ВАКУУМНЫЙ ДИВЕРТЕРНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ОТВОДОВ
VACUUM DIVERTER SWITCH FOR TAP CHANGER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к переключателям отводов, используемым в трансформаторах, в особенности к дивертерным переключателям.
Уровень техники
При распределении электроэнергии широко используются трансформаторы высокого и среднего напряжения. Используя магнитные свойства электрических токов, они передают энергию между двумя или более не имеющими соединения электрическими цепями переменного тока. Таким образом, энергия от электростанции может быть передана с помощью малого тока при очень высоком напряжении и затем понижена до низкого напряжения с большим током перед поступлением к пользователю.
Поставщики электроэнергии должны поддерживать подачу пользователям напряжения в определенных пределах. Переключатель отводов является устройством, используемым в трансформаторе для регулировки выходного напряжения трансформатора в этих пределах. Обычно это достигается сменой коэффициентов трансформации системы путем изменения числа витков в одной из обмоток соответствующего трансформатора (трансформаторов). Этот коэффициент определяет соотношение напряжений между обмотками и существенен для стабилизации напряжения сети в условиях переменной нагрузки. Переключатель отводов изменяет соотношение витков между обмотками в трансформаторе. Обычно переключатель отводов под нагрузкой (OLTC, on-load tap changer) имеет диапазон регулировки ±20% от общего напряжения в линии, при использовании в обычных сетях регулировка выполняется за примерно от 9 до 35 шагов от 10 до 20 раз в день. Для систем со значительным потреблением энергии, таких как плавильные печи, могут осуществляться сотни подобных операций за день.
При низкой нагрузке на систему может потребоваться, например, чтобы операции по переключению отводов понижали число витков в обмотке. Это, в конечном счете, приводит к повышению выходного напряжения по сравнению с тем, если никаких переключений отводов не осуществлялось.
Кроме описанных применений переключатели отводов также могут использоваться в соединении с другими индуктивными силовыми устройствами, такими как реакторы. Переключатели отводов находятся либо под нагрузкой, то есть работают при включенном трансформаторе, либо без нагрузки, и существует широкий диапазон возможных моделей. Переключатель отводов обычно содержит некоторое количество переключателей для переключения отводов и некоторое число резисторов или других сопротивлений для предотвращения коротких замыканий. Кроме того, переключатель отводов обычно заполнен непроводящей жидкостью, такой как масло, которая помимо изоляции может осуществлять охлаждение.
Также существует большая потребность в переключателях отводов, используемых в промышленных трансформаторах применительно к ректификации и печам. В некоторых применениях переключатель отводов может осуществлять несколько сотен тысяч операций переключения в год. Фазовращательные трансформаторы (управление потоком мощности в сетях переменного тока) и трансформаторы передачи высокого напряжения постоянного тока (для передачи на дальние дистанции и соединения несинхронизированных сетей) являются другими двумя областями, в которых делается акцент на регулировании напряжения.
Энергосистемы по всему миру постоянно стремятся улучшить экономическую и техническую производительность своего имущества. Излишне говорить, что обе они идут рука об руку и по причине размера требующихся инвестиций и ожидания длительного срока службы установок силовых сетей в промышленности существует здоровый скептицизм относительно новых и непроверенных технологий. Появление развитой вакуумной технологии является ответом на необходимость более эффективного использования фондов.
Раскрытие изобретения
Изобретение предлагает дивертерный переключатель, содержащий интерфейс, сопрягаемый с корпусом имеющегося переключателя отводов для обеспечения модификации дивертерного переключателя; главные контакты; промежуточные контакты; держатель токоограничительного сопротивления, соединенный с промежуточными контактами; модуль токоограничительных сопротивлений, имеющий интерфейс для сопряжения с держателем токоограничительного сопротивления, причем множество модулей токоограничительных сопротивлений могут быть соединены вместе. Дополнительный вариант осуществления изобретения предоставляет дивертерный переключатель для переключателя отводов, содержащий главные контакты; промежуточные контакты; вакуумный переключатель для гашения дугового разряда при переключении между главными контактами и промежуточными контактами.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи, которые составляют часть описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с описанием дополнительно служат для пояснения принципов осуществления изобретения.
На фиг.1 представлено изображение трансформатора в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.2 представлено изображение трансформатора в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.3 представлено изображение вакуумного переключателя в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.4 представлено изображение дивертерного переключателя в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.5А представлено изображение корпуса в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.5В представлено изображение интерфейса в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.6А-6С представлены изображения подъемной скобы в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения;
На фиг.7 представлено изображение подъемной тяги в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения.
Следует понимать, что на фигурах отображены варианты осуществления изобретения. Для специалиста в данной области техники на основе раскрытой информации будет очевидна возможность изменений этих вариантов.
