。

(2)实施例1提供的自耦变压器高压侧调压的方法，分接绕组串接在低压绕组尾部，所以分接绕组及调压分接引线的电压都非常低，极大简化了分接绕组及调压分接引线处的绝缘结构。

(3)恒磁通铁心柱、变磁通铁心柱集成在同一个铁心上，可有效减小变压器油箱内部几何尺寸，节约变压器油和钢铁件的用量，降低变压器成本。

(4)利用低压绕组作为辅助绕组给激磁绕组供电，无需增加单独的辅助绕组，进一步节约了变压器的耗材，并且不影响低压绕组的输出电压。

(5)串联绕组和公共绕组的首端出头优先设计在中部引出，采用上下两路并联出线的结构，有利于提高器身结构端部绝缘的安全性，提升变压器运行可靠性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。