第四節(jié) 分接開關與調壓變壓器

一、分接開關的用途

按照《供電營業(yè)規(guī)則》的規(guī)定，對35kV以上電網，用戶受端電壓波動幅度不得超過額定電壓的±5%：對10kV以下的高壓供電和低壓動力用戶，受端電壓的波動幅度不得超過額定電壓的±7%；對低壓照明用戶的電壓波動幅度不得超過額定電壓的+5%、-10%。基于規(guī)程要求，變電所的二次母線要根據負荷的變化進行電壓調整。為了調整電壓，在變壓器的一次繞組上設有中間抽頭，而分接開關則是用來換接這些抽頭，借以改變一次繞組的使用匝數，從而改變電壓變比，以維持二次母線的電壓不變。調整原理是：因為電壓變比

K=UU12=NN12

式中 N₁、N₂———一、二次繞組的使用匝數。

當變壓器因負荷變化，一次繞組的電壓偏離額定值時，通過改變一次繞組的匝數N₁而改變電壓變比K，以維持二次母線的電壓接近于額定值。

二、分接開關的種類

目前在工程中使用的調壓分接開關有兩種：一是無載分接開關，這種分接開關只能在變壓器停電時進行切換；二是有載分接開關，這種分接開關可以在變壓器運行時帶負荷進行切換，故這種分接開關常稱為有載調壓分接開關。

1.無載分接開關

無載分接開關的外形和接線原理如圖1 10所示。

大容量變壓器的無載分接開關具有五個分接頭位置，即+5%、+2.5%、0%、-2.5%以及-5%，如此，可獲得相對額定電壓的四種電壓變化。分接開關上的五個分接位置一般以羅馬數字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ表示，它們分別對應于105%、102.5%、100%、97.5%、95%的額定電壓。

圖1 10 輪式無載分接開關（a）外形圖；（b）接線原理圖

1—底座；2—抽頭；3—載流樁；4—曲柄軸；

5—動觸環(huán)；6—操縱桿

開關可為單相式或三相式，圖1 10（b）所示的為單相分接開關的接線圖。其工作原理是：高壓繞組AX根據調節(jié)電壓的需要，抽出6個抽頭A₁～A₆，分別接至6個分接開關的靜觸頭：為與一次繞組抽頭相連接的空心圓形載流柱。根據運行時變比的需要，可將分接開關的動觸環(huán)轉動至所需位置。動觸環(huán)是通過絕緣操縱桿，牽動曲柄軸來變換位置，其每變換一次位置，一次繞組的匝數便改變一次。當動觸環(huán)短接地 A₂、A₃ 時，為Ⅰ位，相當于105%額定電壓。當其短接入A₃、A₄；A₄、A₅；A₅、A₆；A₆、A₁ 時，分別相應Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ位置。分接開關固定在絕緣底

座上。

無載調壓變壓器每相用同一個分接開關，各相分別操作。分接開關的動觸頭裝在轉動軸上的黃銅接觸環(huán)上，靜觸頭為均布在絕緣座上的黃銅棒接觸柱。對于大型變壓器，特別是鐘罩式油箱變壓器，其分接開關的操作機構一般裝在油箱側面，在地面操作。

2.有載調壓分接開關

有載調壓就是變壓器在帶負荷運行中，在正常的負載電流下進行手動或電動調整一次分接頭，以改變一次繞組的匝數，進行分級調壓，其調壓范圍可達到額定電壓的±15%。

電力系統(tǒng)有載調壓變壓器的主要作用如下：（1）穩(wěn)定電壓，提高供電質量。

（2）作為兩個電網的聯絡變壓器，利用有載調壓來分配和調整網絡之間的負載。（3）作為帶負載調節(jié)電流和功率的電源以提高生產效率。

有載調壓變壓器的調壓范圍如下：電壓為35kV以下的高壓繞組，調壓范圍為U_N±3×2.5%；電壓為220kV的高壓繞組，調壓范圍為U_N±8×1.5%：國產500kV變壓器有載調壓范圍一般為500kV±8%，一些國外產500kV自耦變壓器有載調壓范圍為230kV±9×1.33%。