Осуществление изобретения
Далее детально описываются варианты осуществления изобретения. В описываемых вариантах осуществления в целях ясного описания используется принятая в данной области техники терминология. Однако изобретение не ограничивается выбранной таким образом используемой терминологией. В то время, как описываются отдельные примеры вариантов осуществления, следует понимать, что это сделано только лишь в иллюстративных целях. Специалисту в данной области будет понятно, что могут использоваться другие компоненты и конфигурации без отступления от сущности и объема изобретения.
Варианты осуществления изобретения предоставляют дивертерный переключатель, использующий технологию переключения на основе вакуума, например вакуумные переключатели. Варианты осуществления также предоставляют «модульный» дивертерный переключатель, то есть дивертерный переключатель, в котором части дивертерного переключателя могут быть заменены для обеспечения соответствия основного дивертерного переключателя требованиям потребителя. Среди других частей могут быть предусмотрены модульные токоограничительные сопротивления. Модульные токоограничительные сопротивления могут быть подключены или соединены в различных сборках для соответствия основного дивертерного переключателя требованиям потребителя.
Варианты осуществления также предоставляют дивертерный переключатель, который имеет механический и электрический интерфейс, который совместим с существующими конструкциями. Свойство совместимости механического и электрического интерфейса обеспечивает возможность модификации обычного переключателя отводов под нагрузкой до переключателя отводов под нагрузкой на основе вакуума. Дивертерный переключатель может быть заменен в существующих корпусах переключателей отводов. Возможна модификация с обычного до вакуумного, с обычного до вакуумного с повышенными характеристиками и вакуумного с повышением характеристик.
Преимущества раскрытого дивертерного переключателя могут включать в себя более высокие электрические характеристики при том же физическом размере, более длительный строк службы контактов при тех же характеристиках нагрузки, а также увеличенные промежутки технического обслуживания вследствие уменьшенного загрязнения и разрушения масла. Кроме того, обслуживаемые ведущие части как электрические, так и механические, в основном находятся на дивертерном переключателе. Путем замены на дивертерный переключатель на основе вакуума можно увеличить интервал между техническим обслуживанием, а также, потенциально исключить необходимость замены контактов (в зависимости от применения и общего числа операций во время срока службы).
На фиг.1 представлена схематичная иллюстрация трансформатора с системой переключателя отводов, которая может быть использована с вариантами осуществления настоящего изобретения. Показана емкость 10 трансформатора, содержащая переключатель 12 отводов. Показанный переключатель 12 отводов подвешен на крышке 14 трансформатора, однако другие переключатели 12 отводов могут быть расположены снаружи емкости 10 трансформатора. Как емкость 10 трансформатора, так и переключатель 12 отводов заполнены изолирующей жидкостью, предпочтительно маслом, хранящимся в масляном баке 16. Для избегания загрязнения масла, например при дуговых разрядах, которые описываются далее, переключатель 12 отводов имеет герметичный корпус, отделяющий его изолирующую жидкость от изолирующей жидкости трансформатора. Усилие для работы переключателя 12 отводов подается из механизма 18 привода двигателя, который смонтирован на внешней стороне емкости 10 трансформатора. Усилие передается посредством валов 20 и конических зубчатых передач 22.
На фиг.2 показан схематичный вид переключателя отводов под нагрузкой, который может использоваться с вариантами осуществления настоящего изобретения. Показанный переключатель 12 отводов сформирован из двух главных частей: дивертерного переключателя 24 и селектора 26 отвода, связанных соединениями 30. Дивертерный переключатель 24 может включать в себя обычный верхний корпус 28.
При работе дивертерного переключателя в дивертерном переключателе 24 происходят контактные разрывы во время последовательных переключений отводов. При разрыве контактов высокое напряжение вызывает дуговой разряд. При штатной операции переключения существование дугового разряда прекращается за одну полуволну (максимум 10 мс при 50 Гц). В обычных переключателях отводов дуговые разряды происходят в изолирующей жидкости и вызывают температурную деградацию изолирующей жидкости, что приводит к формированию объемов, заполненных газом. Одним из следствий этого является то, что газообразование, в свою очередь, ведет к непредсказуемым изменениям давления в изолирующей жидкости. Другим следствием температурной деградации является то, что изолирующая жидкость загрязняется.
