ELIN有载分接开关的结构简介

ELIN有载分接开关从结构分有：组合式（J、S、T、Q型）复合式（Z型）两种，如图6-2所示。

图6-2　ELIN有载分接开关

（a）Z型选择开关；（b）J型有载开关；（c）S型有载开关；（d）Q型有载开关

（一）组合式有载分接开关的结构

ELIN组合式有载分接开关的结构分开关油室、切换开关本体、分接选择器（包括转换选择器）三部分。

1．切换开关油室

切换开关油室包括开关头盖、绝缘筒和绝缘筒底部。

开关头盖如图6-3所示，在头部法兰上有连接抽油管的法兰盘，连接保护继电器的法兰盘，注油管法兰盘，变压器排气阀是与变压器本体相通的，用于将变压器油箱的空气排出。切换开关排气阀是用于将切换开关油室内的空气排出，爆破膜装在切换开关油室顶盖上面，用于保护开关油室的安全。斜齿轮箱可在360°的范围内无级调整，并可固定在任一位置。斜齿轮盘是密封和预先润滑型的，在寿命期内无需维护。

图6-3　切换开关头盖的结构

1—抽油管法兰盘；2—变压器排气阀；3—保护继电器的法兰盘；4—注油管法兰盘；5—切换开关排气阀；6—切换开关油室顶盖；7—爆破膜；8—斜齿轮箱；9—夹紧环

切换开关油室的绝缘筒是由玻璃纤维增强环氧树脂材料组成，用夹紧环固定在有载分接开关的头部法兰上，其下端用绝缘筒底密封。绝缘筒的内侧安装几个定触头，这些触头在绝缘筒的外侧与分接选择器的每相单、双数引线相连接，使切换开关与分接选择器在电气上连成一个整体。另外开关的绝缘传动轴位于油室外侧，这样开关吊心时就无需拆开开关的传动系统，油室的污油也不会污染绝缘传动轴。

绝缘筒的底部有一个放油的螺钉，此螺栓可以从切换开关绝缘筒内部底侧打开或锁紧（需吊出切换开关），也可以从绝缘筒外部分接选择器处打开和锁紧。底部还有操动切换开关的主轴。

为了将普通头盖结构的分接开关固定在托架上（例如钟罩式油箱变压器），则需要有附加一个中间法兰盘固定在托架上。

在变压器的整个寿命期内切换开关油室可靠的密封对变压器的运行十分重要。从设计观点看，在切换开关油室上有3个和密封有关的重要位置必须注意：

（1）绝缘筒和它的底部或者有载分接开关头部之间的密封如图6-4所示。

（2）绝缘筒内引出线触头的密封如图6-5所示。

（3）切换开关主轴的密封如图6-6所示，在密封位置处用两个转动轴密封环，因为它们受到轴转动的应力，必要时取下连接器，就很容易更换这两个密封环。

图6-4　绝缘筒和有载分接开关头部之间的密封

图6-5　绝缘筒内引出线触头的密封

图6-6　切换开关主轴的密封

采用这种密封布置和密封材料既可以保证切换开关油箱的油密性，又可以保证其气密性。专用的密封圈是用氟化橡胶材料制成的。利用这种材料可以保证能经得起变压器气相干燥时所产生的高温。

上述密封系统的设计保证在变压器整个寿命期内切换开关油室的油密和气密性。当压力差为0．3bar时仍保证。在例行试验过程中，有载分接开关的密封能经受最少6h长1．5bar的超压试验。

