Проектування та реалізація спеціального трансформатора з автоматичним регулюванням потужності

1. Вступ

Енергія є необхідною для функціонування та розвитку суспільства. Для виконання державних політик з енергозбереження та зменшення викидів, покращення використання ресурсів — критично важливо для електроенергетичних підприємств. Багатоступеневе оновлення сільських мереж сприяє розвитку розподільчих трансформаторів. Незважаючи на високу ефективність, широковживані трансформатори все ще мають значні загальні втрати через проблеми з потужністю та використанням; 70% втрат у середньому і низьковольтному галузевому сегменті походять від розподільчих трансформаторів. Сільські мережі мають концентровані, сезонно-залежні навантаження, з великими різницями між піковими та мінімальними значеннями, що знижує середній коефіцієнт завантаження трансформаторів. Використання трансформаторів з регулюванням потужності в таких районах допомагає збігати потужність з навантаженням, забезпечуючи економічне та безпечне функціонування, зменшуючи перенавантаження та витрати енергії. Розробка спеціального трансформатора з автоматичним регулюванням потужності надає технічний прорив та практичну/теоретичну цінність.

2. Механізм утворення втрат трансформаторами

Трансформатори, які є ключовими в розподільних мережах для розподілу енергії та регулювання напруги/стріму, мають велику кількість втрат енергії під час нормальної роботи — це включає втрати при короткозамкненні (навантаження) та втрати при відсутності навантаження.

Втрати при короткозамкненні (втрати при навантаженні) виникають, коли через обмотки проходить номінальний струм під навантаженням. Вони виявляються за допомогою тестів на короткозамкнення (прикладання низької напруги до первинної обмотки, вимірювання номінального струму на вторинній, ігноруючи втрати в серцевині), що наближається до втрат меді. Ці втрати масштабуються з навантаженням, обмежуються коефіцієнтами навантаження та номінальними втратами при короткозамкненні.

3. Дизайн та реалізація спеціального трансформатора з автоматичним регулюванням потужності
3.1 Структура трансформатора з регулюванням потужності

Прийнятий розподільний трансформатор з перемиканням витків D - Y використовує різні режими обмоток для роботи на велику та малу потужність: трикутник (D) для великої потужності, зірка (Y) для малої потужності (звана перетворення зірка-трикутник). Його низьковольтні обмотки поєднують проводники з 27% витків та 73% витків, причому переріз другого становить близько 1/2 від першого.

3.2 Реалізація автоматичного регулювання потужності

Трансформатори з автоматичним регулюванням потужності під навантаженням засновані на автоматичних модулях управління: збирання даних, зберігання, трансформатори, взаємодія людина-машина, живлення та I/O контури. Перетворювачі напруги/струму збирають сигнали; аналогові схеми з мікропроцесорами обробляють їх. Оброблені дані зберігаються у пам'яті для зовнішніх інтерфейсів або майбутніх обмінів. Фігура 1 показує склад системи автоматичного управління.

3.3 Процес управління системою автоматичного контролю

Аналоговий струм трансформатора з регулюванням потужності та напруга на вторинній стороні збираються контролером регулювання потужності під навантаженням. Разом зі станом перемикача регулювання потужності, можна виконати числову оцінку згідно з характеристиками та параметрами роботи керованого об'єкта. Потім визначається, чи виконуються умови для виконання задачі на основі фактичних умов контролю.

Якщо умови виконуються і потрібно змінити потужність розподільного трансформатора, програма переключиться на модуль завдання для регулювання потужності трансформатора. Після виконання завдання зміни потужності, вона перейде до інших допоміжних функціональних модулів. Якщо умови для виконання завдання не виконуються, або немає термінової потреби у зміні потужності трансформатора, програма безпосередньо перейде до інших допоміжних функціональних модулів. Фігура 2 показує блок-схему системи автоматичного контролю.

3.4 Апаратна структура системи автоматичного контролю регулювання потужності під навантаженням

Апаратна структура системи автоматичного контролю регулювання потужності під навантаженням в основному складається з модуля збирання сигналів, модуля даних комунікації, вхідного модуля, вихідного модуля, системи панелі управління, кристалу годинника живлення та годинникової схеми.

Система автоматичного регулювання потужності під навантаженням має високу стійкість до інтерференції та надійність апаратного забезпечення, головним чином через використання промислових чипів для всіх своїх компонентів. Крім того, при проектуванні схем враховується електромагнітна сумісність компонентів та схем. Це гарантує, що система автоматичного регулювання потужності під навантаженням має високий рівень надійності та електричної безпеки, і може задовольняти вимоги до використання навіть у складних електричних умовах.

4. Висновок

У розподільних мережах широке використання великої кількості розподільних трансформаторів означає, що поточні втрати у цих трансформаторах становлять відносно високий відсоток загальних втрат у розподільній мережі. Сільські електричні навантаження обмежені невигідними умовами, такими як сезонні зміни, короткий період використання протягом року та часті випадки роботи без навантаження або при легкому навантаженні. В результаті, ситуація, коли коефіцієнт завантаження трансформаторів залишається в розумних рамках, є відносно рідкісною.

Трансформатори з регулюванням потужності можуть налаштовуватися відповідно до флуктуацій навантаження та стану перемикача регулювання потужності. Змінюючи спосіб з'єднання обмоток трансформаторів, вони надають трансформаторам характеристику регульованої потужності. Тому раціональне встановлення трансформаторів з регулюванням потужності у сільських електричних мережах з великими навантаженнями та частими флуктуаціями напруги має відносно очевидний ефект на енергозбереження та контроль втрат.

З постійним розвитком та прогресом технологій використання електроенергії, функціональні покращення трансформаторів з автоматичним регулюванням потужності під навантаженням також стають все більш досконалі. Віриться, що спеціальні трансформатори з автоматичним регулюванням потужності досягнуть нових проривів у напрямку енергозбереження та зменшення втрат у майбутніх розподільних мережах.