Как отмечено выше, примерные варианты осуществления настоящего изобретения представляют дивертерный переключатель, который содержит вакуумный переключатель, такой как вакуумный прерыватель. В примерном варианте осуществления изобретения дуговые разряды, которые происходят во время переключения отводов, теперь гасятся в вакуумном переключателе вместо изолирующей жидкости, как в случае обычных дивертерных переключателей. Таким образом, дуговые разряды происходят в вакуумном переключателе. Это может снизить или исключить деградацию изолирующего масла и соответствующих затрат на техническое обслуживание. Кроме того, вакуумные прерыватели имеют несколько технических преимуществ благодаря быстрому восстановлению их диэлектрических свойств. Это способствует лучшей оптимизации переключателей отводов для каждого применения и, таким образом, увеличивает эффективность затрат и снижает общий размер трансформатора. Преимущества вакуумных переключателей могут включать в себя улучшенную способность гашения дуговых разрядов в таких областях использования, как фазовращательные трансформаторы, токоограничительные реакторы последовательного включения, промышленные трансформаторы и служебные трансформаторы.
Варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют дивертерный переключатель, который использует вакуумные переключатели. Дуговые разряды, описанные выше, ограничиваются внутри вакуумных переключателей. Это улучшает работу и долговечность переключателя отводов. Обычно техническое обслуживание и замена переключателей отводов зависят от времени и числа переключающих операций. Временной фактор в основном зависит от загрязнения и деградации изолирующих способностей масла и переключателя отводов. Загрязнение и изолирующие способности масла зависят от содержания частиц и влажности, которые могут быть снижены при закрытии электрических дуговых разрядов в вакуумном переключателе. Фактор числа операций в основном относится к износу контактов, на которых происходят дуговые разряды. Степень износа снижается, когда дуговые разряды происходят в вакуумном переключателе, в котором частицы металла, которые испаряются во время дугового разряда, конденсируются обратно на контакт.
На фиг.3 показан пример вакуумного переключателя, который может быть использован в примерном дивертерном переключателе. Вакуумный переключатель может содержать первый конец и второй конец. На первом конце может быть расположен вывод 31, а на втором конце - ножка 39. Как вывод 31, так и ножка 39 выходят из корпуса вакуумного переключателя. Корпус может быть выполнен в виде колпачка 34 прерывателя, который соединен с керамическим изолятором 36. Второй колпачок 40 прерывателя может быть выполнен вокруг ножки 39 для герметизации вакуумного переключателя. Для герметизации вакуумного переключателя на первом конце вакуумного переключателя вокруг вывода 31 может быть предусмотрен поворотный защитный элемент 32. Вывод 31 может быть соединен с металлическим сильфоном 33. Металлический сильфон 33 может быть соединен с экраном 35. В корпусе вакуумного переключателя могут быть расположены контакты 38. Дуговой разряд, который происходит во время переключения, происходит между этими контактами в вакуумном переключателе. Один из двух контактов 38 соединен с ножкой 39. В корпусе вокруг контакта 38 может быть расположен экран 37.
На фиг.4 показан пример дивертерного переключателя, содержащего вакуумные переключатели, показанные на фиг.3. В показанном дивертерном переключателе электрический и механический тракты разделены.
Дивертерный переключатель, показанный на фиг.4, может быть установлен в существующий корпус переключателя отводов. Например, переключатель отводов, показанный на фиг.1, содержит корпус, который окружает дивертерный переключатель. Пример корпуса показан на фиг.5А. Существующий дивертерный переключатель в корпусе может быть извлечен и заменен дивертерным переключателем на основе вакуума. Заменяющий дивертерный переключатель на основе вакуума может быть просто вставлен в корпус и соединен на месте. По существу заменяющий дивертерный переключатель должен иметь возможность интерфейсного взаимодействия с существующими соединениями в корпусе.
На фиг.5В показан пример интерфейса для дивертерного переключателя, расположенного в корпусе переключателя отводов. Конечно, возможны другие интерфейсы в зависимости от конкретного варианта осуществления. Фиг.5В демонстрирует вид интерфейса для дивертерного переключателя изнутри корпуса переключателя отводов. Возможны несколько механических и электрических интерфейсов для дивертерного переключателя. В примерном варианте осуществления механический интерфейс может содержать три отверстия 47 для соответствующих направляющих штырей (не показаны) на дивертерном переключателе. Направляющие штыри на дивертерном переключателе входят в эти три отверстия 47 для способствования закреплению дивертерного переключателя в корпусе. В интерфейсе также может быть предусмотрен ведущий диск 49. Ведущий диск 49 передает вращательное движение привода с двигателем на дивертерный переключатель. Вдоль стенки корпуса также предусмотрена масляная трубка 51. Эта масляная трубка 51 может использоваться как направляющая при установке дивертерного переключателя. Вдоль стенки корпуса также может быть предусмотрено ребро из стекловолокна. Это ребро может использоваться как направляющая при установке дивертерного переключателя. В некоторых случаях ребро из стекловолокна может отсутствовать, например, в более ранних вариантах UCG. Вакуумный дивертерный переключатель может быть зафиксирован на месте как обычный UCG, например, посредством пружин сжатия в подъемных скобах.