2．切换开关本体

ELIN有载分接开关根据型号的不同，以及所通过的最大额定电流和变压器级电压的不同，所配置的切换开关型号也有所不同。

K型切换开关：一般配置于J型有载分接开关。

L型切换开关：分L1、L2型，一般配置于S型有载分接开关（如图6-7所示）。

D型切换开关：分D1、D2、D3型，一般配置于S型、T型、Q型有载分接开关。

所有型号的切换开关的快速机构都采用过死点释放机构，其储能弹簧均采用同轴内外两组弹簧，这样在其中一根弹簧断裂的情况下，另一根弹簧仍可以维持正常工作。这种机构的工作原理如图6-8所示。电动机构转动通过斜齿轮带动绝缘轴转动，再经过传动比为1∶4的直齿圆柱齿轮传动，使曲柄传动机构运动，拐臂开始转动，储能弹簧拉伸储能。当拐臂过死点后，储能弹簧释放能量，切换开关就可独立地在极短时间内动作，推动切换开关的动触头和扇形支架转动，完成一次切换。切换时间的快慢取决于切换开关的型号，但都在30ms到60ms之间，整个分接变换时间从电动机驱动开始到最后完成的时间约为4s。有载分接开关每调一级，与电动机构相连的垂直轴转一圈（约1．5r/min），水平轴转两圈，斜齿轮的传动比为1∶1，这样绝缘轴也是每一级转2圈。手动操作5圈，分接开关完成一级变换。

图6-7　L型切换开关

图6-8　切换开关的原理图

1—水平轴；2—斜齿轮；3—绝缘轴；4—直齿圆柱齿轮；5—曲柄传动机构；6—储能弹簧；7—拐臂；8—过渡电阻

图6-9　过渡电阻

为了提高触头的电气寿命，伊林有载分接开关中的切换开关在设计中均采取尾推补偿法。它是将补偿弹簧加在链轴上，使动触头和扇形支架一起受力向前推，直到与定触头接触为止。这种补偿方法简单，而且容易得到旗循环变换法（1-2-1的变换程序），定触头的安装结构由于没有补偿弹簧而大为简化。切换开关所用的材料都是优质材料，绝缘材料是由环氧树脂制做的，动触头的零部件（开断部分）和承受较大机械磨损与撕裂的零件是用高强度铜-钛合金做成。所有开断触头上面都覆盖了钨铜旗结材料层，使触头有足够长的使用寿命。

过渡电阻装配在切换开关的下部。根据变压器的技术要求（级电压和工作电流）它可由4层组成，一层叠装在另一层上面，出此过渡电阻如图6-9所示。这种电阻是用一条金属波纹箔带绕在一个金属棒上制成的，在金属波纹箔带之间有一层玻璃纤维增强环氧树脂绝缘带。电阻带是采用铜镍合金44、镍铬合金80或Nicrothal89金属制作成波纹箔带，利用这种结构可以保证有很好的冷却表面。因此电阻带的温升远远未达到350K（1．5倍额定电流时）。

众所周知传统结构的切换开关在切换过程中，存在着拉弧现象，使开关的动静触头在一定程度上产生烧蚀，油室内的绝缘油劣化，这样开关必须做到定期维护和检查。为了解决切换过程中的拉弧现象，理论上可用一种静态可控硅切换开关来解决，它用可控硅作为开关元件，但就目前技术在实际应用中存在着技术方面（变压器中有复杂的和敏感的电子系统），经济方面（电子装置和可控硅的价格）两大难题。

图6-10　TADS型切换开关

ELIN有载分接开关公司开发出一种经济上和技术上可行的混合切换开关，名称叫TADS（可控辅助切换开关）如图6-10所示，它的工作原理如图6-11所示，每一相仅用一个可控硅TH，在机械开关M1、M2或SR断开前和这些开关并联的可控硅TH也接通并激活。只要机械触头一开始打开，工作电流就从机械触头转到可控硅。这样机械触头打开时就没有电弧。利用可控硅在首次电流过零时切断工作电流。开关CT和SR是辅助开关，它们可根据换向瞬间和转动方向将转换电路换到抽头绕组ST相应的另一侧。激活可控硅仅需要一个小发电机，不需用任何其它电子设备。此发电机放在切换开关里面。在发电机绕组内需要产生可控硅的激活脉冲的瞬间，发电机的转子就转起来。

3．分接选择器(www.xing528.com)

