变压器抽头装置及其操作方法
【专利说明】变压器抽头装置及其操作方法
[0001]本发明大体上涉及变压器抽头(tapping)装置，并且更具体地涉及一体式真空抽头断续器(interrupter)及操作此装置的方法。
[0002]将理解的是，变压器用于在期望的电压、电流和功率下提供电功率。变压器抽头或选择器装置允许选择期望数目的变压器线圈匝，以便变压器可具有可变线圈匝比，且因此输出的电压调节。抽头装置可改变变压器中的线圈匝比来保持输出电压稳定。传统上，带载抽头变换开关用于变压器线圈比选择，其中绝缘油用于触点之间的绝缘和冷却。令人遗憾的是，当触点接通和断开时，存在固有的电弧，其以触头和弧碎片/腐蚀及油自身的热降解污染绝缘油。在此情形中，最近绝缘油污染的问题已经通过使用真空断续器解决，其中变压器抽头或选择器装置的电触点位于真空室中，以在抽头或触头切换和改变操作期间减少和隔离电弧。
[0003]真空断续器的操作是公知的，且在一定程度上取决于顺序上的抽头变换的正确开关顺序，且确保任何电弧产生于真空断续器自身中，而非绝缘油中。此构造可利用用于各个相位的单个、两个和多个真空断续器来实现，以便使操作期间产生的电弧最小化。然而，当真空断续器的数目增加时，装置的体积增大，且操作装置的机构变得更复杂，可靠性总体下降。
[0004]根据本发明的方面，提供了一种用于变压器的抽头装置，该装置包括多个固定触点和主轴上的可动旋转触点，可动旋转触点通过使用升降机构升高、旋转和降低主轴来移动以接合原固定触点和目标固定触点在主轴上，过渡转子臂与主轴相关联且布置成与可动旋转触点一起旋转，过渡转子具有过渡转子臂，其具有带过渡触点的两端，过渡触点成对布置成在抽头变换期间在转子端旋转时依次接合原固定触点时，桥接原固定触点和目标触点，其中成对的过渡触点中的过渡触点接合各个固定触点，且然后仅接合目标固定触点，过渡触点通过至少一个过渡电阻器连接。
[0005]可动旋转触点连接到电源的主端子上。
[0006]过渡转子臂和滚子臂为由两个锥形轴承保持的中空绝缘抽头轴的部分。主轴插接在中空绝缘抽头轴中，升高和降低自由，但一起转动。
[0007]该装置可具有与相应的固定触点相关联的可动旋转触点。
[0008]过渡转子臂可与主轴一起升高和降低。
[0009]升降机构可布置为垂直的。升降机构具有偏压如弹簧加载的元件，且由锁保持直到释放，由此弹簧促进固定触点和旋转触点的快速分离。
[0010]各个过渡触点可连接到滚子上，滚子接合相应的环，其中环电联接到过渡电阻器上。环可围绕主轴同心。各个过渡触点可在朝与固定触点的电接触的偏压下。
[0011]传导棒或线连接在外部联接器或主端子与联接到旋转触点上的滑动套环触点装置之间。接触导线可为编织线束。接触导线可为传导带或棒。
[0012]主轴可由电机驱动。电机可为磁阻电动机或步进电机。主轴可通过离合机构联接到电机上。电机可与离合器轴作用来促动用于确保固定触点与可动旋转触点之间的接合的联接偏压。离合器机构可通过电磁促动器作用，由此离合器轴的促动通过在螺纹上驱动。可选存在单独的转动电机来驱动可动旋转触点。
[0013]成对的过渡触点大致在转子端上与彼此成90° (或60°、45°、30° )角。相对的过渡触点电连接，与其他过渡触点电绝缘。相邻位置中的过渡触点在转子端中与彼此电绝缘。转子端可布置成在转子轴上旋转。可存在四个(或六个、八个、十二个)过渡触点。过渡触点可相应地定形成在转子端从原固定触点旋转至目标固定触点时接合固定触点的部分。
