带互锁功能的变压器调压开关

技术领域

本发明涉及变压器配变电技术领域，尤其是一种带互锁功能的变压器调压开关。

背景技术

变压器的调压原理为从变压器某一侧的线圈中引出若干分接头，通过有载分接开关在不切断负荷电流的情况下，又一分接头切换到另一分接头，以变换线圈的有效匝数，达到调节电压的目的。

现有技术中如中国发明专利公开号为CN110212830A的《一种带极性转换的五档变压器有载调压电路》，如图1所示其由主回路、过渡回路、额定电压支路组成，主回路由主绕组、调压绕组、三个调压支路、一个真空灭弧室构成，调压绕组设置有上端抽头、中间抽头、下端抽头，三个调压支路分别连接调压绕组的三个抽头与主回路直空灭弧室内接端，每个调压支路串联一选择开关；主绕组输出端通过一极性开关分别连接调压绕组的上端抽头和下端抽头；过渡回路一端与调压绕组中间抽头连接，另一端与主回路的直空灭弧室的外接端连接；额定电压支路一端与主绕组输出端连接，另一端与主回路直空灭弧室内接端连接。在调压过程中，过渡电压随着挡位的不同而不同，有效降低了调压中的电压波动。

但是由于上述五档调压电路需要3条调压支路配合，其体积大、成本高。如果对极性转换电路重新进行设计，则有希望显著减少调压支路数量，简化调压开关的结构和体积。

另外，目前尚无关于采用此种或类似此种带极性转换的多档变压器有载调压电路制作的调压开关的机械构造的披露。通常，真空灭弧室的通断采用单独的操作机构来控制。但在多个真空灭弧室配合使用的电路中，这将增加因误操作或偶然因素导致的某些开关通断组合下发生严重事故的几率。例如图1中，若因失误使K1和K3同时闭合，或K1和K2同时闭合，或k2和k3同时闭合，都会导致调压绕组两端抽头短接，产生极大电流发生电路事故。

发明内容

本发明的目的是对上述调压电路结构做进一步优化改进，通过改进后的极性开关简化其电路结构，克服调压开关占用空间大、成本高的缺点，同时改进真空灭弧室的操作机构，用从源头上减少安全隐患，结合以上提供一种带互锁功能的变压器有载调压开关。

本发明的技术方案是：一种带互锁功能的变压器调压开关，包括底板、外壳、五脚极性开关、真空灭弧室模块、保护电阻和开关操作机构；各部分均设置在底板上，其中外壳套在底板上；

所述五脚极性开关包括五个连接脚、两个联动片、连接脚安装座和联动片驱动装置；所述五个连接脚沿一条直线间隔分布于连接脚安装座上，两个圆形联动片安装在联动片驱动装置上，其连线方向与五个连接脚所处直线平行，联动片间距为连接脚间距的两倍；所述联动片驱动装置包括限位槽、推杆、U形支架和电磁驱动器；所述联动片通过内置弹簧的限位槽安装在推杆上，所述推杆由一对安装在底板上的U形支架限位，一端和电磁驱动器相连，可轴向滑移；通过联动片在两种位置间的切换，所述五脚极性开关的五个连接脚连接关系发生变化，从而实现对所接入电路的极性转换控制；

所述真空灭弧室模块包括若Z个平行安装的真空灭弧室、用于固定真空灭弧室的I形支撑条和多位支架；

所述开关操作机构包括驱动装置和限位联动组件，所述驱动装置包括电磁机构、推动杆、两套顶推组件；所述限位联动组件包括限位动件、支撑定件、舌片动件。

所述电磁机构固定在底板上，所述推动杆贯穿电磁机构设置，可被沿轴向双向驱动；两套顶推组件对称地设置在推动杆两端，所述顶推组件包括推块和顶块，；所述推块设在推动杆两头伸出电磁机构的区段上，与推动杆滑动配合，推动杆两端有限制推块向远离电磁机构方向滑动的限位结构；所述推块内设有可上下滑动的推块舌片，所述推块舌片上方有弹性件，其下端伸出推块，并在远离电磁机构一侧有倒角斜面；所述推动杆上，在推块和电磁机构之间设有推动推块向远离电磁机构方向滑动的弹性机构；所述顶块固定在底板上，能挡住推块朝远离电磁机构的方向运动；所述顶块下部有凸出的斜面，该斜面分别与同侧的推块舌片的倒角斜面平行，可滑动配合；