ELIN有载分接开关的分接选择器有两种基本结构：单轴结构和两轴结构。

单轴结构如图6-12所示，用于J型和S型的有载分接开关，分接选择器只有一个转轴，每相单、双数2个动触头都固定在这根绝缘转轴上。选择器的槽轮机构由一个槽轮和一个拨槽件构成，每变换一个分接操作时，拨槽件拨动槽轮前进一级，从而带动转轴和动触头转动了一角度，这样不通电流的动触头转换到相邻的另一个定触头上，而通电流的动触头也从一端滑到另一端，而不离开定触头。为了保证分接选择器动作时，不开断电流，所以动触头设计成扇形如图6-13所示。定触头装在玻璃纤维增强的环氧树脂绝缘支撑架上。对于大于300A的电流，定触头是用管状制作的，以便利用内部油流达到更好的冷却作用。分接选择器上的动、定触头的表面，均电镀了一层厚厚的硬银，不仅增强了动、定触头之间的耐磨性能，而且大大降低了动、定触头之间的接触电阻。

双轴结构，如图6-15所示。用于T型和Q型的有载分接开关，分接选择器有两个装在一起相互配合的同心转轴，每个绝缘转轴分别由各自的槽轮机构带动作间歇级进运动，两个转轴上各带单数或双数的动触头，所以单数或双数动触头就交替地转动，逐个与定触头接通。由于双轴结构的选择器每变换一个分接头，只有一组（单数或双数）动触头动作，另一组一直与定触头接触不动，这样动触头就设计成指式触头。与切换开关相连的六根引线都采用从分接选择器外侧引出，引线一端通过绝缘转轴上的滑环与选择器的动、定触头相连通，另一端与切换开关对应的定触头相接，使整台开关的切换开关和分接选择器连成一体，实现分级变换。

图6-11　TADS型切换开关的原理图

图6-12　单轴结构

1—联轴器；2—槽轮机构；3—绝缘转轴；4—动触头；5—定触头；6—转换选择器的槽轮机构；7—转换选择器的定触头；8—转换选择器的动触头；9—转换选择器的绝缘转轴

图6-13分接选择器的动定触头

为了增加有载分接开关调压级数，在分接选择器旁需安装一个转换选择器如图6-12所示。转换选择器槽轮机构中的拨槽件是安装在分接选择器的绝缘转轴上的，当分接选择器超过整定工作位置（中间位置）继续操作时，转换选择器的拨槽件刚好拨动转换选择器的槽轮转过一个角度，从而带动转换选择器绝缘轴的转换，转换选择器完成一次极性的变换。另外在上下极限位置时，转换选择器的拨槽件和槽轮还能起到机械限位，阻止开关到极限位置后继续向前动作。

4．传动

图6-14和图6-15详细标示出组合式有载分接开关的传动关系，并说明了它们之间的机械功能。当电动机构动作，通过斜齿轮，绝缘轴带动直齿圆柱齿轮转动，使曲柄传动机构开始转动，带动储能弹簧拉伸储能，与此同时直齿圆柱齿轮通过联轴器，带动分接选择器的槽轮机构完成一个分级的选择，当分接选择器选择分接头结束后，切换开关的拐臂过死点，储能弹簧释放能量，切换开关完成一次切换，这样有载分接开关就从一个分接变换到另一个分接。并能保证先选择后切换的原则。当有载分接开关在某一方向操作过程中需要反调一档时，要求选择器不动作，只是切换开关动作。为了实现只功能，联轴器是采用滑动式联结。

图6-14　单轴结构的传动结构

1—主轴；2—斜齿轮1∶1；3—绝缘轴；4—直齿圆柱齿轮；5—曲柄传动机构；6—储能弹簧；7—联轴器；8—分接选择器的槽轮机构；9—转换选择器的槽轮机构；10—分接选择器的绝缘轴；11—分接选择器的动触头；12—分接选择器的定触头；13—转换选择器的动触头；14—转换选择器的定触头；15—转换选择器的绝缘轴

