Conception et mise en œuvre d'un transformateur spécial avec régulation automatique de la capacité

1. Introduction

L'énergie est essentielle au fonctionnement et au développement de la société. Pour répondre aux politiques nationales d'économie d'énergie et de réduction des émissions, il est nécessaire d'améliorer l'utilisation des ressources, un point crucial pour les entreprises de production d'électricité. Les mises à niveau en plusieurs étapes des réseaux ruraux stimulent le développement des transformateurs de distribution. Malgré leur grande efficacité, les transformateurs largement répandus connaissent encore des pertes globales significatives en raison de problèmes de capacité et d'utilisation ; 70 % des pertes du réseau moyen et basse tension proviennent des transformateurs de distribution. Les réseaux ruraux ont des charges concentrées, affectées par les saisons, avec de grandes différences entre les pics et les creux, ce qui réduit les taux de charge moyens des transformateurs. L'utilisation de transformateurs à régulation de capacité dans ces zones aide à adapter la capacité à la charge, assurant une exploitation économique et sûre, réduisant les surcharges et le gaspillage d'énergie. La conception d'un transformateur spécial à régulation automatique de la capacité offre des percées techniques ainsi qu'une valeur pratique et théorique.

2. Mécanisme de génération des pertes des transformateurs

Les transformateurs, clés dans les réseaux de distribution pour la distribution d'énergie et l'ajustement de la tension et du courant, subissent de grandes pertes de puissance lors de leur fonctionnement normal, comprenant les pertes de court-circuit (pertes sous charge) et les pertes à vide.

La perte de court-circuit (perte sous charge) se produit lorsque le courant nominal circule dans les enroulements sous charge. Détectée via des essais de court-circuit (en appliquant une faible tension au primaire, en mesurant le courant nominal au secondaire, en ignorant la perte noyau), elle approxime la perte cuivre. Cette perte varie avec la charge, limitée par les coefficients de charge et la perte de court-circuit nominale.

3. Conception et mise en œuvre du transformateur spécial à régulation automatique de la capacité
3.1 Structure du transformateur à régulation de capacité

Le transformateur de distribution à changement de prise D - Y adopté utilise différents modes d'enroulement pour les opérations à grande et petite capacité : delta (D) pour la grande capacité, étoile (Y) pour la petite capacité (appelée conversion étoile-delta). Ses enroulements basse tension combinent des fils de 27 % de tours et de 73 % de tours, le diamètre de section du dernier étant d'environ 1/2 de celui du premier.

3.2 Réalisation de la régulation automatique de la capacité

Les transformateurs à régulation de capacité sous charge s'appuient sur des modules de contrôle automatique : acquisition de données, stockage, transformateurs, interaction homme-machine, alimentation électrique et boucles I/O. Les transformateurs de tension et de courant collectent les signaux ; les circuits analogiques avec microprocesseurs les traitent. Les données traitées sont stockées en mémoire pour des interfaces externes ou des échanges futurs. La figure 1 montre la composition du système de contrôle automatique.

3.3 Processus de contrôle du système de contrôle automatique

Le courant analogique du transformateur à régulation de capacité et la tension du côté secondaire sont collectés par le contrôleur de régulation de capacité sous charge. Combinés avec la quantité d'état du commutateur de régulation de capacité, un jugement numérique peut être effectué selon les caractéristiques de fonctionnement et les paramètres de fonctionnement de l'objet contrôlé. Ensuite, il est déterminé si les conditions d'exécution de la tâche sont remplies en fonction des conditions de contrôle réelles.

Si les conditions sont remplies et que la capacité du transformateur de distribution doit être ajustée, le programme passera au module de tâche pour l'ajustement de la capacité du transformateur. Après avoir terminé la tâche d'ajustement de la capacité, il entrera dans d'autres modules de fonctions auxiliaires. Si les conditions d'opération de la tâche ne sont pas remplies, ou s'il n'y a pas de besoin immédiat d'ajuster la capacité du transformateur, le programme passera directement à d'autres modules de fonctions auxiliaires. La figure 2 montre le diagramme de flux du système de contrôle automatique.

3.4 Structure matérielle du système de contrôle automatique de régulation de capacité sous charge

La structure matérielle du système de contrôle automatique de régulation de capacité sous charge est principalement composée d'une unité d'acquisition de signaux, d'une unité de communication de données, d'une unité d'entrée, d'une unité de sortie, d'un système de panneau de contrôle, d'un oscillateur de cristal d'alimentation et d'un circuit horloge.

Le système de régulation automatique de capacité sous charge présente une forte résistance aux interférences et une fiabilité matérielle élevée, principalement parce que tous ses composants sont sélectionnés parmi des puces de grade industriel. De plus, la compatibilité électromagnétique des composants et des circuits est prise en compte lors de la conception des circuits. Cela garantit que le système de régulation automatique de capacité sous charge dispose d'un niveau élevé de fiabilité opérationnelle et de sécurité électrique, et peut répondre aux exigences d'utilisation même dans des environnements électriques difficiles.

4. Conclusion

Dans les réseaux de distribution, l'utilisation généralisée d'un grand nombre de transformateurs de distribution signifie que les pertes actuelles dans ces transformateurs représentent une part relativement importante des pertes totales du réseau de distribution. Les charges électriques rurales sont limitées par des conditions défavorables telles que les variations saisonnières, des périodes d'utilisation annuelle courtes et des états fréquents de charge nulle ou légère. Par conséquent, la situation où le taux de charge des transformateurs reste dans une plage de fonctionnement raisonnable est relativement rare.

Les transformateurs à régulation de capacité peuvent s'ajuster en fonction des fluctuations de charge et de l'état du commutateur de régulation de capacité. En changeant le mode de connexion des enroulements du transformateur, ils confèrent au transformateur la caractéristique d'une capacité ajustable. Ainsi, l'installation raisonnable de transformateurs à régulation de capacité dans les zones de réseau rural avec de fortes charges et des fluctuations de tension fréquentes a un effet relativement évident sur l'économie d'énergie et la maîtrise des pertes du circuit.

Avec le développement continu et les progrès des technologies d'utilisation de l'électricité, les améliorations fonctionnelles des transformateurs à régulation automatique de capacité sous charge deviennent également de plus en plus parfaites. On croit que les transformateurs spéciaux à régulation automatique de capacité atteindront de nouvelles percées dans la direction de l'économie d'énergie et de la réduction des pertes dans les réseaux de distribution futurs.