【關鍵詞】有載調壓，電力變壓器，分接開關
【論文摘要】介紹了變壓器有載調壓系統的現狀與存在的問題，以及變壓器有載調壓技術的新進展，同時對三種典型的調壓技術的動作原理和發展過程進行了分析和比較，並得出了一些有價值的結論。
在我國，變壓器有載調壓技術廣泛用於配電系統，在發電廠的升壓變壓器中也有應用。其基本原理是從變壓器某一側的線圈中引出若干分接頭，通過有載分接開關，在不切斷負荷電流的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以變換有效匝數，達到調節電壓的目的。傳統的有載調壓變壓器，採用機械式調壓分接開關，存在許多問題，如產生電弧，動作速度慢，維護不便，故障率高等。我國目前普遍採用的機械式調壓分接開關，對改善調壓開關的特性，提高變壓器有載調壓的可靠性具有重要意義。
1傳統有載調壓變壓器
傳統變壓器有載調壓裝置採用機械式有載分接開關，其動作原理如圖1所示（以雙過渡電阻為例）。
圖1中，在選擇好分接頭後，轉換開關從左至右（或從右至左）切換。機械式開關的動作（包括其驅動齒輪）容易導致操作性事故，降低了變壓器的可靠性。機械開關在動作時，會產生一定的電弧，使開關的觸點逐漸燒蝕，在操作一定次數後，必須更換觸頭，而且電弧的產生會導致變壓器油質下降，造成變壓器繞組的絕緣水平下降，導致匝間短路或相間短路。據統計，1990年全國110～500kV變壓器事故中，有載調壓分接開關的事故和故障分別佔變壓器各種總故障的18%和12.5%，500kV變壓器的57次故障中有載分接開關故障約佔25%，事故和故障率高，而且有上升的趨勢。由於機械式開關的動作時間長，一般為5s，因此，傳統有載調壓變壓器只用於穩態的電壓調節。
2新型有載調壓變壓器
針對傳統有載調壓變壓器機械式開關存在的問題，各國研製出多種新型有載調壓裝置。按照其調壓分接頭的組成，新型有載調壓變壓器分為機械式改進型，輔助線圈型和電力電子開關型三類。
2.1機械式改進型
機械式改進型有載調壓變壓器是在傳統型的基礎上加一電子開關電路變換而成。其分接開關只需1個過渡電阻和少量的晶閘管，通過電子開關電路和機械開關的配合，限制其操作過程中產生電弧。
對反接的晶閘管接在機械開關的兩端，1和4、2和3分別是2對機械開關的觸頭。以A—B電流從2—3支路流過，需要斷開該開關支路為例：當斷開2—3支路時，觸頭上的電壓觸發了晶閘管5或6，二極管D2提供門極電流，二級管D1用於防止反向門極電壓，電流立即從1—4支路流過。由於電流過零時，晶閘管關斷，持續的電流不超過05個週期，同時，不會產生電弧。合上開關支路時，由於1—4支路是先合上的，晶閘管支路分得了一部分電流，2—3支路上的電弧被限制。這種調壓裝置的優點是不需要時間控制迴路；晶閘管觸發靠機械開關的操作完成；晶閘管的額定容量要求不高；晶閘管的失控不會損壞分接頭和變壓器。缺點是速度慢。
2.2輔助線
通過控制晶閘管S1的導通角，可疊加一可調電壓到T1上。三相變壓器T1和另一升壓變壓器T2相連，T2的一側與T1的第三繞組通過1對反接的晶閘管開關S1相連。若晶閘管S1的觸發無延時，即在過零時觸發，電壓則同相位地加到負荷上；若晶閘管S1的觸發有延時，短路開關S2用來防止升壓變壓器T2開路。
之後，加拿大的Krishnamurthy在此基礎上進行了改進，增加了輔助電壓，以保證疊加的電壓和原電壓同相位。
與此同時，Siemens—Allis公司的Harlow等提出了另一種基於輔助線圈的有載調壓變壓器，以實現無弧操作。它主要包括1個可調0.625%額定電壓的輔助線圈。將該耦合線圈接入，可調壓0.625%，如圖5示。圖6是其具體的實現電路。
正常工作時（如圖6所示），負荷電流通過S開關和B開關流過。以升高電壓為例，它的動作過程是：(1)A接下觸點，SCR1未導通，因而無電弧；(2)導通SCR1，此時有環流；(3)開斷S，此時SCR2仍保持導通狀態；(4)開斷SCR2，電流被迫從A、SCR1支路流過；(5)B接下觸點，SCR2未導通，因而無電弧；(6)導通SCR2；(7)合開關S，無電弧，因SCR2處於導通狀態。降壓過程與此類似。整個過程均不產生電弧。
