摘 要：本文通过介绍有载分接开关的基本工作原理及有载分接开关切换过程中暂态过程的建模来选用合适过渡电阻值，同时着重从几个方面(有利于改善触头的切换任务，提高触头的电气寿命以及其工作可靠性三个原则来进行匹配)来分析并从中筛选出最佳方案。这对于变压器设计者更深入的了解有载分接开关以及设计过程中考虑更为全面起到了一定的指导作用。
关键词：灭弧,有载调压开关,变压器
引言
变压器通过调压线圈中增减绕组的分接头来改变电压比的方法几乎与变压器同时问世，有载调压开关的应用使得在不切断负载的情况下可以调节电压。
如今，有载调压分接开关已经由油中灭弧的方式向通过真空泡灭弧的方式发展。无论是工业用户还是电网用户为了缩小维护成本降低维护工作量，都对真空开关比较青睐。所以真空有载调压分接开关是当今以及未来的发展趋势。因此选用真空开关对节省维护成本，降低供电公司工作量也是非常有益的。
1 传统有载调压开关(例如M型)的作用及原理
1.1 分接开关的基本功能
一是在开路情况下“选择”一个分接头，二是在不中断电流的情况下把功率“切换”或“调换”到所选的分接头上。而其中也有简易式有载分接开关(即：选择开关)是把两种功能结合在一个装置中，而分接选择器与切换开关或调换开关互相分开的分接开关是用于功率较高的情况下。
1.2 分接开关的基本要求及原理
分接开关必须要满足在分接选择器、转换选择器和切换开关或调换开关之间都要保持准确的机械同步。功率调换时所产生的电弧处于油中，从而污染了变压器油(用真空泡作为开关装置的有载分接开关除外)。所以开关装置需要放在它本身的油室中，以便把污染的油与变压器的主油箱分开。
选择开关的基本原理是分接选择器和切换开关功能结合在一个装置中的选择开关的结构型式。从制造上来说是较为经济的，但是由于固有的某些限制：一般用在最高电压123KV和额定通过电流500-600A范围的中、小型变压器上。
2 分接开关选择恰当的过渡电阻值
2.1过渡电阻暂态过程分析
分接开关的调压过程一定是在暂态条件下工作。在双电阻过渡回路，当从一个分接转换到另外一个分接的过程中，分接开关过渡触头将过渡电阻R和回路电感L突然接入级电压Us 的交流回路中，换流可以计算为：
通过上述暂态分析，筛选出最佳方案(M型开关为例)：
方案一：按主触头开断容量等于辅助触头的开断容量的原则，求出匹配电阻
I2R=1/2 I2R +US2/2R,R= US/I
方案二：按总开断容量为最小的原则，求出匹配电阻为总开断容量
P=3/2 I2R+ US2/2R
对总开断容量求微分;
由 dP/dR=0 3/2I2 - US2/2R=0 求得 R= US/√3 *I
方案三：按辅助触头开断容量为最小的原则，求出匹配电阻为由dP/dR=0 即 d(1/2* I2R+ US2/2R)/dR=0 得R= US/I
方案四：使主触头开断容量为合理值，R取较小值，可求出匹配电阻为R=n×US/ I
切换开关总的切换容量为：
(1+2n cosφ+3n2)/2n *Us
对总的切换容量求导，并令导数值为零，求得n= /3=0.577,恰好是总切换容量值f(n)的最低点。此时，过渡触头的切换容量有些增加，但主通断触头的切换容量却大大降低，因此分接开关的可靠性大大提高。但是以上仅是理论计算值，而理论计算是按照统计数据：变压器平均为80%的负荷来计算的，如果实际运行变压器的实际负荷远远低于80%或出于过负荷的情况，则以上系数是综合实际运行及第二章所提到的形式试验值，经济性来综合判断来选取合适的过渡电阻值。
2.2 提高触头寿命的匹配
在分接开关众多动、定电弧触头中，只要其中一个触头烧损完结，则认为分接开关触头电气寿命结束。因此，需要更换全部电弧触头。要提高触头电气寿命，应力求电弧触头烧损均匀。从触头烧损量平衡角度来考虑，主通断触头和过渡触头的烧损比等于1，即两者烧损速度相等。过渡电阻匹配值的大小对电弧触头烧损均匀性有着一定的影响。下面我们来分析这个影响：
本文是通过分析双电阻过渡旗循环的切换开关左右切换的统计来分析触头烧损平衡。假设切换开关主通断触头开断电流IN是N次，则过渡触头在最为恶劣条件(cosφ=1时)，其中开断电流(1+n)/2n *IN的情况为N/2次。另外开断电流(1-n)/2n *IN的情况也一样是N/2次(各开断N/2次是考虑升降压次数趋于平衡的原因)。触头烧损量由公式A=N·Km·Inα·t 式中N为触头操作次数;Km 为触头材料的常数;α 为指数，其值为1≤α≤2 ;t 为触头的燃弧平均时间;假定过渡触头与主通断触头燃弧平均时间相等时，则主通断触头与过渡触头的烧损的速度是相等的。其过渡电阻的匹配系数n的解为： 由此可得到{(1+n)/2n}α+{(1-n)/2n}α=2
根据上式中1≤α≤2
由上式可知：当α=2时，触头烧损最佳匹配与触头切换任务最佳匹配值是一致的。所以当过渡电阻匹配系数n=0.577时，主通断触头与过渡触头的烧损比例较均匀，使用寿命较长。
2.3提高工作可靠性的匹配
从提高工作可靠性的角度，过渡电阻匹配系数n 应满足如下要求：
n=[Psn/UsImax];其中Psn为分接开关的主通断触头额定的开断容量;
如果分接开关有几组不同的开断电流与相关级电压的组合，则需要限定额定开断容量，即主通断触头开断容量不得超过其两倍的额定级容量。否则将会危及分接开关运行的可靠性。
3 有载分接开关的选择
每种型式的有载分接开关由于相数、最大通过电流Ium、 设备最高工作电压Um 、分接选择器等级以及基本连接图的不同有多个设计.因此一种规格分接开关的代号必须表示出这些特征.也就是说一种分接开关只有一种标识。
通过电流: 有载分接开关运行中的外施电流(通过开关的电流)。通常有载分接开关的通过电流可能随调压范围而改变(在变压器恒定电压和恒定额定容量下)。
级电压: 相邻分接之间的工作电压. 它可能是恒定的,也可能随调压范围而变.切换开关的过渡电阻是依据安装分接开关的变压器规定的级电压和通过电流计算的.
