用于电网的具有双重电压调节的电气设备的制作方法

本发明的应用领域为电气设施，例如配电网，并且涉及一种电气设备，例如变压器，其特点在于，电气设备包括多个分接开关，例如有载分接开关和无励磁分接开关。在同一电气设备中组合使用这两种分接开关，能够优化电压调节并提高运行效率，从而实时适应负载或发电（例如分布式发电）的变化，并且在维护期间执行周期性调节。该组合允许扩展电气设备的次级绕组中的输出电压范围，并且特别适用于在不同负载条件下需要精确电压调节的应用，以适应电网的发展变化可能带来的新的电压调节需求场景等。

背景技术：

1、根据负载或发电的情况，将高压电气设备（例如变压器）的输出电压维持在允许或期望的范围内，传统上是通过改变电气设备的变比，从而相应地改变电气设备的初级绕组与次级绕组之间的电压比来实现的。为此，高压电气设备配备有一种称为分接开关的装置，分接开关可以是无励磁分接开关或有载分接开关，这意味着可以在电气设备断电或带电的状态下执行分接切换。分接开关装置增加或减少初级绕组的匝数，由此改变变比，换言之，改变次级绕组中的电压。

2、无励磁分接开关（由英文术语“de-energized load tap changer”的缩写 detc表示）要求变压器断电以改变电气分接头。尽管 detc 不具有有载分接开关（由英文术语“on-load tap changer”的缩写 oltc 表示）相同的灵活性，但其对于不需要频繁执行的调节是有用的。因此，detc 用于在计划维护期间调节变比。在其应用中，detc 尤其适用于周期性且不频繁的调节，例如使变压器适应电网条件。

3、另一方面，有载分接开关（oltc）允许在变压器运行期间改变变压器的分接头，而不中断供电。这对于在负载或发电波动期间维持电网稳定性是至关重要的。oltc 主要有两种类型，一种使用电阻器在分接切换期间限制电流，另一种使用电抗器达到相同目的。

4、用于电网（例如低压配电网）的智能变压器（英文称为“smart transformers”或vrdt，即 voltage regulating distribution transformer，电压调节配电变压器）允许在其运行期间自动调节次级绕组中的输出电压，从而提高供电的稳定性和质量。

5、然而，目前这些智能变压器完全依赖有载分接开关（oltc），因此其配置一旦制造完成便无法修改，这限制了其对不同位置以及不断发展的配电网的灵活性和适应性，例如由于分布式发电的接入，或由于目前以及在短期或中期内存在的电动汽车充电用电需求的增加。这是一个问题，因为智能变压器通常是在未考虑低压电网特性或其随时间变化能力的情况下安装的。

6、如前所述，由于分布式发电、电动汽车、热泵等日益接入电网，这些电网变化如今更加频繁，这些因素会在低压电网中产生电压变化，从而限制这些新技术的接入。可再生能源，例如太阳能和风能的波动性，可能引起电网波动，影响供电稳定性。同样，分布式发电可能引入电能质量问题，例如电压变化和谐波；为接入分布式发电而对现有基础设施进行适配，也可能需要大量投资等。另一方面，用于电动汽车充电的额外用电需求可能使现有基础设施过载，特别是在难以管理的高峰时段，从而在低压配电网中形成电压拥塞。

7、上述问题，例如由于高峰时段高用电需求而导致低压配电网拥塞，是因为仅配备oltc 的智能变压器达到某一限度后无法进一步扩展电压范围以满足所述用电需求。oltc能够在负载波动期间自动维持电网稳定性，但是在用电需求高峰的情况下，这些波动可能大到使 oltc 不具备执行更多分接切换的能力，也就是说，其不具备进一步提高电气设备或变压器变比的能力，因而无法在电气设备的次级绕组中提供满足所述用电需求所需的输出电压。

