有载分接开关的切换芯子和有载分接开关

技术领域

本发明涉及变压器调压技术领域，特别是涉及一种有载分接开关的切换芯子和有载分接开关。

背景技术

有载分接开关(On-load Tap Changer,OLTC)是指一种适合在变压器励磁或负载下进行操作的、用来改变变压器绕组分接连接位置的调压装置。其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的。作为变压器完成有载调压的核心部件，有载分接开关的性能状态直接关系到有载调压变压器的安全运行。据有关资料统计，有载分接开关故障导致的有载调压变压器故障占到其总故障的40％左右。

换流变压器在运行中电压调节频繁，平均每年调压次为5000～7000次，最多可达1万次/年，要求有载分接开关具有长期的安全可靠性，并能在较多操作次数后满足少维护或免维护的要求。显然，相比电力系统中的三相交流变压器所应用的有载分接开关而言，换流变压器应用的有载分接开关的运行工况更加严苛，其性能需要满足更高的要求。

然而，近年来，换流变压器有载分接开关频繁发生故障，应用于换流变压器的有载分接开关的结构亟待优化，以确保其运行可靠性，而不容易频繁发生故障。

发明内容

基于此，本申请提供了一种真空有载分接开关的切换芯子和真空有载分接开关，以提高真空有载分接开关的运行可靠性。

一种真空有载分接开关的切换芯子，包括：

第一安装盘，所述第一安装盘的第一表面由关于第一轴线对称的第一区域和第二区域构成；

第一真空灭弧室单元，所述第一真空灭弧室单元安装在所述第一区域上；

第二真空灭弧单元，所述第二真空灭弧室单元安装在所述第二区域上，且与所述第一真空灭弧单元关于所述第一轴线对称；

过度触头单元，所述过度触头单元安装在所述第一安装盘的第一表面上，并分别与所述第一真空灭弧室单元、第二真空灭弧单元连接；

主触头单元，所述主触头单元分别与所述第一真空灭弧室单元、第二真空灭弧单元以及过度触头单元相连；

过度电阻单元，所述过度电阻单元分别与所述过度触头单元、所述主触头单元相连。

在一些实施例中，所述第一真空灭弧单元包括第一真空灭弧室和第二真空灭弧室；

所述第二真空灭弧单元包括第三真空灭弧室和第四真空灭弧室；

所述第一真空灭弧室的中心点和所述第二真空灭弧室的中心点之间的第一连线与所述第一轴线平行；

所述第三真空灭弧室的中心点和所述第四真空灭弧室的中心点之间的第二连线与所述第一轴线平行；

所述第一真空室与所述第三真空室关于所述第一轴线对称；

所述第二真空室与所述第四真空室关于所述第一轴线对称。

在一些实施例中，所述过度触头单元包括：

第一过度触头，所述第一过度触头包括第一过度动触头、第一过度静触头和第二过度静触头，所述第一过度动触头与所述第一真空灭弧室相连，所述第一过度静触头与所述主触头单元相连，所述第二过度静触头与所述过度电阻单元相连；

第二过度触头，所述第二过度触头包括第二过度动触头、第三过度静触头和第四过度静触头，所述第二过度动触头与所述第二真空灭弧室相连，所述第三过度静触头与所述主触头单元相连，所述第四过度静触头与所述过度电阻单元相连；

第三过度触头，所述第三过度触头包括第三过度动触头和第五过度静触头、第六过度静触头，所述第三过度动触头与所述第三真空灭弧室相连，所述第五过度静触头与所述主触头单元相连，所述第六过度静触头与所述过度电阻单元相连；

第四过度触头，所述第四过度触头包括第四过度动触头和第七过度静触头、第八过度静触头，所述第四过度动触头与所述第四真空灭弧室相连，所述第七过度静触头与所述触头单元相连，所述第八过度静触头与所述过度电阻单元相连。

在一些实施例中，所述第一过度触头与所述第三过度触头设置在第一水平上；

所述第二过度触头与所述第四过度触头设置在第二水平上；

所述第一过度触头与所述第一安装盘的中心点之间的第一距离等于所述第三过度触头与所述第一安装盘的中心点之间的第二距离；

所述第二过度触头与所述第一安装盘的中心点之间的第三距离等于所述第四过度触头与所述第一安装盘的中心点之间的第四距离。

在一些实施例中，所述过度触头单元中的过度动触点以轴转动的方式转与对应的过度静触点进行点接触。

在一些实施例中，所述的切换芯子还包括与所述第一安装圆盘同中心轴设置的第二安装盘，所述第二安装盘的第一表面与所述第一安装盘的第二表面相对，所述第一安装盘的第二表面为与所述第一安装盘的第一表面相对的面；