所述限位动件可左右滑动地设在底板上，其上方两端有若干与推块舌片相匹配的齿槽，其内部有Z个横向布置的限位滑槽，每个限位滑槽有特定的上下起伏形状；所述舌片动件有Z个，后端分别与真空灭弧室动导电柱相连，前端分别通过销轴安装在限位动件的限位滑槽中；所述支撑定件固定在底板上，并设有Z个凹槽限制前述销轴仅在上下方向运动。

电路设计上，记五脚极性开关的连接脚从左至右依次为第一连接脚、第二连接脚、第三连接脚、第四连接脚、第五连接脚，记真空灭弧室从右至左依次为Km、K0、K1……Kn（其中n为正整数）、Ke，则第一连接脚和第五连接脚以及调压绕组下端抽头相连，第二连接脚和Km定端相连，第三连接脚和调压绕组上端抽头相连，第四连接脚和主绕组下端抽头及Ke定端相连，调压绕组的中间抽头则分别与K1……Kn的定端相连。所述保护电阻和真空灭弧室K0并联。

通过对真空灭弧室的通断控制以及对五脚极性开关的两种连接状态切换，可实现调压绕组向主绕组串联通断及正反方向的控制，与所接入的调压线圈数量的控制，从而实现多档调压开关的功能。

当n=1时，共有4个真空灭弧室，调压绕组分两段调压线圈，可构成五档调压开关。

当n=2时，共有5个真空灭弧室，调压绕组分3段调压线圈，可构成七档调压开关。

当n=3时，共有6个真空灭弧室，调压绕组分4段调压线圈，构成九档调压开关。

以此类推。故而本发明所设计的构造可适用于多种调压档位需求。

如上所述，本发明的五脚极性开关由电磁驱动器驱动。而真空灭弧室模块由开关操作机构来控制，其原理为：

限位动件上的限位滑槽分别通过销轴对各个舌片动件的上下运动进行约束，从而引导各个真空灭弧室动端的动导电杆的运动。当限位动件横向移动时，其上各个限位滑槽也移动，处在限位滑槽内的舌片动件前端的轴销则只能上下移动适应滑槽位置，各限位滑槽的高低形状起伏将带动各动导电杆以预设的状态伸出或回缩，实现各灭弧室的合闸或分闸。于是让限位动件在不同横向位置上移动，便可实现各真空灭弧室不同通断组合状态的切换，也即调压开关的档位切换。

由于限位滑槽之间的固定联动关系，各灭弧室的通断状态相互关联而不允许单独控制，只有所需要的若干种状态组合，故名“带互锁功能”，此设计可以有效避免因误操作导致的电路故障与安全隐患。

其中限位动件作为所述驱动装置的被驱动件，由驱动装置完成对它的横向驱动控制。

在电磁机构不通电的默认状态下，弹性机构分别顶着两端推块与顶块相接触，而推块分别顶着推动杆端部限位结构，推动杆自然处于电磁机构中心位置，记为初始位置。默认状态下，推块内的推块舌片被顶块的凸出斜面所抵住，大部分缩在推块内。

以推动杆的轴向方向为左右方向。当电磁机构驱动推动杆向左运动，推动杆同时带动右侧的推块向左运动；当右侧的推块向左运动离开右侧顶块后，右侧的推块舌片受内置的弹性件推力伸出，下端伸入限位动件上方右端的一个齿槽中，带动被驱动件向左运动一个单位行程。此过程中右侧的弹性机构被压缩。电磁机构停止通电后，受右侧弹性机构作用，右侧推块及推动杆回到初始位置。在右侧推块向右复位的过程中，带倒角斜面的推块舌片像斜舌锁一样，和限位动件齿槽右沿口接触而向上回缩至推块内，因此当推块及推动杆复位后，限位动件仍停留在之前的位置。以上就是限位动件向左移动一个单位行程的过程。由于限位动件上方两端设有多个齿槽，电磁机构向同一方向多次驱动推动杆便可以使限位动件朝同一方向连续移动多个单位行程。

和上述过程完全左右对称地，当电磁机构驱动推动杆向右运动，被驱动件能够向右移动一个单位行程。因而限位动件可以实现双向多级移动，每一级位置对应于一种真空灭弧室通断组合状态，也即调压开关的一个档位。由于驱动装置可以对限位动件双向驱动、位移可累加，因此理论上操作机构对真空灭弧室开关通断控制的组合可以有无限种。