8、因此，显然需要在不改变变压器构造布局的情况下，获得尽可能多的变比。

技术实现思路

1、本发明的应用领域为电气设施，例如配电网，并且涉及一种电气设备，例如变压器，旨在解决上述每一个问题。

2、本发明的电气设备涉及一种具有双重电压调节的设备，也就是说，所述电气设备允许进行第一调节，在所述第一调节中建立一个电压范围，然后允许在所述第一调节所建立的所述电压范围内进行第二电压调节。为此，所述电气设备包括一个或多个分接开关，例如第一分接开关和第二分接开关，其中第一分接开关通过建立电压范围执行第一电压调节，而第二分接开关在所执行的第一调节所建立的电压范围内执行第二电压调节。

3、该用于电网的电气设备被容纳在箱体中，并通过绝缘介质进行绝缘，所述绝缘介质例如为介电液体，所述绝缘介质至少部分填充所述箱体。

4、所述电气设备还包括所述箱体中的至少一个入口，所述至少一个入口对应于高压电网的至少一相。该电气设备可以是变压器，并且包括至少一个初级绕组和至少一个次级绕组，所述至少一个初级绕组连接到所述高压电网的至少一相，所述至少一个次级绕组例如连接到低压电网的至少一相和中性相，或者例如连接到另一高压电网的至少一相。

5、所述电气设备的所述至少一个分接开关每相设置有至少一个电气分接头，并且所述电气分接头与所述初级绕组的至少一个连接点相关联，所述初级绕组中的匝数是可变的，从而允许调节所述电气设备的次级绕组中的电压。

6、本发明的电气设备可以包括两个分接开关，即第一分接开关和第二分接开关，其中每个分接开关均连接到其相应的电气分接头。

7、在此意义上，已经考虑到，第一分接开关可以是无励磁分接开关（detc），并且第二分接开关可以是有载分接开关（oltc）。将无励磁分接开关（detc）与有载分接开关（oltc）组合使用，使配电系统运营商（dso）能够在必要时修改有载分接开关（oltc）的运行范围，从而最大化电气设备的效率，以减少电压拥塞并提高接纳能力，而无需改变所述电气设备或变压器的构造布局。也就是说，第一分接开关（detc）通过建立电压范围执行第一电压调节，而第二分接开关（oltc）在所述第一电压调节所建立的电压范围内执行第二电压调节。这样，根据第一分接开关（detc）所处的位置或电气分接头，所述电压范围可以被扩展或拓宽至更高或更低的电压值。

8、在同一电气设备中组合使用无励磁分接开关（detc）和有载分接开关（oltc），使得智能变压器更加灵活，能够管理电网中的电压拥塞，例如低压电网中的电压拥塞，因为该组合拓宽了所述电气设备的次级绕组中的电压范围。

9、第一无励磁分接开关（detc）和第二有载分接开关（oltc）被安装在所述电气设备的盖下方，并且至少部分地被浸没在所述电气设备所包括的绝缘介质中。

10、第一分接开关可以包括位于所述电气设备的盖上的操纵部，在所述第一分接开关为无励磁类型（detc）的情况下，所述操纵部允许在所述电气设备断电时，从所述电气设备的箱体外部手动操作所述第一分接开关。然而，也已经考虑到，所述第一分接开关还可以被自动操作。

11、第二有载分接开关（oltc）则包括由任何低压电源供电的电动机，所述电动机允许自动操作所述第二有载分接开关（oltc），使得所述第二有载分接开关能够以电动方式连接到其相应的电气分接头。

12、每个分接开关，即第一分接开关和第二分接开关，均可以连接到其相应电气分接头中的一者，所述电气设备的初级绕组中的匝数基于第一分接开关的电气分接头与第二分接开关的电气分接头的组合连接而变化。

13、因此，在必要时可以操作第一分接开关，以建立新的电压范围或调整第二分接开关的自动操作，例如，所述第一分接开关可以是无励磁类型（detc），所述第二分接开关可以是有载类型（oltc）。

14、无励磁分接开关（detc）与有载分接开关（oltc）的组合，允许通过操作无励磁分接开关（detc）使智能变压器适应每个安装场景当前和未来的具体需求，在初始条件发生演变、使得无励磁分接开关（detc）的初始布置不再是最优的情况下亦是如此。简言之，借助该组合，采用单一电气设备设计即可覆盖广泛的应用范围，因为安装该电气设备的每个配电变压器站可能具有不同的电压调节需求。