所述第二安装盘的第一表面由关于第二轴线对称的第三区域和第四区域构成；

所述主触头单元包括位于所述第三区域上的第一主触头组和位于所述第四区域上的第二主触头组；

所述第一主触头组和第二主触头组关于所述第二轴线对称。

在一些实施例中，所述的切换芯子还包括与所述第二安装圆盘同中心轴设置的第三安装盘，所述第三安装盘的第一表面与所述第二安装盘的第二表面相对，所述第二安装盘的第二表面为与所述第二安装盘的第一表面相对的面；

所述第三安装盘的第一表面由关于第三轴线对称的第五区域和第六区域构成；

所述过度电阻单元包括位于所述第五区域上的第一过度电阻组和位于所述第六区域上的第二过度电阻组；

所述第一过度电阻组和第二过度电阻组关于所述第三轴线对称。

在一些实施例中，所述的切换芯子还包括：

转动轴，所述转动轴依次穿过所述第三安装盘的第一表面中心、所述第二安装盘的第一表面中心、第一安装盘的第一表面中心；

快速机构，所述快速机构设置在所述第三安装盘的第二面，所述第三安装盘的第二表面为与所述第三安装盘的第一表面相对的面，所述快速机构包括弹簧部件，通过所述弹簧部件释放的能量带动所述转动轴的转动；

所述转动轴的转动带动所述第一安装盘、第二安装盘、所述第三安装盘进行相应的转动，从而带动所述第一真空灭弧单元、第二真空灭弧单元、过渡触头单元、主触头单元执行相应的开关切换动作。

一种真空有载分接开关，包括：

如上述任一项所述的切换芯子；

分接选择器，所述分接选择器的中心转动轴与所述切换芯子的转动轴通过轴套连接；

所述分接选择器包括与所述第一真空灭弧单元对应设置的第一分接选择单元、与所述第二真空灭弧单元对应设置的第二分接选择单元。

在一些实施例中，所述的真空有载分接开关还包括：

电位电阻单元，所述电网电阻单元与所述分接选择器相连，且包括依次相连的电位电阻和电位开关，用于限制有载分接开关极性转换过程中的悬浮电位放电；

操动机构，所述操动机构分别与所述切换芯子、分接选择器相连，用于驱动所述切换芯子和所述分接选择器执行相应的切换动作。

本申请提供的真空有载分接开关的切换芯子和真空有载分接开关包括上表面由关于第一轴线对称的第一区域和第二区域构成的第一安装盘，第一真空灭弧单元和第二真空灭弧单元分别安装在第一区域和第二区域上，且使第一真空灭弧单元和第二真空灭弧单元关于第一轴线对称，第一真空灭弧单元、第二真空灭弧单元分别与过渡触头单元中的过渡触头、主触头单元中对应的主触头、过渡电阻单元中对应的过渡电阻构成对称的具有第一切换机构与第二切换机构的切换芯子，包含该切换芯子的真空有载分接开关在应用于换流变压器的两个柱头调压时受力均匀，故障率低，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为依据本申请提供的真空有载分接开关的切换芯子的结构示意图；

图2为安装有第一真空灭弧单元和第二真空灭弧单元的第一安装圆盘的俯视图；

图3为上方设置有过渡触头单元的第一安装圆盘的俯视图；

图4为上方安装有主触头单元的第二安装圆盘的俯视图；

图5为上方安装有过渡电阻单元的第三安装圆盘的俯视图；

图6为依据本申请提供的分接选器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

现有的有载分接开关一般为三相式有载分接开关，三相按120度角均匀设设置在圆周上，每一相对应三相交流变压器的一相的调压。然而，换流变压器一般为单相双柱头变压器，当采用现有的三相式有载分接开关用于其两个柱头的调压时，三相式分接开关中的有一相是闲置的，这导致有载分接开关在进行切换开关动作时受力不均，使得切换开关的支撑结构任意出现机械损伤或出现裂纹，如不能及时发现会导致有载分接开关机械故障发生。此外，现有的三相式有载分接开关的安装圆盘上需要设置三组触头，触头裕度较小，在绝缘油污染或有异物的情况下容易发生放电，也会增加有载分接开关的故障频率。

本申请研究人员在发现与分析现有的有载分接开关存在的上述问题后，设计了一种应用于单相双柱头换流变压器的两个柱头端调压的真空有载分接开关的切换芯子和真空有载分接开关。