优选地，所述限位动件与支撑定件设计成从侧视方向看均为双层的U形。如上所述，舌片动件前端的销轴同时收到限位动件上的滑槽和支撑定件上的凹槽的约束，若三者都为单层片状，则销轴受力不均匀易倾斜。将限位动件与支撑定件都做成双层的U形，且U形支撑定件最厚，中间中空区域安装U形限位动件，而片状的舌片动件设置在U形限位动件双层面板的中间，构成对称的层叠交错结构，极大增强了所述限位联动组件及整个调压开关的工作稳定性。

进一步地，对于较为常用的五档有载调压开关，本发明所述调压开关操作机构要同时控制四个真空灭弧室，即Z=4，此情况下所述限位动件内部有四个限位滑槽，有三种位置状态，每个滑槽长度为所述齿槽间距两倍。

进一步地，所述限位动件实现相对底板左右滑动的方式为：设有一对横向滑槽，与固定在底板上的柱销配合安装。

进一步地，所述推动杆两端的限位结构为拧在推动杆端部的螺母。

进一步地，所述两个顶块间的距离和推动杆两端限位结构间的距离相等。

进一步地，所述限位动件的齿槽间距和所述推动杆单次运动的距离相等。

进一步地，所述电磁机构包括固定架、一对静衔铁、动衔铁和电磁线圈。所述固定架固定在相应底板上，所述静衔铁对称地设置在固定架两端，所述动衔铁装在固定架上并与之滑动配合，可在两静衔铁之间移动。所述推动杆贯穿动衔铁和静衔铁，推动杆与动衔铁固定，与静衔铁滑动配合。所述电磁线圈分左右两组设在固定架上。

进一步地，所述推块舌片上方的弹性件为弹簧；所述推动杆上的弹性机构为套设在推动杆上的弹簧。

本发明的带互锁功能的变压器调压开关，通过设置五脚极性转换开关替代常规极性转换开关，减少了调压支路数量及所需开关元件数量；通过使用带互锁功能的操作机构控制真空灭弧室，并由一套驱动装置完成统一驱动，使得调压开关的操作可靠性、安全性增加。相比现有方案，本发明的变压器调压开关更安全，结构更精简，体积更小，成本大幅降低。

附图说明

图1为对比文件（公开号为CN110212830A的中国发明专利）中的电路示意图。

图2为一种采用了本发明所述驱动装置的五档变压器调压开关实施例的总体示意图。

图3为本发明所述调压开关中五脚极性开关示意图。

图4为包含本发明所述驱动装置的带互锁功能的变压器调压开关操作机构示意图。

图5为本发明所述驱动装置示意图。

图6为所述电磁机构的前视剖面图。

图7为所述电磁机构的左视图。

图8为图4中U形限位动件主视与左视示意图。

图9为图4中U形支撑定件的三视图。

图10为图1所示实施例的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施例作详细介绍。本实施例是上述真空灭弧室记号Kn的n=1的情形，即共有Km、K0、K1、Ke四个真空灭弧室，整个调压开关为五档调压开关。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种类似形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。以下所提到的上下左右等方位词为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例，而非对本发明的限定。

参照图2–5（皆视作俯视视角），一种带互锁功能的五档变压器调压开关，包括外壳（图中未画出）、底板100、五脚极性开关Kj、真空灭弧室模块、保护电阻33和开关操作机构；所述底板呈矩形，除外壳以外的零件或组件均安装在底板上，所述外壳套在底板上保护内部零件。

图3所示为所述五脚极性开关Kj，包括五个连接脚6，两个联动片13，连接脚安装座10和联动片驱动装置；所述五个连接脚沿一条直线间隔分布于连接脚安装座10上，两个圆形联动片13安装在联动片驱动装置上，其连线方向与五个连接脚所处直线平行；所述联动片驱动装置包括限位槽14、推杆20、一对U形支架21和电磁驱动器24；所述联动片13通过内置弹簧的限位槽14安装在推杆20上，所述推杆20由一对安装在底板上的U形支架限位21限制上下方向移动，推杆一端通过销轴被限定于左侧的限位支架21的滑槽中，另一端和电磁驱动器24相连，可轴向滑移；

