第四节 分接开关与调压变压器

一、分接开关的用途

按照《供电营业规则》的规定，对35kV以上电网，用户受端电压波动幅度不得超过额定电压的±5%：对10kV以下的高压供电和低压动力用户，受端电压的波动幅度不得超过额定电压的±7%；对低压照明用户的电压波动幅度不得超过额定电压的+5%、-10%。基于规程要求，变电所的二次母线要根据负荷的变化进行电压调整。为了调整电压，在变压器的一次绕组上设有中间抽头，而分接开关则是用来换接这些抽头，借以改变一次绕组的使用匝数，从而改变电压变比，以维持二次母线的电压不变。调整原理是：因为电压变比

K=UU12=NN12

式中 N₁、N₂———一、二次绕组的使用匝数。

当变压器因负荷变化，一次绕组的电压偏离额定值时，通过改变一次绕组的匝数N₁而改变电压变比K，以维持二次母线的电压接近于额定值。

二、分接开关的种类

目前在工程中使用的调压分接开关有两种：一是无载分接开关，这种分接开关只能在变压器停电时进行切换；二是有载分接开关，这种分接开关可以在变压器运行时带负荷进行切换，故这种分接开关常称为有载调压分接开关。

1.无载分接开关

无载分接开关的外形和接线原理如图1 10所示。

大容量变压器的无载分接开关具有五个分接头位置，即+5%、+2.5%、0%、-2.5%以及-5%，如此，可获得相对额定电压的四种电压变化。分接开关上的五个分接位置一般以罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ表示，它们分别对应于105%、102.5%、100%、97.5%、95%的额定电压。

图1 10 轮式无载分接开关（a）外形图；（b）接线原理图

1—底座；2—抽头；3—载流桩；4—曲柄轴；

5—动触环；6—操纵杆

开关可为单相式或三相式，图1 10（b）所示的为单相分接开关的接线图。其工作原理是：高压绕组AX根据调节电压的需要，抽出6个抽头A₁～A₆，分别接至6个分接开关的静触头：为与一次绕组抽头相连接的空心圆形载流柱。根据运行时变比的需要，可将分接开关的动触环转动至所需位置。动触环是通过绝缘操纵杆，牵动曲柄轴来变换位置，其每变换一次位置，一次绕组的匝数便改变一次。当动触环短接地 A₂、A₃ 时，为Ⅰ位，相当于105%额定电压。当其短接入A₃、A₄；A₄、A₅；A₅、A₆；A₆、A₁ 时，分别相应Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ位置。分接开关固定在绝缘底

座上。

无载调压变压器每相用同一个分接开关，各相分别操作。分接开关的动触头装在转动轴上的黄铜接触环上，静触头为均布在绝缘座上的黄铜棒接触柱。对于大型变压器，特别是钟罩式油箱变压器，其分接开关的操作机构一般装在油箱侧面，在地面操作。

2.有载调压分接开关

有载调压就是变压器在带负荷运行中，在正常的负载电流下进行手动或电动调整一次分接头，以改变一次绕组的匝数，进行分级调压，其调压范围可达到额定电压的±15%。

电力系统有载调压变压器的主要作用如下：（1）稳定电压，提高供电质量。

（2）作为两个电网的联络变压器，利用有载调压来分配和调整网络之间的负载。（3）作为带负载调节电流和功率的电源以提高生产效率。

有载调压变压器的调压范围如下：电压为35kV以下的高压绕组，调压范围为U_N±3×2.5%；电压为220kV的高压绕组，调压范围为U_N±8×1.5%：国产500kV变压器有载调压范围一般为500kV±8%，一些国外产500kV自耦变压器有载调压范围为230kV±9×1.33%。

有载调压的方式有三种，即线性调压、正反调压和粗细调压。大容量变压器一般都采用粗细调压方式，因为它既可扩大调压范围，又避免了增加不必要的绕组损耗，但全绕组需要增加一个抽头，三种调压方式如图1 11所示。

有载调压分接头开关是有载调压变压器的关键设备之一，它能在变压器带负载的情况下变换绕组的分接头。有载调压分接开关在变换分接头过程中，可采用电抗或电阻过渡，以限制其过渡时的循环电流。

三、调压变压器的调压原理

图1 12为内部具有调压绕组的调压变压器，它的主绕组上连接一个具有若干个分接头的调压绕组，依靠特殊的切换装置可以在负荷电流下改换分接头。切换装置有两个可动触头，改变分接头时，先将一个可动触头移动到所选定的分接头上，然后再把另一个可动触头也移到该分接头上。这样，在分接头切换过程中才不致使变压器开路。

图1 11 有载调压方式图

（a）线性调压；（b）正反调压；（c）粗细调压

为了防止可动触头在切换过程中产生电弧，使变压器绝缘油劣化，在可动触头K_a、K_b的前面接入两个接触器J_a、J_b，它们放在单独的油箱里。当变压器需要从一个分接头（例如分接头2）切换到另一个分接头上（例如分接头1）时，首先断开接触器J_a，将可动触头K_a切换到另一个分接头上，然后再将接触器J_b接通。另一触头也采用相同的切换程序，即断开J_b，再将K_b切换到与K_a相同的一分接头上，再接通J_b，结果使两个触头都接到另一个分接头上。切换装置中的电抗器DK是为了切换过程中两个可动触头在不同的分接头上时，限制两个分接头间的短路电流用的。正常运行时，变压器的负荷电流是经由电抗器的绕组a点及b点流向0点，因电流所产生的磁势互相抵消，所以正常运行时，电抗器的电抗是非常小的。对110kV及更高电压等级的变压器，一般将调压绕组放在变压器中性点侧。110kV及更高电压等级的电力网，变压器的中性点是接地的，中性点侧电压很低，所以调节装置的绝缘比较容易解决。

图1 12 调压变压器接线图

图1 13 加压调压变压器接线图

图113是加压调压变压器的接线图。图113中的加压调压器由两部分组成：电源变压器和加压绕组。加压绕组串接在主变压器的引出线上。当电源变压器采用不同的分接

头时，在加压绕组中产生大小不同的电势，依此来改变线路上的电压。

串联在线路上的加压绕组中的附加电势可以和线路上的电压方向一致或有一定的相角差。通常，把能供给与线路电压相角相同电势的变压器称为有纵向调节的调压变压器；把能供给与线路电压有90°相角差电势的变压器称为有横向调节的调压变压器；把能供给与线路电压有不等于90°相角差电势的变压器称为混合型调压变压器。

纵向调压变压器只能改变电压的大小，不能改变电压的相角，调压前后相位一致；横向调压变压器只能改变电压的相角，电压幅值改变甚小，调压后比调压前电压滞后一个角度；混合型调压变压器既能改变电压幅值，又能改变电压相角。调压前后电压大小和相位都发生了变化。