Thiết kế và Thực hiện Máy biến áp Đặc biệt với Điều chỉnh Tự động Công suất

1. Giới thiệu

Năng lượng là thiết yếu cho hoạt động và phát triển của xã hội. Để đáp ứng chính sách tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải quốc gia, việc cải thiện利用率提高和减少能源浪费。设计自动调容特种变压器具有技术突破和实际/理论价值。 2. 变压器损耗产生机理 变压器在配电网中起着能量分配和电压/电流调节的关键作用，在正常运行过程中会遭受很大的功率损失——包括短路（负载）和空载损耗。 当额定电流在负载下流过绕组时，会发生短路损耗（负载损耗）。通过短路测试检测（对初级施加低电压，测量次级的额定电流，忽略铁芯损耗），它近似于铜损。这种损耗随负载变化，受负载系数和额定短路损耗限制。 3. 自动调容特种变压器的设计与实现 3.1 调容变压器结构 采用的D-Y分接开关配电变压器使用不同的绕组模式进行大容量和小容量操作：大容量为三角形（D），小容量为星形（Y）（称为星-三角转换）。其低压绕组结合了27%匝数和73%匝数的线圈，后者的截面约为前者的一半。 3.2 自动调容实现 带载自动调容变压器依赖于自动控制模块：数据采集、存储、变压器、人机交互、电源和I/O回路。电压/电流互感器收集信号；模拟电路与微处理器处理这些信号。处理后的数据存储在内存中，用于外部接口或未来的交换。图1显示了自动控制系统的组成。 3.3 自动控制系统控制过程 调容变压器的模拟电流和二次侧电压由带载调容控制器收集。结合调容开关的状态量，根据被控对象的运行特性及运行参数进行数值判断。然后，根据实际控制条件确定是否满足执行任务的条件。 如果条件满足且需要调整配电变压器的容量，程序将切换到变压器容量调整的任务模块。完成容量调整任务后，将进入其他辅助功能模块。如果任务操作条件不满足，或者没有立即调整变压器容量的需求，程序将直接进入其他辅助功能模块。图2显示了自动控制系统的流程图。 3.4 带载调容自动控制系统的硬件结构 带载调容自动控制系统的硬件结构主要由信号采集单元、数据通信单元、输入单元、输出单元、控制面板系统、电源晶体振荡器和时钟电路组成。 带载自动调容系统具有高抗干扰能力和硬件可靠性，主要是因为所有组件都选择了工业级芯片。此外，在电路设计时考虑了组件和电路的电磁兼容性。这确保了带载自动调容系统具有高水平的操作可靠性和电气安全性，即使在恶劣的电气环境中也能满足使用要求。 4. 结论 在配电网中，大量配电变压器的广泛使用意味着这些变压器中的当前损耗占配电网总损耗的相对较高比例。农村电力负荷受到季节变化、年利用率低、经常出现空载或轻载状态等不利条件的限制。因此，变压器负载率保持在合理运行范围内的情况相对较少。 调容变压器可以根据负荷波动和调容开关的状态进行调整。通过改变变压器绕组的连接方式，它们赋予变压器可调容量的特点。因此，在负荷大且电压波动频繁的农村电网区域合理安装调容变压器，对电路节能和损耗控制有较为明显的效果。 随着用电技术的不断发展和进步，带载自动调容变压器的功能也在不断完善。相信在未来配电网的节能降耗方向上，自动调容特种变压器将取得新的突破。

1. Giới thiệu

Năng lượng là thiết yếu cho hoạt động và phát triển của xã hội. Để đáp ứng chính sách tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải quốc gia, việc cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên - điều quan trọng đối với các doanh nghiệp điện lực - là cần thiết. Các nâng cấp đa giai đoạn lưới điện nông thôn thúc đẩy sự phát triển của máy biến áp phân phối. Mặc dù có hiệu suất cao, nhưng các máy biến áp phổ biến vẫn gặp phải tổn thất tổng thể đáng kể do vấn đề về công suất và sử dụng; 70% tổn thất lưới điện trung và hạ thế đến từ máy biến áp phân phối. Lưới điện nông thôn có tải tập trung, chịu ảnh hưởng của mùa vụ, với sự chênh lệch lớn giữa đỉnh và thung lũng làm giảm tỷ lệ tải trung bình của máy biến áp. Sử dụng máy biến áp điều chỉnh công suất trong những khu vực này giúp phù hợp với tải, đảm bảo vận hành kinh tế và an toàn, giảm quá tải và lãng phí năng lượng. Thiết kế một máy biến áp đặc biệt tự động điều chỉnh công suất mang lại đột phá kỹ thuật và giá trị thực tiễn/lý thuyết.

2. Cơ chế sinh ra tổn thất của máy biến áp

Máy biến áp, là thành phần then chốt trong mạng phân phối để phân phối năng lượng và điều chỉnh điện áp/dòng điện, chịu tổn thất công suất lớn trong quá trình vận hành bình thường - bao gồm tổn thất ngắn mạch (tổn thất tải) và tổn thất không tải.

Tổn thất ngắn mạch (tổn thất tải) xảy ra khi dòng điện định mức chảy qua cuộn dây dưới tải. Được phát hiện thông qua các bài kiểm tra ngắn mạch (áp dụng điện áp thấp vào phía sơ cấp, đo dòng điện định mức ở phía thứ cấp, bỏ qua tổn thất lõi), nó gần đúng với tổn thất đồng. Tổn thất này tăng theo tải, bị giới hạn bởi hệ số tải và tổn thất ngắn mạch định mức.