所述真空灭弧室模块包括4个平行安装的真空灭弧室K0、Ke、Km和K1，用于固定真空灭弧室的I形支撑条32和四位支架31。

图4所示为所述开关操作机构，包括驱动装置和限位联动组件。

图5所示为所述驱动装置，包括固定架41，静衔铁42、43，动衔铁44，电磁线圈40、推动杆45、一对顶推组件和作为被驱动件的U形限位动件53。所述限位联动组件包括U形限位动件53、U形支撑定件60、四个舌片动件65。其中，固定架、静衔铁、动衔铁、电磁线圈构成电磁机构。

所述固定架41固定在底板100上，静衔铁42、43对称地设置在固定架41两端，动衔铁44装在固定架上并与之滑动配合，可在两静衔铁之间移动。推动杆45横向贯穿动衔铁44和静衔铁42、43，推动杆45与动衔铁44固定，与静衔铁滑动配合。所述电磁线圈40分左右两组设在固定架上，左侧电磁线圈401部分覆罩左侧静衔铁42和动衔铁44，右侧电磁线圈402部分覆罩右侧静衔铁43和动衔铁44。

具体地，如图6和图7所示，所述电磁机构的固定架41由一对固定框411和许多层叠的硅钢片413组成；所述固定框411呈矩形环，上下间隔设置，通过4个L形支架415垂直固定在底板100上，硅钢片413夹在固定框411之间；所述硅钢片413为山字形，在垂直于底板100的高度方向上设置上下两组层叠硅钢片，下方硅钢片组的开口朝上，下方硅钢片组的开口朝下，上下方硅钢片组之间留有空间，所述动衔铁44和静衔铁42、43设置于该空间中。电磁线圈401和402（在图5中为线圈整体轮廓示意，在图6、图7中为缠绕电磁线圈的骨架）分别设在山字形相对的两硅钢片组形成的两个矩形空间中。

所述顶推组件对称地设置在推动杆45两端，左侧的包括推块46和顶块48，右侧的包括推块47和顶块49。所述推块46、47有横向通孔，两推块相向套在推动杆45两头伸出电磁机构的区段上，与推动杆45滑动配合，推动杆两端部有螺母挡住推块；所述推块46、47下部开设有纵向的滑槽孔，滑槽孔内分别有可滑动的推块舌片51、52，滑槽孔底部有弹簧；所述推块舌片呈矩形柱，左侧推块舌片51下端靠左有倒角斜面，右侧推块舌片52下端靠右有斜面倒角。所述推动杆45上套设有一对复位弹簧，分别位于两推块和电磁机构之间。所述顶块固定在底板上，左侧顶块48能挡住推块46向左运动，右侧顶块49能挡住推块47向右运动；所述顶块48、49下部有凸出的斜面，该斜面分别与同侧的推块舌片的倒角斜面平行，可滑动配合。所述U形限位动件53上部两端有多个与推块舌片相匹配的齿槽，齿槽宽度和推块舌片51、52宽度相等，齿槽间距和推动杆45单次运动行程相等。顶块48、49分别和推块接触的面之间的距离与推动杆45两端螺母和推块接触的面之间的距离相等。

所述U形限位动件53可左右滑动地设在底板上，其上方两端有若干与推块舌片相匹配的齿槽，其内部有4个横向布置的限位滑槽，每个限位滑槽有特定的上下起伏形状；所述舌片动件65有4个，后端分别与真空灭弧室动导电柱相连，前端分别通过销轴安装在限位动件53的限位滑槽中；所述支撑定件60固定在底板上，并设有4个凹槽61限制前述销轴仅在上下方向运动。

所述U形限位动件53如图8的主视图与侧视图所示，为U形双层结构，中间的空槽空间安装所述四个舌片动件65；所述U形支撑定件60的结构如图9的三视图所示，侧看也是U形的双层构造，中间的空槽空间刚好可以容纳U形限位动件53的厚度；以上三种部件形成上下对称的五层层叠结构，四个销轴将它们贯穿连接起来。