图1为本申请一实施例提供的真空有载分接开关的切换芯子的结构示意图。图2-5分别为图1中各个组成部件从上往下看的俯视图。下面结合图1至图5具体说明本申请提供的切换芯子的结构。

如图1所示，本申请提供的切换芯子主要包括第一安装盘1a、第一真空灭弧单元111、第二真空灭弧单元112、过渡触头单元12、主触头单元13和过渡电阻单元14。

其中，如图2所示，其为安装有第一真空灭弧单元111和第二真空灭弧单元112的第一安装盘1a的俯视图。第一安装盘1a的上表面(第一表面)为真空灭弧单元的安装表面，第一安装盘1a的上表面由关于第一轴线ab对称的第一区域和第二区域构成。第一真空灭弧室单元111安装在第一安装盘1a的第一区域上，第二真空灭弧室单元112安装在第一安装盘1a的第二区域上，且与第一真空灭弧单元111关于第一轴线ab对称。第一真空灭弧单元111与第一安装盘1a的中心点之间的垂直连线与第二真空灭弧单元112与第一安装盘1a的中心点之间的垂直连线成180度角。

过渡触头单元12位于第一安装盘1a上方，即靠近第一安装盘1a的第一表面安装，并分别与第一真空灭弧室单元111、第二真空灭弧单元112连接。主触头单元13分别与第一真空灭弧室单元111、第二真空灭弧单元112以及过度触头单元12相连；过度电阻单元14分别于过度触头单元12、主触头单元13相连。其中，在一些实施例中，过渡触头单元12进一步包括与第一真空灭弧室单元111对应连接的第一过渡触头组和与第二真空灭弧室单元112对应连接的第二过渡触头组，主触头单元13进一步包括与第一真空灭弧室单元111对应连接的第一主触头组和与第二真空灭弧室单元112对应连接的第二主触头组，过渡电阻单元14进一步包括与第一真空灭弧室单元111对应连接的第一过渡电阻组和与第二真空灭弧室单元112对应连接的第二过渡电阻组。其中，第一真空灭弧单元111、第一过渡触头组、第一主触头组、第一过渡电阻组构成第一切换机构，第二真空灭弧单元112、第二过渡触头组、第二主触头组、第二过渡电阻构成第二切换机构。第一切换机构与第二切换结构对称设置，且分别用于换流变压器的两个柱头的电压的切换。后续结合图3-5具体阐述第一过渡触头组、第二过渡触头组、第一主触头组、第二主触头组、第一过渡电阻、第二过渡电阻的具体构成。

本申请提供的真空有载分接开关的切换芯子包括上表面由关于第一轴线对称的第一区域和第二区域构成的第一安装盘，第一真空灭弧单元和第二真空灭弧单元分别安装在第一区域和第二区域上，且使第一真空灭弧单元和第二真空灭弧单元关于第一轴线对称，第一真空灭弧单元、第二真空灭弧单元分别与过渡触头单元中的过渡触头、主触头单元中对应的主触头、过渡电阻单元中对应的过渡电阻构成对称的具有第一切换机构与第二切换机构的切换芯子，包含该切换芯子的真空有载分接开关在应用于换流变压器的两个柱头调压时受力均匀，故障率低，可靠性高。

继续参考图2所示，第一真空灭弧单元111包括第一真空灭弧室1111和第二真空灭弧室1112；第二真空灭弧单元1121包括第三真空灭弧室1121和第四真空灭弧室1122。第一真空灭弧室1111的中心点和第二真空灭弧室1112的中心点之间的第一连线L1与所述第一轴线ab平行；第三真空灭弧室1121的中心点和第四真空灭弧室1122的中心点之间的第二连线L2与第一轴线ab平行，第一真空灭弧室1111与第三真空灭弧室1121关于第一轴线ac对称，第二真空灭弧室1121与第三真空灭弧室1122关于第一轴线ac对称。即由第一真空灭弧室1111、第二真空灭弧室1112、第三真空灭弧室1121、第四真空灭弧室1122限定确定的方形的中心点与第一安装盘1a的中心点在上下方向重合。其中，这里的上下方向是指第一安装盘1a、主触头单元13、过渡电阻单元14的堆叠方向。

图3为过渡触头单元12的俯视图，其进一步包括第一过渡触头121、第二过渡触头122、第三过渡触头123、第四过渡触头124。

第一过度触头121包括第一过度动触头1211、第一过度静触头1212、第二过度静触头1213。第一过度动触头1211与第一真空灭弧室1111相连，第一过度静触头1212与主触头单元13相连，第二过度静触头1213与过度电阻单元14相连。具体的，第一过度动触头1211与第一真空灭弧室1111的固定在第一安装盘1a上的一端相对的另一端相连，第一安装盘1a的上表面电位为中性零电位。

