一种配电变压器专用有载调压开关及有载调压配电变压器的制作方法

本装置涉及电力产品技术领域，具体而言，涉及一种配电变压器专用有载调压开关及有载调压配电变压器。

背景技术：

配电变压器是供电网的最后一级变压器，应用于国计民生的各个领域，遍布城乡各个角落，数量庞大。现役配电变压器均是无励磁调压方式，调压时需要先切断电源，然后再手动调整无励磁调压开关，调整完毕后再恢复送电。由于需要停电才能调压，且不能做到及时调压，所以在实际供电网中配电变压器等于没有调压措施，造成了供电电压合格率低、稳定性差，使用电设备运行不正常，造成配电变压器本身和用电设备损耗增加。随着社会经济及电网的不断提升发展，对电压质量要求将会越来越高，因而对有载调压配变的可靠性要求会越来越高，为满足不同场合需求，对有载调压配电变压器的调压档位数及宽幅调压范围的需求也会不断增加。

近年，有将主变压器的有载调压开关应用于配电变压器实现有载调压的案例，但主变压器的有载调压开关体积大且需定期维护，不能满足配电变压器的可靠性要求，不适用数量庞大的配电变压器。市场上也有采用弹簧储能方式和永磁、电磁驱动方式的有载调压开关应用于配电变压器，虽也是采用真空灭弧，但采用此类型的驱动方式，其驱动传动时冲击力大，影响有载调压开关相关部件的使用寿命，使其寿命周期不能满足配电变压器的设计寿命周期，不适用在数量庞大的配电变压器中使用。

de19743864c1描述了一种采用电抗器过渡方式的有载分接开关，其将选择开关组件和切换开关组件均设置在同一个相位板上，结构设计复杂，整体开关占用空间较大，且其采用电抗器进行有载调压过渡，大大增加了有载调压开关的成本，不适用于数量庞大的配电变压器。

德国mr公司在中国申请了如下申请号的中国发明专利：1、申请号为201780005054.9，发明名称为“有载分接开关”；2、申请号为201780007088.1，发明名称为“有载分接开关、具有有载分接开关的可调变压器和用于切换有载分接开关的方法”。上述两项发明专利只描述了有载分接开关的选择组件和切换组件结构以及动作情况，对于其驱动传动机构并未进行阐述。配电变压器的设计寿命最少是30年，其对有载调压开关的可靠性要求更高，上述两项发明专利实现的功能是变压器无间断的进行电压调节，但对其可靠性也未进行阐述。有载调压开关的驱动部分也是其核心部件之一，发明中并未进行阐述说明，若驱动机构采用弹簧储能或永磁驱动方式，其在切换过程中冲击力较大，将大大降低有载调压开关的性能，影响有载分接开关的使用寿命；同时其开关每相切换组件部分均采用了单只真空灭弧室及其机械机构配合切换，其从n抽头切换到n+1抽头，真空灭弧室需要断开闭合两次，电流的通断均是在真空灭弧室中进行，对真空灭弧室的触头要求较高，其相较于调档过程中真空灭弧室只接通断开一次的，可靠性低。发明专利“有载分接开关、具有有载分接开关的可调变压器和用于切换有载分接开关的方法”在发明专利“有载分接开关”基础上，设置了预选器，又增加了一套马耳他轮来增加调压档位数，其结构设计较复杂，增加开关的长度，从其附图中可以看出其固定各部件是采用的两个杆或棒，均是圆柱型，增加了开关的整体高度，从其说明书和附图中可以看出其在结构设计中并未针对适用于配电变压器的小型化有载调压开关进行发明创造，有载分接开关的体积大小将影响配电变压器的体积大小、生产成本及安装空间，而配电变压器需要小型化、高可靠的有载调压开关。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种配电变压器专用有载调压开关，解决现有技术中有载调压开关需定期维护的问题，同时解决了现有技术中有载调压开关体积大、不便于安装的问题，实现有载调压开关小型化，使其无需改变常规配电变压器的体积和形状进行安装，实现有载调压开关的长寿命、免维护的特性，使其寿命周期等同配电变压器本体寿命。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种配电变压器专用有载调压开关，其特征在于：包括安装主板、绝缘背板、驱动机构组件、选择开关组件、切换开关组件、过渡元件；