在电路的连接上，参照图10，第一连接脚1和第五连接脚5以及调压绕组中调压线圈L2下端抽头X3相连，第二连接脚2和真空灭弧室Km的定端相连，第三连接脚3和调压绕组中调压线圈L1上端抽头X1相连，第四连接脚4和主绕组L下端抽头及真空灭弧室Ke的定端相连，调压绕组中调压线圈L1与L2中间相接的抽头X2与真空灭弧室K1的定端相连。主绕组L上端抽头与整个调压开关电路输入端A连接。所述保护电阻33（电路图中为R）和真空灭弧室K0并联构成过渡切换单元，起到开关切换期间保护电路的作用。所述过渡切换单元中，真空灭弧室K0动端连接真空灭弧室Km、Ke的动端和整个调压开关电路的输出端X0，真空灭弧室K0定端连接真空灭弧室K1的动端。

结合图10，极性开关Kj、各通断开关的组合状态与调压电路各档位的对应如下：

第一种联动结构为联动片11同时接通连接脚1和连接脚2，联动片12同时接通连接脚3和连接脚4，各档位开关状态如下

三档：Ke闭合、K0断开，L1、L2均不接入电路，此时额定电压供电；

四档：Ke断开、K1闭合、K0闭合，L1正接入电路；

五档：Ke断开、Km闭合、K0断开，L1、L2正接入电路；

第二种联动结构为联动片11同时接通连接脚2和连接脚3，联动片12同时接通连接脚4和连接脚5，各档位开关状态如下

三档：Ke闭合、K0断开，L1、L2均不接入电路，此时额定电压供电；

二档：Ke断开、K1闭合、K0闭合， L2反接入电路；

一档：Ke断开、Km闭合、K0断开，L2、L1反接入电路；

下面以五档调为四档为例说明本实施例中所述开关操作机构如何实现对真空灭弧室模块的统一操作。

如图2中所展示，极性开关为第一种联动状态，而U形限位动件处于最左处，而舌片动件的状态被前者的限位滑槽54限定为：对应Km的收缩，对应K0、K1、Ke的伸出。即该图对应于Km闭合，K0、K1、Ke断开的状态，因此图示的调压开关为升压最高的第五档位。

使右侧电磁线圈402通电，受磁化效应，右侧静衔铁43吸引动衔铁44向右运动，推动杆45也随之向右移动，其左端螺母带动推块46向右移动，移动距离和U形限位动件53上方齿槽58的间距相等，为单个限位滑槽54水平长度的一半。初始状态下推块舌片51 下端斜面倒角与顶块48的斜面相贴合，被限定在推块46的滑槽孔内，当推动杆向右运动时，推块舌片51受内置弹簧推动向下伸出到图4中虚线位置，与齿槽58契合，从而带动U形限位动件53向右移动。此过程中，套在推动杆45上静衔铁42与推块46之间的复位弹簧被压缩；当限位动件53到达预定位置后，电磁线圈402断电，推动杆45受复位弹簧弹力会回到中央位置，推块舌片51的倒角斜面和齿槽58边缘相碰，如斜舌门锁一样受力回缩到推块46的滑槽孔内，而限位动件仍由于摩擦力停留在被推动后的位置。U形限位动件53向右移动的距离为限位滑槽54一半的长度，故移动后四个舌片动件65分别处于限位滑槽54的中间位置。

对照图8中每个限位滑槽的具体形状，可以知道滑槽54a位移后使得对应的销轴从右端的低位变为中间的高位，对应的真空灭弧室Km断开；滑槽54b位移后使得对应的销轴从右端的高位变为中间的低位，对应的真空灭弧室K0闭合；滑槽54c位移后使得对应的销轴从右端的高位变为中间的低位，对应的真空灭弧室K1闭合；滑槽54d位移前后销轴的上下位置不变，对应的真空灭弧室Ke保持断开。从而调压电路状态从五档变为四档。

若再让电磁线圈402通电一次，则重复上述过程，U形限位动件53从中间位置移动到最右处，四个销轴及其关联的舌片动件65分别从限位滑槽54的中间位置变为最左端。其中滑槽54a对应的销轴不动，Km保持断开不变；滑槽54b对应的销轴从低位变到高位，K0断开；滑槽54c对应的销轴从低位变到高位，K1断开；滑槽54d对应的销轴从高位变到低位，Ke断开。从而调压电路从四档变为三档。

若需要反向升压调节，则令左侧电磁线圈401通电，完全对称地，推块46及推块舌片52将带动U形限位动件53向左移动，限位联动组件作如上的逆运动，完成三档到四档、或四档到五档的切换。