Arrillage及其改進方法的優點是操作簡單，全由晶閘管實現；缺點是產生諧波，諧波的含量與晶閘管的觸發角有關，以副方三次諧波為例，電流可達2.5%，電壓可達4%。
Siemens—Allis公司的方法可以實現無弧操作，但過程複雜，可靠性差。由於各開關按無弧標準設計，當SCR的觸發脈衝發生故障時，開關將被燒燬。
2.3電力電子開關型
隨着電力電子技術的發展，晶閘管的容量及性能有了提高，使採用微處理器直接控制晶閘管電力電子開關的切換成為可能，無需利用機械開關輔助。通過選擇適當觸發時間，儘量減少晶閘管消耗的功率。目前，此技術還處於試驗階段。圖7為其原理框圖。
通過測量模塊得到副方的電壓和電流，計算出功角：選擇在電壓電流瞬時值同號時，切換晶閘管，升高電壓；或在電壓電流瞬時值異號時，降低電壓，以減少晶閘管環流。微處理器的引入，使調壓變壓器可根據系統電壓的實際情況作故障處理，如微處理器檢測到負荷電流突變，或者其他系統故障，選擇限制晶閘管動作或將其閉鎖。缺點是：雷電衝擊對晶閘管的影響很大，極有可能損壞晶閘管；晶閘管本身的故障可能導致短路，以至更多的晶閘管故障。
2.4三類新型有載調壓變壓器的比較
我國目前有關新型變壓器有載調壓技術的研究不多，如能借鑑國外的研究成果，根據各地的實際情況將現有的有載調壓變壓器進行改造，有載調壓變壓器的性能將得到提高。
3結論
綜上分析和比較，得出如下結論：
（1）電力電子開關主迴路結構的設計，應充分考慮晶閘管的耐壓、可靠觸發、散熱、保護以及成本等問題，確保有載調壓裝置可靠，成本可接受，以便新型變壓器有載調壓技術的工業化生產和推廣應用。
（2）有載調壓應該根據電力系統的實際運行狀態進行動態調節分接頭，避免故障下調壓。研究表明，有載調壓變壓器在系統出現大擾動時動作，會導致系統的負荷過重，從而產生負調壓效應，降低系統的穩定性。因此，如何及時地診斷系統的故障，保證有載調壓分接頭能正確動作和閉鎖，也是當前新型有載調壓變壓器亟待解決的問題。
（3）隨着電力電子技術特別是晶閘管技術的發展，我國廣泛採用的傳統機械式有載調壓技術必將被新型的快速響應的無弧無衝擊的電力電子調壓技術所取代。
（1）全控化：電子電工技術中，半控型普通晶閘管已經不再使用，由自斷功能的電氣元件，使得電子器件的功能作用得到提升，系統的運行效率的獲得一定的提升[1]。
（2）高頻化：電子電工技術的出現和應用，使得器件踏入了一個新的發展階段，運行速度更快，從原先的十千赫茲導致數十千赫茲，再到幾百千赫茲。
（3）集成化：集成化指的是將多種元器件技術有機地結合在一起，將全部的全控型器件通過許多的器件集成到一個基片上。
摘要：
以培養應用型人才為目的，探索電工技術新型教學模式。分析教材並將內容模塊化，針對模塊化的專題提取多個項目。以項目進行理論、實驗、實踐的三位一體教學。同時將多種思維貫穿於項目實踐中，起到了良好的效果。
關鍵詞：
模塊化；項目化；綜合化
一、引言
創新精神與實踐能力是應用型人才培養的重要內容。作為應用技術型大學的試點院校，我校一直在研究理論、實驗、實踐相互融合的培養模式。本文以《電工技術》課程為例進行新型教學模式探索，以期對應用型人才培養提供幫助。《電工技術》是諸多工科專業的基礎課程，伴隨着“智能製造”產業的大力發展，電工技術相關知識變得愈發重要。目前，我校《電工技術》的授課以課堂教學為主。實驗和實踐的學時數相對較少，直接導致當課程學完後，大部分學生只能做電工技術相關知識點理論推導，卻不能知其本質原理。究其原因，我們的理論、實驗、實踐教學脱鈎了，且實踐環節進行的太少。但是如果過多地進行實驗和實踐教學，我們的課程學時數又不夠。因此，對電工技術等應用為主的重要課程，理論、實驗和實踐教學應當綜合考慮，同步進行。理論學習和實驗及實踐的開展應當在同一次課中完成。部分難以與理論和實驗綜合進行的實踐環節在課程教學期間可單獨安排，穿插進行。這樣的教學模式，更能做出地方本科院校的特點。本文能夠為《電工技術》課程提供全新的教學模式，培養學生的實際應用能力，使學生全面掌握《電工技術》的相關知識。此外，本文提及的教學模式可作為工科課程全新教學方法的探索。
