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1、(10)申请公布号 CN 104272405 A (43)申请公布日 2015.01.07 CN 104272405 A (21)申请号 201380023511.9 (22)申请日 2013.04.23 102012207800.2 2012.05.10 DE H01F 27/12(2006.01) H01F 29/02(2006.01) (71)申请人 西门子公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 G. 格里彭特罗格 K. 汉德特 G. 希普兹基 R. 施密德 Z. 苏科斯德 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 任宇 (54) 发明名称 地区电网变压器 (57)。
2、 摘要 本发明涉及一种用于地区电网供电的地区电 网变压器， 该地区电网变压器包括 ： - 具有用于将 初级的中压转换为次级的地区电网电压的初级和 次级绕组的有源部件， 其中， 有源部件布置在具有 冷却和绝缘液体的变压器容器中， - 多个用于适 配初级电压与次级电压之间的变压比的开关装 置， 其中， 开关装置在次级侧连接在次级侧绕组的 抽头与次级侧绕组的星形接点之间并且， 开关装 置在变压器容器中布置在冷却和绝缘液体的区域 内且在绕组下方的有源部件内。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.11.04 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2013/0583。
3、72 2013.04.23 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/167372 DE 2013.11.14 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104272405 A CN 104272405 A 1/1 页 2 1. 一种用于地区电网电压供电的地区电网变压器 (10)， 该地区电网变压器包括 ： 具有用于将初级的中压转换为次级的地区电网电压的初级和次级绕组 (311， 312， 313) 的有源部件(12)， 其中， 所述。
4、有源部件(12)布置在具有冷却和绝缘液体的变压器容器(11) 中， 多个用于适配初级电压与次级电压之间的变压比的开关装置 (13)， 其中， 所述开关装 置 (13) 在次级侧连接在所述次级绕组 (311， 312， 313) 的抽头 (32) 与所述次级绕组 (311， 312， 313)的星形接点之间， 并且， 所述开关装置(13)在所述变压器容器(11)中布置在冷却 和绝缘液体的区域内。 2. 按权利要求 1 所述的地区电网变压器 (10)， 其中， 所述开关装置 (13) 分别具有由机 械可控的开关 (131) 和至少一个可控的半导体开关 (132) 组成的并联电路。 3. 按权利要求。
5、 1 或 2 所述的地区电网变压器 (10)， 其中， 所述开关装置 (13) 分别包括 双稳态机械开关 (131)。 4.按前述权利要求之一所述的地区电网变压器(10)， 其中， 所述开关装置(13)在所述 变压器容器 (11) 中布置在所述有源部件 (12) 的绕组的下方。 5. 按前述权利要求之一所述的地区电网变压器 (10)， 其中， 该地区电网变压器包括控 制装置 (33)， 用于检测至少一个相的电压并且根据检测到的电压控制所述开关装置 (13)， 其中， 所述控制这样进行， 使得地区电网中出现的电压值与至少一个可预设的地区电网额 定电压值的偏差被减小。 6. 按权利要求 5 所述的。
6、地区电网变压器 (10)， 其中， 所述控制装置 (33) 为检测至少一 个相， 尤其是所有相中的电流而被断开。 权 利 要 求 书 CN 104272405 A 2 1/3 页 3 地区电网变压器 技术领域 0001 本发明涉及一种用于将千伏范围内的中压转换为用于地区电网供电的电压的地 区电网变压器。 背景技术 0002 传统的发电由例如化石能源载体实践中达到 100中央集中地进行并且目前的电 流网针对这种情况设计。在此总是要考虑从地区电网变压器到接头如私人家庭的电压降。 但现在由可再生能源的发电存在很大的增长。与传统发电比较， 不可忽略的部分的由可再 生能源的发电分散地， 例如在私人家庭中。