3. Thiết kế & Triển khai Máy biến áp Đặc biệt Tự động Điều chỉnh Công suất
3.1 Cấu trúc Máy biến áp Điều chỉnh Công suất

Máy biến áp phân phối thay đổi nấc D-Y được sử dụng với các chế độ cuộn dây khác nhau cho hoạt động công suất lớn và nhỏ: tam giác (D) cho công suất lớn, sao (Y) cho công suất nhỏ (gọi là chuyển đổi sao-tam giác). Cuộn dây điện áp thấp kết hợp dây 27% vòng và 73% vòng, với mặt cắt ngang của dây sau khoảng 1/2 so với dây trước.

3.2 Thực hiện Điều chỉnh Công suất Tự động

Máy biến áp tự động điều chỉnh công suất trên tải dựa vào các môđun điều khiển tự động: thu thập dữ liệu, lưu trữ, máy biến áp, giao tiếp người-máy, nguồn điện và các vòng I/O. Biến áp điện áp/dòng điện thu thập tín hiệu; mạch tương tự với vi xử lý xử lý chúng. Dữ liệu đã xử lý được lưu trữ trong bộ nhớ cho giao diện bên ngoài hoặc trao đổi trong tương lai. Hình 1 hiển thị cấu trúc hệ thống điều khiển tự động.

3.3 Quá trình Điều khiển của Hệ thống Điều khiển Tự động

Dòng điện tương tự của máy biến áp điều chỉnh công suất và điện áp phía thứ cấp được thu thập bởi bộ điều khiển điều chỉnh công suất trên tải. Kết hợp với trạng thái của công tắc điều chỉnh công suất, đánh giá số học có thể được thực hiện theo đặc điểm và tham số vận hành của đối tượng được điều khiển. Sau đó, xác định xem điều kiện thực hiện nhiệm vụ có được đáp ứng hay không dựa trên điều kiện điều khiển thực tế.

Nếu điều kiện được đáp ứng và công suất của máy biến áp phân phối cần được điều chỉnh, chương trình sẽ chuyển sang môđun nhiệm vụ để điều chỉnh công suất máy biến áp. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ điều chỉnh công suất, nó sẽ vào các môđun chức năng hỗ trợ khác. Nếu điều kiện thực hiện nhiệm vụ không được đáp ứng, hoặc không cần ngay lập tức điều chỉnh công suất máy biến áp, chương trình sẽ trực tiếp vào các môđun chức năng hỗ trợ khác. Hình 2 hiển thị sơ đồ quy trình của hệ thống điều khiển tự động.

3.4 Cấu trúc Phần cứng của Hệ thống Điều khiển Tự động Điều chỉnh Công suất Trên Tải

Cấu trúc phần cứng của hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh công suất trên tải chủ yếu bao gồm đơn vị thu thập tín hiệu, đơn vị truyền thông dữ liệu, đơn vị nhập, đơn vị xuất, hệ thống bảng điều khiển, tinh thể dao động nguồn điện và mạch đồng hồ.

Hệ thống điều chỉnh công suất tự động trên tải có khả năng chống nhiễu cao và độ tin cậy phần cứng chủ yếu vì tất cả các thành phần đều chọn chip công nghiệp. Ngoài ra, tính tương thích điện từ của các thành phần và mạch được xem xét trong thiết kế mạch. Điều này đảm bảo rằng hệ thống điều chỉnh công suất tự động trên tải có mức độ tin cậy và an toàn điện cao, và có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng ngay cả trong môi trường điện khắc nghiệt.

4. Kết luận

Trong mạng phân phối, việc sử dụng rộng rãi một số lượng lớn máy biến áp phân phối có nghĩa là tổn thất hiện tại trong các máy biến áp này chiếm tỷ lệ tương đối cao trong tổng tổn thất của mạng phân phối. Tải điện nông thôn bị hạn chế bởi các điều kiện bất lợi như sự thay đổi theo mùa, thời gian sử dụng hàng năm ngắn và tình trạng không tải hoặc tải nhẹ thường xuyên xảy ra. Do đó, tình huống mà tỷ lệ tải của máy biến áp nằm trong phạm vi vận hành hợp lý là tương đối hiếm.

Máy biến áp điều chỉnh công suất có thể điều chỉnh theo sự dao động của tải và trạng thái của công tắc điều chỉnh công suất. Bằng cách thay đổi chế độ kết nối cuộn dây của máy biến áp, chúng cho phép máy biến áp có đặc tính điều chỉnh công suất. Do đó, việc lắp đặt hợp lý máy biến áp điều chỉnh công suất trong các khu vực lưới điện nông thôn có tải lớn và dao động điện áp thường xuyên có hiệu quả rõ rệt đối với việc tiết kiệm năng lượng và kiểm soát tổn thất.

Với sự phát triển và tiến bộ liên tục của công nghệ sử dụng điện, các cải tiến về chức năng của máy biến áp điều chỉnh công suất tự động trên tải cũng đang ngày càng hoàn thiện. Tin rằng máy biến áp đặc biệt tự động điều chỉnh công suất sẽ đạt được những đột phá mới trong hướng tiết kiệm năng lượng và giảm tổn thất trong mạng phân phối tương lai.