二、《電工技術》教材分析
現有的本科《電工技術》教學主要以秦曾煌主編的高教版教材為主，總共包含１３個章節，分別為：電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、電路的暫態分析、正弦交流電路、三相電路、磁路與鐵心線圈電路、交流電動機、直流電動機、控制電機、繼電接觸器控制系統、可編程控制器及其應用、工業企業供電與安全用電、電工測量。其他教材基本內容與上述教材一致，如方厚輝主編的《電工技術》主要內容分為三個部分：電路、傳動與控制、電工測量與安全用電。由上可知，高等學校的《電工技術》教材內容沒有太多變化。我校採用的是秦曾煌老師主編的教材，以此教材為基礎，對教學內容進行研究。
三、課程內容模塊化
依據我校定位及專業要求，將現有教材內容重新編排，劃分為４大模塊９項專題。主要根據直流電和交流電兩大分類，將原有課程內容分為電學綜述、直流模塊、交流模塊和電機的控制。電學綜述為引導型內容，培養學生興趣，建立模塊化內容之間的關係，宏觀闡述電學學科的重要性及其與他學科的關係；直流模塊包括耗能元件直流電路、儲能元件直流電路、直流電機；交流模塊包括儲能元件交流電路、三相交流電路、交流電機；電機的控制包括低壓電器控制電機、ＰＬＣ控制電機。
四、教授內容項目化
依據模塊化後的專題，構建若干小項目，項目內容儘量與實踐建立關係，以實物研究為主導。必要時可在企業完成項目。學生組成團隊選擇、設計、實施項目的同時，除了能深刻理解課程內容外，更能加強其認知能力、決策能力、應用能力和合作能力。依據模塊化的專題及項目，重新編排綜合化的教材輔助教學。同時可以在各個項目之間穿插參觀實習和比賽等實踐性內容。
五、教學形式綜合化
作為工科應用型為主的重要課程，理論學習、實驗和實踐應當綜合進行。理論上的學習和實驗的開展及實踐的進行應當在同一個項目中完成。通過導課，闡述課程和生活的關係，提升學生學習興趣，融入創新理念，融入學生討論為主導的教學方法，融入項目研究，其中：知識背景與基本知識點講授佔到課時的３５％，以學生為主導的專題討論佔到課時的３０％，圍繞項目的綜合應用佔到課時的３５％。上課地點要依據項目靈活選擇，主要在配備各種實驗器材的實驗室完成教學。
六、教學思維一體化
教學過程中充分融入理論、實驗、實踐三位一體的綜合性教學思維。同時要貫穿以下思維進行教學指導。舉例如下：立體思維，學生在進行電路分析時，看到的電路圖是平面的，因此常常將電路慣性理解為“平面電路”。而電路圖是由實際電路模型化得到的，其代表的電路是立體的。虛接思維，可以隨意構成虛擬迴路，儘管這樣的電路未必有電流，但是對於問題的解決卻起到了至關重要的作用。串並聯思維，在電路分析和設計中，充分應用串聯思維和並聯思維，串聯思維是控制，並聯思維是拓展。
七、應用舉例
正反轉控制三相電機屬於低壓電氣控制電機模塊中的一個項目。教學以項目的形式開展，配套獨立教材，在低壓電器實驗室完成。導課和理論內容講解時間佔到本次項目的３５％，在理論講解時充分應用串並聯思維。在單電機直接啟動控制線路的基礎上，並聯相同的直接起動控制線路，而後以此基礎上進行正反轉設計，學生理解起來較快。然後花費３０％的時間進行分組討論，並自行設計正反轉連線，同時將器件與原理圖一一匹配。最後應用３５％的時間進行線路連接和實驗驗證。期間老師也可參與討論，但是主要起到指導的作用。
八、總結
對《電工技術》教學內容進行模塊化，模塊化後的專題又進行了項目劃分，依據項目，開展理論、實驗、實踐三位一體的教學探索，從而在實踐方面對學生進行有目的的培養。本課程的最終應用效果為，《電工技術》課程主要在配備大量實驗器材的實驗室授課，理論講解時間佔比較低，剩下時間均進行討論、實驗和實踐。榆林學院已應用本教學模式對電工技術教學進行了初步的試驗，效果顯著，學生反映較好。本教學模式的探索還在路上，需要進一步的完善和總結。希望能對其他課程的教學起到參考作用。
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