[0014]过渡电阻器可包括串联或并联连接的多个电阻器，以提供组合的电阻。多个电阻器可选地切换成组合以改变使用中的组合电阻。
[0015]具有过渡触点的过渡电阻器提供在可动旋转触点未与固定触点接合时用于电负载的旁通电路。旁通电路可具有电负载的指示器。指示器可为简单的灯，其指示出高于阈值的电流。指示器可为提供电负载的指示的计量计。
[0016]另外，根据本发明的方面，提供了操作如上文和下文所述的抽头装置的方法。
[0017]此外，根据本发明的方面，提供了一种关于变压器的抽头的方法，由此原固定触点与可动旋转触点之间的电连接通过主轴线上的可动旋转触点的升高来断开，且此升高还使过渡转子臂与一端处的过渡转子转移，使得成对的过渡触点在过渡转子上旋转，其中可动旋转触点旋转至目标固定触点，由此成对的过渡触点构造成以便一个过渡触点在旋转开始时与原固定触点接触，且然后成对的过渡触点桥接原固定触点和目标固定触点，其中相应的过渡触点接合各个固定触点，且然后通过进一步旋转，仅目标固定触点由过渡触点接合，因此可动旋转触点位于目标固定触点上方，且旋转触点被迫与目标固定触点接合，提供了过渡触点之间的过渡电阻，以在固定触点和可动触点未与彼此传导接合时取得电负载。
[0018]根据本发明的附加方面，提供了一种用于变压器的抽头装置，该装置包括多个固定触点和主轴上的可动旋转触点，且可动旋转触点由连杆联接器来电连接，主联接器电连接到连杆联接器上，且连杆联接器延伸到套环来与滑环电接触，套环和滑环围绕主轴同心，且布置成在使用中滑过彼此，滑环与可动旋转触点电接触。
[0019]连杆接触可为编织的传导线带。滑环可具有通道或轨道以确保套环的位置和/或确保电连接。套环和滑环可具有它们之间的中间连接器以便于电连接。中间连接器可为滚子轴承或滚珠轴承，或传导带。中间连接器可在滑环与套环之间压缩。
[0020]现在将通过举例参照附图来描述本发明的方面的实施例，在附图中:
图1为根据本发明的方面的抽头装置的抽头变换的图示；
图2为现有抽头装置中的分别成功和不成功的固定和可动旋转触点分离的图示；
图3为就在抽头或变换过程之前的抽头装置的局部断面截面图；
图4为在抽头或变换过程开始时的抽头装置的局部断面截面图；
图5为在抽头或变换过程中固定和可动旋转触点的断开阶段的抽头装置的局部断面截面图；
图6为在可动旋转触点开始从原固定触点位置移动至目标固定触点位置阶段的抽头装置的局部断面截面图；
图7为在可动旋转触点停止移动到达目标固定触点位置阶段的抽头装置的局部断面截面图；
图8为在固定触点准备与可动旋转触点进行接合阶段的抽头装置的局部断面截面； 图9为在实现抽头过程时固定触点到可动旋转触点接合阶段的抽头装置的局部断面截面图；
图10为根据本发明的方面的抽头或变换过程期间过渡触点与原固定触点和可动旋转触点接合的三个阶段ABC的简图；
图11为根据本发明的方面的过渡转子、过渡触点和滚子触点的简图；
图12为根据本发明的方面的抽头装置的其他细节的局部断面透视截面图；
图13为图12中所示的抽头装置的前部截面图；
图14为如图12和图13中所示的抽头装置的平面截面图；
图15为根据本发明的方面的抽头变换阶段a)到e)的简图；
图16为根据本发明的方面的用于过渡转子的理论转动过程的图示；
图17提供了示出与现有混合弹簧/电磁促动器相比较的根据本发明的方面的断续器的操作的图表；
图18为根据本发明的方面的断续器联接器的示意性侧面截面图；
