Проектирование и реализация специального трансформатора с автоматическим регулированием мощности

1. Введение

Энергия является необходимой для функционирования и развития общества. Для выполнения национальных политик по энергосбережению и сокращению выбросов необходимо улучшить использование ресурсов, что критически важно для энергетических предприятий. Многоэтапные модернизации сельских сетей стимулируют развитие распределительных трансформаторов. Несмотря на высокую эффективность, широко используемые трансформаторы все еще сталкиваются с значительными общими потерями из-за проблем с мощностью и использованием; 70% потерь в среднем- и низковольтных сетях происходят от распределительных трансформаторов. Сельские сети имеют концентрированные, сезонно-зависимые нагрузки, с большими разницами между пиковыми и минимальными значениями, что снижает средние коэффициенты загрузки трансформаторов. Использование трансформаторов с регулировкой мощности в таких районах помогает согласовать мощность с нагрузкой, обеспечивая экономичную и безопасную работу, снижая перегрузки и энергетические потери. Разработка специального трансформатора с автоматической регулировкой мощности представляет собой технический прорыв и имеет практическую и теоретическую ценность.

2. Механизм возникновения потерь в трансформаторах

Трансформаторы, играющие ключевую роль в распределительных сетях для распределения энергии и регулирования напряжения и тока, испытывают значительные потери мощности во время нормальной работы, включающие короткозамкнутые (нагрузочные) и холостые потери.

Короткозамкнутые потери (потери при нагрузке) возникают, когда номинальный ток протекает через обмотки под нагрузкой. Эти потери определяются путем проведения короткозамкнутых тестов (приложением низкого напряжения к первичной обмотке, измерением номинального тока на вторичной, игнорируя потери сердечника), что приближенно соответствует медным потерям. Эти потери пропорциональны нагрузке, ограничиваются коэффициентами нагрузки и номинальными короткозамкнутыми потерями.

3. Проектирование и реализация специального трансформатора с автоматической регулировкой мощности
3.1 Структура трансформатора с регулировкой мощности

Принятый распределительный трансформатор с изменением обмоток D - Y использует различные режимы намотки для работы при большой и малой мощности: треугольник (D) для большой мощности, звезда (Y) для малой мощности (называется преобразование звезда-треугольник). Его низковольтные обмотки состоят из проводников с 27% оборотов и 73% оборотов, где сечение последних примерно в 1/2 от первых.

3.2 Реализация автоматической регулировки мощности

Трансформаторы с автоматической регулировкой мощности под нагрузкой зависят от автоматических модулей управления: сбор данных, хранение, трансформаторы, человеко-машинное взаимодействие, питание, и циклы ввода-вывода. Напряжение и ток собираются с помощью трансформаторов, аналоговые цепи с микропроцессорами обрабатывают их. Обработанные данные сохраняются в памяти для внешних интерфейсов или будущих обменов. Рисунок 1 показывает состав системы автоматического управления.

3.3 Процесс управления автоматической системой управления

Аналоговый ток трансформатора с регулировкой мощности и напряжение на вторичной стороне собираются контроллером на нагрузке. В сочетании со статусом переключателя регулировки мощности, числовое суждение может быть осуществлено на основе характеристик условий эксплуатации и параметров работы управляемого объекта. Затем определяется, удовлетворяются ли условия для выполнения задачи, исходя из фактических условий контроля.

Если условия удовлетворяются и требуется регулировка мощности распределительного трансформатора, программа переключается на модуль задачи для регулировки мощности трансформатора. После завершения задачи регулировки мощности она переходит в другие вспомогательные функциональные модули. Если условия для выполнения задачи не удовлетворяются, или нет немедленной необходимости в регулировке мощности трансформатора, программа сразу переходит в другие вспомогательные функциональные модули. Рисунок 2 показывает блок-схему автоматической системы управления.

3.4 Аппаратная структура автоматической системы управления на нагрузке

Аппаратная структура автоматической системы управления на нагрузке в основном состоит из блока сбора сигналов, блока передачи данных, входного блока, выходного блока, системы панели управления, кварцевого генератора питания и часового цикла.

Автоматическая система управления на нагрузке имеет высокую помехозащищенность и надежность аппаратного обеспечения, в основном потому, что для всех ее компонентов выбираются промышленные чипы. Кроме того, при проектировании цепей учитывается электромагнитная совместимость компонентов и цепей. Это обеспечивает, что автоматическая система управления на нагрузке имеет высокий уровень операционной надежности и электрической безопасности и может удовлетворять требованиям использования даже в сложных электрических условиях.

4. Заключение

В распределительных сетях широкое использование большого количества распределительных трансформаторов означает, что текущие потери в этих трансформаторах составляют относительно высокую долю общих потерь в распределительной сети. Сельские электрические нагрузки ограничены неблагоприятными условиями, такими как сезонные изменения, короткие годовые периоды использования и частые случаи холостого или малонагруженного состояния. В результате ситуация, когда коэффициент загрузки трансформаторов остается в разумном диапазоне работы, встречается относительно редко.

Трансформаторы с регулировкой мощности могут адаптироваться к колебаниям нагрузки и состоянию переключателя регулировки мощности. Изменяя режим соединения обмоток трансформатора, они придают трансформаторам характеристику регулируемой мощности. Поэтому разумная установка трансформаторов с регулировкой мощности в сельских сетях с большими нагрузками и частыми колебаниями напряжения оказывает относительно очевидное влияние на энергосбережение и контроль потерь в цепи.

С постоянным развитием и прогрессом технологий использования электроэнергии, функциональные улучшения трансформаторов с автоматической регулировкой мощности на нагрузке также становятся все более совершенными. Вероятно, что специальные трансформаторы с автоматической регулировкой мощности достигнут новых прорывов в направлении энергосбережения и сокращения потерь в будущих распределительных сетях.