有載調壓的方式有三種，即線性調壓、正反調壓和粗細調壓。大容量變壓器一般都采用粗細調壓方式，因為它既可擴大調壓范圍，又避免了增加不必要的繞組損耗，但全繞組需要增加一個抽頭，三種調壓方式如圖1 11所示。

有載調壓分接頭開關是有載調壓變壓器的關鍵設備之一，它能在變壓器帶負載的情況下變換繞組的分接頭。有載調壓分接開關在變換分接頭過程中，可采用電抗或電阻過渡，以限制其過渡時的循環(huán)電流。

三、調壓變壓器的調壓原理

圖1 12為內部具有調壓繞組的調壓變壓器，它的主繞組上連接一個具有若干個分接頭的調壓繞組，依靠特殊的切換裝置可以在負荷電流下改換分接頭。切換裝置有兩個可動觸頭，改變分接頭時，先將一個可動觸頭移動到所選定的分接頭上，然后再把另一個可動觸頭也移到該分接頭上。這樣，在分接頭切換過程中才不致使變壓器開路。

圖1 11 有載調壓方式圖

（a）線性調壓；（b）正反調壓；（c）粗細調壓

為了防止可動觸頭在切換過程中產生電弧，使變壓器絕緣油劣化，在可動觸頭K_a、K_b的前面接入兩個接觸器J_a、J_b，它們放在單獨的油箱里。當變壓器需要從一個分接頭（例如分接頭2）切換到另一個分接頭上（例如分接頭1）時，首先斷開接觸器J_a，將可動觸頭K_a切換到另一個分接頭上，然后再將接觸器J_b接通。另一觸頭也采用相同的切換程序，即斷開J_b，再將K_b切換到與K_a相同的一分接頭上，再接通J_b，結果使兩個觸頭都接到另一個分接頭上。切換裝置中的電抗器DK是為了切換過程中兩個可動觸頭在不同的分接頭上時，限制兩個分接頭間的短路電流用的。正常運行時，變壓器的負荷電流是經由電抗器的繞組a點及b點流向0點，因電流所產生的磁勢互相抵消，所以正常運行時，電抗器的電抗是非常小的。對110kV及更高電壓等級的變壓器，一般將調壓繞組放在變壓器中性點側。110kV及更高電壓等級的電力網，變壓器的中性點是接地的，中性點側電壓很低，所以調節(jié)裝置的絕緣比較容易解決。

圖1 12 調壓變壓器接線圖

圖1 13 加壓調壓變壓器接線圖

圖113是加壓調壓變壓器的接線圖。圖113中的加壓調壓器由兩部分組成：電源變壓器和加壓繞組。加壓繞組串接在主變壓器的引出線上。當電源變壓器采用不同的分接

頭時，在加壓繞組中產生大小不同的電勢，依此來改變線路上的電壓。

串聯在線路上的加壓繞組中的附加電勢可以和線路上的電壓方向一致或有一定的相角差。通常，把能供給與線路電壓相角相同電勢的變壓器稱為有縱向調節(jié)的調壓變壓器；把能供給與線路電壓有90°相角差電勢的變壓器稱為有橫向調節(jié)的調壓變壓器；把能供給與線路電壓有不等于90°相角差電勢的變壓器稱為混合型調壓變壓器。

縱向調壓變壓器只能改變電壓的大小，不能改變電壓的相角，調壓前后相位一致；橫向調壓變壓器只能改變電壓的相角，電壓幅值改變甚小，調壓后比調壓前電壓滯后一個角度；混合型調壓變壓器既能改變電壓幅值，又能改變電壓相角。調壓前后電壓大小和相位都發(fā)生了變化。