第二过度触头122包括第二过度动触头1221、第三过度静触头1222、第四过度静触头1223。第二过度动触头1221与第二真空灭弧室1112相连，第三过度静触头1222与主触头单元13相连，第四过度静触头1223与过度电阻单元14相连。具体的，第二过度动触头1221与第二真空灭弧室1112的固定在第一安装盘1a上的一端相对的另一端相连。

第三过度触头123包括第三过度动触头1231、第五过度静触头1232、第六过度静触头1233。第三过度动触头1231与第三真空灭弧室1121相连，第五过度静触头1232与主触头单元13相连，第六过度静触头1233与过度电阻单元14相连。具体的，第三过度动触头1231与第三真空灭弧室1121的固定在第一安装盘1a上的一端相对的另一端相连。

第四过度触头124包括第四过度动触头124、第七过度静触头1242、第八过度静触头1243。第四过度动触头1241与第四真空灭弧室1122相连，第七过度静触头1242与主触头单元13相连，第八过度静触头1243与过度电阻单元14相连。具体的，第四过度动触头1241与第四真空灭弧室1122的固定在第一安装盘1a上的一端相对的另一端相连。

这里需要说明的是，在图3所示的过渡触头单元12的俯视图中，四个过渡触头均匀的布置在圆周上，但在上下方向，四个过渡触头是交错布置在第一水平和第二水平上。具体的，第一过度触头121与第三过度触头123设置在第一水平上，第二过度触头122与第四过度触头124设置在第二水平上，第一水平与第二水平为不同的水平。第一过度触头121与第一安装盘1a的中心点之间的第一距离等于第三过度触头123与第一安装盘1a的中心点之间的第二距离。第二过度触头122与所述第一安装盘1a的中心点之间的第三距离等于第四过度触头124与第一安装盘1a的中心点之间的第四距离。即第一过渡触头121与第三过渡触头123在第一水平的圆周上成180度角对称设置。第二过渡触头122与第四过渡触头124在第二水平的圆周上成180度角对称设置。与第一真空灭弧单元111对应的第一过渡触头组由第一过渡触头121和第三过渡触头123构成，与第二真空灭弧单元112对应的第二过渡触头组由第二过渡触头122和第四过渡触头124构成。显然，显然第一过渡触头组和第二过渡触头组也是对称设置切换芯子中的，可进一步确保真空有载分接开关在运行过程中的各切换机构的受力是均匀的。

此外，第一过渡静触头1212与第二过渡静触头1213安装在上下方向设置的第一绝缘支撑条上1210上，第三过渡静触头1222与第四过渡静触头1223安装在上下方向设置的第二绝缘支撑条上1220上，第五过渡静触头1232与第六过渡静触头1233安装在上下方向设置的第三绝缘支撑条上1230上，第七过渡静触头1242与第八过渡静触头1243安装在上下方向设置的第四绝缘支撑条上1240上。第一过渡动触头1211、第二过渡动触头1221、第三过渡动触头1231、第四过渡动触头1241均设置在切换芯子中心的转动轴120上。

过度触头单元12中的过度动触点以轴转动的方式转与对应的过度静止触点进行点接触。动过渡触头和对应的静过渡触头之间不容易因长期大面积接触摩擦而损伤。因此，本申请提供的各个过渡触头具备较高的灭弧能量，例如可以达到500次以上的灭弧能力，可在对应的真空灭弧失效后通过过渡触头断开电弧，进一步确保了分接开关的可靠性能。

继续参考图4所述，其为主触头单元13的俯视图。在一些实施例中，切换芯子还进一步包括第二安装盘1b，位于第一安装盘1a下方且与第一安装圆盘1a同中心轴设置。具体的，第二安装盘1b的第一表面与第一安装盘1a的第二表面相对，第一安装盘1a的第二表面为与第一安装盘1a的第一表面相对的一面。第二安装盘1b的第一表面由关于第二轴线cd对称的第三区域和第四区域构成。主触头单元13包括位于第三区域上的第一主触头组131和位于第四区域上的第二主触头组132。第一主触头组131和第二主触头组132关于所述第二轴线cd对称。