Пример подъемной скобы показан на фиг.6. В вариантах осуществления изобретения для крепления дивертерного переключателя в соответствующем положении не требуется специальных инструментов. Направленная вниз сила от вертикально установленной пружины сжатия сверху подъемной скобы должна быть достаточной. Подъемные скобы также могут создавать четыре дополнительных «крыла» для предотвращения неверной установки дивертерного переключателя в корпусе. Следовательно, крышка корпуса не может быть герметизирована, если направляющие стержни на дивертерном переключателе находятся вне выемки ведущего диска.
В примерном варианте осуществления электрический интерфейс для дивертерного переключателя может содержать нижние вставляемые контакты для нейтральной точки. Эти контакты электрически соединяются с соответствующими контактами на дивертерном переключателе. Кроме того, также могут быть предусмотрены шесть вставляемых контактов 55 для фаз. Для каждой фазы могут быть предусмотрены два контакта 55.
Интерфейс делает возможной замену обычной технологии переключения на основанную на вакууме без больших вмешательств в трансформаторе. Замена осуществляется за меньшее время, чем при обычном техническом обслуживании, поскольку не требуется чистка старого дивертерного переключателя. Без интерфейса во многих случаях необходимо осушать трансформатор для осуществления замены. Таким образом, варианты осуществления изобретения предоставляют для модификации дивертерный переключатель на основе вакуума.
Дополнительные варианты осуществления предоставляют дивертерный переключатель, который может использоваться в широком диапазоне характеристик и применений с как можно меньшими изменениями дивертерного переключателя. Например, дивертерный переключатель может быть сконструирован с частями, которые легко заменимы. В примерном варианте осуществления изобретения диапазон характеристик и применений переключателя отводов может изменяться. Это может быть сделано заменой различных частей дивертерного переключателя. В раскрытом варианте осуществления могут быть заменены одно или более токоограничительных сопротивлений, подъемных тяг или соединений. Каждая замена может быть сделана на месте или пользователем с помощью стандартных инструментов и указаний.
Как кратко описано выше, токоограничительные сопротивления могут быть предусмотрены в виде модулей сопротивлений. Модули могут содержать одинаковое число и типы сопротивлений или модули могут различаться друг от друга. Токоограничительные сопротивления могут заменяться для смены характеристик нагрузки переключателя отводов. Для приема модулей токоограничительных сопротивлений может быть предусмотрен дивертерный переключатель со стандартизированным основанием. Каждый из модулей токоограничительных сопротивлений выполнен с возможностью интерфейсного взаимодействия со стандартизированным основанием, позволяющим простую замену модулей токоограничительных сопротивлений. Может быть установлено стандартизированное основание. Модули токоограничительных сопротивлений могут быть установлены с различным числом модулей сопротивлений и различными соединениями между модулями в зависимости от скачка напряжения и номинального тока.
Варианты осуществления изобретения также представляют дивертерный переключатель, который может включать в себя стандартизированное основание для подъемных тяг. Подъемные тяги могут быть заменены для изменения изоляционных характеристик переключателя отводов. Подъемные тяги различных длин могут быть снабжены интерфейсом, который сопряжен со стандартизированным основанием. Таким образом, одно и то же основание может использоваться вне зависимости от уровня изоляции. В зависимости от уровня изоляции может изменяться только длина подъемных тяг. Для установленного на скобах переключателя отводов может использоваться одинаковая длина тяг (промежуточный фланец на корпусе дивертерного переключателя с длиной 106 мм), и переключатель отводов может быть установлен непосредственно на крышке трансформатора. Разность в длине может быть установлена с использованием разных отверстий для подъемной скобы сверху подъемных тяг. Это уменьшает варианты подъемных тяг на 50%. Пример подъемной тяги показан на фиг.7.
В варианте осуществления изобретения также могут быть предусмотрены соединения. В зависимости от использования, однофазного или типа звезды с точкой нейтрали, между сборками сопротивлений добавляются соединения (обычно одна сборка содержит более чем один модуль сопротивлений на фазу).
В то время как выше описаны различные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что они представлены в качестве примера, а не ограничения. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что могут быть выполнены различные изменения в форме и деталях без отступления от сущности и объема изобретения. Это особенно верно в свете технологии и терминов в соответствующей области (областях) техники, которые могут быть развиты позднее. Таким образом, изобретение не должно ограничиваться каким-либо вышеописанным примерным вариантом осуществления, а определяется только в соответствии с формулой изобретения и ее эквивалентами.