7、或小型设备中进行。 0003 由此， 逐渐增多地发生以前不可能的情况， 能量流沿地区电网中的短线反转， 但为 此未设计地区电网。结果是在地区电网中的电压变化， 该电压变化可以超过额定电压的 +/-10的极限。在中压网中还可以提高电压， 例如通过与之连接的风能发电设备提高电 压。这同样带来的后果是低压网 ( 地区电网 ) 中的电压提高。 0004 已知的解决此问题的可能在于明显地扩建地区电网， 亦即， 增大铺设在地区电网 中的电缆横截面。这导致通过电缆的电压降的减小并因此还导致地区电网中的过压的减 小。但这会造成很大的费用。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是， 提供一种改进的地区电。
8、网变压器， 通过该地区电 网变压器减少开头所述的问题。 0006 该技术问题通过一种具有权利要求 1 所述的特征的地区电网变压器解决。 0007 按本发明的用于地区电网电压供电的地区电网变压器具有有源部件， 该有源部件 具有用于将初级的中压转换为次级的地区电网电压的初级和次级绕组， 其中， 有源部件布 置在具有冷却和绝缘液体的变压器容器中。此外， 地区电网变压器包括多个用于适配初级 电压与次级电压之间的变压比的开关装置， 其中， 开关装置在次级侧连接在次级侧绕组的 抽头与次级侧绕组的星形接点之间。最后， 开关装置在变压器容器中布置在冷却和绝缘液 体的区域内。 0008 初级电压在此是若干千伏范。
9、围内例如10kV， 20kV或30kV的中压。 次级电压是用于 地区电网或城市电网的局部供电的电压， 在线电压为 400V 的情况下， 单相电压例如 230V。 0009 开关装置例如设计成， 使得借助适合的控制可以步进地改变次级电压。 0010 通过开关装置在变压器容器中的有利布置实现， 不需要次级绕组的分接装置从变 压器容器中穿出。此外实现， 从分接装置到开关装置的铜导线较短。最后， 还附加地实现， 开关装置的冷却自动地一起发生， 因为开关装置一起布置在冷却和绝缘液体中。 0011 此外有利的是， 所述结构是模块化的， 亦即， 除了具有3或5分接装置的结构外， 无 需较大的附加费用还可以实。
10、现具有更多分接装置的结构。 在此， 不需要实质性的变化， 而只 需适配开关装置的数量并且提供相应的分接装置。 说 明 书 CN 104272405 A 3 2/3 页 4 0012 此外特别有利的是， 能够实现对三个相的单独电压控制。 换言之， 可以单独地控制 地区电网变压器的用于这些相的变压比。然后， 由此即便在地区电网中出现非常不均匀的 相负载时也可以实现电压值的改善。 0013 优选， 开关装置分别包括由机械可控的开关和至少一个可控的半导体开关组成的 并联电路。因此， 同时在正常状态下亦即， 在刚好未接通时获得无损失的电流传导， 而同时 在切换电压水平时能够实现快速开关的桥接。因此， 能。
11、够有利地实现不间断的切换。 0014 特别有利的是， 开关装置分别包括双稳态机械开关。 在此， 机械可控的开关适宜地 是双稳态开关。由此实现， 只要不发生切换， 在开关装置中就不需要功率， 因为一方面不需 要用于机械开关的保持功率， 电流经过机械开关并且不经过例如半导体， 另一方面， 变压器 在无电压状态下也具有一定的开关组。 0015 特别有利的是， 开关装置在变压器容器中布置在绕组的下方。 “下方” 在此是指绕 组下边棱与容器底部之间的区域。 在该布置中， 开关装置处于冷却和绝缘液体的区域内， 该 区域通过由热量导致的对流而相对较冷。由此， 确保了开关装置良好的冷却。 0016 地区电网变。
12、压器适宜地包括控制装置， 用于检测至少一个相的电压和 / 或电流并 且用于根据检测到的值控制开关装置。此控制适宜地这样进行， 使得地区电网中出现的电 压值与至少一个可预设的地区电网额定电压值的偏差被减小。 0017 在此有利的是， 所有相中的电压和 / 或电流单独地确定。因此然后可以比较地区 电网中的相之间的电压差。 0018 在本发明特别有利的结构方案中， 控制装置和变压器相互位置相邻地构造。它们 在此可以形成例如一个结构单元， 也就是说形成为整体装置。 备选地， 例如控制装置可以是 外部的且与变压器分开的装置， 但此装置布置在变压器紧邻的周围环境中。 0019 由此， 有利地仅仅根据变压器。