（二）Z型有载分接开关的结构

Z型有载分接开关是一种复合式的结构，它主要包括分接开关油室、分接开关头部、选择开关和转换选择器等主要部件。

图6-15　双轴结构的传动结构

1—主轴；2—斜齿轮1∶1；3—绝缘轴；4—直齿圆柱齿轮；5—曲柄传动机构；6—储能弹簧；7—联轴器；8—分接选择器的槽轮机构（内轴）；9—分接选择器的槽轮机构（外轴）；10—转换选择器的槽轮机构；11—分接选择器的外绝缘轴；12—分接选择器的内绝缘轴；13—分接选择器的动触头；14—分接选择器的定触头；15—转换选择器的动触头；16—转换选择器的定触头；17—转换选择器绝缘轴

1．分接开关的油室

分接开关油室的绝缘筒是由玻璃纤维增强环氧树脂材料制成，其上端和开关的头部相连，其下部是由筒底密封。油室和变压器本体之间是气密性和油密性的，允许压力差为0．3 bar。选择开关和转换选择器的定触头安排在绝缘筒的内侧不同的平面上，这些触头都设计成引线触头并用作变压器调压绕组引线的接线柱。

2．分接开关的头部

分接开关的头部（见图6-16）是由铝合金材料制成的，它装有开关的活动零件，将分接开关头部法兰安装在变压器的油箱上。头部法兰上有抽油管、注油管、保护继电器和油枕的连接管、变压器排气孔等四个连接法兰，连接法兰都是标准的，并装有可旋转的管接头。开关头部的顶盖上装有油室防爆膜、排气孔和斜齿轮，斜齿轮能任意旋转360°并固定在任意所需要的位置上。

图6-16　分接开关头部

开关的快速机构采用过死点释放原理，它安装在分接开关头部的底板上，当齿轮转动时，带动三根并列弹簧拉伸储能，过死点后弹簧释放能量，拨槽件快速拨动槽轮前进一级，使开关完成一个分接变换。另外开关的机械位置指示器也安装在开关的头部。

3．选择开关

选择开关（见图6-17）的动触头系统固定在开关的转动主轴上，每相动触头系包括三个并排的弧动触头和一个主动触头，弧触头用铜钨合金制成，作为开断电流承受拉弧的触头，而主触头只通持续的工作电流，在切换过程中不承受拉弧。过渡电阻固定在动触头系统上，并和这些触头一起转动。开关的转动轴与开关头部的槽轮相连接，轴内有吸油管一直通到开关的底部，使开关底部的污油能排出。利用外面接线柱的屏蔽帽和选择开关上的屏蔽环可以使电场分布变均匀。

4．附件

附件的选择和配置，需根据具体的要求进行确认。一般来讲，用户可以参照《ELIN有载分接开关订购技术确认单》上所标出的内容选择确认。

ELIN有载分接开关的主要附件有：

（1）保护继电器URF（标准设置）。

图6-17　选择开关的结构

每个分接开关必须有此保护继电器，从切换开关油室流到储油柜的油量可起动它。保护继电器URF有两种型号，实际保护作用与功能是一样的。其中URF25/10—1型为配置一组常开（或常闭）辅助接点，URF25/10—2型为配置一组常开接点和一组常闭接点。

保护继电器URF必须装在切换开关油室与分接开关储油柜之间，安装时必须注意，保护继电器与储油柜之间连接管的斜度至少为2%，通向储油柜的管子不应太长，而且减少弯曲。如果油速超过允许值，起动保护继电器，装在继电器内的辅助开关（簧片接触器）接通变压器跳闸回路。

根据分接开关的型号所采用保护继电器的起动敏感特性有所不同，可分为：

1．5m/s用于型号Z、J、S、T的分接开关（切换开关型号为L）。

4m/s用于型号Q、S、T的分接开关（切换开关的型号为D）。

（2）防爆膜（标准设置）。

防爆膜的结构如图6-18（a）所示。当油室内压力超过一定值时防爆膜动作，保护油室的安全。

根据需要可在保护盖位置上装一个辅助开关（弹簧片）如图6-18（b）所示，当出现故障防爆膜保护盖被冲开时，辅助触头动作，使整个变压器的保护系统被起动。

图6-18　防爆膜的结构

（a）防爆膜；（b）防爆膜辅助触头