第一主触头组131包括等间距设置在第二安装盘1b的第三区域的圆周边缘的三个静主触头1310、1312、1313，以及与一端与静主触头1310固定连接，另一端在静主触头1312、1313之间进行切换的动主触头1311。第二主触头组132包括等间距设置在第二安装盘1b的第三区域的圆周边缘的三个静主触头1320、1322、1323，以及与一端与静主触头1320固定连接，另一端在静主触头1322、1323之间进行切换的动主触头1321。静主触头1312、1313与第一安装盘1a的安装面的第一区域相连，静主触头1322、1323与第一安装盘1a的安装面的第二区域相连。静主触头1310与第一分接侧输出端相连，静主触头1320与第二分接侧输出端相连。

由于在本申请中，主触头单元仅由两组对称设置的主触头组构成，有效的增大了第二安装盘上的各个触头间的绝缘裕度，同时受力也更均匀。

图5为过渡电阻单元14的俯视图。在一些实施例中，切换芯子还包括位于第二安装盘1b下方且与第二安装圆盘1b同中心轴设置的第三安装盘1c。具体的，第三安装盘1c的第一表面与第二安装盘1b的第二表面相对，第二安装盘1b的第二表面为与第二安装盘1b的第一表面相对的一面。。第三安装盘1c的第一表面由关于第三轴线ef对称的第五区域和第六区域构成。过度电阻单元14包括位于第五区域上的第一过度电阻组141和位于第六区域上的第二过度电阻组142。其中，第一过度电阻组141和第二过度电阻组142关于所述第三轴线ef对称。

在一些实施例中，第一过渡电阻组141包括第一过渡电阻1411和第二过渡电阻1412，第二过渡电阻组142包括第三过渡电阻1421和第四过渡电阻1422。其中，第一过渡电阻1411的第一端与第一过渡触头121中的第二过渡静触头1213相连，另一端的与第一主触头组131中的主静置触头1310相连；第二过渡电阻1412的第一端与第二过渡触头122中的第四过渡静触头1223相连，另一端的与第一主触头组131中的主静置触头1310相连；第三过渡电阻1421的第一端与第三过渡触头121中的第六过渡静触头1233相连，另一端的与第二主触头组131中的主静置触头1320相连；第四过渡电阻1422的第一端与第四过渡触头124中的第八过渡静触头1243相连，另一端的与第二主触头组132中的主静置触头1320相连。

此外继续参考图1所示，切换芯子还包括转动轴15和快速机构16。其中，转动轴15依次穿过第三安装盘1c的上表面中心、第二安装盘1b的上表面中心、第一安装盘1a的上表面中心后延伸至第一安装盘1a上方。快速机构16设置在第三安装盘1c的底部，快速机构16包括弹簧部件，通过该弹簧部件释放的能量带动转动轴15的转动。转动轴15的转动带动第一安装盘1a、第二安装盘1b、第三安装盘1c进行相应的转动，从而带动第一真空灭弧单元111、第二真空灭弧单元112、过渡触头单元12、主触头单元13执行相应的开关切换动作。

此外，本申请还提供了真空有载分接开关，包括依据本申请任意一实施例中提供的切换芯子，还包括位于切换芯子下方的分接选择器。分接选择器的中心转动轴与切换芯子的转动轴通过轴套连接。分接选择器包括与第一真空灭弧单元111对应设置的第一分接选择单元201、与第二真空灭弧单元112对应设置的第二分接选择单元202。分接选择器的结构示意图如图6所示，包括转动轴21、绝缘支撑22、动触头23、静触头24以及极性转换器25。

传动轴21在分接选择器的中心，旋转带动其上的动触头动作，实现奇偶档位变换的预选择。绝缘支架22设置在分接选择器的边缘，每条绝缘支架上有4个静触头，起到支撑和固定作用。动触头23设置于传动轴21上，与转动轴21内部导体相连，实现分接选择器档位的预连接。静触头24设置于绝缘支架上，4个静触头的两个与切换芯子中第一切换机构对应、第二切换机构对应，4个静触头分为上下个单元，每个单元包括一个偶数档静触头，一个奇数档静触头，用于分接选择器与换流变压器调压线圈的连接。极性转换器25设置于分接选择器侧边，实现有载分接开关极性转换。

此外，在一些实施例中，真空有载分接开关，还包括电位电阻单元、操作机构。电网电阻单元位于分接选择器的下方(电网电阻单元靠近分接选择器远离切换芯子的一端)，且依次相连的由电位电阻和电位开关组成，用于限制有载分接开关极性转换过程中的悬浮电位放电；操动机构包括依次相连的控制机构箱、电机、传动轴、齿轮盒，用于驱动切换芯子和分接选择器执行相应的切换动作。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。