所述驱动机构组件包括步进电机、变速箱、锥齿轮、主动齿轮、方轴；

所述变速箱中设置有位置传感器，在驱动传动过程中直接进行档位信号的采集及传输；

所述选择开关组件、所述切换开关组件、所述过渡元件各有三组，分别完成三相调压档位的选择和切换；

每组所述切换开关组件包括切换开关主板、两个真空灭弧室、两个凸轮；

每组所述选择开关组件包括选择开关主板、两组槽轮机构、细选触头组件、粗选驱动齿、不完全齿轮机构、粗选触头组件，所述槽轮机构包括拨盘、槽轮；

所述步进电机安装在所述变速箱上，所述变速箱、所述选择开关主板、所述切换开关主板固定在所述安装主板上；

所述绝缘背板与所述选择开关主板、所述切换开关主板的一端固定连接；

所述方轴贯穿在所述选择开关主板、所述切换开关主板中；

所述主动齿轮、所述凸轮、所述拨盘套装在所述方轴上；

两个所述真空灭弧室固定安装在所述切换开关主板的一侧，所述过渡元件固定安装在所述切换开关主板另一侧；

每组所述选择开关组件上的两组所述槽轮机构分别安装在所述选择开关主板的两侧，所述粗选驱动齿安装固定在其中一个所述槽轮机构的所述槽轮上，所述不完全齿轮机构安装固定在所述选择开关主板的一侧，所述粗选触头组件通过固定柱固定在所述选择开关主板的一侧；

所述粗选驱动齿、所述不完全齿轮机构、所述粗选触头组件在所述选择开关主板的同侧；

所述步进电机的转动运动借助于所述变速箱、所述锥齿轮传递至所述主动齿轮，所述主动齿轮带动所述方轴转动，进而带动所述凸轮、所述拨盘转动，所述凸轮推动所述真空灭弧室的通断，完成调压档位的带电切换；所述拨盘推动所述槽轮运动，所述槽轮带动所述细选触头组件、所述粗选驱动齿动作，进行调压档位的不带电选择；在相应调压档位转换时，所述粗选驱动齿带动所述不完全齿轮机构动作，进而带动所述粗选触头组件动作，与所述细选触头组件共同完成调压档位的不带电选择，完成电压的调整。

根据本发明的一种优选实施方式，调压档位的定位采用所述步进电机进行控制定位。

根据本发明的一种优选实施方式，所述变速箱包括箱体、箱盖、电子线路板、位置传感器、齿轮组，所述位置传感器将所述齿轮组的运动信息传至所述电子线路板，所述电子线路板进行分析处理输出有载调压开关的档位位置。

根据本发明的一种优选实施方式，所述切换开关组件中的两个所述凸轮分别控制两个所述真空灭弧室的通断。

根据本发明的一种优选实施方式，所述细选触头组件包括两个动触头、静触头组，两个所述动触头分别固定安装在所述选择开关组件中的两个所述槽轮上，所述静触头组中的静触头固定贯穿在所述选择开关主板上，其数量与所述槽轮的齿数相同；进行档位选择时，所述槽轮带动所述动触头转动，选择所述静触头组中相应的静触头。

根据本发明的一种优选实施方式，所述粗选触头组件包括一个动触头、两个静触头、触头固定板，所述动触头与所述两个静触头均安装在所述触头固定板上，进行调压档位转换时，当所述粗选驱动齿运动至与所述不完全齿轮机构上相应的齿轮啮合时，所述粗选驱动齿带动所述不完全齿轮机构运动，所述不完全齿轮机构带动所述粗选触头组件中所述动触头无电流选择相应的所述粗选触头组件中的所述静触头。

一种有载调压配电变压器，其特征在于，采用前述权利要求中任一结构的配电变压器专用有载调压开关的有载调压配电变压器。

相对于现有技术，本发明的有益效果是发明了一种配电变压器专用有载调压开关，安装在配电变压器本体内，不改变常规配电变压器形状和体积；其实现了配电变压器带负荷情况下频繁的电压调整，稳定了供电电压，降低了损耗，本发明还实现了配电变压器的宽幅调压，可实现17档±8×2.5%的宽幅调压，同时实现了其无故障、免维护连续调压动作60万次以上，在配电变压器寿命周期内可以做到免维护，提高了配电变压器有载调压的可靠性。

