Design og implementasjon av spesialtransformator med automatisk kapasitetsregulering

1. Innføring

Energi er essensiell for samfunnets drift og utvikling. For å møte nasjonale energibesparelses- og utslippsreduksjonspolitikker, er det nødvendig å forbedre ressursutnyttelsen – noe som er kritisk for energiselskaper. Flere trinn av oppgraderinger av landsbygdsnett drive utviklingen av distribusjonstransformatorer. Selv om de har høy effektivitet, står transformatorer som er bredt utbredte, fremdeles overfor betydelige totale tap på grunn av kapasitets- og bruksproblemer; 70% av tapene i medium- og lavspenningsnett kommer fra distribusjonstransformatorer. Landsbygdsnett har koncentrerte, sesongpåvirkede belastninger, med store spenninger mellom toppe- og dalebetingelser, noe som senker transformatorers gjennomsnittlige belastningsgrad. Bruk av kapasitetsregulerende transformatorer i slike områder hjelper til å tilpasse kapasiteten til belastningen, sikrer økonomisk og sikker drift, reduserer overbelastning og energispill. Design av en automatisk kapasitetsregulerende spesialtransformator gir tekniske gjennombrudd og praktisk/teoretisk verdi.

2. Mekanisme for transformator-tap

Transformatorer, som er sentrale i distribusjonsnett for energifordeling og justering av spenning/strøm, opplever store energitap under normal drift – bestående av kortslutning (belastning) og tomgangstap.

Kortslutningstap (belastningstap) forekommer når den nominelle strømmen går gjennom vindinger under belastning. Det oppdages gjennom kortslutningstester (ved å bruke lav spenning på primærside, måle nominell strøm på sekundærside, ignorere kjernetap), og det nærmer seg kobbertap. Dette tapet skaleres med belasting, begrenset av belastningskoeffisienter og nominelt kortslutningstap.

3. Design & Implementering av Automatisk Kapasitetsregulerende Spesialtransformator
3.1 Struktur for kapasitetsregulerende transformator

Den valgte D-Y tap-bytte-distribusjonstransformator bruker ulike vindingsmodi for stor- og liten-kapasitetsdrift: delta (D) for stor kapasitet, stjerne (Y) for liten kapasitet (kalles stjerne-delta-konvertering). Dets lavspenningsvindinger kombinerer 27%-vinding og 73%-vinding, der den siste har et tverrsnitt på ca. 1/2 av den første.

3.2 Realisering av automatiske kapasitetsreguleringer

Pålastet automatiske kapasitetsregulerende transformatorer baserer seg på automatiske kontrollmoduler: datainnsamling, lagring, transformatorer, menneskemaskin-interaksjon, strømforsyning og I/O-løkker. Spennings-/strømtransformatorer samler inn signaler; analoge kretser med mikroprosessorer behandler dem. Behandlede data lagres i minne for eksterne grensesnitt eller fremtidig utveksling. Figur 1 viser sammensetningen av autokontrollsystemet.

3.3 Kontrollprosess for det automatiske kontrollsystemet

Analog strøm av kapasitetsregulerende transformator og sekundær side spenning samles inn av pålastet kapasitetsregulerende kontroller. Kombinert med switch-tilstandsmengden for kapasitetsregulerende bryter, kan numerisk vurdering implementeres basert på driftsforholdskarakteristika og driftsparametre for det kontrollerbare objektet. Deretter fastsettes det om betingelsene for utførelse av oppgaven er oppfylt basert på de faktiske kontrollbetingelsene.

Hvis betingelsene er oppfylt og kapasiteten til distribusjonstransformator trenger å justeres, vil programmet skifte til oppgavemodulen for transformatorkapasitetsjustering. Etter fullført kapasitetsjusteringsoppgave, vil det gå inn i andre hjelpemoduler. Hvis betingelsene for oppgavedrift ikke er oppfylt, eller det ikke er umiddelbar behov for å justere transformatorkapasiteten, vil programmet direkte gå inn i andre hjelpemoduler. Figur 2 viser flytskjemaet for det automatiske kontrollsystemet.

3.4 Hardvarstrukturen for det pålastede kapasitetsregulerende automatiske kontrollsystemet

Hardvarstrukturen for det pålastete kapasitetsregulerende automatiske kontrollsystemet består hovedsakelig av en signalinnsamlingsenhet, en datakommunikasjonenhet, en inngangsenhet, en utgangsenhet, et kontrollpanel-system, en strømkristall, og en klokkesirkus.

Det pålastete automatiske kapasitetsregulerende systemet har høy motstandsdyktighet mot støy og hardvarepålitelighet, hovedsakelig fordi industriklasse-chipper er valgt for alle komponentene. I tillegg tas elektromagnetisk kompatibilitet for komponenter og kretser i betraktning under kretsdesign. Dette sikrer at det pålastete automatiske kapasitetsregulerende systemet har et høyt nivå av driftsikkerhet og elektrisk sikkerhet, og kan møte brukskrav selv i tøffe elektriske miljøer.

4. Konklusjon

I distribusjonsnett, betyr det omfattende bruk av et stort antall distribusjonstransformatorer at de nåværende tapene i disse transformatorer utgjør en relativt høy andel av de totale tapene i distribusjonsnett. Landområders elektriske belastninger er begrenset av ugunstige forhold som sesongmessige endringer, korte årlige utnyttelsesperioder, og hyppige forekomster av tomgang eller lettlastet tilstand. Dette fører til at situasjonen hvor belastningsgraden for transformatorer holder seg innenfor en rimelig driftsperiode, er relativt sjeldent.

Kapasitetsregulerende transformatorer kan justere seg etter belastningsfluktuerasjoner og status for kapasitetsregulerende brytere. Ved å endre koblingsmåten for transformatorvindinger, gir de transformatorer egenskapen til justerbart kapasitet. Derfor har det en relativt tydelig effekt på kretsenergibesparelse og tapkontroll å installere kapasitetsregulerende transformatorer på en fornuftig måte i landområder med store belastninger og frekvente spenningssvingninger.

Med den fortlopige utviklingen og fremgangen av elektrisitets-teknologier, blir funksjonelle forbedringer av pålastet automatiske kapasitetsregulerende transformatorer også mer perfekte. Det er trodd at automatiske kapasitetsregulerende spesialtransformatorer vil oppnå nye gjennombrudd i retning av energibesparelse og tapreduksjon i fremtidige distribusjonsnett.