Проектиране и изпълнение на специален трансформатор с автоматично регулиране на капацитета

1. Въведение

Енергията е съществена за функционирането и развитието на обществото. За да се отговори на националните политики за спестяване на енергия и намаляване на емисиите, е необходимо да се подобри използването на ресурсите – ключов аспект за електроенергийните предприятия. Многоетапните модернизации на селската мрежа подтикват развитието на разпределителните трансформатори. Въпреки високата ефективност, широко разпространените трансформатори все още срещат значителни общи загуби поради проблеми с капацитета и използването; 70% от загубите в средно- и нисковолтовата мрежа идват от разпределителните трансформатори. Селските мрежи имат концентрирани, сезонни натоварвания, с големи разлики между пиковите и долинните стойности, които намаляват средната натовареност на трансформаторите. Използването на трансформатори с регулируем капацитет в такива райони помага за съответствието на капацитета с натоварването, осигурява икономически и безопасен режим на работа, намалява прекомерните натоварвания и енергийните загуби. Проектирането на специален автоматично регулиращ се по капацитет трансформатор предлага технически прориви и практическа/теоретична стойност.

2. Механизъм на генериране на загуби в трансформаторите

Трансформаторите, ключови в разпределителните мрежи за разпределение на енергия и корекция на напрежението и тока, изпитват големи енергийни загуби при нормална работа – включително загуби при кратко замыкание (натоварване) и без натоварване.

Загубите при кратко замыкание (натоварване) се появяват, когато номиналният ток протича през витките при натоварване. Те се определят чрез тестове при кратко замыкание (прилагане на ниско напрежение към первичната обмотка, измерване на номиналния ток на вторичната, игнорирайки загубите в ядрото), които приближават медните загуби. Тези загуби се увеличават с натоварването, ограничени от коефициентите на натоварване и номиналните загуби при кратко замыкание.

3. Проектиране и реализация на автоматично регулиращ се по капацитет специален трансформатор
3.1 Структура на трансформатора с регулируем капацитет

Приетият D - Y трансформатор с променяеми витки използва различни режими на виткане за работа с голям и малък капацитет: делта (D) за голям капацитет, звезда (Y) за малък капацитет (наречен преобразуване звезда-делта). Нисковолтовите обмотки комбинират жици с 27%-на и 73%-на обиколка, като последната има сечение ~1/2 от първата.

3.2 Реализация на автоматично регулиране на капацитета

Трансформаторите с автоматично регулиране на капацитета при натоварване се основават на автоматични контролни модули: събиране на данни, памет, трансформатори, човек-машина взаимодействие, захранване и I/O цикли. Напряжение/токовите трансформатори събират сигнали; аналогови вериги с микропроцесори ги обработват. Обработените данни се съхраняват в паметта за външни интерфейси или бъдещи размени. Фигура 1 показва състава на автоматичната система за управление.

3.3 Процес на управление на автоматичната система за управление

Аналоговият ток на трансформатора с регулируем капацитет и напрежението на вторичната страна се събират от контролера за регулиране на капацитета при натоварване. В комбинация със състоянието на ключа за регулиране на капацитета, числовата оценка може да се извърши в съответствие с характеристиките на режима на работа и оперативните параметри на контролирания обект. След това се определя дали са изпълнени условията за изпълнение на задачата в зависимост от реалните условия на управление.

Ако условията са изпълнени и капацитетът на разпределителния трансформатор трябва да бъде регулиран, програмата ще премине към модул за задачи за регулиране на капацитета на трансформатора. След завършване на задачата за регулиране на капацитета, тя ще влезе в други вспомогателни функционални модули. Ако условията за изпълнение на задачата не са изпълнени, или няма незабавна нужда от регулиране на капацитета на трансформатора, програмата ще влезе директно в други вспомогателни функционални модули. Фигура 2 показва диаграмата на потока на автоматичната система за управление.

3.4 Хардуерна структура на автоматичната система за управление при натоварване с регулиране на капацитета

Хардуерната структура на автоматичната система за управление при натоварване с регулиране на капацитета се състои главно от единица за събиране на сигнали, единица за комуникация на данни, входна единица, изходна единица, система за контролна панел, хармоничен кварц и часовици.

Автоматичната система за управление при натоварване с регулиране на капацитета има висока устойчивост към външни влияния и надеждност на хардуера, главно поради избора на индустриални чипове за всички компоненти. Освен това при проектирането на веригите е учтена електромагнитната съвместимост на компонентите и веригите. Това гарантира, че автоматичната система за управление при натоварване с регулиране на капацитета има високо ниво на надеждност и електрическа безопасност при работа, и може да удовлетвори изискванията за използване дори в сурови електрически условия.

4. Заключение

В разпределителните мрежи, широкото използване на много разпределителни трансформатори означава, че настоящите загуби в тези трансформатори представляват относително висок процент от общите загуби в разпределителната мрежа. Селските електрически натоварвания са ограничени от неблагоприятни условия, като сезонни промени, кратки годишни периоди на използване и често срещани състояния на безнатоварен или леко натоварен режим. В резултат, ситуацията, в която натовареността на трансформаторите остава в разумен диапазон на работа, е относително рядка.

Трансформаторите с регулируем капацитет могат да се регулират в зависимост от колебанията на натоварването и състоянието на ключа за регулиране на капацитета. Чрез промяна на режима на свързване на обмотките на трансформаторите, те дават на трансформаторите свойството на регулируем капацитет. Ето защо, разумната инсталация на трансформатори с регулируем капацитет в селските електрически мрежи с големи натоварвания и чести колебания на напрежението има относително явен ефект върху спестяването на енергия и контрола на загубите в мрежата.

С постоянното развитие и напредък на технологиите за използване на електроенергия, функционалните подобрения на автоматичните трансформатори с регулиране на капацитета при натоварване също стават все по-съвършени. Вярваме, че автоматичните специални трансформатори с регулиране на капацитета ще постигнат нови прориви в насока на спестяване на енергия и намаляване на загубите в бъдещите разпределителни мрежи.