附图说明

图1是本发明配电变压器专用有载调压开关整体结构示意图a；

图2是本发明配电变压器专用有载调压开关整体结构示意图b；

图3是本发明配电变压器专用有载调压开关的变速箱内部机构示意图；

图4是本发明配电变压器专用有载调压开关的切换开关组件示意图（切换开关主板的一侧）；

图5是本发明配电变压器专用有载调压开关的切换开关主板另一侧的示意图；

图6是本发明配电变压器专用有载调压开关的选择开关组件整体示意图；

图7是本发明配电变压器专用有载调压开关的选择开关组件拆解示意图a；

图8是本发明配电变压器专用有载调压开关的选择开关组件拆解示意图b；

图9是本发明配电变压器专用有载调压开关的选择开关组件一侧去除槽轮的结构示意图；

图10是本发明种配电变压器专用有载调压开关进行细选档位选择切换时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下所描述的实施方式仅用于更加清晰地说明本发明的技术方案，是本发明选定的实施方式，而不是全部的实施方式，不能以此来限制本发明的保护范围。本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

图1至图9是本发明优选的一种可实现17档调压档位的配电变压器专用有载调压开关的示意图，参见图1、图2所示，一种配电变压器专用有载调压开关，包括安装主板1、绝缘背板2、驱动机构组件3、选择开关组件4、切换开关组件5、过渡元件6；驱动机构组件包括步进电机31、变速箱32、锥齿轮33、主动齿轮34、方轴35。

参见图3所示，变速箱32包括箱体321、箱盖322、电子线路板323、位置传感器324、齿轮组325；

选择开关组件4、切换开关组件5、过渡元件6各有三组，分别完成三相调压档位的选择和切换；

参见图4、图5所示，每组切换开关组件5包括切换开关主板51、两个真空灭弧室52、53、两个凸轮54、55；真空灭弧室52、53通过相关固定装置固定安装在切换开关主板51的一侧，两个凸轮54、55套装在方轴35上，过渡元件6固定安装在切换开关主板51另一侧，本发明的过渡元件6优选过渡电阻。

参见图6、图7、图8、图9所示，每组选择开关组件4包括选择开关主板41、两组槽轮机构42、43、细选触头组件44、粗选驱动齿45、不完全齿轮机构46、粗选触头组件47，槽轮机构42、43包括拨盘421、431、槽轮422、432；细选触头组件44包括两个动触头441、442，静触头组443，静触头组443中的静触头数量与槽轮422或槽轮432的齿数相同，图9所示的静触头组包含9个静触头；粗选触头组件47包括一个动触头471、两个静触头472、473，触头固定板474；

两组槽轮机构42、43分别安装在选择开关主板41的两侧，动触头441、442分别固定安装在槽轮422、432上，静触头组443中的静触头固定贯穿在选择开关主板41上，粗选驱动齿45安装固定在其中一个槽轮机构42的槽轮422上，不完全齿轮机构46安装固定在选择开关主板41的一侧，粗选触头组件47通过固定柱固定在选择开关主板41的一侧；粗选驱动齿45、不完全齿轮机构46、粗选触头组件47在选择开关主板41的同侧。

步进电机31安装在所述变速箱32上，变速箱32、选择开关主板41、切换开关主板51固定在安装主板1上，绝缘背板2与选择开关主板41、切换开关主板51的一端固定连接，方轴35贯穿在选择开关主板41、切换开关主板51中，主动齿轮34、凸轮54、55、拨盘421、431套装在方轴35上。

步进电机31的转动运动借助于变速箱32、锥齿轮33传递至主动齿轮34，主动齿轮34带动方轴35转动，进而带动凸轮54、55、拨盘421、431转动，凸轮54、55通过驱动杆推动真空灭弧室52、53的通断，完成调压档位的带电切换；拨盘421、431推动槽轮422、432运动，槽轮422、432带动细选触头组件44中的动触头441、442、粗选驱动齿45动作，动触头441、442进行选择静触头组443中相应的静触头，在相应档位转换时，粗选驱动齿45运动至与不完全齿轮机构46上的相应齿轮啮合时，粗选驱动齿45带动不完全齿轮机构46动作，进而带动粗选触头组件47中的动触头471进行相应静触头472或静触头473的选择，完成调压档位的不带电选择，完成电压的调整。

参见图10是本发明一种配电变压器专用有载调压开关进行细选档位选择切换过程的7个步骤，图中n、n+1表示调压绕组两个相邻的线圈分接头，a、b代表选择开关组件4中细选触头组件44中的两个动触头441、442，r代表过渡元件6，d1、d2代表切换开关组件5中的两个真空灭弧室52、53。