图19为示出根据本发明的方面的断续器联接器的操作阶段的一系列简图a)到e);
图20为根据本发明的方面的一个实施例的断续器联接器组件的一系列截面图a)到e);以及
图21为如图4中所示的断续器联接器组件的前部透视图。
[0021]在单个真空室中组合带载抽头变换开关和断续器的变压器抽头装置将至少在尺寸和减小操作复杂性和可能还改善可靠性方面提供了显著的优点。电间隙可通过使用真空来减小，且除去绝缘油还将消除故障或误操作的该潜力。所有部分和构件位于且密封在单个室内，该室通常包括上盖、中间陶瓷管和端子陶瓷底座。如下文限定的内部构件以层状叠层布置在该装置内，该装置具有驱动电机、联接壳体中的顶部处的离合器、圆形旋转机构、连同过渡转子的旋转触点和固定触点的层，以及然后是底部处的抽头端子层。主触点联接器或连接器在下文所述的主实施例中围绕和包围装置的主轴，其具有建立在它们之间的适合的电联接。
[0022]传动和机械联接器为驱动和操作抽头装置同时保持真空的机构，该机构具有控制旋转度数和变换器件的方向来改变抽头变换操作的方向的典型手段。
[0023]密封允许驱动器和圆形移动机构的运动，同时保持紧密真空。
[0024]由控制器控制的驱动电机自身提供具有控制方向的典型手段的期望的连续圆形移动。
[0025]旋转触点和固定触点在抽头装置的芯处。旋转触点与固定触点连接到围绕轴的壳体壁中的主端子上，以便实现期望的抽头操作。过渡电阻器用于转移电流，以便在抽头变换操作期间保持带载功率。可能的是，过渡电阻器或更多普通过渡电阻器可利用循环移动来附接到一个或多个转子臂上，但通过使用如下文所述的滚子环连接器，过渡电阻器可固定在装置的壳体或壁中。
[0026]主端子和抽头端子一般模制为端子陶瓷底座的一部分。抽头端子直接地连接到抽头触点上。一般存在沿圆弧的6到22 (或更多)个抽头端子，其中外部节距配置成满足空隙要求。
[0027]在绘出的实施例中，主端子在围绕主轴的壳体的壁中。此装置还允许减小抽头装置尺寸，以便该装置可达到具有保持在真空的较小体积的现有装置的体积的九分之一。还将理解的是，主端子和相关联的联接器连接可更容易地提供电流的各个传送相位，其中主端子提供在抽头装置的壳体的壁中。
[0028]抽头装置和操作方法的关键在于旋转触点的变换和切换路径的速度。具有过渡电阻器的旁通电路设有对于整个抽头操作的一般至少40ms的过渡时间。然而，在变换或抽头操作中，热将生成，其可导致抽头装置的故障和退化。高于装置的正常操作水平的热将在切换期间的一定数目的步骤期间生成，但最显著的最坏情形是在旋转触点断开电路时。这归因于存在的固定触点与旋转触点断开时刻起生成的电弧，直到可动旋转触点足够远离将熄灭的电弧。一般旋转触点与主端子和固定触点连接，固定触点具有抽头变压器线圈。为了减少问题，触点断开过程的持续时间应当尽可能短，但为电功率的相位周期的至少一半，以避免断开过程期间触点之间的电弧再点燃。一般而言，在一个或多个过渡电阻器中生成的热相比于通过电荷弧生成的热是最小的。
[0029]图1提供了在抽头装置中变换的时间周期的图解示图，其中触点在第一周期I穿过第一过渡电阻器Ra，然后在第二周期2穿过具有带载过渡电阻器RA+RB的旁通电路，且然后触点在第三周期3穿过第二过渡电阻器Rb。周期I 一般大于12ms (通常是20ms)，其中旁通电路2中的周期2比周期I更长，而周期3比周期2更长。周期I在放电弧方面很关键，所以通过加载偏压使得尽可能突然(abrupt)。如下文