切换容量Pst: 等于通过电流I和级电压的乘积。
额定切换容量：是可能施加到分接开关上的最大切换容量，由额定通过电流和相应的额定级电压的乘积决定。
4 分接开关的绝缘
有载分接开关的绝缘取决于变压器测试和运行时额定电压耐受值。
4.1有载开关的绝缘分类：
分接开关的对地绝缘和分接选择器等级应按各自要求分别选择;选择有载分接开关时需要变压器厂提供：
5 影响分接开关选择重要参数
5.1 过负载对分接开关的选用影响
在正常周期性负载形式中,日周期负载的通过电流有时可能超过额定通过电流。有载分接开关的选用原则是：分接开关的额定通过电流不小于在各种情况下正常连续负载在分接绕组上产生的最高分接电流。
周期性过负载分正常、长期急救、短期急救三种允许的周期性负载。
5.2 电位电阻的选用分析
在极性选择器或粗级分接选择器转换过程中,分接绕组在电气上暂时和主绕组分离.从而出现一个由相邻绕组的电压和这些绕组之间的耦合电容及对地电容生成的电位.分接绕组的这个电位偏移在转换选择器开断的触头之间产生一个相应的电压,因为它的一个触头一直和分接绕组连接着,另一个触头一直和主绕组连接着.这个电压叫恢复电压Uw.当转换选择器触头断开时,由分接绕组的上述耦合电容产生的电容电流必然被切断.这个电流叫开断电流Is. 恢复电压Uw和开断电流Is将在转换选择器上产生较大放电.如偏移电压超过一定限值就必须考虑调压线圈的电位连接问题.
通常有两种措施来限制偏移电压:
1.通过一个永久安装的电位电阻连接到分接绕组的电位(图a)
2.用电位开关只在转换选择器动作过程中将电位电阻接入,连接到分接绕组的电位.(图b)
5.3 连接电位电阻方式的选择
连接电阻仍接在调压线圈中部和电位开关之间,仅在转换选择器动作中经电位开关的电流输出端它仅在电位开关闭合的短时间里汲取电能.电位开关与转换选择器有机械连锁,使它能在转换选择器触头开断之前先闭合,在转换选择器触头闭合之后才断开。
7 结束语
本文通过有载分接开关的原理以及分接开关选型过程中需要的注意点的介绍;对有载调压开关的选型提供一定思路指引。有载调压开关是变压器这个静止的电机中唯一运动的电气部件，它的正确选型对于变压器今后的运行起着至关重要的作用。这就需要变压器公司的设计者与有载调压分接开关供应商紧密配合，提供准确的数据，这样就能够确保有载调压分接开关制造商提供参数适合的与变压器配套的产品，进而使之能够达到安全稳定经济运行的目的。
参考文献
1， 有载分接开关原理和应用 (德)科雷默尔著 沈祖俊译辽宁科学技术出版社 2002.
2，变压器有载分接开关 张德明 编著辽宁科学技术出版社 1998.8
3, MR公司相关资料
本文选自《科技风》。 《科技风》是经国家新闻出版总署批准,河北省科学技术协会主管、河北省科技咨询服务中心主办的国内公开发行的大型综合类科技期刊。国内统一刊号：CN13-1322/N；国际标准刊号：ISSN1671-7341，邮发代号:18-38。
《科技风》杂志以“把脉科技创新、引领发展风尚”为办刊宗旨，以第一线科技、教育工作者为读者对象，追踪科研、教育工作动态，反映科教工作者的言论和呼声，关注基层科教工作者在其理论领域内的探索、创新实践活动和学术研究成果，致力于发展研究改革开放，经济发展过程中出现的各种科学技术、经济问题以及教育教学等方面具有较高水平的理论文章，是广大科教工作者阐释观点和理论的平台。