从调压绕组的n+1分接头切换至n分接头的时序：

步骤1：动触头a、b均与n+1分接头接通，真空灭弧室d1、d2均接通。电流由n+1分接头经动触头a、真空灭弧室d2流过。

步骤2：真空灭弧室d2断开，动触头a与n+1分接头断开，动触头b仍与n+1分接头接通，电流由n+1分接头经动触头b、过渡元件6、真空灭弧室d1流过。

步骤3：动触头b仍与n+1分接头接通，动触头a由n+1分接头无电流转换到n分接头，电流由n+1分接头经动触头b、过渡元件6、灭弧室d1流过。

步骤4：动触头b仍与n+1分接头接通，真空灭弧室d2闭合，动触头a与n分接头接通，电流由n+1分接头经动触头b、过渡元件6、真空灭弧室d1流过，电流由n分接头经动触头a、真空灭弧室d2流过，此时在n+1分接头和n分接头间有短暂的环流产生。

步骤5：真空灭弧室d1断开，动触头b与n+1分接头断开，动触头a仍与n分接头接通，电流由n分接头经动触头a、真空灭弧室d2流过。

步骤6：动触头a仍与n分接头接通，动触头b由n+1分接头无电流转换到n分接头，电流由n分接头经动触头a、真空灭弧室d2流过。

步骤7：动触头a仍与n分接头接通，真空灭弧室d1接通，动触头b与n分接头接通，电流由n分接头经动触头a、真空灭弧室d2流过。

以上针对有载调压开关细选档位切换过程进行了说明，选择开关组件中的粗选部分是根据常规的有载调压方式：粗细调压原理、正反调压原理进行设计，对于本技术领域的技术人员已熟知，不再进行说明。以上整个选择切换过程，电弧只产生在真空灭弧室内，不会对变压器油产生污染，不需要定期进行滤油维护或更换滤芯，大大节省了运行维护成本。

本发明在进行配电变压器专用有载调压开关设计时，从小型化、免维护，寿命等同变压器的设计寿命进行研制。本发明采用一个耐受强度足够的安装主板进行各部件的固定安装，以减小有载调压开关的整体高度；同时有载调压开关的粗选选择和细选选择相关部件均设置在同一个选择开关主板上，相较于设置在不同安装主板上的开关，本发明的结构设计简单、紧凑，减小开关的长度，开关的整体设计归于小型化。采用步进电机31的柔性驱动及精准定位特性进行调压档位的驱动转换及控制定位，大大减小有载调压开关驱动传动过程中对其相关部件（切换开关组件、选择开关组件）的冲击力，提高开关各部件的实使用寿命及可靠性；步进电机31带动变速箱32中的齿轮组325转动，位置传感器324将齿轮组325的转动信息传至电子线路板323中，电子线路板323进行分析处理直接输出有载调压开关的档位位置，调压档位的位置信息在变速箱32中直接输出，省略了常规故障率高、不可靠的位置开关反馈装置，大大提高了有载调压开关的寿命及运行可靠性；切换开关组件5中设置有两个真空灭弧室52、53，调压档位切换时，两个真空灭弧室52、53均只动作一次，相较于其他只设置一只真空灭弧室每次档位切换需动作两次，且需较复杂的机械机构配合，若选用同类型的真空灭弧室，本发明较其他只选用一只真空灭弧室的寿命延长一倍，提高开关的可靠性；通过选用前述方案，本发明实现了有载调压开关的小型化及可靠性高的特点，适用于适量庞大的配电变压器。在本技术领域内可根据本发明优选的实施方式进行改进，例如可用伺服电机或直线电机等马达机构代替步进电机结合控制程序进行驱动，也属于本发明的保护范围。

有载调压开关的调压方式主要是三种：线性调压、正反调压、粗细调压，本发明的一种配电变压器专用有载调压开关均适用，正反调压、粗细调压仅是调压绕组的绕线方式及接线方式不同，采用线性调压方式，仅采用本发明的细选调压档位选择切换的相关部件即可。优选的实施方式中，采用粗细调压或正反调压最多可实现有载调压开关17档±8×2.5%的宽幅调压，若仍需更多档位的调压，可增加槽轮的齿轮及相应的静触头数量，开关体积也会随之增加。图1至图9是本发明优选的一种实施方案，档位数可根据用户需求增加或减少，有载调压开关的动作原理不变。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些变化和改进也应视为本发明的保护范围。