13、中局部存在的信息对变压器的工作进行控制， 方式 是检测并且处理变压器区域内的电压。也就是说有利地不需要远程控制。同样不需要远程 测量例如电压数据。 附图说明 0020 本发明其他适宜的结构方案和优点是本发明实施例参照附图下列说明的主题， 其 中， 相同的附图标记标示相同作用的部件。在此示出 ： 0021 图 1 和图 2 是地区电网变压器的剖视图， 0022 图 3 是用于具有开关装置的地区电网变压器的次级侧的电路图， 以及 0023 图 4 是开关装置的电路图。 具体实施方式 0024 图 1 和图 2 是地区电网变压器 10 的剖视图。图 1 是侧视图， 图 2 是正视图。在此， 变压器容。
14、器 11 形成地区电网变压器 10 的主要部分。在变压器容器 11 中， 例如大致一半的 高度上安装带有绕组311， 312， 313的、 地区电网变压器10的有源部件12。 铜导线朝变压器 容器 11 的上部终端导引至穿过变压器容器 11 的壁的绝缘套管。该绝缘套管通入用于地区 电网和中压的相的接头元件。 0025 绕组 311， 312， 313 的分接装置的接头 14 朝变压器容器 11 的下部从有源部件 12 说 明 书 CN 104272405 A 4 3/3 页 5 导引出。接头分别导引至布置在变压器容器 11 的下部中的开关装置 13 的输入接头。开关 装置 13 的输出接头又通。
15、过水平地布置在变压器容器 11 的最下方的总线 21 相互连接并且 与中性线接头 16 连接。 0026 通过所示的布置， 开关装置13位于变压器容器11在正常条件下最冷的部分内， 因 为在有源部件 12 的区域内加热的冷却和绝缘液体向上运动。同样有利的是， 由于开关装置 13 在变压器容器 11 中的布置， 因而不再需要附加的耗费大且昂贵的来自变压器容器 11 的 绝缘套管。 0027 在图 3 和图 4 中示出电路。图 3 示意性示出次级线圈 311， 312， 313。在这些次级 线圈上， 朝线圈的一端设有分接装置 32， 在本实施例中， 每个次级线圈 311， 312， 313 具有正。
16、 好五个分接装置 32。分接装置 32 的最后一个在此是各线圈端部本身。每个分接装置 32 与 每个开关装置 13 的输入触点 135 连接。整个开关装置 13 的输出触点 13 又汇合在一起并 且与中性线接头 16 连接。 0028 本实施例中的开关装置 13 的结构在图 4 中示出。每个开关装置 13 包括一个双稳 态机械开关 131 的并联电路， 其具有一个由电阻 133 和反向并联连接的晶闸管对 132 组成 的串联。 并联电路在此在其两侧上与输入触点135和输出触点134连接。 也从图4中可见， 开关装置13不具有优选的工作方向并因此也可以与输入和输出触点134， 135一起使用。 。
17、单 独的元件的各控制触点共同地或相互分离地导引至控制装置 33。 0029 图4示出具有闭合的双稳态开关131的开关装置13。 在正常工作情况下仅对于三 个开关装置 13( 每相一个开关装置 ) 才是这样。对于另外的开关装置 13， 双稳态开关断开 并且晶闸管对 132 去激活并因此无电流。对于当前的开关装置 13 特别有利的是， 双稳态开 关 131 在正常工作中同样需要与另外元件一样少的功率。同样， 获得非常小的体积电阻， 因 为电流不传导通过半导体。总的， 由此消耗了 ( 除了电压的变化外 ) 与在根据现有技术的 不带电压调节的变压器中的情况一样小的功率。 0030 控制装置 33 在此。
18、实施例中设计成接收和分析用于电压的测量值。为此， 将例如测 得的电压与额定电压值 230V 或 400V 比较。若确定明确的偏差， 则需要将电压水平改变为 在地区电网中的相之一。然后， 切换变压比。有利的是， 这可以专门独立于其它相地为需要 此改变的一个相或多个相发生。切换不间断地发生， 方式是首先通过晶闸管对 132 形成电 流传导。切换的方案记载在 DE102008064487A1 中。 说 明 书 CN 104272405 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104272405 A 6 2/3 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 104272405 A 7 3/3 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104272405 A 8 。